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一、大型雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)

1、整體方案
    （1）動力控制系統(tǒng), 用來模擬自然風通過葉槳產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩輸入到發(fā)電機的機械轉(zhuǎn)矩，為系統(tǒng)發(fā)電提供原動力。它由電動機、調(diào)速系統(tǒng)和控制系統(tǒng)構(gòu)成。
    （2）變速恒頻雙饋風力發(fā)電機的勵磁控制系統(tǒng), 控制雙向可控逆變器使發(fā)電機變速恒頻運行。它由雙饋風力發(fā)電機, 雙向可控逆變器和控制軟件系統(tǒng)等構(gòu)成。
    （3）風力發(fā)電的主控系統(tǒng), 對整個風力發(fā)電系統(tǒng)進行統(tǒng)一監(jiān)控、管理和安全控制。主要包括監(jiān)控主機和監(jiān)控軟件、主控系統(tǒng)、多功能測控儀表、模擬風系統(tǒng)、風力發(fā)電安全系統(tǒng)及各類測量儀器儀表等。

風機實驗系統(tǒng)包含變槳、主控、主軸、齒輪箱、發(fā)電機、雙向可控逆變控制器、備用電源、風速模擬等，用于模擬實際風機運行狀態(tài)，測試相關(guān)硬件和軟件系統(tǒng)，分析風機離、并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制算法。

風機實驗系統(tǒng)電控部分包含主控系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)、測試系統(tǒng)、逆變并網(wǎng)控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等。

主控系統(tǒng)用于連接風速風向傳感器、震動傳感器、位置傳感器、測量、安全鏈、監(jiān)控系統(tǒng)等，控制風速方向、偏航、變槳等信息。

變槳系統(tǒng)主要是用于控制三個槳葉的獨立轉(zhuǎn)動，模擬風機葉槳根據(jù)風速及風向變化情況完成變槳控制算法，實現(xiàn)變槳控制。

測試系統(tǒng)主要控制風速模擬系統(tǒng)，用于模擬自然風速風向，來測試風力發(fā)電機在不同風速風向情況下的運行狀態(tài)；
離、并網(wǎng)控制主要完成風力資源的離、并網(wǎng)利用，分析系統(tǒng)運行的各種工況。
2、大型風力發(fā)電模擬實驗系統(tǒng)選型
     2.1、系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)
     在實驗室環(huán)境下研究風力發(fā)電系統(tǒng), 無法得到現(xiàn)場的風能輸入, 也無法安裝巨大的槳葉, 因此用原動機及模擬風系統(tǒng)實現(xiàn)風力發(fā)電機的機械和電氣輸出特性；風力發(fā)電實驗系統(tǒng)構(gòu)成圖，如圖6

 2.2、系統(tǒng)組成

2.3、主控實驗系統(tǒng)
   主控實驗系統(tǒng)包括主控控制系統(tǒng)以及模擬風發(fā)生系統(tǒng)，風機主控系統(tǒng)如圖8。

    2.3.1、主控系統(tǒng)是風力發(fā)電機控制的核心，在滿足風力發(fā)電機安全運行的前提下，盡可能的獲取最大功率。

    2.3.2、主控系統(tǒng)用于模擬實際 1.5～3 MW雙饋型風機的主控系統(tǒng)，主要用于模擬實際風機的主控系統(tǒng)，采集變漿和偏航的IO 點，實現(xiàn)整機控制。HMI用于顯示和控制PLC 系統(tǒng)。

    2.3.3、風力發(fā)電機主控系統(tǒng)采用主控PLC 與專用HMI，與實際風機控制系統(tǒng)一致，滿足風機控制要求。

    2.3.4、風力發(fā)電機整機模擬系統(tǒng)包括操作臺柜、PLC、按鈕、指示燈、測控儀表、風速風向發(fā)生儀、監(jiān)控系統(tǒng)等，用于模擬風機內(nèi)部各種控制信號。模擬測試系統(tǒng)與實際控制系統(tǒng)連接，來模擬風機運行的實際狀況。風力發(fā)電機內(nèi)部模擬控制信號可通過PLC編程控制，用戶也可在現(xiàn)有硬件基礎(chǔ)上自行開發(fā)控制軟件，實現(xiàn)對各種自然風的模擬，完成對風力發(fā)電機控制算法的研究。

通過風力發(fā)電機控制系統(tǒng)與風力發(fā)電機模擬系統(tǒng)的連接，盡可能的模擬實際風力發(fā)電機運行的工藝特點和控制要求。此系統(tǒng)開放性強，可通過對控制系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)的PLC編程，實現(xiàn)對不同類型風力發(fā)電機的模擬以及控制仿真。可用于學術(shù)理論研究、學生實驗等。

此套系統(tǒng)主要功能包括：
   ■可通過此系統(tǒng)，讓學生學習主控系統(tǒng)的配置、特點和工藝要求；
   ■可通過此系統(tǒng)，讓學生學習主控軟件編寫和調(diào)試；
   ■可通過此系統(tǒng)，讓學生研究和模擬不同風機的運行特點；
   ■可通過此系統(tǒng)，讓學生研究和調(diào)試風機核心控制算法；
   ■可通過此系統(tǒng)，測試完整的主控系統(tǒng)，實現(xiàn)主控系統(tǒng)電氣、軟件等測試
  風機主控實驗系統(tǒng)特點：
   ■ 先進性，滿足目前最主流的兆瓦級變速恒頻風機控制系統(tǒng)的要求；
   ■ 開放性，無論是PLC 還是計算機均可自主編程，滿足學生學習的要求；
   ■ 適應性，可滿足不同功率、不同類型的風機測試和模擬；

2.4、模擬風發(fā)生系統(tǒng)
     本實驗系統(tǒng)包括一套測試系統(tǒng)，由PLC、變頻器、工控機等組成，主要用于控制模擬風發(fā)生器的風速和風向，模擬實際運行的風速環(huán)境，其功能如下：
   ■ 內(nèi)部保存多種風速曲線，包括微風、陣風、大風、颶風等，包含風速變化趨勢曲線，可方便的模擬實際的風況；
   ■ 通過變頻器控制，控制不同風速；
   ■顯示屏可以顯示主控系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)和測試系統(tǒng)的參數(shù)，并能方便控制；
   ■ 測試系統(tǒng)通過對不同風速的控制，來測試不同風況下的風力發(fā)電機運行狀態(tài)。

3、系統(tǒng)主要模塊功能特點和技術(shù)參數(shù)

3.1、雙饋發(fā)電機
      額定功率：3kW；
      額定電壓：380V；
      轉(zhuǎn)子電壓：124V；
      轉(zhuǎn)子開路電壓：620V；
      額定轉(zhuǎn)速：1200rpm；
      級    數(shù)：6；
      防護等級：IP44。

3.2雙饋可控逆變控制系統(tǒng)
      響應速度：<300us；
      額定電壓：380V；
      額定頻率：50Hz；
      頻率波動范圍：±1HZ；
      電網(wǎng)電壓總諧波畸變率：4%；
      額定容量：≤10kW；
      功率因數(shù)：0.951；
      效    率：滿功率時>=95%；
      冷卻方式: 空冷；
      并網(wǎng)時間：<2s；
      通訊方式：profibus DP；
      噪    聲：≤70dB。

3.3、齒輪箱
      最大負載10kW， 變速比1:90。

3.4、控制系統(tǒng)

3.5、檢測用傳感器
       電機速度、位置編碼器、電流、電壓傳感器。隨驅(qū)動器供貨，具體按照定貨實際參數(shù)。

3.6、電控柜系統(tǒng)
       由調(diào)速控制柜、變流控制柜、備用電源柜、主控主控臺組成。

3.7、PLC控制系統(tǒng)
       采用主站PLC為主的主控系統(tǒng)、分站PLC為輔的偏航及變漿系統(tǒng)，Profibus DP通訊接口。系統(tǒng)可以通過遠程操控，組態(tài)控制軟件，提供標準的編程接口。

3.8、底座
    （1）組成：基座、塔桿、偏航系統(tǒng)支架、機艙；
    （2）基座：系統(tǒng)尺寸：3.8m×1m×3m范圍內(nèi)；底座的設計與系統(tǒng)設計過程中采用的具體器件有關(guān)，可以根據(jù)器件及客戶需求最終確定結(jié)構(gòu)尺寸及加工。
    （3）機艙：葉槳、輪轂、齒輪箱、拖動系統(tǒng)、發(fā)電機、傳感器等。

3.9、風速模擬驅(qū)動系統(tǒng)
用來模擬風力發(fā)電機中風吹風輪轉(zhuǎn)動情況，是實驗系統(tǒng)的動力源。其中包括電動機部分和驅(qū)動器部分：
    (1) 電動機：三相交流異步電動機
          額定電壓：380V；
          額定電流：15.3A；
          額定功率：7.5kW；
          額定轉(zhuǎn)速：1440r/min。
   (2)驅(qū)動器：西門子440變頻器。
      ■ 主要特征：
          a.調(diào)試簡單；
          b.6個可編程，帶隔離的數(shù)字輸入；
          c.2個可編程的模擬輸出；
          d.3個完全的可編程的繼電器輸出；
          e.完善的變頻器和電動機保護功能。
      ■ 控制功能的特點：
          a.最新的IGBT技術(shù)；
          b.數(shù)字微處理器控制；
          c.高質(zhì)量的矢量控制系統(tǒng)；
          d.線性V/F特性；
          e.平方V/F特性；
          f.高品質(zhì)的PID控制器；
          g.集成的制動（斬波）器；
          h.4個跳轉(zhuǎn)頻率。
     ■保護功能：
          a.過載能力；
          b.過壓/欠壓保護；
          c.變頻器過溫保護；
          d.接地故障保護；
          e.短路保護；
          f.閉鎖電動機保護；
          g.防止電動機失速；
          h.參數(shù)連鎖。

3.10、風速風向模擬系統(tǒng)
   （1）風速風向儀
     ■ 技術(shù)指標：
         a.風速測量范圍：0-60m/s；
         b.風速測量精度：±0.4m/s；
         c.風向測量范圍：0-360°；
         d.風向測量精度：±2°；
         e.電     壓  ： DC9V-24V；
         f.傳 輸 方 式：數(shù)字傳輸485/模擬接口。
  （2）變頻器
         額定電壓：380V；
         額定功率：1.5kW；
         功    能：過載報警、外部故障停機、欠壓停機、RS485通訊接口。
  （3）模擬風發(fā)生器
         額定電壓：380V；
         額定功率：0.85kW；
         最大流量：210m³/h；
         最大吹力：220mbar。

3.11、監(jiān)控系統(tǒng)
    ■ 技術(shù)指標：操作系統(tǒng)：Windows XP/CE，WinXPE；
                 安裝方式：控制柜面板；
                 工作環(huán)境溫度：-20℃~50℃；
                 工作相對濕度：10～95% ，無凝結(jié)。
    ■ 功能特點：
                寬溫度設計，適合低溫下穩(wěn)定運行；
                安全保護，防止風力振動帶來的損壞；
                支持Windoews系統(tǒng)的軟件開發(fā)；
                風電機組控制；
                參數(shù)顯示和設置；
                權(quán)限控制；
                故障記錄查詢；
                歷史數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計。

3.12、主控制器功能特點
     ■ 高性能：配置工業(yè)級533MHz處理器，擁有納秒級（13ns）的處理速度；程序運行周期最小可達10ms；支持多任務配置，最多可配置32種不同任務。
     ■ 高可靠性：保護及通訊不受電磁干擾；風電主控制器已通過UL、CE認證；背板背面全部接地，有效抵抗脈沖群干擾；具備良好的電磁兼容性，現(xiàn)場與系統(tǒng)、通道與通道間采用隔離措施。
     ■開放性強：支持多種現(xiàn)場總線協(xié)議，如 Modbus、Profibus-DP等，同時提供多種接口方式選擇，滿足風力發(fā)電機上通訊設備的需求；
     ■出色的環(huán)境適應性：寬溫型設計，存儲溫度-40℃～70℃，運行溫度-25℃～60℃；出色的三防工藝，防鹽霧、防濕熱、防霉菌，適合于戈壁、灘涂以及海上風力發(fā)電機。
     ■強大的冗余和自診斷功能：擁有強大的自診斷功能，DO模塊具有回讀功能，進行數(shù)據(jù)比較自檢；
具有掉電檢測和超量程及超限報警功能；支持電源冗余、CPU冗余、通訊冗余，滿足海上風機的高可靠性要求；
     ■適合風電應用的專家模塊：高速測頻模塊、光纖通訊模塊、電量采集模塊等，用于完成風電特殊信號的采集和通訊；
     ■ 易用性和易維護性：模塊支持帶電插拔，新模塊自動進行數(shù)據(jù)的初始化設置，并快速與CPU建立通信；編程軟件符合IEC61131-3國際標準，具有LD、IL、FBD、ST、SFC和CFC六種編程語言；靈活的SD存儲卡，可進行工程恢復及備份復制，使系統(tǒng)維護更加方便、快捷；背板上設計有防混銷，以避免插錯模塊；
采用WAGO端子接線，簡單牢固。保證機艙震動過大時，接線不脫落；外形小巧，易于安裝，既可分散，也可集中；

3.13、主控制器編程軟件
     ■功能特點
       符合IEC61131-3標準的編程語言；
       強大的運算功能，支持32位浮點運算；
       支持數(shù)組、指針，方便實現(xiàn)復雜運算；
       支持軟件仿真、在線調(diào)試及用戶代碼檢查功能；
       集成故障數(shù)據(jù)分析和顯示功能；
       具有用戶程序密碼保護功能；
       六種編程語言，滿足編程人員進行復雜的邏輯控制需求；
       子程序之間可采用不同的編程語言，并可相互調(diào)用；
       支持編寫自定義塊、函數(shù)和子程序可保存為內(nèi)部庫的形式；
       自定義內(nèi)部庫可以在不同工程中調(diào)用；
       可對風機中的關(guān)鍵變量進行采樣跟蹤，如風速、槳距角；
       角度、風向、發(fā)電機輸出電流、電壓、變流器反饋轉(zhuǎn)矩；
       等進行實時跟蹤，并保存數(shù)據(jù)。

3.14、安全鏈
         震動、過壓、超速、解纜失靈等故障保護系統(tǒng)，可以避免系統(tǒng)失控。

3.15、電源
         實驗室提供50kVA三相四線AC 380V交流電源、5kVA的AC 220V交流電源及可靠的接地系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)功能

風力發(fā)電機實驗系統(tǒng)主要用于學生的教學實踐和科研開發(fā)，通過風機控制系統(tǒng)與風機模擬系統(tǒng)的連接，盡可能的模擬實際風力發(fā)電機運行的工藝特點和控制要求。此系統(tǒng)開放性強，可通過對控制系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)的PLC 編程，實現(xiàn)對不同類型風機的模擬以及控制仿真，可用于學生理論研究、實踐等。實現(xiàn)變速恒頻風力機組發(fā)電狀態(tài)的模擬，包括轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、發(fā)電量及有功、無功調(diào)節(jié)。

 ■主要實驗功能如下：
     風力發(fā)電機接線形式實驗；
     空載運轉(zhuǎn)實驗；
     并網(wǎng)過程實驗；
     并網(wǎng)連續(xù)運行實驗；
     風速模擬實驗；
     轉(zhuǎn)距模擬實驗；
     發(fā)電功率模擬實驗。

■其它相關(guān)發(fā)電性能及測量實驗
     脫網(wǎng)保護模擬實驗；
     控制策略模擬實驗；
     主控系統(tǒng)的配置、特點和工藝要求；
     學習主控軟件編寫和調(diào)試；
     研究和調(diào)試風機核心控制算；
     自主編程應用；
     風力發(fā)電現(xiàn)場參數(shù)采集的邏輯分析。

三、設備安裝建議

廠家要求：室內(nèi)安裝，樓層高度不低于3m，樓層為一樓，門寬3m，樓層走廊3m。