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    雙饋風力發電機模擬系統實驗裝置

    更新時間:2024-06-24

    簡要描述:

    雙饋風力發電機模擬系統實驗裝置采用變速恒頻控制的雙饋異步發電機組,可以完成大功率雙饋風電機組的風力機模擬和運行操作訓練。

      免費咨詢:021-56311657

      發郵件給我們:shanghaimaoyu@126.com

    一、雙饋風力發電機模擬系統實驗裝置-產品概述:
    本裝置采用變速恒頻控制的雙饋異步發電機組,可以完成大功率雙饋風電機組的風力機模擬和運行操作訓練。
    二、雙饋風力發電機模擬系統實驗裝置產品特點:
    1) 模擬真實風力發電機的啟動、并網、正常運行和停機過程,具備模擬機組變速調節能力,有功、無功的調節能力;
    2) 風速模型不僅可設定典型幾種風速曲線,支持導入實際測量得到的風速―時間數據;
    3) FaceView實驗主控軟件執行機組運行狀態流程控制和數據記錄、顯示、系統監控等功能;
    4) 實現風速和風力機模擬,機組并網控制,機組最大功率運行控制,機組恒速運行,機組限功率運行,機組低電壓穿越,機組脫網控制等控制功能;
    5) 背靠背變流器可實現直流側電壓的初始狀態進行設定,實現單位功率因數并網,實現風力發電機在故障條件下不脫網運行,低電壓穿越的功能,支持風機的低電壓穿越實驗;
    6) 軟件分析風力發電的數據與運行特性,能夠顯示異常時的故障原因;
    7) RS485接口,提供開放式MODBUS規約接入監控系統;
    8) 完善的保護功能,包括過電壓保護、過電流保護、過溫保護、超速保護、短路保護,可以實現低電壓穿越以及外接電源電壓不穩定時保護實驗;
    注:帶醒目的危險標識,如:有電危險、運行時請勿打開、嚴謹帶電操作等。

    二、系統運行技術參數:
    2.1 工作條件
    2 輸入電壓:三相四線~380V±10%  50Hz
    2 裝置容量:≤5.0kW
    2 海拔:0~2000m;
    2 環境溫度:-10℃~+50℃;
    2 環境相對濕度: 10~90%(25℃);
    2 大氣壓力范圍:1個標準大氣壓范圍;
    2 室內安裝;
    2 平臺必須水平安裝;
    2 設備正常使用年限:≥20年;
    2 環境要求:環境通風良好,不含易燃、腐蝕性氣體;
    2.2 實驗平臺的基本尺寸:
    2 實驗臺:2000×400×600;(長×深×高,mm)
    2 變流器:1000×600×1500;
    2 主控柜:800×600×1820;
    注:實驗平臺分兩排布置,預計占地面積 3m×3m
    2.2 定制雙饋變流器系統
    風電變流器包括雙饋風機變流器、全功率變流器和PWM整流器,均為我司自主研發,根據高校和研究所客戶要求定制開發,具有功能完善、產品可靠、開放性強、保護嚴格等特點。

    模擬風力發電系統的變流器由AC-DC-AC PWM變換器來實現,前級交流輸入可選接入交流/直流電網,根據設定的風速,將相應能量注入到直流母線上,后級交流輸出接交流母線,將輸入的能量注入到配電/微電網。該變流器為定制產品,根據用戶的要求設計,功能特點如下:
    2 機側矢量控制,網側矢量解耦P/Q控制;
    2 電網電壓在-3%~+7%范圍內波動時能正常運行;
    2 并網滿載電流總諧波畸變率5%以下;
    2 過流/過壓/過溫保護,分硬件保護和軟件保護;
    2 具備低電壓穿越功能;
    2 提供直流側外接其他電氣設備的接口;
    2 支持電網不平衡度小于 10%時正常發電運行;
    2 支持較寬的運行速度范圍:700-2000RPM;
     5.0 kW背靠背變流器主要指標

    項目指標

    參數特性

    項目指標

    參數特性

    變流器拓撲結構

    雙級背靠背

    后級控制方式

    穩定直流電壓

    額定流功率

    5.0kW

    后級功率因數

    >0.99

    額定交流電流

    15A

    直流母線電壓

    600V

    額定交流電壓

    380V

    最大直流電流

    22A

    額定電網頻率

    50Hz

    電流總諧波畸變率(THD)

    <3%(額定功率)

    允許電網頻率

    48~50.5Hz

    最大效率

    95%

    前級控制方式

    功率控制

    待機狀態功耗

    <40W

    前級功率因數

    >0.99

    冷卻方式

    強迫風冷

    防護等級

    IP21

    標準通訊方式

    RS485

    2.3 設備主要配置參數

    驅動變頻器

    容量等級

    5.5KW

    電壓等級

    380V

    電機類型

    異步/永磁同步電動機

    調速范圍

    0-2000RPM

    控制方式

    PG矢量控制,弱磁控制

    接口類型

    RS485

    控制環路

    速度閉環,力矩閉環

    精度

    電壓、電流、轉速、位置、轉矩的信號測量

    定制變流器

    功率等級

    5.5KW

    電壓等級

    380V

    功率拓撲

    二電平背靠背

    外形尺寸

    (寬×深×高,mm)800×600×1600

    電動機

    額定功率

    5.5KW

    額定轉速

    1500RPM

    同步轉速

    1800RPM

    額定電壓

    380V

    功率因數

    0.9

    發電機

      型

    雙饋發電機

    額定功率

    5.0kW

    額定電壓

    380V

    額定頻率

    50Hz

    額定轉速

    1500rpm

    轉速范圍

    0-2000rpm

    絕緣等級

    F級

    三、雙饋系統低電壓穿越與實驗
    3.1 電網電壓跌落的危害
    對雙饋風電機組來說:
    2 出現的過電流會損壞電力電子器件;
    2 DC端過電壓,將威脅直流側元器件;
    2 附加的轉矩、應力過大則會損壞風電機組的機械部件;
    對電網來說:
    2 引起電網頻率降低;
    2 引起電網線壓降低;
    2 引發聯鎖效應,導致大面積電網癱瘓。
    3.2 低電壓穿越LVRT定義及意義
    當電網故障或擾動引起風電場并網點的電壓跌落時,在電壓跌落的范圍內,風電機組能夠不間斷并網運行。
    它對系統由較為重要的意義:
    2 風機能夠不脫網持續運行;
    2 能夠對電網進行動態無功功率Q支撐;
    2 有助于有功功率P恢復;
    3.3 國內低電壓穿越標準
    對于低電壓穿越,要求如下圖所示,方案遵循此標準:
    低電壓穿越標準
    2 并網點電壓跌至20%額定電壓時,保證不脫網連續運行625ms ;
    2 跌落后2s 內恢復到額定電壓的90%時,不脫網連續運行。
    2 無功支撐:響應時間不大于75ms,持續時間不少于550ms ;無功電流滿足IT≥1.5×(0.9-UT)IN ,(0.2≤UT≤0.9)
    2 有功恢復:故障切除后以至少10%額定功率/秒的功率恢復到故障跌落前的功率;
    3.4 低電壓穿越LVRT實驗方案介紹
    主要為在變流器上添加Crowbar和Chopper電路,并在變流器中進行相應控制:
    2 Crowbar:其響應時間短,能夠保護變流器IGBT、吸收和衰減畸變電流和諧波電流
    2 Chopper:主要考慮單管吸收回路的設計,不同于Crowbar的投切工作方式,Chopper裝置在運行過程中會進行100Hz左右的斬波動作,大電流關斷時的尖峰很容易導致IGBT過壓實效。因此設計了RCD吸收回路和低感功率回路。
    四、雙饋系統實驗主控軟件
    FaceView實驗主控軟件具有風速特性模擬和風機主控功能,能模擬幾種典型風速如:微風、陣風、持續大風、持續中速風、或四種風速合成特性。主控和風機模擬的參數修改權限向用戶開放,用戶可以自由定制風力機特性,選配接收實際的測風儀數據。主控功能實現機組并網控制,恒速運行,限功率運行,降功率運行,低電壓穿越,機組脫網控制。
    FaceView監測以下參量:
    2 風速、風輪轉速;
    2 驅動電機轉子位置/速度、電流、電壓、功率、輸出轉矩;
    2 發電機轉子位置/速度、電流、電壓、功率、輸出轉矩;
    2 變流器直流電壓;
    2 網側變流器輸出電壓、電流、功率;
    2 電網電壓、電流、功率。
    五、開放雙饋風電變流器系統(說明)
    算法類的函數開放,用戶可以按照自己的算法修改、調用,如整流、逆變、電機控制的SVPWM和低電壓穿越算法。
    開放內容如下:
    1) 雙饋變流器所有電路板硬件原理圖及BOM表(pdf版本):控制板,電源板,信號板,電容板;
    2) 雙饋變流器柜電氣原理圖及BOM表(pdf版本);
    3) 開放控制板的debug接口,客戶可以燒寫自己的程序;
    4) 雙饋變流器通訊協議(RS485)(免費);
    5) 雙饋變流器使用手冊(免費);
    6) 雙饋變流器編程手冊pdf版;
    雙饋變流器軟件低電壓穿越算法、整流器SVPWM算法和電機控制SVPWM算法的工程源文件,包括程序主框架、硬件驅動功能、硬件配置功能、通訊功能、保護功能、編碼器功能、采樣功能、鎖相環功能、濾波函數等。低電壓穿越算法、整流器SVPWM算法和電機控制SVPWM算法用戶可以修改、調用。

    六、可開設實驗及科研教學內容
    1) 風力機模擬實驗
    2) 低電壓穿越實驗
    3) 低電壓穿越算法研究
    4) 直流母線電壓控制實驗
    5) 并網過程及連續實驗
    6) 亞同步速、超同步速運行控制實驗
    7) 風力發電并網功率因素調節
    實驗項目表

    編號

    名稱

    學生人數

    類型

    1

    異步電機空載實驗

    每套機組3~5人

    設計型

    2

    異步電機負載實驗

    每套機組3~5人

    設計型

    3

    雙饋感應電機空載實驗

    每套機組3~5人

    設計型

    4

    雙饋感應電機負載實驗

    每套機組3~5人

    設計型

    5

    風力發電機啟動并網實驗

    每套機組5~8人

    設計型

    6

    風力發電機正常停機實驗

    每套機組5~8人

    設計型

    7

    風力發電機異常停機

    每套機組5~8人

    設計型

    8

    風力發電機正常運行實驗

    每套機組5~8人

    設計型

    9

    風力發電機脫網保護實驗

    每套機組5~8人

    設計型

     

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