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    雙饋風力發電實驗系統|教學設備

    簡要描述:雙饋風力發電實驗系統|教學設備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。

    • 更新時間:2025-05-07
    • 產品型號:YUYXNY-SK03T
    • 廠商性質:生產廠家
    • 訪  問  量:1883

    詳細介紹

    品牌育仰科教應用領域文體,能源,電子/電池,電氣,綜合

    YUYXNY-SK03T雙饋風力發實驗系統

    一、產品概述

    本實系統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、產品特點

    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;

    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;

    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;

    實現風速和風力機模擬,機組并網控制,機組大功率運行控制,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;

    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;

    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;

    RS485接口,提供開放式MODBUS規約接入監控系統;

    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。

    雙饋實驗系統結構圖

    二、系統運行技術參數

    2.1 工作條件

    輸入電壓:三相四線~380V±10%  50Hz

    裝置容量:3.0kW

    海拔:0~2000m;

    環境溫度:-10℃~+50℃;

    環境相對濕度: 10~90%(25℃);

    大氣壓力范圍:1個標準大氣壓范圍;

    室內安裝;

    平臺必須水平安裝;

    設備正常使用年限:≥20年;

    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:

    實驗臺:2000×400×600;(長×深×高,mm)

    變流器:1000×600×1500;

    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。

    雙饋風電機組圖及變流器內部圖

    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:

    機側矢量控制,網側矢量解耦P/Q控制;

    電網電壓在-3%~+7%范圍內波動時能正常運行;

    并網滿載電流總諧波畸變率5%以下;

    過流/過壓/過溫保護,分硬件保護和軟件保護;

    具備低電壓穿越功能;

    提供直流側外接其他電氣設備的接口;

    支持電網不平衡度小于 10%時正常發電運行;

    支持較寬的運行速度范圍:700-2000RPM;

       3.0 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

    3.0kW

    后級功率因數

    >0.99

    額定交流電流

    9.0A

    直流母線電壓

    600V

    額定交流電壓

    380V

    大直流電流

    11A

    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

    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

    3.0KW

    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

    有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

    3.0kW

    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

    3.0kW

    額定轉速

    1500RPM

    同步轉速

    1800RPM

    額定電壓

    380V

    功率因數

    0.9

    發電機

      

    雙饋發電機

    額定功率

    3.0kW

    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:

    出現的過電流會損壞電力電子器件;

    DC端過電壓,將威脅直流側元器件;

    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:

    引起電網頻率降低;

    引起電網線壓降低;

    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:

    風機能夠不脫網持續運行;

    能夠對電網進行動態無功功率Q支撐;

    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

    并網點電壓跌至20%額定電壓時,保證不脫網連續運行625ms ;

    跌落后2s 內恢復到額定電壓的90%時,不脫網連續運行。

    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)

    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:

    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

    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。

    雙饋機組Crowbar

     

    雙饋機組Chopper

    其軟件部分邏輯如下:

    雙饋機組LVRT軟件邏輯

    低穿實驗波形1

    低穿實驗波形2

    低穿實驗波形3

    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:

    風速、風輪轉速;

    驅動電機轉子位置/速度、電流、電壓、功率、輸出轉矩;

    發電機轉子位置/速度、電流、電壓、功率、輸出轉矩;

    變流器直流電壓;

    網側變流器輸出電壓、電流、功率;

    電網電壓、電流、功率。

    風力發電模擬界面

    曲線觀測界面

    參數設定界面

    低電壓實驗

    基于物聯網實驗室安全用電智能控制系統

    1、特點

    智能控制系統檢測到有漏電或觸電情景出現時,智能控制系統在0.1秒斷開連接,保證人身和財產安全;智能控制系統本身有故障指示燈,用戶可根據智能控制系統故障指示燈顯示判斷出當前故障狀態,便于處理;智能控制系統有掛鎖功能,需要檢修時,在掛鎖位置上鎖,★防止他人上電,檢修更安全。可以采集現場輸出型裝置數據,通過多種物聯網通信方式上傳至云端,實現本地設備的遠程監控。

    2、功能

    基于物聯網實驗室安全用電智能控制系統,可進行用電數據采集、統計、存儲、分析、查詢等。運用前端數據可視化技術將實時的用電數據展示在平臺上,并以圖表的形式提供可視化的用電信息查詢功能;運用數據庫技術實時監測用電設備和線路運行狀況,對異常狀況及時告警,從而預防電氣火災;運用用電系統故障定位技術及時發現并精準定位用電故障點,自動生成故障報告,協助用戶一時間修復用電系統故障;運用電能質量監測技術實時分析和評估電能質量問題,并提供定制化的治理方案,協助用戶獲得優質電能;運用大數據技術和行業數學模型統計、分析并挖掘基礎的用電數據,基于數據發掘節能潛力,從而提供能效優化方案。滿足用電管理系統可視、安全、可靠、優質和經濟的智慧用電模塊需求。

    3、基于物聯網實驗室安全用電智能控制系統由執行裝置與網機組成,技術參數分別為:

    1)執行裝置技術參數

    (1)極數:3P+N

    (2)脫扣特性:C(5-10)In D(10-14)In

    (3)額定電流:In 6A、10A、16A、20A、25A、32A、40A、50A、63A

    (4)額定電壓:Ue AC 230V/400V

    (5)額定頻率f:50Hz

    (6)額定短路分斷能力:Icu10kA

    (7)殼架等級額定電流:Inm63A

    (8)缺相保護:設備防燒毀保護模式

    (9)漏電保護:元器件損壞保護模式

    (10)過載保護:電流過大防燒毀模式

    (11)短路保護:碰線防燒毀模式

    (12)掛鎖保護:便于維修安全

    (13)過溫保護:可監測線路溫度

    (14)過欠壓保護:防止造成人身事故和機械設備損壞

    (15)漏電或觸電時0.1秒斷開

    (16)故障指示燈,便于查看工作狀態

    ★(17)掛鎖功能,檢修更方便

    2)網機技術參數

    (1)內置STM32F103C8T6主控芯片

    (2)外置8M無源晶振

    (3)采用SP3485作為485通信芯片

    (4)485防浪涌保護

    (5)標準RS485接口,可直接串口設備

    (6)智能型數據終端,便捷實現數據傳輸功能

    ★(7)提供強大的中心管理軟件,方便設備管理

    ★(8)提供便捷的軟件升級和固件更新服務

    ★(9)提供數據庫數據備份,方便查看歷史數據

    (10)尺寸:89mm*67.5mm*20.5mm

    (11)重量:70g

    (12)電源:AC220V

    (13)功耗:1.5W

    (14)工作溫度:-25℃ - +70℃

    (15)工作濕度:95%

    (16)WiFi版大下行傳輸速率:64kbps

    (17)WiFi版大上行傳輸速率:32kbps

    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:

    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;

    雙饋變流器柜電氣原理圖及BOM表(pdf版本);

    開放控制板的debug接口,客戶可以燒寫自己的程序;

    雙饋變流器通訊協議(RS485)(免費);

    雙饋變流器使用手冊(免費);

    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。

    雙饋風電實驗系統現場圖如下:

     

    六、可開設實驗及科研教學內容

    風力機模擬實驗

    低電壓穿越實驗

    低電壓穿越算法研究

    直流母線電壓控制實驗

    并網過程及連續實驗

    亞同步速、超同步速運行控制實驗

    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

    雙饋風力發電實驗系統|教學設備

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