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HYXNY-F4雙饋異步風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
一、產(chǎn)品概述
雙饋異步風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由雙饋異步發(fā)電機(jī)組、控制屏、變流器柜、大功率三相自耦調(diào)壓器、監(jiān)控軟件六部分組成。
本系統(tǒng)采用直流電動(dòng)機(jī)來(lái)模擬風(fēng)力機(jī)，通過風(fēng)電上位機(jī)軟件，監(jiān)控PLC來(lái)控制直流調(diào)速器，通過改變直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組端電壓來(lái)模擬自然狀態(tài)下風(fēng)速的變化，實(shí)現(xiàn)輸出功率（轉(zhuǎn)矩）的控制，完成風(fēng)力機(jī)的模擬控制。
工業(yè)PC采用力控組態(tài)軟件經(jīng)PLC可編程控制器通過RS-485/USS協(xié)議與調(diào)速器通信，調(diào)速器將機(jī)組轉(zhuǎn)速信號(hào)、電樞電流、電壓信號(hào)等信號(hào)上傳，監(jiān)控軟件根據(jù)調(diào)速器上傳的信號(hào)以及虛擬風(fēng)速信號(hào)，通過數(shù)字化的典型風(fēng)力機(jī)特性曲線，計(jì)算出風(fēng)力機(jī)的輸出功率或轉(zhuǎn)矩，并將其作為直流電動(dòng)機(jī)的控制指令通過RS485下置作為調(diào)速器的給定端加以執(zhí)行，由數(shù)字直流調(diào)速器驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)。其中系統(tǒng)監(jiān)控管理主要是對(duì)系統(tǒng)各智能控制裝置的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電SCADA。
發(fā)電機(jī)采用雙饋異步發(fā)電機(jī)，變流器控制部分采用DSP處理器；功率部分采用雙向背靠背PWM變流器模塊。電網(wǎng)則采用9kVA調(diào)壓器來(lái)模擬。
二、技術(shù)方案
在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中，大型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成為其主要發(fā)展方向之一。其中，交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)發(fā)電是一種比較優(yōu)化的控制方案。它是通過在雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)施加三相交流電源進(jìn)行勵(lì)磁，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的幅值、頻率和相位，實(shí)現(xiàn)定子側(cè)輸出電量的控制。
雙饋異步發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上類似繞線式異步感應(yīng)電機(jī)，定子與一般的交流電機(jī)一樣也有三相分布式繞組；轉(zhuǎn)子與一般電機(jī)不同，它也有三相分布式繞組。運(yùn)行時(shí)定子側(cè)直接接入工頻的三相電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子側(cè)通過變頻器接入所需的低頻電流。因?yàn)槎ㄗ优c轉(zhuǎn)子側(cè)都有能量的流動(dòng)，所以稱為雙饋電機(jī)。也可以稱為交流勵(lì)磁電機(jī)，因?yàn)檗D(zhuǎn)子是通過變頻器接入的低頻電流勵(lì)磁的。
根據(jù)變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對(duì)交流勵(lì)磁電源的要求，針對(duì)目前適合用作交流勵(lì)磁電源的變流器進(jìn)行詳細(xì)深入的比較分析，認(rèn)為在目前的電力電子技術(shù)條件下，兩電平電壓型雙PWM變流器是可用作變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)交流勵(lì)磁電源*具優(yōu)勢(shì)的一種變流器。
兩電平電壓型雙PWM變流器是由兩個(gè)完全相同的兩電平電壓型三相PWM變流器通過直流母線連接而成，如圖3所示，其英文名稱為Back-to-Back PWM Converter。由于在變速恒頻交流勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，兩個(gè)PWM變流器的工作狀態(tài)經(jīng)常變換，通常不再以它們工作于整流或逆變的狀態(tài)來(lái)區(qū)分它們，而是按照它們的位置分別稱之為網(wǎng)側(cè)PWM變流器和轉(zhuǎn)子側(cè)即機(jī)側(cè)PWM變流器。
在具體的運(yùn)行控制過程中，這兩個(gè)PWM變流器各司其職。其中，網(wǎng)側(cè)變流器的任務(wù)主要有兩個(gè)，一是保證其良好的輸入特性，即輸入電流的波形接近正弦，諧波含量少，功率因數(shù)符合要求，理論上網(wǎng)側(cè)PWM變流器可獲得任意可調(diào)的功率因數(shù)，這就為整個(gè)系統(tǒng)的功率因數(shù)的控制提供了另一個(gè)途徑；二是保證直流母線電壓的穩(wěn)定，直流母線電壓的穩(wěn)定是兩個(gè)PWM變流器正常工作的前提，是通過對(duì)輸入電流的有效控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的作用主要有兩個(gè)方面，一是給DFIG的轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁分量的電流，從而可以調(diào)節(jié)DFIG定子側(cè)所發(fā)出的無(wú)功功率；二是通過控制DFIG轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩分量的電流控制DFIG的轉(zhuǎn)速或控制DFIG定子側(cè)所發(fā)出的有功功率，從而使DFIG運(yùn)行在風(fēng)力機(jī)的*佳功率曲線上，實(shí)現(xiàn)*大風(fēng)能追蹤（捕獲）運(yùn)行。
三、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的技術(shù)性能﹑指標(biāo)及配備
1. 技術(shù)性能
1.1輸入電壓：三相四線～380V±10% 50Hz
1.2裝置容量：＜15.0kVA
2. 裝置構(gòu)成及各主要元件性能指標(biāo)
包括雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、風(fēng)力機(jī)控制柜、雙饋?zhàn)兞髌鞴?、大功率三相自耦調(diào)壓器、監(jiān)控軟件六個(gè)部分。
2.1雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組
發(fā)電機(jī)組由直流電動(dòng)機(jī)、雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)速傳感器、機(jī)組固定底盤及配套件等構(gòu)成。
2.1.1直流電動(dòng)機(jī)
Ø 額定電樞電壓：DC440V
Ø 額定功率：4kW
Ø 額定轉(zhuǎn)速：1500r/min
2.1.2直流調(diào)速器
采用功能強(qiáng)大的西門子6RA70型數(shù)字四象限直流調(diào)速器作為原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置。在風(fēng)力發(fā)電實(shí)訓(xùn)中，為原動(dòng)機(jī)提供電源。額定參數(shù)如下：
Ø *大輸出功率：6.3kW
Ø 額定電樞電流：15A
Ø 額定電樞電壓：420V
Ø 額定勵(lì)磁電流：3A
Ø 額定勵(lì)磁電壓：325V
Ø 通訊口：RS485/232，支持 USS通訊協(xié)議
2.1.3雙饋異步發(fā)電機(jī)
Ø 額定功率：3kW
Ø 額定定子電壓：AC380V（線電壓）
Ø 轉(zhuǎn)子開路電壓：AC600V
Ø 同步轉(zhuǎn)速：1500r/min
Ø 轉(zhuǎn)速率調(diào)節(jié)范圍：±25%
2.1.4機(jī)組固定底座及配套件
2.2仿真器：
適配TMS320F2812。
2.3模擬表頭
采用國(guó)標(biāo)6L2系列表頭，含原動(dòng)機(jī)電樞電壓表、原動(dòng)機(jī)電樞電流表、系統(tǒng)進(jìn)線電壓表，配三相線電壓切換顯示開關(guān)。
2.4雙饋?zhàn)兞髌鞴?br />
變流器柜含雙饋?zhàn)兞髌髦骰芈泛涂刂葡到y(tǒng)。變流器柜的主回路及控制回路構(gòu)成了雙饋?zhàn)兞髌?，雙饋?zhàn)兞髌髦饕蓹C(jī)側(cè)控制器及網(wǎng)側(cè)控制器兩部分組成。
機(jī)側(cè)控制器的作用主要有兩個(gè)方面，一是給雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁分量的電流，從而可以調(diào)節(jié)雙饋發(fā)電機(jī)的定子側(cè)所發(fā)出的無(wú)功功率；二是通過控制雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩分量的電流控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速或控制發(fā)電機(jī)定子側(cè)所發(fā)出的有功功率，從而使發(fā)電機(jī)運(yùn)行在風(fēng)力機(jī)的*佳功率曲線上，實(shí)現(xiàn)*大風(fēng)能追蹤（捕獲）運(yùn)行。機(jī)側(cè)控制器面板安裝有兩個(gè)信號(hào)指示燈，16鍵PVC軟鍵盤，240*128點(diǎn)蘭色液晶屏及9個(gè)波形測(cè)試端子。信號(hào)指示燈可對(duì)控制器工作、保護(hù)狀態(tài)分別指示；鍵盤可完成機(jī)側(cè)控制器啟動(dòng)/停止設(shè)置，*大功率啟動(dòng)/停止跟蹤設(shè)置，有功/無(wú)功給定，手動(dòng)并網(wǎng)/離網(wǎng)；液晶屏可顯示轉(zhuǎn)速反饋值，有功/無(wú)功反饋值；波形測(cè)試端子可通過示波器觀測(cè)發(fā)電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)子、定子相電流波形，可觀測(cè)發(fā)電機(jī)定子相電壓、電網(wǎng)相電壓波形。
網(wǎng)側(cè)控制器面板安裝有三個(gè)信號(hào)指示燈，16鍵PVC軟鍵盤，240*128點(diǎn)蘭色液晶屏及7個(gè)波形測(cè)試端子。信號(hào)指示燈可對(duì)控制器工作、故障、卸荷狀態(tài)分別給于指示，通過鍵盤可完成并網(wǎng)啟動(dòng)/停止設(shè)置。液晶屏可完成三相電流，電壓有效值顯示，直流母線電壓顯示；面板觀測(cè)孔可觀測(cè)電網(wǎng)相電流波形、相電壓波形及直流母線電壓波形。四、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
1. 雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)接線實(shí)驗(yàn)
2. 風(fēng)力機(jī)特性離線仿真實(shí)驗(yàn)
3. 雙饋異步發(fā)電機(jī)空載特性實(shí)驗(yàn)
4. 空載并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)
5. 并網(wǎng)及功率輸送實(shí)驗(yàn)
6. *大功率跟蹤實(shí)驗(yàn)
7. 有功、無(wú)功解耦控制實(shí)驗(yàn)
8. 電能質(zhì)量分析實(shí)驗(yàn)
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