DB-FN02 雙饋風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
一、產(chǎn)品概述
雙饋風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用變速恒頻控制的雙饋異步發(fā)電機(jī)組,可以完成大功率雙饋風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)力機(jī)模擬和運(yùn)行操作訓(xùn)練。
二、產(chǎn)品特點(diǎn)
1) 模擬真實(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)、并網(wǎng)、正常運(yùn)行和停機(jī)過程,具備模擬機(jī)組變速調(diào)節(jié)能力,有功、無功的調(diào)節(jié)能力;
2) 風(fēng)速模型不僅可設(shè)定典型幾種風(fēng)速曲線,支持導(dǎo)入實(shí)際測量得到的風(fēng)速―時(shí)間數(shù)據(jù);
3) FaceView實(shí)驗(yàn)主控軟件執(zhí)行機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)流程控制和數(shù)據(jù)記錄、顯示、系統(tǒng)監(jiān)控等功能;
4) 實(shí)現(xiàn)風(fēng)速和風(fēng)力機(jī)模擬,機(jī)組并網(wǎng)控制,機(jī)組最大功率運(yùn)行控制,機(jī)組恒速運(yùn)行,機(jī)組限功率運(yùn)行,機(jī)組低電壓穿越,機(jī)組脫網(wǎng)控制等控制功能;
5) 背靠背變流器可實(shí)現(xiàn)直流側(cè)電壓的初始狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定,實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)并網(wǎng),實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在故障條件下不脫網(wǎng)運(yùn)行,低電壓穿越的功能,支持風(fēng)機(jī)的低電壓穿越實(shí)驗(yàn);
6) 軟件分析風(fēng)力發(fā)電的數(shù)據(jù)與運(yùn)行特性,能夠顯示異常時(shí)的故障原因;
7) RS485接口,提供開放式MODBUS規(guī)約接入監(jiān)控系統(tǒng);
8) 完善的保護(hù)功能,包括過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)、過溫保護(hù)、超速保護(hù)、短路保護(hù),可以實(shí)現(xiàn)低電壓穿越以及外接電源電壓不穩(wěn)定時(shí)保護(hù)實(shí)驗(yàn);
注:帶醒目的危險(xiǎn)標(biāo)識(shí),如:有電危險(xiǎn)、運(yùn)行時(shí)請勿打開、嚴(yán)謹(jǐn)帶電操作等。
雙饋實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
二、系統(tǒng)運(yùn)行技術(shù)參數(shù)
2.1 工作條件
輸入電壓:三相四線~380V±10% 50Hz
裝置容量:≤5.0kW
海拔:0~2000m;
環(huán)境溫度:-10℃~+50℃;
環(huán)境相對(duì)濕度: 10~90%(25℃);
大氣壓力范圍:1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓范圍;
室內(nèi)安裝;
平臺(tái)必須水平安裝;
設(shè)備正常使用年限:≥20年;
環(huán)境要求:環(huán)境通風(fēng)良好,不含易燃、腐蝕性氣體;
2.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基本尺寸:
實(shí)驗(yàn)臺(tái):2000×400×600;(長×深×高,mm)
變流器:1000×600×1500;
主控柜:800×600×1820;
注:實(shí)驗(yàn)平臺(tái)分兩排布置,預(yù)計(jì)占地面積 3m×3m
2.2 定制雙饋?zhàn)兞髌飨到y(tǒng)
風(fēng)電變流器包括雙饋風(fēng)機(jī)變流器、全功率變流器和PWM整流器,均為我司自主研發(fā),根據(jù)高校和研究所客戶要求定制開發(fā),具有功能完善、產(chǎn)品可靠、開放性強(qiáng)、保護(hù)嚴(yán)格等特點(diǎn)。
雙饋風(fēng)電機(jī)組圖及變流器內(nèi)部圖
模擬風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的變流器由AC-DC-AC PWM變換器來實(shí)現(xiàn),前級(jí)交流輸入可選接入交流/直流電網(wǎng),根據(jù)設(shè)定的風(fēng)速,將相應(yīng)能量注入到直流母線上,后級(jí)交流輸出接交流母線,將輸入的能量注入到配電/微電網(wǎng)。該變流器為定制產(chǎn)品,根據(jù)用戶的要求設(shè)計(jì),功能特點(diǎn)如下:
機(jī)側(cè)矢量控制,網(wǎng)側(cè)矢量解耦P/Q控制;
電網(wǎng)電壓在-3%~+7%范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)能正常運(yùn)行;
并網(wǎng)滿載電流總諧波畸變率5%以下;
過流/過壓/過溫保護(hù),分硬件保護(hù)和軟件保護(hù);
具備低電壓穿越功能;
提供直流側(cè)外接其他電氣設(shè)備的接口;
支持電網(wǎng)不平衡度小于 10%時(shí)正常發(fā)電運(yùn)行;
支持較寬的運(yùn)行速度范圍:700-2000RPM;
項(xiàng)目指標(biāo) | 參數(shù)特性 | 項(xiàng)目指標(biāo) | 參數(shù)特性 |
變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) | 雙級(jí)背靠背 | 后級(jí)控制方式 | 穩(wěn)定直流電壓 |
額定流功率 | 5.0kW | 后級(jí)功率因數(shù) | >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(wǎng)頻率 | 50Hz | 電流總諧波畸變率(THD) | <3%(額定功率) |
允許電網(wǎng)頻率 | 48~50.5Hz | 最大效率 | 95% |
前級(jí)控制方式 | 功率控制 | 待機(jī)狀態(tài)功耗 | <40W |
前級(jí)功率因數(shù) | >0.99 | 冷卻方式 | 強(qiáng)迫風(fēng)冷 |
防護(hù)等級(jí) | IP21 | 標(biāo)準(zhǔn)通訊方式 | RS485 |
驅(qū)動(dòng)變頻器 | 容量等級(jí) | 5.5KW |
電壓等級(jí) | 380V | |
電機(jī)類型 | 異步/永磁同步電動(dòng)機(jī) | |
調(diào)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(huán)路 | 速度閉環(huán),力矩閉環(huán) | |
精度 | 電壓、電流、轉(zhuǎn)速、位置、轉(zhuǎn)矩的信號(hào)測量 | |
定制變流器 | 功率等級(jí) | 5.5KW |
電壓等級(jí) | 380V | |
功率拓?fù)?/span> | 二電平背靠背 | |
外形尺寸 | (寬×深×高,mm)800×600×1600 | |
電動(dòng)機(jī) | 額定功率 | 5.5KW |
額定轉(zhuǎn)速 | 1500RPM | |
同步轉(zhuǎn)速 | 1800RPM | |
額定電壓 | 380V | |
功率因數(shù) | 0.9 | |
發(fā)電機(jī) | 類 型 | 雙饋發(fā)電機(jī) |
額定功率 | 5.0kW | |
額定電壓 | 380V | |
額定頻率 | 50Hz | |
額定轉(zhuǎn)速 | 1500rpm | |
轉(zhuǎn)速范圍 | 0-2000rpm | |
絕緣等級(jí) | F級(jí) |
3.1 電網(wǎng)電壓跌落的危害
對(duì)雙饋風(fēng)電機(jī)組來說:
出現(xiàn)的過電流會(huì)損壞電力電子器件;
DC端過電壓,將威脅直流側(cè)元器件;
附加的轉(zhuǎn)矩、應(yīng)力過大則會(huì)損壞風(fēng)電機(jī)組的機(jī)械部件;
對(duì)電網(wǎng)來說:
引起電網(wǎng)頻率降低;
引起電網(wǎng)線壓降低;
引發(fā)聯(lián)鎖效應(yīng),導(dǎo)致大面積電網(wǎng)癱瘓。
3.2 低電壓穿越LVRT定義及意義
當(dāng)電網(wǎng)故障或擾動(dòng)引起風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)的電壓跌落時(shí),在電壓跌落的范圍內(nèi),風(fēng)電機(jī)組能夠不間斷并網(wǎng)運(yùn)行。
它對(duì)系統(tǒng)由較為重要的意義:
風(fēng)機(jī)能夠不脫網(wǎng)持續(xù)運(yùn)行;
能夠?qū)﹄娋W(wǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)無功功率Q支撐;
有助于有功功率P恢復(fù);
3.3 國內(nèi)低電壓穿越標(biāo)準(zhǔn)
對(duì)于低電壓穿越,要求如下圖所示,方案完全遵循此標(biāo)準(zhǔn):
低電壓穿越標(biāo)準(zhǔn)
并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌至20%額定電壓時(shí),保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行625ms ;
跌落后2s 內(nèi)恢復(fù)到額定電壓的90%時(shí),不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行。
無功支撐:響應(yīng)時(shí)間不大于75ms,持續(xù)時(shí)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(fù):故障切除后以至少10%額定功率/秒的功率恢復(fù)到故障跌落前的功率;
3.4 低電壓穿越LVRT實(shí)驗(yàn)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(jìn)行相應(yīng)控制:
Crowbar:其響應(yīng)時(shí)間短,能夠保護(hù)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(shè)計(jì),不同于Crowbar的投切工作方式,Chopper裝置在運(yùn)行過程中會(huì)進(jìn)行100Hz左右的斬波動(dòng)作,大電流關(guān)斷時(shí)的尖峰很容易導(dǎo)致IGBT過壓實(shí)效。因此設(shè)計(jì)了RCD吸收回路和低感功率回路。
四、雙饋系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)主控軟件
FaceView實(shí)驗(yàn)主控軟件具有風(fēng)速特性模擬和風(fēng)機(jī)主控功能,能模擬幾種典型風(fēng)速如:微風(fēng)、陣風(fēng)、持續(xù)大風(fēng)、持續(xù)中速風(fēng)、或四種風(fēng)速合成特性。主控和風(fēng)機(jī)模擬的參數(shù)修改權(quán)限向用戶開放,用戶可以自由定制風(fēng)力機(jī)特性,選配接收實(shí)際的測風(fēng)儀數(shù)據(jù)。主控功能實(shí)現(xiàn)機(jī)組并網(wǎng)控制,恒速運(yùn)行,限功率運(yùn)行,降功率運(yùn)行,低電壓穿越,機(jī)組脫網(wǎng)控制。
FaceView監(jiān)測以下參量:
風(fēng)速、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速;
驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置/速度、電流、電壓、功率、輸出轉(zhuǎn)矩;
發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置/速度、電流、電壓、功率、輸出轉(zhuǎn)矩;
變流器直流電壓;
網(wǎng)側(cè)變流器輸出電壓、電流、功率;
電網(wǎng)電壓、電流、功率。
五、開放雙饋風(fēng)電變流器系統(tǒng)(說明)
算法類的函數(shù)開放,用戶可以按照自己的算法修改、調(diào)用,如整流、逆變、電機(jī)控制的SVPWM和低電壓穿越算法。
開放內(nèi)容如下:
1) 雙饋?zhàn)兞髌魉须娐钒逵布韴D及BOM表(pdf版本):控制板,電源板,信號(hào)板,電容板;
2) 雙饋?zhàn)兞髌鞴耠姎庠韴D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?zhàn)兞髌魍ㄓ崊f(xié)議(RS485)(免費(fèi));
5) 雙饋?zhàn)兞髌魇褂檬謨?免費(fèi));
6) 雙饋?zhàn)兞髌骶幊淌謨詐df版;
雙饋?zhàn)兞髌鬈浖碗妷捍┰剿惴ā⒄髌鱏VPWM算法和電機(jī)控制SVPWM算法的工程源文件,包括程序主框架、硬件驅(qū)動(dòng)功能、硬件配置功能、通訊功能、保護(hù)功能、編碼器功能、采樣功能、鎖相環(huán)功能、濾波函數(shù)等。低電壓穿越算法、整流器SVPWM算法和電機(jī)控制SVPWM算法用戶可以修改、調(diào)用。
雙饋風(fēng)電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)現(xiàn)場圖如下:
六、可開設(shè)實(shí)驗(yàn)及科研教學(xué)內(nèi)容
1) 風(fēng)力機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)
2) 低電壓穿越實(shí)驗(yàn)
3) 低電壓穿越算法研究
4) 直流母線電壓控制實(shí)驗(yàn)
5) 并網(wǎng)過程及連續(xù)實(shí)驗(yàn)
6) 亞同步速、超同步速運(yùn)行控制實(shí)驗(yàn)
7) 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)功率因素調(diào)節(jié)
實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目表
編號(hào) | 名稱 | 學(xué)生人數(shù) | 類型 |
1 | 異步電機(jī)空載實(shí)驗(yàn) | 每套機(jī)組3~5人 | 設(shè)計(jì)型 |
2 | 異步電機(jī)負(fù)載實(shí)驗(yàn) | 每套機(jī)組3~5人 | 設(shè)計(jì)型 |
3 | 雙饋感應(yīng)電機(jī)空載實(shí)驗(yàn) | 每套機(jī)組3~5人 | 設(shè)計(jì)型 |
4 | 雙饋感應(yīng)電機(jī)負(fù)載實(shí)驗(yàn) | 每套機(jī)組3~5人 | 設(shè)計(jì)型 |
5 | 風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)并網(wǎng)實(shí)驗(yàn) | 每套機(jī)組5~8人 | 設(shè)計(jì)型 |
6 | 風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常停機(jī)實(shí)驗(yàn) | 每套機(jī)組5~8人 | 設(shè)計(jì)型 |
7 | 風(fēng)力發(fā)電機(jī)異常停機(jī) | 每套機(jī)組5~8人 | 設(shè)計(jì)型 |
8 | 風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行實(shí)驗(yàn) | 每套機(jī)組5~8人 | 設(shè)計(jì)型 |
9 | 風(fēng)力發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)保護(hù)實(shí)驗(yàn) | 每套機(jī)組5~8人 | 設(shè)計(jì)型 |