双馈风力发电实验系统，新能源风力发电系统

ZR-FN02型 大型双馈风力发电实训系统

1.大型双馈风力发电实训系统

1.1整体方案
（1）动力控制系统, 用来模仿自然风经过叶桨产生的转动力矩写入到发电动机的机械转矩，为系统发电提供原动力。它由电动机、调动速度系统和控制系统含有概括。 （2）变速恒频双馈风力发电动机的励磁控制系统, 控制双向可控逆变器使发电动机变速恒频运行。它由双馈风力发电动机, 双向可控逆变器和控制系统系统等含有概括。 （3）风力发电的主控系统, 对整个风力发电系统实行统一监控、管理和安全控制。主要含有概括监控主机和监控系统、主控系统、多功能测控仪表、模仿风系统、风力发电安全系统及各类测量仪表器具仪表等。 风机实训系统含有变桨、主控、主轴、齿轮箱、发电动机、双向可控逆变控制器、备用电源、风速模仿等，用来模仿实际风机运行状态，测量试验相关硬件和系统系统，解析风机离、并网发电系统的控制算法。 大型双馈风力发电实训系统风机实训系统电控部分含有主控系统、变桨系统、测量试验系统、逆变并网控制系统、监控系统等。 主控系统用来连接风速风向传感器、震动传感器、位置传感器、测量、安全链、监控系统等，控制风速方向、偏航、变桨等信息。
变桨系统主要是用来控制三个桨叶的单独转动，模仿风机叶桨按照风速及风向改变情况完成变桨控制算法，完成变桨控制。 测量试验系统主要控制风速模仿系统，用来模仿自然风速风向，来测量试验风力发电动机在不一样风速风向情况下的运行状态； 离、并网控制主要完成风力资源的离、并网运用，解析系统运行的各种工况。 1.2大型双馈风力发电实训系统系统选型
1.2.1系统整体构造 在实训室环境下研究风力发电系统, 无法得到现场的风能写入, 也无法装配巨大的桨叶, 因此用原动机及模仿风系统完成风力发电动机的机械和电气输出特性；风力发电实训系统含有概括图，如图6 1.2.2系统包括 系统含有

设备	部位件	用途	数量
主控实训系统
风力发电系统	风机模仿系统	含有概括监控主机和监控系统、多功能仪表、各种测量仪表及低压电气元件，完成整机系统的状态显露、功能数值设定及检验测量试验、控制实操等。	1套
	安全链	急停、刹车系统、震动和位置等多种传感器，完成系统异常时的保护功能。
	偏航系统	含有偏航电动机、偏航控制器、蜗杆式齿轮箱、偏航齿轮、扭揽开关等含有概括，协作偏航控制器及模仿风发生系统完成偏航实训。
	变浆系统	含有变浆电动机、变浆控制器、蜗杆式齿轮箱、轮毂、限位开关等含有概括，协作变桨控制器完成变浆实训。
	主控系统	主站PLC为主的主控系统、分站PLC为辅的从站系统，完成整机系统的控制，数值收集等功能。
	模仿风发生系统	含有模仿风发生器、风速风向仪及显露设备、风向控制系统等，模仿各种实际风况，并完成风速和风向信息的检验测量试验。
	调动速度系统	主要含有原动机的调动速度装置，经过调动速度装置调动原动机的状态，从而经过齿轮箱间接改变风叶的转动情况，模仿风速对桨叶的改变，为变浆控制提供实训条件。
	逆变单元	含有双向离、并网逆变器、HMI等，完成风机离、并网功能，对主控系统功能数值实行监控，完成双馈发电动机的并网实训。
	备用电源	主要以电池组为主，各种低压电器元件为辅，完成变浆系统在异常情况下的供电。
	模仿运行算法	含有概括 PLC 算法和组态系统控制算法，建立实际风力发电动机控制模型，测量试验主控系统。

1.2.3主控实训系统 主控实训系统含有概括主控控制系统以及模仿风发生系统，风机主控系统如图8。

主控系统是风力发电动机控制的核心，在适用风力发电动机安全运行的前提下，尽可能的获取最大功率（W）（W）。 主控系统用来模仿实际 1.5～3 MW双馈型风机的主控系统，主要用来模仿实际风机的主控系统，收集变浆和偏航的IO 点，完成整机控制。HMI用来显露和控制PLC 系统。 风力发电动机主控系统应用主控PLC 与专用HMI，与实际风机控制系统一致，适用风机控制要求。 风力发电动机整机模仿系统含有概括实操台储物储物柜、PLC、按钮、指示灯、测控仪表、风速风向发生仪、监控系统等，用来模仿风机内部各种控制信号。模仿测量试验系统与实际控制系统连接，来模仿风机运行的实际状况。风力发电动机内部模仿控制信号可经过PLC编程控制，用户也可在现有硬件基础上自行研发控制系统，完成对各种自然风的模仿，完成对风力发电动机控制算法的研究。


经过风力发电动机控制系统与风力发电动机模仿系统的连接，尽可能的模仿实际风力发电动机运行的工序技艺特别点和控制要求。此系统开放性强，可经过对控制系统和模仿系统的PLC编程，完成对不一样类型风力发电动机的模仿以及控制拟真。可用来学术课程课程理论研究、学员实训等。
此套系统主要功能含有概括：
■可经过此系统，让学员学习掌控把握掌控把握主控系统的配备装备、特别点和工序技艺要求；
■可经过此系统，让学员学习掌控把握掌控把握主控系统编写和调动测量试验；
■可经过此系统，让学员研究和模仿不一样风机的运行特别点；
■可经过此系统，让学员研究和调动测量试验风机核心控制算法；
■可经过此系统，测量试验完整的主控系统，完成主控系统电气、系统等测量试验
风机主控实训系统特别点：
■ 先进性，适用目前最主流的兆瓦级变速恒频风机控制系统的要求；
■ 开放性，无论是PLC 还是计算机数值数值均可自主编程，适用学员学习掌控把握掌控把握的要求；
■ 适应性，可适用不一样功率（W）（W）、不一样类型的风机测量试验和模仿；
1.2.4模仿风发生系统
本实训系统含有概括一套测量试验系统，由PLC、变频器、工控机等包括，主要用来控制模仿风发生器的风速和风向，模仿实际运行的风速环境，其功能如下：
■ 内部存档多种风速弯弯曲线，含有概括微风、阵风、大风、飓风等，含有风速改变趋势弯弯曲线，可便利的模仿实际的风况；
■ 经过变频器控制，控制不一样风速；
■显露屏可以显露主控系统、变桨系统、偏航系统和测量试验系统的功能数值，并能便利控制；
■ 测量试验系统经过对不一样风速的控制，来测量试验不一样风况下的风力发电动机运行状态。
1.3系统主要模型块功能特别点和技术功能数值
1.3.1双馈发电动机
规格限定功率（W）（W）：3kW
规格限定电压（V）（V）：380V
转子电压（V）（V）：124V
转子开路电压（V）（V）：620V
规格限定转动速度：1200rpm
级数：6
防护等级：IP44
1.3.2双馈可控逆变控制系统
响应速度：<300us
规格限定电压（V）（V）：380V
规格限定频率：50Hz
频率波动界限：±1HZ
电网电压（V）（V）总谐波畸变率：4%
规格限定容量（KV）（KV）：<=10kW
功率（W）（W）因数：0.951
效率：满功率（W）（W）时>=95%
冷却方法: 空冷
并网时间：<2s
通讯方法：profibus DP
噪声：＝<70dB
1.3.3齿轮箱
最大负载10kW， 变速比1:90

1.3.4控制系统
（1）主控制系统含有概括：控制储物储物柜、电气系统、主控计算机数值数值及控制系统系统
（2）偏航系统：偏航伺服电动机、减慢速度箱及编码器、伺服控制器及控制系统
（3）变浆系统：变浆伺服电动机、伺服控制器及控制系统
（4）偏航电动机：0.75kW
（5）偏航扭缆CW方向传感器
（6）伺服控制器：

DSP全数字控制方法，可以完成多种电动机控制算法
内置电子齿轮控制功能
六种脉冲写入方法，与用户上位机连连接口便利灵活
编码器反馈脉冲可分频输出，分频数：1-255
键盘及LED数码显露
保护功能：设定有过压、过流、过载、失速等报警
1.3.5检验测量试验用传感器
电动机速度、位置编码器、电流（A）（A）、电压（V）（V）传感器。随驱动器供货，具体按照定货实际功能数值
1.3.6电控储物储物柜系统
由调动速度控制储物储物柜、变流控制储物储物柜、备用电源储物储物柜、主控主控台包括。
1.3.7 PLC控制系统
应用主站PLC为主的主控系统、分站PLC为辅的偏航及变浆系统，Profibus DP通讯连连接口。系统可以经过远程操控，组态控制系统，提供标准的编程连连接口。
1.3.8底座
（1）包括：基座、塔杆、偏航系统支撑架、机舱；
（2）基座：系统尺寸：3.8m×1m×3m界限内；底座的设计与系统设计过程中应用的具体器件有关，可以按照器件及客户需求最终确定构造尺寸及加工。
（3）机舱：叶桨、轮毂、齿轮箱、拖动系统、发电动机、传感器等。
1.3.9风速模仿驱动系统
用来模仿风力发电动机中风吹风轮转动情况，是实训系统的动力源。其中含有概括电动机部分和驱动器部分：
(1) 电动机：三相交流ACAC异步电动机
规格限定电压（V）（V）：380V
规格限定电流（A）（A）：15.3A
规格限定功率（W）（W）：7.5kW
规格限定转动速度：1440r/min
(2)驱动器：西门子440变频器
■ 主要特征：
调动测量试验简便
6个可编程，带隔离的数字写入
2个可编程的模仿输出
3个完全的可编程的继电器输出
完善的变频器和电动机保护功能
■ 控制功能的特别点：
最新的IGBT技术
数字微处置整理器控制
高重量（kg）的矢量控制系统
线性V/F特性
平方V/F特性
高品质的PID控制器
含有概括的限限制动作作（斩波）器
4个跳转频率
■保护功能：
过载能力
过压/欠压保护
变频器过温保护
接地故障保护
短路保护
闭锁电动机保护
防止电动机失速
功能数值连锁
1.3.10风速风向模仿系统
（1）风速风向仪
■ 技术功能数值参考规格：
风速测量界限：0-60m/s
风速测量精确度：±0.4m/s
风向测量界限：0-360°
风向测量精确度：±2°
电压（V）（V）：DC9V-24V
传输方法：数字传输485/模仿连连接口
（2）变频器
规格限定电压（V）（V）：380V
规格限定功率（W）（W）：1.5kW
功能：过载报警、外部故障停机、欠压停机、RS485通讯连连接口
（3）模仿风发生器
规格限定电压（V）（V）：380V
规格限定功率（W）（W）：0.85kW
最大流量：210m³/h
最大吹力：220mbar
1.3.11监控系统
■ 技术功能数值参考规格：
实操系统：Windows XP/CE，WinXPE
装配方法：控制储物储物柜实操操作面板
作业环境温度（℃）（℃）：-20℃~50℃
作业相对湿度：10～95% ，无凝结
■ 功能特别点：
宽温度（℃）（℃）设计，适合低温下平稳运行
安全保护，防止风力振动带来的损坏
支持Windoews系统的系统研发
风电动机组控制
功能数值显露和设定
权限控制
故障记录查询
历史数值查询和统计
1.3.12主控制器功能特别点
■ 高功能
配备装备工业级533MHz处置整理器，拥有纳秒级（13ns）的处置整理速度；
程序运行周期最小可达10ms；
支持多任务配备装备，最多可配备装备32种不一样任务。
■ 高可靠性
保护及通讯不受电磁干扰；
风电主控制器已经过UL、CE认证；
背板背面全部接地，有效抵抗脉冲群干扰；
具备良好的电磁兼容性，现场与系统、通道与通道间应用隔离措施。
■开放性强
支持多种现场总线协议，如 Modbus、Profibus-DP等，同时提供多种连连接口方法选用，适用风力发电动机上通讯设备的需求；
■出色的环境适应性
宽温型设计，存储温度（℃）（℃）-40℃～70℃，运行温度（℃）（℃）-25℃～60℃；
出色的三防工序技艺，防盐雾、防湿热、防霉菌，适合于戈壁、滩涂以及海上风力发电动机。
■强大的冗余和自诊断功能
拥有强大的自诊断功能，DO模型块设定有回读功能，实行数值对比自检；
设定有掉电检验测量试验和超测量界限及超限报警功能；
支持电源冗余、CPU冗余、通讯冗余，适用海上风机的高可靠性要求；
■适合风电应用的专家模型块
高速测频模型块、光纤通讯模型块、电量收集模型块等，用来完成风电特殊信号的收集和通讯；
■ 易用性和易维护性
模型块支持带电插拔，新模型块自动实行数值的初始化设定，并快速与CPU建立通信；
编程系统符合IEC61131-3国际标准，设定有LD、IL、FBD、ST、SFC和CFC六种编程语言；
灵活的SD存储卡，可实行工程恢复及备份复制，使系统维护更加便利、快捷；
背板上设计有防混销，以避免插错模型块；
应用WAGO端子接线，简便牢固。保证机舱震动过大时，接线不脱落；
外观小巧，易于装配，既可分散，也可集中；
1.3.13主控制器编程系统
■功能特别点
符合IEC61131-3标准的编程语言
强大的运算功能，支持32位浮点运算
支持数组、指针，便利完成复杂运算
支持系统拟真、在线调动测量试验及用户代码查验功能
含有概括故障数值解析和显露功能
设定有用户程序密码保护功能
六种编程语言，适用编程人员实行复杂的逻辑控制需求
子程序之间可应用不一样的编程语言，并可相互调用
支持编写自定义块、函数和子程序可存档为内部库的形式
自定义内部库可以在不一样工程中调用
可对风机中的关键变量实行采样跟踪，如风速、桨距角
角度、风向、发电动机输出电流（A）（A）、电压（V）（V）、变流器反馈转矩
等实行就地就地实时跟踪，并存档数值
1.3.14安全链
震动、过压、超速、解缆失灵等故障保护系统，可以避免系统失控。
1.3.15电源
实训室提供50kVA三相四线AC 380V交流ACAC电源、5kVA的AC 220V交流ACAC电源及可靠的接地系统。
2.系统功能
风力发电动机实训系统主要用来学员的教学实践和科研研发，经过风机控制系统与风机模仿系统的连接，尽可能的模仿实际风力发电动机运行的工序技艺特别点和控制要求。此系统开放性强，可经过对控制系统和模仿系统的PLC 编程，完成对不一样类型风机的模仿以及控制拟真，可用来学员课程课程理论研究、实践等。完成变速恒频风力机组发电状态的模仿，含有概括转动速度、转矩、发电量及有功、无功调动。
■主要实训功能如下：
风力发电动机接线形式实训
空载运行实训
并网过程实训
并网连续运行实训
风速模仿实训
转距模仿实训
发电功率（W）（W）模仿实训
其它相关发电功能及测量实训
脱网保护模仿实训
控制策略模仿实训
主控系统的配备装备、特别点和工序技艺要求
学习掌控把握掌控把握主控系统编写和调动测量试验
研究和调动测量试验风机核心控制算法
自主编程应用
风力发电现场功能数值收集的逻辑解析
3.设备装配建议
要求：室内装配，楼层高度不低于3m，楼层为一楼，门宽3m，楼层走廊3m。