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双馈风力发电实验系统|教学设备

简要描述:双馈风力发电实验系统|教学设备采用变速恒频控制的双馈异步发电机组,可以完成大功率双馈风电机组的风力机模拟和运行操作训练。

  • 更新时间:2020-06-05
  • 产品型号:YUYXNY-SK03T
  • 厂商性质:生产厂家
  • 访  问  量:453

详细介绍

品牌育仰科教应用领域文体,能源,电子,电气,综合

YUYXNY-SK03T双馈风力发实验系统

一、产品概述

本实系统采用变速恒频控制的双馈异步发电机组,可以完成大功率双馈风电机组的风力机模拟和运行操作训练。

二、产品特点

模拟真实风力发电机的启动、并网、正常运行和停机过程,具备模拟机组变速调节能力,有功、无功的调节能力;

风速模型不仅可设定典型几种风速曲线,支持导入实际测量得到的风速―时间数据;

FaceView实验主控软件执行机组运行状态流程控制和数据记录、显示、系统监控等功能;

实现风速和风力机模拟,机组并网控制,机组大功率运行控制,机组恒速运行,机组限功率运行,机组低电压穿越,机组脱网控制等控制功能;

背靠背变流器可实现直流侧电压的初始状态进行设定,实现单位功率因数并网,实现风力发电机在故障条件下不脱网运行,低电压穿越的功能,支持风机的低电压穿越实验;

软件分析风力发电的数据与运行特性,能够显示异常时的故障原因;

RS485接口,提供开放式MODBUS规约接入监控系统;

完善的保护功能,包括过电压保护、过电流保护、过温保护、超速保护、短路保护,可以实现低电压穿越以及外接电源电压不稳定时保护实验;

注:带醒目的危险标识,如:有电危险、运行时请勿打开、严谨带电操作等。

双馈实验系统结构图

二、系统运行技术参数

2.1 工作条件

输入电压:三相四线~380V±10%  50Hz

装置容量:3.0kW

海拔:0~2000m;

环境温度:-10℃~+50℃;

环境相对湿度: 10~90%(25℃);

大气压力范围:1个标准大气压范围;

室内安装;

平台必须水平安装;

设备正常使用年限:≥20年;

环境要求:环境通风良好,不含易燃、腐蚀性气体;

2.2 实验平台的基本尺寸:

实验台:2000×400×600;(长×深×高,mm)

变流器:1000×600×1500;

主控柜:800×600×1820;

注:实验平台分两排布置,预计占地面积 3m×3m

2.2 定制双馈变流器系统

风电变流器包括双馈风机变流器、全功率变流器和PWM整流器,均为我司自主研发,根据高校和研究所客户要求定制开发,具有功能完善、产品可靠、开放性强、保护严格等特点。

双馈风电机组图及变流器内部图

模拟风力发电系统的变流器由AC-DC-AC PWM变换器来实现,前级交流输入可选接入交流/直流电网,根据设定的风速,将相应能量注入到直流母线上,后级交流输出接交流母线,将输入的能量注入到配电/微电网。该变流器为定制产品,根据用户的要求设计,功能特点如下:

机侧矢量控制,网侧矢量解耦P/Q控制;

电网电压在-3%~+7%范围内波动时能正常运行;

并网满载电流总谐波畸变率5%以下;

过流/过压/过温保护,分硬件保护和软件保护;

具备低电压穿越功能;

提供直流侧外接其他电气设备的接口;

支持电网不平衡度小于 10%时正常发电运行;

支持较宽的运行速度范围:700-2000RPM;

   3.0 kW背靠背变流器主要指标

项目指标

参数特性

项目指标

参数特性

变流器拓扑结构

双级背靠背

后级控制方式

稳定直流电压

额定流功率

3.0kW

后级功率因数

>0.99

额定交流电流

9.0A

直流母线电压

600V

额定交流电压

380V

大直流电流

11A

额定电网频率

50Hz

电流总谐波畸变率(THD)

<3%(额定功率)

允许电网频率

48~50.5Hz

大效率

95%

前级控制方式

功率控制

待机状态功耗

<40W

前级功率因数

>0.99

冷却方式

强迫风冷

防护等级

IP21

标准通讯方式

RS485

2.3 设备主要配置参数

驱动变频器

容量等级

3.0KW

电压等级

380V

电机类型

异步/永磁同步电动机

调速范围

0-2000RPM

控制方式

有PG矢量控制,弱磁控制

接口类型

RS485

控制环路

速度闭环,力矩闭环

精度

电压、电流、转速、位置、转矩的信号测量

定制变流器

功率等级

3.0kW

电压等级

380V

功率拓扑

二电平背靠背

外形尺寸

(宽×深×高,mm)800×600×1600

电动机

额定功率

3.0kW

额定转速

1500RPM

同步转速

1800RPM

额定电压

380V

功率因数

0.9

发电机

  

双馈发电机

额定功率

3.0kW

额定电压

380V

额定频率

50Hz

额定转速

1500rpm

转速范围

0-2000rpm

绝缘等级

F级

三、双馈系统低电压穿越与实验

3.1 电网电压跌落的危害

对双馈风电机组来说:

出现的过电流会损坏电力电子器件;

DC端过电压,将威胁直流侧元器件;

附加的转矩、应力过大则会损坏风电机组的机械部件;

对电网来说:

引起电网频率降低;

引起电网线压降低;

引发联锁效应,导致大面积电网瘫痪。

3.2 低电压穿越LVRT定义及意义

当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落时,在电压跌落的范围内,风电机组能够不间断并网运行。

它对系统由较为重要的意义:

风机能够不脱网持续运行;

能够对电网进行动态无功功率Q支撑;

有助于有功功率P恢复;

3.3 国内低电压穿越标准

对于低电压穿越,要求如下图所示,方案完全遵循此标准:

低电压穿越标准

并网点电压跌至20%额定电压时,保证不脱网连续运行625ms ;

跌落后2s 内恢复到额定电压的90%时,不脱网连续运行。

无功支撑:响应时间不大于75ms,持续时间不少于550ms ;无功电流满足IT≥1.5×(0.9-UT)IN ,(0.2≤UT≤0.9)

有功恢复:故障切除后以至少10%额定功率/秒的功率恢复到故障跌落前的功率;

3.4 低电压穿越LVRT实验方案介绍

主要为在变流器上添加Crowbar和Chopper电路,并在变流器中进行相应控制:

Crowbar:其响应时间短,能够保护变流器IGBT、吸收和衰减畸变电流和谐波电流

Chopper:主要考虑单管吸收回路的设计,不同于Crowbar的投切工作方式,Chopper装置在运行过程中会进行100Hz左右的斩波动作,大电流关断时的尖峰很容易导致IGBT过压实效。因此设计了RCD吸收回路和低感功率回路。

双馈机组Crowbar

 

双馈机组Chopper

其软件部分逻辑如下:

双馈机组LVRT软件逻辑

低穿实验波形1

低穿实验波形2

低穿实验波形3

四、双馈系统实验主控软件

FaceView实验主控软件具有风速特性模拟和风机主控功能,能模拟几种典型风速如:微风、阵风、持续大风、持续中速风、或四种风速合成特性。主控和风机模拟的参数修改权限向用户开放,用户可以自由定制风力机特性,选配接收实际的测风仪数据。主控功能实现机组并网控制,恒速运行,限功率运行,降功率运行,低电压穿越,机组脱网控制。

FaceView监测以下参量:

风速、风轮转速;

驱动电机转子位置/速度、电流、电压、功率、输出转矩;

发电机转子位置/速度、电流、电压、功率、输出转矩;

变流器直流电压;

网侧变流器输出电压、电流、功率;

电网电压、电流、功率。

风力发电模拟界面

曲线观测界面

参数设定界面

低电压实验

基于物联网实验室安全用电智能控制系统

1、特点

智能控制系统检测到有漏电或触电情景出现时,智能控制系统在0.1秒断开连接,保证人身和财产安全;智能控制系统本身有故障指示灯,用户可根据智能控制系统故障指示灯显示判断出当前故障状态,便于处理;智能控制系统有挂锁功能,需要检修时,在挂锁位置上锁,★防止他人上电,检修更安全。可以采集现场输出型装置数据,通过多种物联网通信方式上传至云端,实现本地设备的远程监控。

2、功能

基于物联网实验室安全用电智能控制系统,可进行用电数据采集、统计、存储、分析、查询等。运用前端数据可视化技术将实时的用电数据展示在平台上,并以图表的形式提供可视化的用电信息查询功能;运用数据库技术实时监测用电设备和线路运行状况,对异常状况及时告警,从而预防电气火灾;运用用电系统故障定位技术及时发现并精准定位用电故障点,自动生成故障报告,协助用户一时间修复用电系统故障;运用电能质量监测技术实时分析和评估电能质量问题,并提供定制化的治理方案,协助用户获得优质电能;运用大数据技术和行业数学模型统计、分析并挖掘基础的用电数据,基于数据发掘节能潜力,从而提供能效优化方案。满足用电管理系统可视、安全、可靠、优质和经济的智慧用电模块需求。

3、基于物联网实验室安全用电智能控制系统由执行装置与网机组成,技术参数分别为:

1)执行装置技术参数

(1)极数:3P+N

(2)脱扣特性:C(5-10)In D(10-14)In

(3)额定电流:In 6A、10A、16A、20A、25A、32A、40A、50A、63A

(4)额定电压:Ue AC 230V/400V

(5)额定频率f:50Hz

(6)额定短路分断能力:Icu10kA

(7)壳架等级额定电流:Inm63A

(8)缺相保护:设备防烧毁保护模式

(9)漏电保护:元器件损坏保护模式

(10)过载保护:电流过大防烧毁模式

(11)短路保护:碰线防烧毁模式

(12)挂锁保护:便于维修安全

(13)过温保护:可监测线路温度

(14)过欠压保护:防止造成人身事故和机械设备损坏

(15)漏电或触电时0.1秒断开

(16)故障指示灯,便于查看工作状态

★(17)挂锁功能,检修更方便

2)网机技术参数

(1)内置STM32F103C8T6主控芯片

(2)外置8M无源晶振

(3)采用SP3485作为485通信芯片

(4)485防浪涌保护

(5)标准RS485接口,可直接串口设备

(6)智能型数据终端,便捷实现数据传输功能

★(7)提供强大的中心管理软件,方便设备管理

★(8)提供便捷的软件升级和固件更新服务

★(9)提供数据库数据备份,方便查看历史数据

(10)尺寸:89mm*67.5mm*20.5mm

(11)重量:70g

(12)电源:AC220V

(13)功耗:1.5W

(14)工作温度:-25℃ - +70℃

(15)工作湿度:95%

(16)WiFi版大下行传输速率:64kbps

(17)WiFi版大上行传输速率:32kbps

五、开放双馈风电变流器系统(说明)

算法类的函数开放,用户可以按照自己的算法修改、调用,如整流、逆变、电机控制的SVPWM和低电压穿越算法。

开放内容如下:

双馈变流器所有电路板硬件原理图及BOM表(pdf版本):控制板,电源板,信号板,电容板;

双馈变流器柜电气原理图及BOM表(pdf版本);

开放控制板的debug接口,客户可以烧写自己的程序;

双馈变流器通讯协议(RS485)(免费);

双馈变流器使用手册(免费);

双馈变流器编程手册pdf版;

双馈变流器软件低电压穿越算法、整流器SVPWM算法和电机控制SVPWM算法的工程源文件,包括程序主框架、硬件驱动功能、硬件配置功能、通讯功能、保护功能、编码器功能、采样功能、锁相环功能、滤波函数等。低电压穿越算法、整流器SVPWM算法和电机控制SVPWM算法用户可以修改、调用。

双馈风电实验系统现场图如下:

 

六、可开设实验及科研教学内容

风力机模拟实验

低电压穿越实验

低电压穿越算法研究

直流母线电压控制实验

并网过程及连续实验

亚同步速、超同步速运行控制实验

风力发电并网功率因素调节

 实验项目表

编号

名称

学生人数

类型

1

异步电机空载实验

每套机组3~5人

设计型

2

异步电机负载实验

每套机组3~5人

设计型

3

双馈感应电机空载实验

每套机组3~5人

设计型

4

双馈感应电机负载实验

每套机组3~5人

设计型

5

风力发电机启动并网实验

每套机组5~8人

设计型

6

风力发电机正常停机实验

每套机组5~8人

设计型

7

风力发电机异常停机

每套机组5~8人

设计型

8

风力发电机正常运行实验

每套机组5~8人

设计型

9

风力发电机脱网保护实验

每套机组5~8人

设计型

双馈风力发电实验系统|教学设备

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