HYXNY-F4雙饋異步風力發(fā)電實驗系統

一、產品概述
雙饋異步風力發(fā)電實驗系統由雙饋異步發(fā)電機組、控制屏、變流器柜、大功率三相自耦調壓器、監(jiān)控軟件六部分組成。
本系統采用直流電動機來模擬風力機，通過風電上位機軟件，監(jiān)控PLC來控制直流調速器，通過改變直流電動機電樞繞組端電壓來模擬自然狀態(tài)下風速的變化，實現輸出功率（轉矩）的控制，完成風力機的模擬控制。
工業(yè)PC采用力控組態(tài)軟件經PLC可編程控制器通過RS-485/USS協議與調速器通信，調速器將機組轉速信號、電樞電流、電壓信號等信號上傳，監(jiān)控軟件根據調速器上傳的信號以及虛擬風速信號，通過數字化的典型風力機特性曲線，計算出風力機的輸出功率或轉矩，并將其作為直流電動機的控制指令通過RS485下置作為調速器的給定端加以執(zhí)行，由數字直流調速器驅動直流電動機。其中系統監(jiān)控管理主要是對系統各智能控制裝置的數據采集與監(jiān)視控制，實現風電SCADA。
發(fā)電機采用雙饋異步發(fā)電機，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。電網則采用9kVA調壓器來模擬。

二、技術方案
在風力發(fā)電技術中，大型變速恒頻風力發(fā)電技術已經成為其主要發(fā)展方向之一。其中，交流勵磁雙饋電機發(fā)電是一種比較優(yōu)化的控制方案。它是通過在雙饋發(fā)電機的轉子側施加三相交流電源進行勵磁，調節(jié)勵磁電流的幅值、頻率和相位，實現定子側輸出電量的控制。
雙饋異步發(fā)電機在結構上類似繞線式異步感應電機，定子與一般的交流電機一樣也有三相分布式繞組；轉子與一般電機不同，它也有三相分布式繞組。運行時定子側直接接入工頻的三相電網，轉子側通過變頻器接入所需的低頻電流。因為定子與轉子側都有能量的流動，所以稱為雙饋電機。也可以稱為交流勵磁電機，因為轉子是通過變頻器接入的低頻電流勵磁的。
根據變速恒頻雙饋風力發(fā)電系統對交流勵磁電源的要求，針對目前適合用作交流勵磁電源的變流器進行詳細深入的比較分析，認為在目前的電力電子技術條件下，兩電平電壓型雙PWM變流器是可用作變速恒頻雙饋風力發(fā)電機交流勵磁電源*具優(yōu)勢的一種變流器。
兩電平電壓型雙PWM變流器是由兩個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磁雙饋風力發(fā)電系統的運行過程中，兩個PWM變流器的工作狀態(tài)經常變換，通常不再以它們工作于整流或逆變的狀態(tài)來區(qū)分它們，而是按照它們的位置分別稱之為網側PWM變流器和轉子側即機側PWM變流器。
在具體的運行控制過程中，這兩個PWM變流器各司其職。其中，網側變流器的任務主要有兩個，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，功率因數符合要求，理論上網側PWM變流器可獲得任意可調的功率因數，這就為整個系統的功率因數的控制提供了另一個途徑；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PWM變流器正常工作的前提，是通過對輸入電流的有效控制來實現的。
轉子側變流器的作用主要有兩個方面，一是給DFIG的轉子提供勵磁分量的電流，從而可以調節(jié)DFIG定子側所發(fā)出的無功功率；二是通過控制DFIG轉子轉矩分量的電流控制DFIG的轉速或控制DFIG定子側所發(fā)出的有功功率，從而使DFIG運行在風力機的*佳功率曲線上，實現*大風能追蹤（捕獲）運行。
三、實驗平臺的技術性能﹑指標及配備
1. 技術性能
1.1輸入電壓：三相四線～380V±10% 50Hz
1.2裝置容量：＜15.0kVA
2. 裝置構成及各主要元件性能指標
包括雙饋異步風力發(fā)電機組、風力機控制柜、雙饋變流器柜、大功率三相自耦調壓器、監(jiān)控軟件六個部分。
2.1雙饋異步風力發(fā)電機組
發(fā)電機組由直流電動機、雙饋異步風力發(fā)電機、轉速傳感器、機組固定底盤及配套件等構成。
2.1.1直流電動機
? 額定電樞電壓：DC440V
? 額定功率：4kW
? 額定轉速：1500r/min
2.1.2直流調速器
采用功能強大的西門子6RA70型數字四象限直流調速器作為原動機的驅動裝置。在風力發(fā)電實訓中，為原動機提供電源。額定參數如下：
? *大輸出功率：6.3kW
? 額定電樞電流：15A
? 額定電樞電壓：420V
? 額定勵磁電流：3A
? 額定勵磁電壓：325V
? 通訊口：RS485/232，支持 USS通訊協議
2.1.3雙饋異步發(fā)電機
? 額定功率：3kW
? 額定定子電壓：AC380V（線電壓）
? 轉子開路電壓：AC600V
? 同步轉速：1500r/min
? 轉速率調節(jié)范圍：±25%
2.1.4機組固定底座及配套件
2.2仿真器：
適配TMS320F2812。
2.3模擬表頭
采用國標6L2系列表頭，含原動機電樞電壓表、原動機電樞電流表、系統進線電壓表，配三相線電壓切換顯示開關。
2.4雙饋變流器柜
變流器柜含雙饋變流器主回路和控制系統。變流器柜的主回路及控制回路構成了雙饋變流器，雙饋變流器主要由機側控制器及網側控制器兩部分組成。
機側控制器的作用主要有兩個方面，一是給雙饋發(fā)電機的轉子提供勵磁分量的電流，從而可以調節(jié)雙饋發(fā)電機的定子側所發(fā)出的無功功率；二是通過控制雙饋發(fā)電機轉子轉矩分量的電流控制發(fā)電機的轉速或控制發(fā)電機定子側所發(fā)出的有功功率，從而使發(fā)電機運行在風力機的*佳功率曲線上，實現*大風能追蹤（捕獲）運行。機側控制器面板安裝有兩個信號指示燈，16鍵PVC軟鍵盤，240*128點蘭色液晶屏及9個波形測試端子。信號指示燈可對控制器工作、保護狀態(tài)分別指示；鍵盤可完成機側控制器啟動/停止設置，*大功率啟動/停止跟蹤設置，有功/無功給定，手動并網/離網；液晶屏可顯示轉速反饋值，有功/無功反饋值；波形測試端子可通過示波器觀測發(fā)電機機轉子、定子相電流波形，可觀測發(fā)電機定子相電壓、電網相電壓波形。
網側控制器面板安裝有三個信號指示燈，16鍵PVC軟鍵盤，240*128點蘭色液晶屏及7個波形測試端子。信號指示燈可對控制器工作、故障、卸荷狀態(tài)分別給于指示，通過鍵盤可完成并網啟動/停止設置。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；面板觀測孔可觀測電網相電流波形、相電壓波形及直流母線電壓波形。四、實驗項目
1. 雙饋異步風力發(fā)電系統接線實驗
2. 風力機特性離線仿真實驗
3. 雙饋異步發(fā)電機空載特性實驗
4. 空載并網實驗
5. 并網及功率輸送實驗
6. *大功率跟蹤實驗
7. 有功、無功解耦控制實驗
8. 電能質量分析實驗