双馈风力发电实验系统,双馈风力发电实训装置:上海硕博公司 -

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2023年8月27日? 双馈风力发电实验系统,双馈风力发电实训装置

SBXNY-SK05T双馈风力发电实验系统

一、产品概述

双馈风力发电实验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。

此图为双馈加直驱系统（仅限参考）

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,机组最大功率运行控制,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

三、系统运行技术参数

3.1工作条件

?输入电压：三相四线～380V±10%? 50Hz

?装置容量：≤5.0kW

(38)海拔：0～2000m；

(39)环境温度：-10℃～＋50℃；

(40)环境相对湿度: 10～90%(25℃)；

(41)大气压力范围：1个标准大气压范围；

(42)室内安装；

(43)平台必须水平安装；

(44)设备正常使用年限：≥20年；

(45)环境要求：环境通风良好,不含易燃、腐蚀性气体；

3.2实验平台的基本尺寸：

?实验台：1400×400×400；（长×深×高,mm）

?变流器：800×800×2000；

?主控柜：800×800×2000；

注：实验平台分两排布置,预计占地面积4m×4m

3.2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：

(46)机侧矢量控制,网侧矢量解耦P/Q控制；

(47)电网电压在-3%～+7%范围内波动时能正常运行；

(48)并网满载电流总谐波畸变率5%以下；

(49)过流/过压/过温保护,分硬件保护和软件保护；

(50)具备低电压穿越功能；

(51)提供直流侧外接其他电气设备的接口；

(52)支持电网不平衡度小于10%时正常发电运行；

(53)支持较宽的运行速度范围：700-2000RPM；

5.0 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	5.0kW	后级功率因数	>0.99
额定交流电流	15A	直流母线电压	600V
额定交流电压	380V	最大直流电流	22A
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	最大效率	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	5.5KW
	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	5.5KW
	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	5.5KW
	额定转速	1500RPM
	同步转速	1800RPM
	额定电压	380V
	功率因数	0.9
发电机	类型	双馈发电机
	额定功率	5.0kW
	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：

(54)风速、风轮转速；

(55)驱动电机转子位置／速度、电流、电压、功率、输出转矩；

(56)发电机转子位置／速度、电流、电压、功率、输出转矩；

(57)变流器直流电压；

(58)网侧变流器输出电压、电流、功率；

(59)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

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：

n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；

n双馈变流器柜电气原理图及BOM表(pdf版本)；

n开放控制板的debug接口,客户可以烧写自己的程序；

n双馈变流器通讯协议(RS485)（免费）；

n双馈变流器使用手册(免费)；

n双馈变流器编程手册pdf版；

n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、配套教学资源（共1套）

（一）在线教育课程开放平台（具有软件著作权,配1个登录帐号）:

1）本系统是互通教学多元化管理平台,将用户传统的各个平台系统实施整合,集中互通管理,解决多平台、多账号难以管理、数据库分散无法集中统计等问题。系统包含了：在线教务管理系统、在线课程资源管理平台、在线习题库平台、在线考试考核平台、线上视频课程管理平台及线上虚拟仿真教学管理平台,真正意义的一站互通数据集中统计！

(二)新能源教学系统仿真软件（正版）

*一、软件概述

1、通过该软件可以系统性学习太阳能光伏硅材料、电池片、光伏组件、光伏组件附属材料、光伏应用产品等全部系列光伏知识内容。

2、配备文字与动画展示并介绍从原材料至成品包括中间环节加工工艺等与使用方法。

3、多媒体系统自带语音讲解,图、文、声并茂展示讲解、与系统所述文字同步播放,帮助教师对光伏发电课程教案的快速编写,提高学生对新能源专业知识快速掌握和快速学习。

4、软件组成

(1)太阳能光伏硅材料讲解与展示系统

主要功能

1、可以展示各种太阳能光伏电池使用的硅材料实物；

2、配备文字与动画展示各种材料的生产工艺与使用方法

3、目录（约11课时）

?光伏硅产品基本情况介绍

?硅单质性质：包括硅的物理性质、化学性质、硅的分类与应用

?硅化合物性质：包括二氧化硅、一氧化硅、硅的卤化物、三氯氢硅、硅烷等

?硅的生长原理及定型

?硅的提纯方法：包括化学提纯与物理提纯方法

?多晶硅的制备及其缺陷和杂质：包括冶金硅级制备、高纯多晶硅制备、铸造多晶硅制备

?单晶硅的制备及其缺陷和杂质：包括单晶硅生长、单晶硅的杂质与缺陷

?单晶硅与多晶硅加工方法

?硅薄膜材料：包括非晶硅薄膜材料、多晶硅薄膜材料

?硅材料的测试与分析方法：包括导电型号测量、电阻率测量、少子寿命测量、霍尔系数的测定、迁移率的测量、?化学性能分析、晶体结构分析等

?硅材料测试与分析依据标准（GB标准、UL标准、IEC标准、SEMI标准）

(2)太阳能光伏电池片讲解与展示系统

主要功能

1、可以展示各种太阳能光伏电池片；

2、配备文字与动画展示各种电池片的生产工艺与使用方法

3、目录（约9课时）

?太阳能电池片基本情况介绍

?太阳能电池片基本结构分析

?太阳能电池片分类

?晶体硅太阳能电池片生产工艺：包括生产方法与生产设备介绍

?晶体硅太阳能电池片生产主要原材料

?太阳能电池片测试技术与方法：包括测试方法与测试设备介绍

?太阳能电池片测试依据标准

(3)太阳能光伏组件讲解与展示系统

1、可以展示各种太阳能光伏光伏组件；

2、配备文字与动画展示各种光伏组件的生产工艺与使用方法

3、目录（约10课时）

r)太阳能电池组件基本介绍

s)太阳能电池组件的分类及各种组件的优缺点

t)太阳能电池组件的生产工艺介绍及相关设备

u)太阳电池组件的评定标准

v)太阳能电池组件的测试方法与测试设备

w)太阳能电池组件的发展方向

(4)太阳能光伏组件附属材料讲解与展示系统

主要功能

1、可以展示各种太阳能光伏光伏组件附属材料；

2、配备文字与动画展示各种光伏组件附属材料的生产工艺与使用方法

3、目录（约7课时）

?太阳能组件附属设施情况介绍

?太阳能组件对钢化玻璃的具体要求

?太阳能组件对支架铝型材的具体要求

?太阳能组件对EVA封胶的具体要求

?太阳能组件对TPT背板的具体要求

?太阳能组件附属设施检测方法

?太阳能组件附属设施测试标准

*二、展示与讲解内容目录（图、文、声并茂）

2.1太阳能光伏应用产品讲解与展示系统（约5课时）

2.1.1太阳能发电系统：

2.1.2家用太阳能发电机直流系统多媒体电视机

2.1.3太阳能便携电源：

2.1.4太阳能杀虫灯

2.1.5太阳能警示灯

2.1.6太阳能野营灯

2.2太阳能光伏发电基本原理

2.3太阳能光伏发电系统组成部分介绍

2.4太阳能光伏发电系统设计方法

2.5太阳能光伏电站施工建设方法

2.5.1、项目前期考察

2.5.2、项目建设前期资料及批复文件

第一阶段：可研阶段

第二阶段：获得省级/市级相关部门的批复文件

第三阶段：获得开工许可

2.5.3、项目施工图设计

2.5.4、项目实施建设

2.5.5、带电前的必备条件

2.6太阳能光伏并网电站介绍

2.6.1、光伏并网电站简要描述

2.6.2、光伏并网电站设备组成

2.6.2、光伏并网电站设备功能

2.7家用型太阳能电站建设方案

2.7.1、项目概述

2.7.2、方案设计（附详细方案设计）

（一）用户负载信息

（二）系统方案设计

（三）效益计算：

2.8逆变器基本原理介绍

2.9控制器基本原理介绍

（三）实验室智慧用电安全控制系统

智能电源管理系统具有过温、短路、过流、过压、欠压、失压、功率限定7大保护功能；电源具有一键锁定功能,处理故障时,防止漏电保护器合闸,造成触电危险；电源具有故障锁定功能,发生故障导致跳闸时,不能人为上电,只能通过远程清除故障后,才能上电成功；能通过无线4G和有线以太网与手机APP和PC端云平台通讯,没有网络的情况下,教室整套智能电源管理系统可离线独立运行。

1、智能终端：智能电源管理系统以32位ARM为核心,采用4.3寸彩色触摸屏为人机交互界面,实时监控设备运行情况,提供Zigbee、CAN等多种通信模式,具备语音播报功能。能实时监测三相电压、电流、功率,功率因数、频率、电能等参数,液晶触摸屏监测数值。能监控实验室电源的故障类型和故障次数；设备时间管理包含年月日时间的显示；用户通过刷卡方式请求开启设备,PC端进行授权之后,设备可启动使用,PC端可分时预约设备的启动和停止！

2、手机APP：用电状态界面实时显示当前电压、电流、有无功功率、电能、设备温度、漏电电流值等；用电数据界面能智能查找近2年用电数据,设置界面能设置限定电能值、负载值、设备超温值、过欠压值、过欠压恢复时间值等。后台查看报警日志、操作日志、故障日志等。控制：可在微信小程序中远程控制智能开关的通断。

3、PC端软件：每个设备状态信息显示,具有多个子界面,具有故障分析,用电能效分析、集中管理、个人中心资料管理、用户报警定位跟踪与信息统计；具有管理员信息修改与权限管理等功能。可一键开启和关闭所有设备,可单独控制每台设备的开关！

4、后台系统：包含账号管理、设备管理、报修管理、用户管理,设备管理：

①、包含监控管理：实时视频监控每个教室,可一键预览所有设备的在线和运行情况,分析设备使用率及运行时间！

②、包含设备节点：可显示设备所在位置、编码名称、挂载情况、用户编辑、用户查询等。

5、报修管理：用户可进行远程报修,反应设备故障信息,编辑报修情况,后台可进行远程维护,及时跟进,以有效解决用户设备维护。

6、用户管理：可连通手机号,对账户进行一对一的安全加密,实名认证,防止账户泄密、防盗,现场数据连接云平台后台数据库管理。

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