双馈异步风力发电仿真平台

栏目分类:风力发电实训设备   发布日期:2017-12-29   浏览次数:
双馈异步风力发电仿真平台,大型风力发电实训系统要用于学生的教学实践和科研开发,通过风机控制系统与风机模拟系统的连接。属于新能源技术,风光互补发电系统教学设备。

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ZR-8100大型风力发电实训系统

一、双馈异步风力发电仿真平台,大型风力发电实训系统实验内容

双馈异步风力发电仿真平台,大型风力发电实训系统主要实验功能如下:
1.风力发电机接线形式实验
2.空载运转实验
3.并网过程实验
4.并网连续运行实验
5.风速模拟实验
6.转距模拟实验
7.发电功率模拟实验
8.其它相关发电性能及测量实验
9.脱网保护模拟实验
10.控制策略模拟实验
11.主控系统的配置、特点和工艺要求
12.学习主控软件编写和调试
13.研究和调试风机核心控制算法
14.自主编程应用
15.风力发电现场参数采集的逻辑分析

二、双馈异步风力发电仿真平台,大型风力发电实训系统构成

双馈异步风力发电仿真平台控制柜
双馈异步风力发电仿真平台,大型风力发电实训系统包含

1.风力发电系统

2.风机模拟系统

包括监控主机和监控软件、多功能仪表、各种测量仪表及低压电气元件,实现整机系统的状态显示、参数设置及检测、控制操作等。1套

3.安全链

急停、刹车系统、震动和位置等多种传感器,实现系统异常时的保护功能。 

4.偏航系统

包含偏航电机、偏航控制器、蜗杆式齿轮箱、偏航齿轮、扭揽开关等构成,配合偏航控制器及模拟风发生系统完成偏航实验。

5.变浆系统

包含变浆电机、变浆控制器、蜗杆式齿轮箱、轮毂、限位开关等构成,配合变桨控制器完成变浆实验。

6.主控系统

主站PLC为主的主控系统、分站PLC为辅的从站系统,实现整机系统的控制,数据采集等功能。

7.模拟风发生系统

包含模拟风发生器、风速风向仪及显示设备、风向控制系统等,模拟各种实际风况,并完成风速和风向信息的检测。

8.调速系统

主要包含原动机的调速装置,通过调速装置调节原动机的状态,从而通过齿轮箱间接改变风叶的转动情况,模拟风速对桨叶的改变,为变浆控制提供实验条件。

9.逆变单元

包含双向离、并网逆变器、HMI等,实现风机离、并网功能,对主控系统参数进行监控,完成双馈发电机的并网实验。

10.备用电源

主要以电池组为主,各种低压电器元件为辅,实现变浆系统在异常情况下的供电。

11.模拟运行算法

包括 PLC 算法和组态软件控制算法,建立实际风力发电机控制模型,测试主控系统。

三、双馈异步风力发电仿真平台,大型风力发电实训系统主控实验系统

1.主控实验系统包括主控控制系统以及模拟风发生系统,风机主控系统。
2.主控系统是风力发电机控制的核心,在满足风力发电机安全运行的前提下,尽可能的获取最大功率。
3.主控系统用于模拟实际 1.5~3 MW双馈型风机的主控系统,主要用于模拟实际风机的主控系统,采集变浆和偏航的IO 点,实现整机控制。HMI用于显示和控制PLC 系统。
4.风力发电机主控系统采用主控PLC 与专用HMI,与实际风机控制系统一致,满足风机控制要求。
5.风力发电机整机模拟系统包括操作台柜、PLC、按钮、指示灯、测控仪表、风速风向发生仪、监控系统等,用于模拟风机内部各种控制信号。模拟测试系统与实际控制系统连接,来模拟风机运行的实际状况。风力发电机内部模拟控制信号可通过PLC编程控制,用户也可在现有硬件基础上自行开发控制软件,实现对各种自然风的模拟,完成对风力发电机控制算法的研究。
6.通过风力发电机控制系统与风力发电机模拟系统的连接,尽可能的模拟实际风力发电机运行的工艺特点和控制要求。此系统开放性强,可通过对控制系统和模拟系统的PLC编程,实现对不同类型风力发电机的模拟以及控制仿真。可用于学术理论研究、学生实验等。
7.此套系统主要功能包括:
  可通过此系统,让学生学习主控系统的配置、特点和工艺要求;
  可通过此系统,让学生学习主控软件编写和调试;
  可通过此系统,让学生研究和模拟不同风机的运行特点;
  可通过此系统,让学生研究和调试风机核心控制算法;
  可通过此系统,测试完整的主控系统,实现主控系统电气、软件等测试

四、双馈异步风力发电仿真平台,大型风力发电实训系统主要模块功能特点和技术参数

双馈异步风力发电实训系统控制台

1.双馈发电机

额定功率:3kW
额定电压: 380V
转子电压:124V
转子开路电压:620V
额定转速:1200rpm
级数:6
防护等级:IP44

2.双馈可控逆变控制系统

响应速度:<300us
额定电压:380V
额定频率:50Hz
频率波动范围:±1HZ
电网电压总谐波畸变率:4%
额定容量:<=10kW
功率因数:0.951
效率:满功率时>=95%
冷却方式: 空冷
并网时间:<2s
通讯方式:profibus DP
噪声:=<70dB

3.齿轮箱

最大负载10kW, 变速比1:90

4.控制系统

(1)主控制系统包括:控制柜、电气系统、主控计算机及控制系统软件
(2)偏航系统:偏航伺服电机、减速箱及编码器、伺服控制器及控制软件
(3)变浆系统:变浆伺服电机、伺服控制器及控制软件
(4)偏航电机:0.75kW
(5)偏航扭缆CW方向传感器
(6)伺服控制器:
DSP全数字控制方式,可以实现多种电机控制算法
内置电子齿轮控制功能
六种脉冲输入方式,与用户上位机接口方便灵活
编码器反馈脉冲可分频输出,分频数:1-255
键盘及LED数码显示
保护功能:具有过压、过流、过载、失速等报警

5.检测用传感器

电机速度、位置编码器、电流、电压传感器。随驱动器供货,具体按照定货实际参数

6.电控柜系统

由调速控制柜、变流控制柜、备用电源柜、主控主控台组成。

7.PLC控制系统

采用主站PLC为主的主控系统、分站PLC为辅的偏航及变浆系统, Profibus DP通讯接口。系统可以通过远程操控,组态控制软件,提供标准的编程接口。

8.底座

(1)组成:基座、塔杆、偏航系统支架、机舱;
(2)基座:系统尺寸:3.8m×1m×3m范围内;底座的设计与系统设计过程中采用的具体器件有关,可以根据器件及客户需求最终确定结构尺寸及加工。
(3)机舱:叶桨、轮毂、齿轮箱、拖动系统、发电机、传感器等。

9.风速模拟驱动系统

用来模拟风力发电机中风吹风轮转动情况,是实验系统的动力源。其中包括电动机部分和驱动器部分:
(1) 电动机:三相交流异步电动机
额定电压:380V
额定电流:15.3A
额定功率:7.5kW
额定转速:1440r/min
(2)驱动器:西门子440变频器
主要特征:
调试简单
6个可编程,带隔离的数字输入
2个可编程的模拟输出
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
控制功能的特点:
最新的IGBT技术
数字微处理器控制
高质量的矢量控制系统
线性V/F特性
平方V/F特性
高品质的PID控制器
集成的制动(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
参数连锁

10.风速风向模拟系统

(1)风速风向仪
技术指标:
风速测量范围:0-60m/s
风速测量精度:±0.4m/s
风向测量范围:0-360°
风向测量精度:±2°
电压:DC9V-24V
传输方式:数字传输485/模拟接口
(2)变频器
额定电压:380V
额定功率:1.5kW
功能:过载报警、外部故障停机、欠压停机、RS485通讯接口
(3)模拟风发生器
额定电压:380V
额定功率:0.85kW
最大流量:210m³/h
最大吹力:220mbar

11.监控系统

技术指标:
操作系统:Windows XP/CE,WinXPE
安装方式:控制柜面板
工作环境温度:-20℃~50℃
工作相对湿度:10~95% ,无凝结
功能特点:
宽温度设计,适合低温下稳定运行
安全保护,防止风力振动带来的损坏
支持Windoews系统的软件开发
风电机组控制
参数显示和设置
权限控制
故障记录查询
历史数据查询和统计

12.主控制器功能特点

(1)高性能
配置工业级533MHz处理器,拥有纳秒级(13ns)的处理速度;
程序运行周期最小可达10ms;
支持多任务配置,最多可配置32种不同任务。
(2)高可靠性
保护及通讯不受电磁干扰;
风电主控制器已通过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、通道与通道间采用隔离措施。
(3)开放性强
支持多种现场总线协议,如 Modbus、Profibus-DP等,同时提供多种接口方式选择,满足风力发电机上通讯设备的需求;
(4)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机。
(5)强大的冗余和自诊断功能
拥有强大的自诊断功能,DO模块具有回读功能,进行数据比较自检;
具有掉电检测和超量程及超限报警功能;
支持电源冗余、CPU冗余、通讯冗余,满足海上风机的高可靠性要求;
(6)适合风电应用的专家模块
高速测频模块、光纤通讯模块、电量采集模块等,用于完成风电特殊信号的采集和通讯;
(7)易用性和易维护性
模块支持带电插拔,新模块自动进行数据的初始化设置,并快速与CPU建立通信;
编程软件符合IEC61131-3国际标准,具有LD、IL、FBD、ST、SFC和CFC六种编程语言;
灵活的SD存储卡,可进行工程恢复及备份复制,使系统维护更加方便、快捷;
背板上设计有防混销,以避免插错模块;
采用WAGO端子接线,简单牢固。保证机舱震动过大时,接线不脱落;
外形小巧,易于安装,既可分散,也可集中;

13.主控制器编程软件

功能特点
(1)符合IEC61131-3标准的编程语言
(2)强大的运算功能,支持32位浮点运算
(3)支持数组、指针,方便实现复杂运算
(4)支持软件仿真、在线调试及用户代码检查功能
(5)集成故障数据分析和显示功能
(6)具有用户程序密码保护功能
(7)六种编程语言,满足编程人员进行复杂的逻辑控制需求
(8)子程序之间可采用不同的编程语言,并可相互调用
(9)支持编写自定义块、函数和子程序可保存为内部库的形式
(10)自定义内部库可以在不同工程中调用
(11)可对风机中的关键变量进行采样跟踪,如风速、桨距角角度、风向、发电机输出电流、电压、变流器反馈转矩等进行实时跟踪,并保存数据

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。

15.电源

实验室提供50kVA三相四线AC 380V交流电源、5kVA的AC 220V交流电源及可靠的接地系统。
大型双馈异步风力发电教学设备风机舱

五、双馈异步风力发电仿真平台,大型风力发电实训系统配置清单

序号 名称 规格、参数 数量
1 主机硬件部分 发电机:3KW双馈发电机  上海中人公司定制
额定功率:3kW;
额定电压: 380V;
转子电压:124V;
转子开路电压:620V;
额定转速:1200rpm;
级数:6;
防护等级:IP44。
双馈可控逆变控制系统
响应速度:<300us;
额定电压:380V;
额定频率:50Hz;
频率波动范围:±0.2HZ;
电网电压总谐波畸变率:<3% ;
额定容量:<=10kW;
功率因数:>=0.951;
效率:满功率时>=95%;
冷却方式: 空冷;
并网时间:<2s;
通讯方式:profibus DP;
噪声:<50dB。
1台
原动机:7.5KW 1台
齿轮箱:最大负载>=10KW  上海中人公司定制 1套
轮毂:30KW 1套
桨叶:直径3m 3套
偏航系统:伺服电机、控制器 1套
变桨系统:伺服电机、控制器 3套
震动传感器:上海中人公司定制 1套
扭缆传感器:上海中人公司定制 1套
电磁刹车系统:上海中人公司定制 1套
塔杆:1.2m~1.5m上海中人公司定制 1套
底座:直径1.2m上海中人定制 1套
2 主机控制台 1600*1350*740mm,含监控系统软件、主机、控制系统、仪表、风速风向测试仪、计算机等。上海中人公司定制 1套
3 模拟风 不锈钢底座、风机、风速风向传感器等 1套
4 逆变器柜 JP-6A国标柜2200*800*600mm 1个
5 调速柜 JP-6A国标柜2200*800*600mm 1个
6 电池柜 JP-6A国标柜2200*800*600mm 1个
7 双向逆变器 教学专用,上海中人公司定制。 1台
8 模拟风发生器 额定电压:380V;
额定功率:0.85kW;
最大流量:210m/h;
最大吹力:220mbar。
1台
9 MM440变频驱动器 1.易于调试
2.牢固的EMC设计
3.可由IT 中性点不接地电源供电
4.对控制信号的响应是快速和可重复的
5.电缆连接简便
6.具有多个继电器输出
7.具有多个模拟量输出0 - 20mA
8.6个带隔离的数字输入并可切换为NPN/PNP接线
9. 2个模拟输入
10. AIN10 - 10 V 0 - 20mA和-10至+10 V
11.AIN20 - 10 V 0 - 20mA
12.2个模拟输入可以作为第7和第8个数字输入
13. BiCo二进制互联连接技术
1台
10 西门子PLC S7-314C 1台
11 西门子PLC S7-214 1台
12 智能仪表 ZW3432C 1台
13 风速风向仪 风速测量范围:0-60m/s;
风速测量精度:±0.4m/s;
风向测量范围:0-360°;
风向测量精度:±1°;
电压:DC9V-24V;
传输方式:数字传输485/模拟接口。
1套
14 触摸屏 7寸 1块
15 三相异步电动机   1组
16 高压风机 德国品牌,青藏铁路正在使用的高压风机。
功率范围:0.2-18.5(KW)
压力范围:7-46(KPa)
流量范围:40-1370(m³/h)
1台
17 镍氢电池 48V  12A 8组
18 充电器 220V/48V 8台
19 组态王软件   1套

六、双馈异步风力发电仿真平台,大型风力发电实训系统功能

风力发电机实验系统主要用于学生的教学实践和科研开发,通过风机控制系统与风机模拟系统的连接,尽可能的模拟实际风力发电机运行的工艺特点和控制要求。此系统开放性强,可通过对控制系统和模拟系统的PLC 编程,实现对不同类型风机的模拟以及控制仿真,可用于学生理论研究、实践等。实现变速恒频风力机组发电状态的模拟,包括转速、转矩、发电量及有功、无功调节。



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