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大型双馈风力发电实验系统|新能源教学设备

描述:TY-FN02型 大型双馈风力发电实验系统|新能源教学设备
要求:室内安装,楼层高度不低于3m,楼层为一楼,门宽3m,楼层走廊3m。

更新时间:2015-07-06
产品型号:TY-FN02型
厂商性质:生产厂家
详情介绍

TY-FN02型 大型双馈风力发电实验系统|新能源教学设备


1.1整体方案
(1)动力控制系统, 用来模拟自然风通过叶桨产生的转动力矩输入到发电机的机械转矩,为系统发电提供原动力。它由电动机、调速系统和控制系统构成。

(2)变速恒频双馈风力发电机的励磁控制系统, 控制双向可控逆变器使发电机变速恒频运行。它由双馈风力发电机, 双向可控逆变器和控制软件系统等构成。

(3)风力发电的主控系统, 对整个风力发电系统进行统一监控、管理和安全控制。主要包括监控主机和监控软件、主控系统、多功能测控仪表、模拟风系统、风力发电安全系统及各类测量仪器仪表等。


风机实验系统包含变桨、主控、主轴、齿轮箱、发电机、双向可控逆变控制器、备用电源、风速模拟等,用于模拟实际风机运行状态,测试相关硬件和软件系统,分析风机离、并网发电系统的控制算法。


风机实验系统电控部分包含主控系统、变桨系统、测试系统、逆变并网控制系统、监控系统等。

主控系统用于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。


变桨系统主要是用于控制三个桨叶的独立转动,模拟风机叶桨根据风速及风向变化情况完成变桨控制算法,实现变桨控制。


测试系统主要控制风速模拟系统,用于模拟自然风速风向,来测试风力发电机在不同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、并网利用,分析系统运行的各种工况。

1.2大型风力发电模拟实验系统选型
1.2.1系统整体结构

在实验室环境下研究风力发电系统, 无法得到现场的风能输入, 也无法安装巨大的桨叶, 因此用原动机及模拟风系统实现风力发电机的机械和电气输出特性;风力发电实验系统构成图,如图6


1.2.2系统组成

系统包含

 

产品

部件

用途

数量

主控实验系统

风力发电系统

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

 

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

 

1.2.3主控实验系统

主控实验系统包括主控控制系统以及模拟风发生系统,风机主控系统如图8。

 


 

 

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zui大功率。

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。

风力发电机主控系统采用主控PLC 与HMI,与实际风机控制系统*,满足风机控制要求。

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。


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。
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
风机主控实验系统特点:
■ 先进性,满足目前zui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 还是计算机均可自主编程,满足学生学习的要求;
■ 适应性,可满足不同功率、不同类型的风机测试和模拟;
1.2.4模拟风发生系统
本实验系统包括一套测试系统,由PLC、变频器、工控机等组成,主要用于控制模拟风发生器的风速和风向,模拟实际运行的风速环境,其功能如下:
■ 内部保存多种风速曲线,包括微风、阵风、大风、飓风等,包含风速变化趋势曲线,可方便的模拟实际的风况;
■ 通过变频器控制,控制不同风速;
■显示屏可以显示主控系统、变桨系统、偏航系统和测试系统的参数,并能方便控制;
■ 测试系统通过对不同风速的控制,来测试不同风况下的风力发电机运行状态。
1.3系统主要模块功能特点和技术参数
1.3.1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
1.3.2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
1.3.3齿轮箱
zui大负载10kW, 变速比1:90

1.3.4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
1.3.5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
1.3.6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。
1.3.7 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。
1.3.8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zui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。
1.3.9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*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:
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
1.3.10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
zui大流量:210m3/h
zui大吹力:220mbar
1.3.11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
1.3.12主控制器功能特点
■ 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zui小可达10ms;
支持多任务配置,zui多可配置32种不同任务。
■ 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。
■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;
■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。
■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;
■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;
■ 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;
1.3.13主控制器编程软件
■功能特点
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,方便实现复杂运算
支持软件仿真、在线调试及用户代码检查功能
集成故障数据分析和显示功能
具有用户程序密码保护功能
六种编程语言,满足编程人员进行复杂的逻辑控制需求
子程序之间可采用不同的编程语言,并可相互调用
支持编写自定义块、函数和子程序可保存为内部库的形式
自定义内部库可以在不同工程中调用
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
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。
2.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。
■主要实验功能如下:
风力发电机接线形式实验
空载运转实验
并网过程实验
并网连续运行实验
风速模拟实验
转距模拟实验
发电功率模拟实验
其它相关发电性能及测量实验
脱网保护模拟实验
控制策略模拟实验
主控系统的配置、特点和工艺要求
学习主控软件编写和调试
研究和调试风机核心控制算法
自主编程应用
风力发电现场参数采集的逻辑分析



TY-FN02型 大型双馈风力发电实验系统|新能源教学设备

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