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开放式双馈风力发电实验平台

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开放式双馈风力发电实验平台

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产品描述

一、背景介绍

 

在能源枯竭与环境污染问题日益严重的今天,风力发电已经成为绿色可再生能源的一个重要途径。双馈电机变速恒频(VSCF)发电是通过对转子绕组的控制来实现的,而转子回路流动的功率是由发电机运行范围所决定的转差功率,因而可以将发电机的同步转速设定在整个运行范围的中间。如果系统运行的转差率范围为+-30%,则最大转差功率仅为发电机额定功率的30%,因此交流励磁变频器的容量可以大大减小,从而降低了成本。该变换器如果加上良好的控制策略,则系统运行将具有优越的稳态和暂态运行性能,非常适用于风能这种随机性强的能源形势。因此国内外很多科研者都在研究变速恒频双馈即风力发电系统的若干关机技术,如空载柔性并网、最大功率点跟踪、低电压故障穿越等。

 

那么,在风力发电产业蓬勃发展的国际环境下,风力发电水平不断提高。科研实验室作为各种新理论和新技术的孕育摇篮,其先期的研究和验证对风电技术的发展和前进起着至关重要的引导和推动作用。进行实验研究最直接有效的方法是将风力发电机与风力机相连,进行现场实际试验。但是鉴于所需要的风场环境以及体积庞大、结构复杂的桨叶设备,实验室内不可能具备条件,只能在室外进行现场调试。但是,受环境、自然因素、天气条件等影响,现场实验困难重重,比如:无法自由的对风速进行变化,某些高风速下的极限测试只能在极少数情况下得以实现,实验周期长,人力、物力、经费投入大;新理论和新技术存在诸多的未知数,实验结果的好坏难以预测,现场调试风险巨大;电气设备的运算和安装不便,不同容量设备难以在同一风力系统进行试验;这些因素都要求在实验室内构件模拟系统来模拟实际风力机的真实工作特性势在必行。

 

对此,南京研旭电气科技有限公司设计了一整套模拟定桨距式的双馈风力发电的实验仿真平台。通过此平台,研究人员可以研究双馈风力发电机的真实工作特性,可以缩短研究和开发周期、节省研究经费,便于对风力发电系统的控制技术展开全面深入的研究,具有重要的显示意义。

 

二、模拟风力发电系统—双馈式风力发电系统(开放式)

 

 

1、双馈风力发电实验仿真平台组成

(1)双馈式风力发电系统主要包括:

 1)7.5kW三相异步电机、5.5kw双馈发电机、槽钢底座

 2)7.5kw ABB矢量变频器

 3)5kW风机励磁变流柜

 4)实验例程和项目

 5)变流器开源软硬件资料

 6)快速原型开发控制器RCP (选配)

 7)功率硬件模型仿真系统(选配)

 

(2)双馈风力发电实验仿真平台主要由以下设备组成:

1)矢量变频器和三相异步调速电机来模拟实际的风力机;

2)三相异步调速电机通过联轴器带动双馈发电机发电;

3)发电机转子连接交流励磁变频器,通过励磁变频器对转子的控制,实现定子的并网;

4)双向变流器与励磁变频器通过直流母线连接,实现能量双向流动的目的,即可为转子提供励磁电流,也可以吸收转子产生的转差功率;

5)监控前台,主要由工控机、显示器、上位机应用软件组成,实现对变频器、整流器、逆变器等设备的数据监控以及记录保存;

6)风速调速器设备,主要目的就是实现定桨距角变速恒频的最大发电功率追踪;

 

2、双馈风力发电实验仿真平台工作原理

 

 

双馈式风力发电系统实验例程和项目

1)双馈式风力发电系统整体原理认知实验(基础)

2)自然风模拟实验(基础)

3)背靠背变流器操作实验

4)背靠背式变流器模拟量采集实验(验证)

5)发电机起励实验(验证)

6)发电机空载同步并网实验(验证)

7)发电机变速恒频并网实验(验证)

8)发电机矢量式MPPT并网实验(研究)

9)背靠背变流器控制方法研究实验(创新)

10)控制采集板、驱动功率板等板卡硬件原理(开源)

11)DSP的入门、使用和烧写实验(开源)

12)CCS软件使用(开源)

13)软件开发流程讲解(开源)

 

 

三、半实物仿真系统方案介绍

 

 研旭公司推出的YXSPACE产品系列,能够将用户设计的图形化的高级语言编写的控制算法(Simulink)转换成DIDO、AIAO量,完成实际硬件控制。其基本控制框图如下所示:

 

 

控制算法模型一般采用Matlab中的Simulink工具搭建,将模型中的接口与硬件驱动接口绑定后,再结合TI公司的CCS编译工具产生可执行文件,下载至YXSPACE控制器中运行。

 

3、YXSPACE独特优点

(1)采用目前市面成品常用的控制芯片作为CPU,其仿真结果针对实际研究更具有参考性;

(2)在Matlab中设计的控制算法自动生成代码,自动加载到实时目标机中运行,避免了繁琐的编程和Debug工作

(3)使用门槛低,会Matlab仿真即可完成实验测试工作,所有测试工作只需一人即可完成

(4)模型与硬件接口链接简单,只需记住端口编号即可,更不用配置硬件各类细节,免去一切不必要的麻烦;

(5)性价比高,在同等功能的前提下,YXSPACE成本更低。

(6)具备自主编写的驱动库,可以直接导入到Simulink库中,用户可以直接在Matlab软件中拖动相应的硬件元件库,将模型中的数据直接与硬件对接,无需再花费时间去查询硬件映射。8种库文件,可适用于各种工程调试需求。

(7)模型转换文件的透明化,用户可直接查看模型转换后的源码。

 

4、实物图片