解决方案
SOLUTION
方案介绍
一.背景介绍
为早日实现“双碳”(碳达峰、碳中和)目标，解决资源环境约束突出问题，国务院提出了重点实施“碳达峰十大行动”，将碳达峰、碳中和纳入经济社会发展全局。《方案》中指出:“大力发展新能源，同时进--步完善可再生能源电力消纳保障机制。到2030年，风电、太阳能发电总装机容量达到12 亿千瓦以上:加快建设新型电力系统。
与此同时，风电、光伏等间歇性能源在电网中所占比例也不断加大。在并网运行中，由于风速、光热的随机性和不确定性，导致其输出功率波动较大，使得电网稳定运行和频率控制变得更加困难,弃风弃光现象严重。为了平抑风电、光伏引起的电网功率波动，在增加电网输电能力的同时，必须增建一-些储能电源。抽水蓄能电站凭借其灵活的运行方式、良好的调峰、调频能力得到了广泛的发展。
目前已有的研究成果多停留在数字仿真阶段,而抽水蓄能系统是一个复杂的非线性,多变量的系统,因此有必要建立模拟发电系统平台对抽水蓄能进行实验研究,以反映其在实际运行环境中的运行特性。
对此，南京研旭电气科技有限公司设计了一个基于双馈变速抽水蓄能模拟发电系统的实验平台。通过此平台，研究人员可以研究抽水蓄能的真实工作特性，可以缩短研究和开发周期、节省研究经费，便于展开全面深入的研究，具有重要的现实意义。
二.系统架构
YXESP-PUM基于双馈变速抽水蓄能模拟发电系统主要由双馈动力机、双馈发电机、2套四象限背靠背变流器和控制系统组成，动力电机和发电机连接方式为柔性连接，即用连轴器把两部分对接起来，动力电机和发电机连接好后安装在公共底架上，通过各种传感器，把系统的运行状态上传到上位机，传感器起接收和反馈各种信息的作用，真正显示这些数据和执行保护功能的是机组本身的控制系统。
基于双馈变速抽水蓄能模拟发电系统拓扑架构
三.系统主要部件技术说明及特点介绍
3.1.双馈感应对拖机组
电机台架及附属设备
（1）额定功率为5KW；
（2）额定转速1500rpm；
（3）电机定子侧额定电压400V；
（4）可以正转和反转，其中正转为发电工况、反转为电动工况；
（5）机组可连续在额定转速±20%范围内长期稳定运行；
（6）双馈电机为双出轴电机；
（7）转轴上配置有扭矩仪及旋转编码器等测量设备。
整体结构示意图
（1）台架采用槽钢底座带橡胶垫，台架整体外形美观，表面平整，不可有明显的外观缺陷。
（2）两个电机通过高速精密联轴器相连；
（3）台架具有足够的强度和刚度，保证长期运行过程中不出现震动、变形等不安全因素；
（4）轴承的安装要求保证设备在长期运行工况下，轴承的温升满足相关标准要求；
（5）台架的震动及温度要求：
- 轴中心线高为132～225mm的电机振动速度有效值：转速在600～1800r/min时：1.8mm/s；转速在1800～3600r/min时：2.8mm/s。
- 轴承温升不得超过环境温度40℃，最高温度不得超过80℃。
3.2 四象限双馈变流器及控制柜
（1）交流输入：380V电网；
（2）采用AC-DC-AC三相变频方式，三相桥式结构；
（3）网侧额定电压400V，允许电压在±10%范围内变化；网侧额定频率50Hz，允许频率在±5%范围内变化；转子侧频率范围不小于0～20Hz；
（4）四象限运行方式，满足三种工作模式：电机驱动模式、变流并网模式,RTDS外接模式；
（5）电机驱动模式下，控制电机的转速和扭矩，就是保证输出电压跟频率成正比的控制，这样可以使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现场的产生；电机驱动模式需对转子侧进行控制；
（6）交流并网模式两个下PWM变换器可以四象限运行，可以根据需要工作在整流状态或逆变状态，能量可以双向流动。
（7）控制柜内应有隔离开关，使用双馈变流器时接通双馈电机的转子和定子的回路，当不使用变流器时，断开双馈电机的转子和定子的回路，双馈电机空转。
（8）允许用户开发变流器控制算法或允许外部控制器对变流器主电路进行控制，提供硬件原理图（PDF格式）。
3.3 抽水蓄能能量管理系统
系统特点
能量管理系统覆盖发电、储能、能量转换、供配电及整体调度的各个环节，实现对系统全方位的监测监控管理，保障抽水蓄能系统各环节安全可靠运行。
研旭抽水蓄能系统监控系统是整个抽水蓄能系统软件系统的基础平台，通过对各回路智能设备的数据采集，实现对抽水蓄能系统系统运行状态的监视与控制。
研旭抽水蓄能系统监控系统全面遵循国际标准，采用面向对象、组件化分层、分布设计思想。系统软件结构从逻辑上分为三层：
数据接口层：数据接口专门用于数据采集和协议转换。
数据处理层：包括实时数据库环境、事件服务器环境、计算环境、历史数据环境、校时服务器环境等。
数据应用层：包括数据展现功能，同时包含基于此数据开发的众多通用或扩展应用模块。
实现功能：
1)双馈感应动力电机转速控制；
2)双馈感应发电电机的发电控制；
3)转速、转矩、功率数据和曲线显示；
4)模拟曲线的下发。
5)水库参数设置、模式设置
设置和监控量：
1)总库容
2)当前水位
3)正常蓄水位
4)死水位
5)调节库容
6)水轮机转速
7)导叶开度
8)发电效率
9)动模系数
10)库容比
控制终端：
“运行状态”总共有三种，分别是：屏幕关机、运行和故障(具体故障需要在历史故障界面查看)；
“运行模式”包括蓄能-电动机和发电-发电机，在“系统设置”中可以修改。
“系统设置”界面中包含直流侧开关机选项、机侧开关机选项、“发电”模式选择、“蓄能”模式选择以及“参数设置”，“参数设置”里可对设备有功功率、无功功率、母线电压以及转速进行修改。
四、实验内容：
1）抽水蓄能系统整体原理认知实验（基础）
2）双馈感应电机驱动调速实验（基础）
3）励磁变流器操作实验（基础）
4）双馈发电机发电实验（验证）
5）四象限变流器控制实验（验证）
6）模拟上下水库抽水带载实验（验证）
7）模拟上下水库放水发电实验（验证）
8）模拟监控系统联合操控实验（验证）
9）控制采集板、驱动功率板等硬件原理实验（开源）
10）DSP的入门、使用和烧写实验（开源）
11）CCS软件使用（开源）
12）软件开发流程讲解（开源）
五、开源资料：
（1）提供变流器所有电路板硬件原理图（PDF格式）：控制板，电源板，信号板，电容板，驱动板等相关系统资料；
（2）开放控制板的debug接口，客户可以烧写自己的程序；
（3）开放变流器全部软件的源代码，包括但不限于程序主框架、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、滤波函数、矢量控制算法等；代码有相关注释。
（4）提供整个系统的电气原理图及机械结构图（CAD版）。
（5）设备使用手册
（6）系统通讯协议
（7）设备测试报告
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