描述:TY-FN02型 大型雙饋風(fēng)力發(fā)電實驗系統(tǒng)|新能源教學(xué)設(shè)備要求:室內(nèi)安裝,樓層高度不低于3m,樓層為一樓,門寬3m,樓層走廊3m。
1.1整體方案
(1)動力控制系統(tǒng), 用來模擬自然風(fēng)通過葉槳產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩輸入到發(fā)電機的機械轉(zhuǎn)矩,為系統(tǒng)發(fā)電提供原動力。它由電動機、調(diào)速系統(tǒng)和控制系統(tǒng)構(gòu)成。
(2)變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機的勵磁控制系統(tǒng), 控制雙向可控逆變器使發(fā)電機變速恒頻運行。它由雙饋風(fēng)力發(fā)電機, 雙向可控逆變器和控制軟件系統(tǒng)等構(gòu)成。
(3)風(fēng)力發(fā)電的主控系統(tǒng), 對整個風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進行統(tǒng)一監(jiān)控、管理和安全控制。主要包括監(jiān)控主機和監(jiān)控軟件、主控系統(tǒng)、多功能測控儀表、模擬風(fēng)系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電安全系統(tǒng)及各類測量儀器儀表等。
風(fēng)機實驗系統(tǒng)包含變槳、主控、主軸、齒輪箱、發(fā)電機、雙向可控逆變控制器、備用電源、風(fēng)速模擬等,用于模擬實際風(fēng)機運行狀態(tài),測試相關(guān)硬件和軟件系統(tǒng),分析風(fēng)機離、并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制算法。
風(fēng)機實驗系統(tǒng)電控部分包含主控系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)、測試系統(tǒng)、逆變并網(wǎng)控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等。
主控系統(tǒng)用于連接風(fēng)速風(fēng)向傳感器、震動傳感器、位置傳感器、測量、安全鏈、監(jiān)控系統(tǒng)等,控制風(fēng)速方向、偏航、變槳等信息。
變槳系統(tǒng)主要是用于控制三個槳葉的獨立轉(zhuǎn)動,模擬風(fēng)機葉槳根據(jù)風(fēng)速及風(fēng)向變化情況完成變槳控制算法,實現(xiàn)變槳控制。
測試系統(tǒng)主要控制風(fēng)速模擬系統(tǒng),用于模擬自然風(fēng)速風(fēng)向,來測試風(fēng)力發(fā)電機在不同風(fēng)速風(fēng)向情況下的運行狀態(tài);
離、并網(wǎng)控制主要完成風(fēng)力資源的離、并網(wǎng)利用,分析系統(tǒng)運行的各種工況。
1.2大型風(fēng)力發(fā)電模擬實驗系統(tǒng)選型
1.2.1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)
在實驗室環(huán)境下研究風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng), 無法得到現(xiàn)場的風(fēng)能輸入, 也無法安裝巨大的槳葉, 因此用原動機及模擬風(fēng)系統(tǒng)實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機的機械和電氣輸出特性;風(fēng)力發(fā)電實驗系統(tǒng)構(gòu)成圖,如圖6
1.2.2系統(tǒng)組成
系統(tǒng)包含
產(chǎn)品 | 部件 | 用途 | 數(shù)量 |
主控實驗系統(tǒng) | |||
風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) | 風(fēng)機模擬系統(tǒng) | 包括監(jiān)控主機和監(jiān)控軟件、多功能儀表、各種測量儀表及低壓電氣元件,實現(xiàn)整機系統(tǒng)的狀態(tài)顯示、參數(shù)設(shè)置及檢測、控制操作等。 | 1套
|
安全鏈 | 急停、剎車系統(tǒng)、震動和位置等多種傳感器,實現(xiàn)系統(tǒng)異常時的保護功能。 | ||
偏航系統(tǒng) | 包含偏航電機、偏航控制器、蝸桿式齒輪箱、偏航齒輪、扭攬開關(guān)等構(gòu)成,配合偏航控制器及模擬風(fēng)發(fā)生系統(tǒng)完成偏航實驗。 | ||
變漿系統(tǒng) | 包含變漿電機、變漿控制器、蝸桿式齒輪箱、輪轂、限位開關(guān)等構(gòu)成,配合變槳控制器完成變漿實驗。 | ||
主控系統(tǒng) | 主站PLC為主的主控系統(tǒng)、分站PLC為輔的從站系統(tǒng),實現(xiàn)整機系統(tǒng)的控制,數(shù)據(jù)采集等功能。 | ||
模擬風(fēng)發(fā)生系統(tǒng) | 包含模擬風(fēng)發(fā)生器、風(fēng)速風(fēng)向儀及顯示設(shè)備、風(fēng)向控制系統(tǒng)等,模擬各種實際風(fēng)況,并完成風(fēng)速和風(fēng)向信息的檢測。 | ||
調(diào)速系統(tǒng) | 主要包含原動機的調(diào)速裝置,通過調(diào)速裝置調(diào)節(jié)原動機的狀態(tài),從而通過齒輪箱間接改變風(fēng)葉的轉(zhuǎn)動情況,模擬風(fēng)速對槳葉的改變,為變漿控制提供實驗條件。 | ||
逆變單元 | 包含雙向離、并網(wǎng)逆變器、HMI等,實現(xiàn)風(fēng)機離、并網(wǎng)功能,對主控系統(tǒng)參數(shù)進行監(jiān)控,完成雙饋發(fā)電機的并網(wǎng)實驗。 | ||
備用電源 | 主要以電池組為主,各種低壓電器元件為輔,實現(xiàn)變漿系統(tǒng)在異常情況下的供電。 | ||
模擬運行算法 | 包括 PLC 算法和組態(tài)軟件控制算法,建立實際風(fēng)力發(fā)電機控制模型,測試主控系統(tǒng)。 |
1.2.3主控實驗系統(tǒng)
主控實驗系統(tǒng)包括主控控制系統(tǒng)以及模擬風(fēng)發(fā)生系統(tǒng),風(fēng)機主控系統(tǒng)如圖8。
主控系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機控制的核心,在滿足風(fēng)力發(fā)電機安全運行的前提下,盡可能的獲取zui大功率。
主控系統(tǒng)用于模擬實際 1.5~3 MW雙饋型風(fēng)機的主控系統(tǒng),主要用于模擬實際風(fēng)機的主控系統(tǒng),采集變漿和偏航的IO 點,實現(xiàn)整機控制。HMI用于顯示和控制PLC 系統(tǒng)。
風(fēng)力發(fā)電機主控系統(tǒng)采用主控PLC 與HMI,與實際風(fēng)機控制系統(tǒng)*,滿足風(fēng)機控制要求。
風(fēng)力發(fā)電機整機模擬系統(tǒng)包括操作臺柜、PLC、按鈕、指示燈、測控儀表、風(fēng)速風(fēng)向發(fā)生儀、監(jiān)控系統(tǒng)等,用于模擬風(fēng)機內(nèi)部各種控制信號。模擬測試系統(tǒng)與實際控制系統(tǒng)連接,來模擬風(fēng)機運行的實際狀況。風(fēng)力發(fā)電機內(nèi)部模擬控制信號可通過PLC編程控制,用戶也可在現(xiàn)有硬件基礎(chǔ)上自行開發(fā)控制軟件,實現(xiàn)對各種自然風(fēng)的模擬,完成對風(fēng)力發(fā)電機控制算法的研究。
通過風(fēng)力發(fā)電機控制系統(tǒng)與風(fēng)力發(fā)電機模擬系統(tǒng)的連接,盡可能的模擬實際風(fēng)力發(fā)電機運行的工藝特點和控制要求。此系統(tǒng)開放性強,可通過對控制系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)的PLC編程,實現(xiàn)對不同類型風(fēng)力發(fā)電機的模擬以及控制仿真??捎糜趯W(xué)術(shù)理論研究、學(xué)生實驗等。
此套系統(tǒng)主要功能包括:
■可通過此系統(tǒng),讓學(xué)生學(xué)習(xí)主控系統(tǒng)的配置、特點和工藝要求;
■可通過此系統(tǒng),讓學(xué)生學(xué)習(xí)主控軟件編寫和調(diào)試;
■可通過此系統(tǒng),讓學(xué)生研究和模擬不同風(fēng)機的運行特點;
■可通過此系統(tǒng),讓學(xué)生研究和調(diào)試風(fēng)機核心控制算法;
■可通過此系統(tǒng),測試完整的主控系統(tǒng),實現(xiàn)主控系統(tǒng)電氣、軟件等測試
風(fēng)機主控實驗系統(tǒng)特點:
■ *性,滿足目前zui主流的兆瓦級變速恒頻風(fēng)機控制系統(tǒng)的要求;
■ 開放性,無論是PLC 還是計算機均可自主編程,滿足學(xué)生學(xué)習(xí)的要求;
■ 適應(yīng)性,可滿足不同功率、不同類型的風(fēng)機測試和模擬;
1.2.4模擬風(fēng)發(fā)生系統(tǒng)
本實驗系統(tǒng)包括一套測試系統(tǒng),由PLC、變頻器、工控機等組成,主要用于控制模擬風(fēng)發(fā)生器的風(fēng)速和風(fēng)向,模擬實際運行的風(fēng)速環(huán)境,其功能如下:
■ 內(nèi)部保存多種風(fēng)速曲線,包括微風(fēng)、陣風(fēng)、大風(fēng)、颶風(fēng)等,包含風(fēng)速變化趨勢曲線,可方便的模擬實際的風(fēng)況;
■ 通過變頻器控制,控制不同風(fēng)速;
■顯示屏可以顯示主控系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)和測試系統(tǒng)的參數(shù),并能方便控制;
■ 測試系統(tǒng)通過對不同風(fēng)速的控制,來測試不同風(fēng)況下的風(fēng)力發(fā)電機運行狀態(tài)。
1.3系統(tǒng)主要模塊功能特點和技術(shù)參數(shù)
1.3.1雙饋發(fā)電機
額定功率:3kW
額定電壓:380V
轉(zhuǎn)子電壓:124V
轉(zhuǎn)子開路電壓:620V
額定轉(zhuǎn)速:1200rpm
級數(shù):6
防護等級:IP44
1.3.2雙饋可控逆變控制系統(tǒng)
響應(yīng)速度:<300us
額定電壓:380V
額定頻率:50Hz
頻率波動范圍:±1HZ
電網(wǎng)電壓總諧波畸變率:4%
額定容量:<=10kW
功率因數(shù):0.951
效率:滿功率時>=95%
冷卻方式: 空冷
并網(wǎng)時間:<2s
通訊方式:profibus DP
噪聲:=<70dB
1.3.3齒輪箱
zui大負載10kW, 變速比1:90
1.3.4控制系統(tǒng)
(1)主控制系統(tǒng)包括:控制柜、電氣系統(tǒng)、主控計算機及控制系統(tǒng)軟件
(2)偏航系統(tǒng):偏航伺服電機、減速箱及編碼器、伺服控制器及控制軟件
(3)變漿系統(tǒng):變漿伺服電機、伺服控制器及控制軟件
(4)偏航電機:0.75kW
(5)偏航扭纜CW方向傳感器
(6)伺服控制器:
DSP全數(shù)字控制方式,可以實現(xiàn)多種電機控制算法
內(nèi)置電子齒輪控制功能
六種脈沖輸入方式,與用戶上位機接口方便靈活
編碼器反饋脈沖可分頻輸出,分頻數(shù):1-255
鍵盤及LED數(shù)碼顯示
保護功能:具有過壓、過流、過載、失速等報警
1.3.5檢測用傳感器
電機速度、位置編碼器、電流、電壓傳感器。隨驅(qū)動器供貨,具體按照定貨實際參數(shù)
1.3.6電控柜系統(tǒng)
由調(diào)速控制柜、變流控制柜、備用電源柜、主控主控臺組成。
1.3.7 PLC控制系統(tǒng)
采用主站PLC為主的主控系統(tǒng)、分站PLC為輔的偏航及變漿系統(tǒng),Profibus DP通訊接口。系統(tǒng)可以通過遠程操控,組態(tài)控制軟件,提供標準的編程接口。
1.3.8底座
(1)組成:基座、塔桿、偏航系統(tǒng)支架、機艙;
(2)基座:系統(tǒng)尺寸:3.8m×1m×3m范圍內(nèi);底座的設(shè)計與系統(tǒng)設(shè)計過程中采用的具體器件有關(guān),可以根據(jù)器件及客戶需求zui終確定結(jié)構(gòu)尺寸及加工。
(3)機艙:葉槳、輪轂、齒輪箱、拖動系統(tǒng)、發(fā)電機、傳感器等。
1.3.9風(fēng)速模擬驅(qū)動系統(tǒng)
用來模擬風(fēng)力發(fā)電機中風(fēng)吹風(fēng)輪轉(zhuǎn)動情況,是實驗系統(tǒng)的動力源。其中包括電動機部分和驅(qū)動器部分:
(1) 電動機:三相交流異步電動機
額定電壓:380V
額定電流:15.3A
額定功率:7.5kW
額定轉(zhuǎn)速:1440r/min
(2)驅(qū)動器:西門子440變頻器
■ 主要特征:
調(diào)試簡單
6個可編程,帶隔離的數(shù)字輸入
2個可編程的模擬輸出
3個*的可編程的繼電器輸出
完善的變頻器和電動機保護功能
■ 控制功能的特點:
的IGBT技術(shù)
數(shù)字微處理器控制
高質(zhì)量的矢量控制系統(tǒng)
線性V/F特性
平方V/F特性
高品質(zhì)的PID控制器
集成的制動(斬波)器
4個跳轉(zhuǎn)頻率
■保護功能:
過載能力
過壓/欠壓保護
變頻器過溫保護
接地故障保護
短路保護
閉鎖電動機保護
防止電動機失速
參數(shù)連鎖
1.3.10風(fēng)速風(fēng)向模擬系統(tǒng)
(1)風(fēng)速風(fēng)向儀
■ 技術(shù)指標:
風(fēng)速測量范圍:0-60m/s
風(fēng)速測量精度:±0.4m/s
風(fēng)向測量范圍:0-360°
風(fēng)向測量精度:±2°
電壓:DC9V-24V
傳輸方式:數(shù)字傳輸485/模擬接口
(2)變頻器
額定電壓:380V
額定功率:1.5kW
功能:過載報警、外部故障停機、欠壓停機、RS485通訊接口
(3)模擬風(fēng)發(fā)生器
額定電壓:380V
額定功率:0.85kW
zui大流量:210m3/h
zui大吹力:220mbar
1.3.11監(jiān)控系統(tǒng)
■ 技術(shù)指標:
操作系統(tǒng):Windows XP/CE,WinXPE
安裝方式:控制柜面板
工作環(huán)境溫度:-20℃~50℃
工作相對濕度:10~95% ,無凝結(jié)
■ 功能特點:
寬溫度設(shè)計,適合低溫下穩(wěn)定運行
安全保護,防止風(fēng)力振動帶來的損壞
支持Windoews系統(tǒng)的軟件開發(fā)
風(fēng)電機組控制
參數(shù)顯示和設(shè)置
權(quán)限控制
故障記錄查詢
歷史數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計
1.3.12主控制器功能特點
■ 高性能
配置工業(yè)級533MHz處理器,擁有納秒級(13ns)的處理速度;
程序運行周期zui小可達10ms;
支持多任務(wù)配置,zui多可配置32種不同任務(wù)。
■ 高可靠性
保護及通訊不受電磁干擾;
風(fēng)電主控制器已通過UL、CE認證;
背板背面全部接地,有效抵抗脈沖群干擾;
具備良好的電磁兼容性,現(xiàn)場與系統(tǒng)、通道與通道間采用隔離措施。
■開放性強
支持多種現(xiàn)場總線協(xié)議,如 Modbus、Profibus-DP等,同時提供多種接口方式選擇,滿足風(fēng)力發(fā)電機上通訊設(shè)備的需求;
■出色的環(huán)境適應(yīng)性
寬溫型設(shè)計,存儲溫度-40℃~70℃,運行溫度-25℃~60℃;
出色的三防工藝,防鹽霧、防濕熱、防霉菌,適合于戈壁、灘涂以及海上風(fēng)力發(fā)電機。
■強大的冗余和自診斷功能
擁有強大的自診斷功能,DO模塊具有回讀功能,進行數(shù)據(jù)比較自檢;
具有掉電檢測和超量程及超限報警功能;
支持電源冗余、CPU冗余、通訊冗余,滿足海上風(fēng)機的高可靠性要求;
■適合風(fēng)電應(yīng)用的專家模塊
高速測頻模塊、光纖通訊模塊、電量采集模塊等,用于完成風(fēng)電特殊信號的采集和通訊;
■ 易用性和易維護性
模塊支持帶電插拔,新模塊自動進行數(shù)據(jù)的初始化設(shè)置,并快速與CPU建立通信;
編程軟件符合IEC61131-3標準,具有LD、IL、FBD、ST、SFC和CFC六種編程語言;
靈活的SD存儲卡,可進行工程恢復(fù)及備份復(fù)制,使系統(tǒng)維護更加方便、快捷;
背板上設(shè)計有防混銷,以避免插錯模塊;
采用WAGO端子接線,簡單牢固。保證機艙震動過大時,接線不脫落;
外形小巧,易于安裝,既可分散,也可集中;
1.3.13主控制器編程軟件
■功能特點
符合IEC61131-3標準的編程語言
強大的運算功能,支持32位浮點運算
支持數(shù)組、指針,方便實現(xiàn)復(fù)雜運算
支持軟件仿真、在線調(diào)試及用戶代碼檢查功能
集成故障數(shù)據(jù)分析和顯示功能
具有用戶程序密碼保護功能
六種編程語言,滿足編程人員進行復(fù)雜的邏輯控制需求
子程序之間可采用不同的編程語言,并可相互調(diào)用
支持編寫自定義塊、函數(shù)和子程序可保存為內(nèi)部庫的形式
自定義內(nèi)部庫可以在不同工程中調(diào)用
可對風(fēng)機中的關(guān)鍵變量進行采樣跟蹤,如風(fēng)速、槳距角
角度、風(fēng)向、發(fā)電機輸出電流、電壓、變流器反饋轉(zhuǎn)矩
等進行實時跟蹤,并保存數(shù)據(jù)
1.3.14安全鏈
震動、過壓、超速、解纜失靈等故障保護系統(tǒng),可以避免系統(tǒng)失控。
1.3.15電源
實驗室提供50kVA三相四線AC 380V交流電源、5kVA的AC 220V交流電源及可靠的接地系統(tǒng)。
2.系統(tǒng)功能
風(fēng)力發(fā)電機實驗系統(tǒng)主要用于學(xué)生的教學(xué)實踐和科研開發(fā),通過風(fēng)機控制系統(tǒng)與風(fēng)機模擬系統(tǒng)的連接,盡可能的模擬實際風(fēng)力發(fā)電機運行的工藝特點和控制要求。此系統(tǒng)開放性強,可通過對控制系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)的PLC 編程,實現(xiàn)對不同類型風(fēng)機的模擬以及控制仿真,可用于學(xué)生理論研究、實踐等。實現(xiàn)變速恒頻風(fēng)力機組發(fā)電狀態(tài)的模擬,包括轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、發(fā)電量及有功、無功調(diào)節(jié)。
■主要實驗功能如下:
風(fēng)力發(fā)電機接線形式實驗
空載運轉(zhuǎn)實驗
并網(wǎng)過程實驗
并網(wǎng)連續(xù)運行實驗
風(fēng)速模擬實驗
轉(zhuǎn)距模擬實驗
發(fā)電功率模擬實驗
其它相關(guān)發(fā)電性能及測量實驗
脫網(wǎng)保護模擬實驗
控制策略模擬實驗
主控系統(tǒng)的配置、特點和工藝要求
學(xué)習(xí)主控軟件編寫和調(diào)試
研究和調(diào)試風(fēng)機核心控制算法
自主編程應(yīng)用
風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)場參數(shù)采集的邏輯分析
TY-FN02型 大型雙饋風(fēng)力發(fā)電實驗系統(tǒng)|新能源教學(xué)設(shè)備
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TY-KW--1KW永磁風(fēng)力發(fā)電機并網(wǎng)實驗系統(tǒng)
TYXNY-03--3KWP室外光伏發(fā)電系統(tǒng)
TY-FD11--300W風(fēng)光互補離網(wǎng)發(fā)電實驗系統(tǒng)
TY-T20A--太陽能光電教學(xué)實驗箱
TYKJ-2000B--風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)
TY-FN02型--大型雙饋風(fēng)力發(fā)電實驗系統(tǒng)
TY-TL30A--太陽能光伏電源發(fā)電系統(tǒng)實訓(xùn)裝置
TY-CM--太陽電池組件測試臺
TYT-105--新能源燃料電池教學(xué)實驗臺
TY-PV02--太陽能光伏發(fā)電實驗實訓(xùn)裝置
TY-FL09--風(fēng)力發(fā)電教學(xué)實訓(xùn)裝置
TY-ZRL081--燃料電池教學(xué)實驗平臺
TY-FL01型--風(fēng)力發(fā)電整流逆變實訓(xùn)裝置
TY-TYN06--10KW風(fēng)光互補微網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)教學(xué)實訓(xùn)臺(室內(nèi)外)
TY-GF02B--基礎(chǔ)型太陽能教儀系統(tǒng)
TY-F500B--風(fēng)光互補微網(wǎng)機電實訓(xùn)系統(tǒng)
TY-T12--風(fēng)光互補路燈實驗系統(tǒng)
TY-TYN03--光伏發(fā)電系統(tǒng)集成教學(xué)演示系統(tǒng)
TY-ST02--太陽能發(fā)電教學(xué)實驗平臺
TY-FX02型--風(fēng)向跟蹤風(fēng)力發(fā)電實訓(xùn)裝置
TY-T02--太陽能教學(xué)實驗實訓(xùn)裝置
TY-FN02型
太陽能技術(shù)及應(yīng)用實訓(xùn)系列:
風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用實訓(xùn)系列:
燃料電池技術(shù)及應(yīng)用實訓(xùn)系列: