MY-PV50模擬型直驅(qū)風(fēng)電實驗系統(tǒng)
模擬型直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)-原理圖如下圖所示：
一、系統(tǒng)性能：
1）發(fā)電控制系統(tǒng)：一套，非標(biāo)定制，包含邏輯控制軟件、人機(jī)操作軟件、測量系統(tǒng)軟件與電路。380V/5.5kW/0-50Hz四象限運(yùn)行，可速度控制和轉(zhuǎn)矩控制兩種模式運(yùn)行。
2）發(fā)電控制系統(tǒng)主要參數(shù)
a)型號規(guī)格：非標(biāo)定制
b)主要組成：空間矢量邏輯控制系統(tǒng)、人機(jī)操作系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、輔助電路等
c)控制方式：速度控制和轉(zhuǎn)矩控制
二、驅(qū)動變頻器：
驅(qū)動變頻器530VDC/380VAC 5.5kW, 可進(jìn)行變流技術(shù)編程、通訊等功能，驅(qū)動變頻器參數(shù)如下表所示：
表4-9-1 驅(qū)動變頻器參數(shù)
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序號 |
參數(shù) |
參數(shù)值 |
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1 |
輸入電壓 |
AC 3PH 380V(-15%)～440V(+10%) |
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2 |
輸入電流 |
24A |
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3 |
頻率（Hz） |
輸入頻率：50Hz 允許范圍47.5~51.5Hz |
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4 |
輸出電壓（V） |
0~輸入電壓 |
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5 |
輸出電流（A） |
22A |
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6 |
輸出功率（kW） |
5.0kW |
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7 |
輸出頻率 |
0~150Hz |
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8 |
控制方式 |
PG矢量控制 |
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9 |
電機(jī)類型 |
永磁同步電機(jī) |
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10 |
速度控制精度 |
±0.2% |
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11 |
速度波動 |
± 0.3% |
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12 |
轉(zhuǎn)矩響應(yīng) |
<20ms |
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13 |
轉(zhuǎn)矩控制精度 |
10% |
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14 |
起動轉(zhuǎn)矩 |
同步機(jī)：2.5 Hz/150%（PG矢量控制） |
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15 |
過載能力 |
150%額定電流1 分鐘，180%額定電流10秒，200%額定電流1秒 |
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16 |
頻率設(shè)定方式 |
外部通訊設(shè)定（可以依照程序修改） |
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17 |
自動電壓調(diào)整功能 |
當(dāng)電網(wǎng)電壓變化時，能自動保持輸出電壓恒定 |
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18 |
故障保護(hù)功能 |
過流、過壓、欠壓、過溫、缺相、過載等保護(hù)功能 |
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19 |
轉(zhuǎn)速追蹤再起動功能 |
實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)中的電機(jī)的無沖擊平滑起動 |
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20 |
端子模擬量輸入分辯率 |
不大于20mV |
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21 |
端子開關(guān)量輸入分辯率 |
不大于2ms |
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22 |
IO |
模擬輸入：2 路（AI1、AI2）0~10V/0~20mA，1路（AI3）-10~10V
模擬輸出：2 路（AO1、AO2）0~10V /0~20mA
數(shù)字輸入：8 路普通輸入，最大頻率1kHz，內(nèi)部阻抗：3.3kΩ；1路高速輸入，最大頻率20kHz
數(shù)字輸出：1 路高速脈沖輸出，最大頻率20kHz；1路Y 端子開路集電極輸出
繼電器輸出：兩路可編程繼電器輸出，觸點容量：3A/AC250V，1A/DC30V |
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23 |
EMC 濾波器 |
內(nèi)置C3 濾波器：滿足IEC61800-3 C3 等級要求 |
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24 |
制動方式 |
回饋制動 |
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25 |
運(yùn)行環(huán)境溫度 |
-5~40℃，40℃以上降額使用 |
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26 |
平均無故障時間 |
2 年（25度環(huán)境溫度） |
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27 |
防護(hù)等級 |
IP20 |
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28 |
冷卻方式 |
強(qiáng)制風(fēng)冷 |
三、驅(qū)動電機(jī)：
采用國內(nèi)知名品牌永磁同步電機(jī)380V5.5kW一臺。電機(jī)參數(shù)如下表所示：
表4-9-1 牽引電機(jī)參數(shù)
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序號 |
參 數(shù) |
參數(shù)值 |
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1 |
額定功率 |
5.5kW |
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2 |
額定電流 |
14.6A |
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3 |
額定電壓 |
380V |
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4 |
極數(shù) |
4 |
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5 |
同步轉(zhuǎn)速 |
1500rpm |
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6 |
調(diào)頻范圍 |
0-50 Hz |
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7 |
編碼器 |
2000 線性驅(qū)動輸出 |
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8 |
參考外形尺寸 |
515*280*315mm(長*寬*高) |
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9 |
參考安裝尺寸 |
216*178*Φ15mm(長*寬*孔徑) |
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10 |
防護(hù)等級 |
IP44 |
四、永磁發(fā)電機(jī)
采用國內(nèi)知名品牌永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)380V/5.5kW一臺，參數(shù)如下：
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序號 |
參數(shù) |
參數(shù)值 |
|
1 |
額定功率 |
5.5kW |
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2 |
額定電流 |
13.52A |
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3 |
額定電壓 |
380V |
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4 |
調(diào)速范圍 |
0-1500 r/min |
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5 |
編碼器 |
2000 線性驅(qū)動輸出 |
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6 |
參考外形尺寸 |
515*280*315mm(長*寬*高) |
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7 |
參考安裝尺寸 |
216*178*Φ15mm(長*寬*孔徑) |
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8 |
防護(hù)等級 |
IP44 |
五、全功率變流器
變流器技術(shù)特點
●主電路采用美國TI公司生產(chǎn)的DSP芯片、進(jìn)口IGBT模塊、驅(qū)動保護(hù)為進(jìn)口機(jī)芯,控制電路采用隔離變壓器，安全可靠 ；
●采用SVPWM脈寬調(diào)制技術(shù)，純凈正弦波輸出，自動與電網(wǎng)同步跟蹤，功率因數(shù)接近1，電流諧波含量低，對公共電網(wǎng)無污染，無沖擊；
● 逆變并網(wǎng)電流閉環(huán)控制，可控可調(diào)；
● 輸入直流電壓范圍寬，適應(yīng)不同場合需求；
●頻率擾動檢出技術(shù)，實現(xiàn)反孤島控制；
●具有全方位的電源保護(hù)方案和完善的自我檢測和保護(hù)功能。在出現(xiàn)系統(tǒng)故障時將停止并網(wǎng)逆變；
● 電路結(jié)構(gòu)緊湊、最大效率>94%；
● 室外型不銹鋼外殼，全密封安裝；防護(hù)等級可達(dá)到IP65；
●RS485通訊，上位機(jī)監(jiān)控，實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視；
全功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)變流器參數(shù)表
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項 目 |
參 數(shù) |
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變流器電壓范圍 |
3AC 380V±10％ |
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變流器頻率范圍 |
50Hz +3% -5% |
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變流器容量 |
5kW |
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變流器額定電流 |
15.8A |
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諧波畸變率 |
<=3% |
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效率 |
97.2% |
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噪聲 |
＜79.4dB |
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運(yùn)行溫度 |
-30 至 +50°C |
對于低電壓穿越，方案完全遵循此標(biāo)準(zhǔn)：
低電壓穿越標(biāo)準(zhǔn)
并網(wǎng)點電壓跌至20%額定電壓時，保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行625ms ；
跌落后2s 內(nèi)恢復(fù)到額定電壓的90%時，不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行。
無功支撐：響應(yīng)時間不大于75ms，持續(xù)時間不少于550ms ；無功電流滿足IT≥1.5×（0.9-UT）IN ，（0.2≤UT≤0.9）
有功恢復(fù)：故障切除后以至少10%額定功率/秒的功率恢復(fù)到故障跌落前的功率；
A.低電壓穿越LVRT方案方案：
主要為在變流器上添加Crowbar和Chopper電路，并在變流器中配合進(jìn)行相應(yīng)控制：
Crowbar：其響應(yīng)時間短，能夠保護(hù)變流器IGBT、吸收和衰減畸變電流和諧波電流
Chopper：主要考慮單管吸收回路的設(shè)計，不同于Crowbar的投切工作方式，Chopper裝置在運(yùn)行過程中會進(jìn)行100Hz左右的斬波動作，大電流關(guān)斷時的尖峰很容易導(dǎo)致IGBT過壓實效。因此設(shè)計了RCD吸收回路和低感功率回路。
直驅(qū)機(jī)組 Crowbar
直驅(qū)機(jī)組Chopper
其軟件部分邏輯如下：
六、機(jī)械傳動與測量系統(tǒng)
規(guī)格型號：非標(biāo)定制
主要部件：可調(diào)節(jié)底座、聯(lián)軸節(jié)、防護(hù)罩、相應(yīng)的安裝配件
外形尺寸：長*款*高=1500*500*300（根據(jù)電機(jī)及傳感器配套設(shè)計，可進(jìn)行優(yōu)化）
主要材質(zhì)：優(yōu)質(zhì)鋼材
表面處理：鍍鋅
七、風(fēng)電控制系統(tǒng)
風(fēng)電控制系統(tǒng)預(yù)留各種通訊接口：Modbus/RS485/RS232等。
微型操作臺主要性能指標(biāo)
1)規(guī)格型號：非標(biāo)定制
2)結(jié)構(gòu)特點：采用琴式操作臺，在操作臺上布置操作按鈕、智能表和測控計算機(jī)，操作臺設(shè)計符合人體工程學(xué)，操作舒適，各項數(shù)據(jù)觀察直觀。
3)表面處理：脫脂、酸洗、磷化、烤漆顏色：RAL7035
4)外觀要求：外形美觀，工藝精湛，尺寸精密
5)材質(zhì)要求：板材厚度為1.2-2.0mm，其中裝飾件1.2mm,連接件1.5mm,承重部件2.0mm。
6)臺面要求：采用優(yōu)質(zhì)防火板，顏色為深黃。
7)硬件主要性能指標(biāo)如下：PCE-7B13-07A1E、可以存儲1T數(shù)據(jù)、PCE-5127QG2、控制機(jī)箱以及21英寸工業(yè)顯示器
風(fēng)力發(fā)電模擬軟件
上位機(jī)軟件包含本機(jī)數(shù)據(jù)庫，預(yù)留與其他如C#語言、C++、VB、SQL、MATLAB等語言的兼容接口;具備變流器控制技術(shù)實驗軟件及有源濾波技術(shù)實驗軟件。提供上位機(jī)軟件的完整資料包括但不限于：系統(tǒng)邏輯控制動作順序表、測控點表、流程圖；軟件設(shè)計說明書；軟件設(shè)計編碼規(guī)范說明書；人機(jī)接口說明書；軟件流程圖；數(shù)據(jù)報表及數(shù)據(jù)庫設(shè)計說明書；軟件源代碼等。
上位機(jī)軟件如下圖所示：
上位機(jī)軟件主要性能指標(biāo)：
上位機(jī)軟件功能需包括邏輯控制和實驗數(shù)據(jù)檢測分析，上位機(jī)軟件要求采用LABVIEW或C#編程。上位機(jī)軟件需具有用戶管理、人機(jī)操作接口、邏輯控制、運(yùn)行記錄、報警、數(shù)據(jù)采集分析、曲線顯示報表打印等功能。
1）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功能模擬
模擬真實風(fēng)力發(fā)電機(jī)的啟動、并網(wǎng)、正常運(yùn)行和停機(jī)過程，具備模擬機(jī)組變速調(diào)節(jié)能力，有功、無功的調(diào)節(jié)能力；
風(fēng)速模型不僅可設(shè)定典型幾種風(fēng)速曲線，支持導(dǎo)入實際測量得到的風(fēng)速―時間數(shù)據(jù)；
FaceView實驗主控軟件執(zhí)行機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)流程控制和數(shù)據(jù)記錄、顯示、系統(tǒng)監(jiān)控等功能；
實現(xiàn)風(fēng)速和風(fēng)力機(jī)模擬，機(jī)組并網(wǎng)控制，機(jī)組最大功率運(yùn)行控制，機(jī)組恒速運(yùn)行，機(jī)組限功率運(yùn)行，機(jī)組低電壓穿越，機(jī)組脫網(wǎng)控制等控制功能；
背靠背變流器可實現(xiàn)直流側(cè)電壓的初始狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定，實現(xiàn)單位功率因數(shù)并網(wǎng)，實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在故障條件下不脫網(wǎng)運(yùn)行，低電壓穿越的功能，支持風(fēng)機(jī)的低電壓穿越實驗;
軟件分析風(fēng)力發(fā)電的數(shù)據(jù)與運(yùn)行特性，能夠顯示異常時的故障原因；
RS485接口，提供開放式MODBUS規(guī)約接入監(jiān)控系統(tǒng)；
完善的保護(hù)功能，包括過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)、過溫保護(hù)、超速保護(hù)、短路保護(hù)，可以實現(xiàn)低電壓穿越以及外接電源電壓不穩(wěn)定時保護(hù)實驗；
2）用戶管理用戶管理要求采用授權(quán)分級操作并對操作進(jìn)行記錄，以不同的權(quán)限登錄，只能執(zhí)行其相應(yīng)的操作，保證設(shè)備的使用安全。用戶管理模塊需具有用戶登錄、編輯和修改功能，可通過對登錄人員信息存儲實現(xiàn)設(shè)備的使用記錄的管理。軟件的用戶管理必須設(shè)置管理員、工程師和操作員三級用戶權(quán)限，且高一級的用戶具有低一級用戶所具有的權(quán)限。管理員：具有最高的使用權(quán)限，可修改設(shè)備所有的內(nèi)容，主要用于設(shè)備調(diào)試、校檢，可設(shè)置系統(tǒng)硬件配置，以及運(yùn)行參數(shù)的配置。
3）實驗參數(shù)管理
實驗參數(shù)包括電動機(jī)組、變頻器等自身參數(shù)、實驗過程工藝參數(shù)和實驗結(jié)果判定參數(shù)，各種參數(shù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，根據(jù)選擇的實驗項目在實驗的過程中讀取調(diào)用相關(guān)參數(shù)。實現(xiàn)風(fēng)速、風(fēng)力機(jī)運(yùn)行特性模擬，并能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)電機(jī)組啟動、運(yùn)行、最大功率跟蹤(MPPT)、并網(wǎng)、低電壓穿越、停機(jī)、數(shù)據(jù)記錄、故障記錄等特性。
4）人機(jī)操作接口
人機(jī)操作接口實現(xiàn)實驗過程的操作，本設(shè)備要求采用圖形化軟件編程，操作界面真實直觀，具有實驗過程的提示信息。根據(jù)實驗需求，軟件人機(jī)操作接口可將實驗過程數(shù)據(jù)動態(tài)變化趨勢及其分析并以曲線方式實時顯示。
5）硬件運(yùn)行管理
系統(tǒng)各硬件設(shè)備在實驗時和計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，各種設(shè)備的通訊參數(shù)和通訊相關(guān)變量定義在數(shù)據(jù)庫中，實驗過程自動讀取并進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，使硬件及其參數(shù)的管理趨于自動化，減少人為設(shè)置的工作量，減少人為錯誤，提供工作效率。
6）運(yùn)行邏輯控制
邏輯控制部分用于實驗過程中運(yùn)行管理，根據(jù)接收到的控制指令，參考不同的工藝設(shè)置和參數(shù)設(shè)定，輸出相應(yīng)的控制指令，完成實驗過程邏輯控制。邏輯控制參數(shù)的設(shè)置對過程邏輯控制至關(guān)重要，且該參數(shù)設(shè)置相對復(fù)雜，所以預(yù)設(shè)在數(shù)據(jù)庫中，實驗時自動讀取，以提高穩(wěn)定性。
7）數(shù)據(jù)檢測
數(shù)據(jù)檢測是指對實驗過程中關(guān)鍵實驗數(shù)據(jù)的采集，以作為實驗結(jié)果分析實驗。數(shù)據(jù)檢測功能包括數(shù)據(jù)采集、計算和分析，同時完成數(shù)據(jù)存儲與顯示，根據(jù)實驗需求部分?jǐn)?shù)據(jù)可生成實驗報表。
8）故障報警處理
故障處理部分具有最高的優(yōu)先級，一旦產(chǎn)生故障，設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)的保護(hù)動作，并限制實驗操作直到故障解除并復(fù)位。設(shè)備運(yùn)行前先進(jìn)行一次自檢，自檢正常后設(shè)備允許運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)行過程中產(chǎn)生故障，分故障等級執(zhí)行不同的動作。
9）設(shè)備故障診斷
設(shè)備故障診斷的目的為檢測設(shè)備的狀態(tài)，設(shè)備要求具備設(shè)備自檢功能；在實驗的過程中，隨著實驗數(shù)據(jù)及經(jīng)驗的不斷積累，故障診斷可作為軟件的升級功能。要求軟件設(shè)計將所有的實驗數(shù)據(jù)實時記錄，為故障分析做準(zhǔn)備。
10）記錄查詢
實驗過程中設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、操作人員信息及實驗結(jié)果信息均記錄在數(shù)據(jù)庫中，方便設(shè)備檢修和實驗數(shù)據(jù)查詢分析。
八、直驅(qū)風(fēng)電變流器系統(tǒng)開放
算法類的函數(shù)開放，用戶可以按照自己的算法修改、調(diào)用，如整流、逆變、電機(jī)控制的SVPWM和低電壓穿越算法。
開放內(nèi)容如下：
1)直驅(qū)變流器所有電路板硬件原理圖及BOM表(pdf版本)：控制板，電源板，信號板，電容板；
2)直驅(qū)變流器柜電氣原理圖及BOM表(pdf版本)；
3)開放控制板的debug接口，客戶可以燒寫自己的程序；
4)直驅(qū)變流器通訊協(xié)議(RS485)（免費(fèi)）；
5)直驅(qū)變流器使用手冊(免費(fèi))；
6)直驅(qū)變流器編程手冊pdf版；
直驅(qū)變流器軟件低電壓穿越算法、整流器SVPWM算法和電機(jī)控制SVPWM算法的工程源文件，包括程序主框架、硬件驅(qū)動功能、硬件配置功能、通訊功能、保護(hù)功能、編碼器功能、采樣功能、鎖相環(huán)功能、濾波函數(shù)等。低電壓穿越算法、整流器SVPWM算法和電機(jī)控制SVPWM算法用戶可以修改、調(diào)用。
九、主要實驗內(nèi)容
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編號 |
名稱 |
學(xué)生人數(shù) |
類型 |
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1 |
異步電機(jī)空載實驗 |
每套機(jī)組3~5人 |
設(shè)計型 |
|
2 |
異步電機(jī)負(fù)載實驗 |
每套機(jī)組3~5人 |
設(shè)計型 |
|
3 |
永磁同步發(fā)電機(jī)空載實驗 |
每套機(jī)組3~5人 |
設(shè)計型 |
|
4 |
永磁同步發(fā)電機(jī)負(fù)載實驗 |
每套機(jī)組3~5人 |
設(shè)計型 |
|
5 |
電力電子接口啟動并網(wǎng)和運(yùn)行實驗 |
每套機(jī)組3~5人 |
設(shè)計型 |
|
6 |
電力電子接口正常停機(jī)實驗 |
每套機(jī)組3~5人 |
設(shè)計型 |
|
7 |
電力電子接口異常停機(jī)實驗 |
每套機(jī)組3~5人 |
設(shè)計型 |
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8 |
風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動并網(wǎng)實驗 |
每套機(jī)組5~8人 |
設(shè)計型 |
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9 |
風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常停機(jī)實驗 |
每套機(jī)組5~8人 |
設(shè)計型 |
|
10 |
風(fēng)力發(fā)電機(jī)異常停機(jī) |
每套機(jī)組5~8人 |
設(shè)計型 |
|
11 |
風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行實驗 |
每套機(jī)組5~8人 |
設(shè)計型 |
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12 |
風(fēng)力發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)保護(hù)實驗 |
每套機(jī)組5~8人 |
設(shè)計型 |
|
13 |
網(wǎng)側(cè)動態(tài)無功補(bǔ)償實驗 |
每套機(jī)組5~8人 |
設(shè)計型 |
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14 |
風(fēng)電并網(wǎng)算法及永磁發(fā)電機(jī)控制算法研究 |
每套機(jī)組5~8人 |
設(shè)計型 |
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15 |
小功率電機(jī)傳動控制SVPWM及DTC算法研究 |
每套機(jī)組5~8人 |
設(shè)計型 |
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16 |
低電壓穿越實驗 |
每套機(jī)組5~8人 |
設(shè)計型 |
|
17 |
電網(wǎng)不平衡條件下風(fēng)電并網(wǎng)變流器的控制算法研究 |
每套機(jī)組5~8人 |
設(shè)計型 |
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18 |
電網(wǎng)強(qiáng)諧波條件下風(fēng)電并網(wǎng)變流器諧波抑制算法研究 |
每套機(jī)組5~8人 |
設(shè)計型 |
友情提示：
1、設(shè)備驗收：各采購單位收貨時請檢查模擬型直驅(qū)風(fēng)電實驗系統(tǒng)的貨品外觀，核實的模擬型直驅(qū)風(fēng)電實驗系統(tǒng)及配件，拒收處于受損狀態(tài)的模擬型直驅(qū)風(fēng)電實驗系統(tǒng)；
2、設(shè)備質(zhì)保：茂育將為各采購單位提供模擬型直驅(qū)風(fēng)電實驗系統(tǒng)說明書內(nèi)的質(zhì)保條件和質(zhì)保期，在質(zhì)保范圍內(nèi)提供對模擬型直驅(qū)風(fēng)電實驗系統(tǒng)的免費(fèi)維修，超出條件承諾時提供對模擬型直驅(qū)風(fēng)電實驗系統(tǒng)的有償維修；
3、設(shè)備退換貨：各采購單位單方面原因?qū)е履M型直驅(qū)風(fēng)電實驗系統(tǒng)的選型錯誤或購模擬型直驅(qū)風(fēng)電實驗系統(tǒng)數(shù)量錯誤，造成模擬型直驅(qū)風(fēng)電實驗系統(tǒng)的退換貨要求，將不被接受；
4、設(shè)備貨期：對的模擬型直驅(qū)風(fēng)電實驗系統(tǒng)發(fā)貨期為參考值，如您需要了解模擬型直驅(qū)風(fēng)電實驗系統(tǒng)的精確貨期，請與上海茂育的銷售人員聯(lián)系；
5、咨詢電話：如各采購單位對模擬型直驅(qū)風(fēng)電實驗系統(tǒng)有任何疑問，請致電：021-56311657 ,我們將由專業(yè)技術(shù)人員為您提供有關(guān)模擬型直驅(qū)風(fēng)電實驗系統(tǒng)的技術(shù)咨詢。
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