永磁同步風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗系統_永磁同步風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗系統

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永磁同步風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗系統

一、概述
目前世界上大中型風(fēng)力發(fā)電機組主要有兩種型式。一類(lèi)是定槳距失速調節型，屬于恒速機型，一般使用同步電機或者鼠籠式異步電機作為發(fā)電機，通過(guò)定槳距失速控制的風(fēng)輪機使發(fā)電機的轉速保持在恒定的數值，繼而使風(fēng)電機組并網(wǎng)后定子磁場(chǎng)旋轉頻率等于電網(wǎng)頻率，轉子、葉輪的變化范圍小，捕獲風(fēng)能的效率低。另一類(lèi)是變速變距型，一般采用雙饋電機或者永磁同步電機，通過(guò)調速器和變槳距控制相結合的方法使葉輪轉速可以跟隨風(fēng)速的改變在很寬的范圍內變化，保持*佳葉尖速比運行，從而使Cp（風(fēng)能利用系數）在很大的風(fēng)速變化范圍內均能保持*大值，能量捕獲效率*大。發(fā)電機發(fā)出的電能通過(guò)變流器調節，變成與電網(wǎng)同頻、同相、同幅的電能輸送到電網(wǎng)。相比之下，變速型風(fēng)力發(fā)電機具有不可比擬的優(yōu)勢。
永磁同步風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗系統采用變速恒頻控制的永磁同步發(fā)電機組，可以完成大功率永磁風(fēng)電機組的風(fēng)力機模擬和運行過(guò)程演示、實(shí)驗。
二、產(chǎn)品特點(diǎn)
設有風(fēng)力機模擬器，可以實(shí)現純數字模擬和物理模擬，可以設置多種類(lèi)型風(fēng)速模型。
全功率變流器特點(diǎn)：
(1) 采用矢量控制技術(shù)
(2) 雙PWM控制技術(shù)（即PWM整流、PWM逆變）
(3) 采用DSP作為核心控制芯片，具有較高的實(shí)時(shí)性
(4) 采用一體封裝的IPM模塊，更加可靠
(5) 完善的故障自診斷及可靠的保護技術(shù)
(6) 整體機構設計緊湊、體積小節省空間
(7) 主動(dòng)無(wú)功控制，根據需求進(jìn)行超前或滯后補
(8) 隨機風(fēng)速下的電功率平滑控制
(9) *大功率跟蹤算法
(10) 有功、無(wú)功解耦控制
三、技術(shù)性能
輸入電壓：三相四線(xiàn)制AC380V±10% 50Hz
工作環(huán)境：環(huán)境溫度-5℃～+40℃ 相對濕度＜85%（25℃）海拔＜4000m
裝置容量：＜5.0kVA
四、系統配置
    系統由永磁同步風(fēng)力發(fā)電機組、模擬風(fēng)力機控制柜、系統屏、全功率變流器柜、無(wú)窮大系統、監控軟件六部分構成。
（一）永磁同步風(fēng)力發(fā)電機組
    發(fā)電機組由直流電動(dòng)機、三相永磁同步發(fā)電機、轉速傳感器、機組固定底盤(pán)及配套件等四部分組成。
直流電動(dòng)機
    直流電動(dòng)機采用Z4系列國標電機，具有散熱風(fēng)機，參數如下：
    (1) 額定電樞電壓：DC440V
    (2) 額定功率：4kW
    (3) 額定轉速：1500r/min
三相永磁同步發(fā)電機

(1) 額定功率：3kW
(2) 額定電壓：AC380V（線(xiàn)電壓）
(3) 額定轉速：1500r/min
(4) 額定轉矩：19N.M
(5) 極數：4極
轉速傳感器
    轉速傳感器采用1024線(xiàn)增量型光電編碼器，推挽輸出，精度高、抗干擾性強。
機組固定底座及配套件
    機組底座采用整體翻砂件，表面平整度高，直流電動(dòng)機與永磁發(fā)電機采用橡膠連軸器軟連接，為保護學(xué)生安全，配有防護罩。底座裝設帶減震功能支撐腳，為方便機組移動(dòng)裝設方向輪1只，定向輪兩只。
（二）模擬風(fēng)力機控制柜
    風(fēng)力機模擬柜由模擬表頭、工業(yè)一體化PC、數字直流調速器等主要元件構成?？刂乒耠娫催M(jìn)線(xiàn)采用漏電保護開(kāi)關(guān)。
模擬表頭
    采用國標6L2系列表頭，含原動(dòng)機電樞電壓表、原動(dòng)機電樞電流表、系統進(jìn)線(xiàn)電壓表，配三相線(xiàn)電壓切換顯示開(kāi)關(guān)。
數字直流調速器
    采用功能強大的西門(mén)子6RA70型數字四象限直流調速器作為原動(dòng)機的驅動(dòng)裝置。在完成風(fēng)力發(fā)電部分實(shí)驗時(shí)，作為原動(dòng)機，并與監控軟件一起模擬風(fēng)力機，拖動(dòng)永磁同步發(fā)電機運行。在完成永磁同步電機變頻調速實(shí)驗時(shí)，直流電動(dòng)機作為發(fā)電機運行，并將電能通過(guò)調速器回饋到電網(wǎng)。額定參數如下：
    (1) *大輸出功率：6.3kW
    (2) 額定電樞電流：15A
    (3) 額定電樞電壓：420V
    (4) 額定勵磁電流：3A
    (5) 額定勵磁電壓：325V
    (6) 通訊口：RS485/232，支持USS通訊協(xié)議
工業(yè)平板電腦（IPPC）
    系統采用IPPC作為系統監控的硬件平臺，前面板采用鋁合金材料，表面陽(yáng)極氧化拉絲處理工藝，配置如下：
    (1) 顯示器：12.1寸液晶
    (2) CPU：凌動(dòng)N270，1.6GHz
    (3) 主板：研華AIMB 252
    (4) 內存：DDR2 1G
    (5) 硬盤(pán)：160G
    (6) 觸摸屏：5線(xiàn)電阻觸摸屏
    (7) 網(wǎng)卡：10-100M
    (8) 串口：5個(gè)
    (9) USB：4個(gè)
    (10) VGA接口：1個(gè)
    (11) PCI插槽：1個(gè)
（三）全功率變流器柜
    變流器控制柜含全功率變流器主回路和控制系統。
技術(shù)指標:
    (1) 額定工作電壓：380VAC
    (2) 額定處理容量：5kVA
    (3) 電流畸變率：＜10%
    (4) 直流額定電壓：650V
    (5) 功率因數：±0.9可調
    (6) 控制方式：采用DSP全數字化控制
    (7) 并網(wǎng)控制：自動(dòng)軟并網(wǎng)
    (8) 電磁屏蔽措施：金屬殼屏蔽保護
    (9) 故障診斷能力：過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱保護等
    (10) 冷卻方式：強制風(fēng)冷
    (11) 頻率精度：±0.03Hz
    (12) 并網(wǎng)沖擊電流、電壓：＜5%
    (13) 控制誤差：＜4%
（四）智能電量監測儀
測量三相電流，三相相/線(xiàn)電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數等電量
2-31次諧波測量
四象限電能計量：±有功電能（kWh），±無(wú)功電能（kVarh）
標準PT、CT輸入，適用于各種電壓等級及接線(xiàn)方式
RS-485通訊接口，Modbus RTU通訊規約
（五）PLC控制器
西門(mén)子S7-200系列CPU224XP型主機。
（六）大功率三相自耦調壓器
額定容量：15kVA，原邊額定輸入三相AC380V，副邊AC 0～430V可調。
（七）監控軟件
    監控軟件基于北京三維力控ForceControl設計，主要包括風(fēng)力機模擬器上位機界面、網(wǎng)側變流器電量監測，全功率變流器保護狀態(tài)監視等功能。
五、實(shí)驗項目
風(fēng)力機特性離線(xiàn)仿真
PWSM供電的PWM整流器實(shí)驗
PWM逆變器的并網(wǎng)運行
PWM變流器的功率因數控制
PWSM風(fēng)力發(fā)電系統的MPPT運行
風(fēng)力發(fā)電系統中的電能質(zhì)量分析
風(fēng)力發(fā)電系統中的卸荷保護

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