双馈风力发电实验系统
一、产品概述
本实验系统采用变速恒频控制的双馈异步发电机组，可以完成大功率双馈风电机组的风力机模拟和运行操作训练。
二、产品特点
模拟真实风力发电机的启动、并网、正常运行和停机过程，具备模拟机组变速调节能力，有功、无功的调节能力；风速模型不仅可设定典型几种风速曲线，支持导入实际测量得到的风速―时间数据；faceview实验主控软件执行机组运行状态流程控制和数据记录、显示、系统监控等功能；实现风速和风力机模拟，机组并网控制，机组大功率运行控制，机组恒速运行，机组限功率运行，机组低电压穿越，机组脱网控制等控制功能；背靠背变流器可实现直流侧电压的初始状态进行设定，实现单位功率因数并网，实现风力发电机在故障条件下不脱网运行，低电压穿越的功能，支持风机的低电压穿越实验;软件分析风力发电的数据与运行特性，能够显示异常时的故障原因；rs485接口，提供开放式modbus规约接入监控系统；完善的保护功能，包括过电压保护、过电流保护、过温保护、超速保护、短路保护，可以实现低电压穿越以及外接电源电压不稳定时保护实验；注：带醒目的危险标识，如：有电危险、运行时请勿打开、严谨带电操作等。
双馈实验系统结构图
二、系统运行技术参数
2.1 工作条件
输入电压：三相四线～380v±10% 50hz装置容量：≤5.0kw海拔：0～2000m；环境温度：-10℃～＋50℃；环境相对湿度: 10～90%(25℃)；大气压力范围：1个标准大气压范围；室内安装；平台必须水平安装；设备正常使用年限：≥20年；环境要求：环境通风良好，不含易燃、腐蚀性气体；2.2 实验平台的基本尺寸：
实验台：2000×400×600；（长×深×高，mm）变流器：1000×600×1500；主控柜：800×600×1820；注：实验平台分两排布置，预计占地面积 3m×3m
2.2 定制双馈变流器系统
风电变流器包括双馈风机变流器、全功率变流器和pwm整流器，均为我司自主研发，根据高校和研究所客户要求定制开发，具有功能完善、产品可靠、开放性强、保护严格等特点。
双馈风电机组图及变流器内部图
模拟风力发电系统的变流器由ac-dc-ac pwm变换器来实现，前级交流输入可选接入交流/直流电网，根据设定的风速，将相应能量注入到直流母线上，后级交流输出接交流母线，将输入的能量注入到配电/微电网。该变流器为定制产品，根据用户的要求设计，功能特点如下：
机侧矢量控制，网侧矢量解耦p/q控制；电网电压在-3%～+7%范围内波动时能正常运行；并网满载电流总谐波畸变率5%以下；过流/过压/过温保护，分硬件保护和软件保护；具备低电压穿越功能；提供直流侧外接其他电气设备的接口；支持电网不平衡度小于 10%时正常发电运行；支持较宽的运行速度范围：700-2000rpm；10kw背靠背变流器主要指标
项目指标
参数特性
项目指标
参数特性
变流器拓扑结构
双级背靠背
后级控制方式
稳定直流电压
额定流功率
5.0kw
后级功率因数
>0.99
额定交流电流
15a
直流母线电压
600v
额定交流电压
380v
大直流电流
22a
额定电网频率
50hz
电流总谐波畸变率（thd）
<3%（额定功率）
允许电网频率
48～50.5hz
大效率
95%
前级控制方式
功率控制
待机状态功耗
<40w
前级功率因数
>0.99
冷却方式
强迫风冷
防护等级
ip21
标准通讯方式
rs485
2.3 设备主要配置参数
驱动变频器
容量等级
5.5kw
电压等级
380v
电机类型
异步/永磁同步电动机
调速范围
0-2000rpm
控制方式
有pg矢量控制，弱磁控制
接口类型
rs485
控制环路
速度闭环，力矩闭环
精度
电压、电流、转速、位置、转矩的信号测量
定制变流器
功率等级
5.5kw
电压等级
380v
功率拓扑
二电平背靠背
外形尺寸
（宽×深×高，mm）800×600×1600
电动机
额定功率
5.5kw
额定转速
1500rpm
同步转速
1800rpm
额定电压
380v
功率因数
0.9
发电机
类 型
双馈发电机
额定功率
5.0kw
额定电压
380v
额定频率
50hz
额定转速
1500rpm
转速范围
0-2000rpm
绝缘等级
f级
三、双馈系统低电压穿越与实验
3.1 电网电压跌落的危害
对双馈风电机组来说：
出现的过电流会损坏电力电子器件；dc端过电压，将威胁直流侧元器件；附加的转矩、应力过大则会损坏风电机组的机械部件；对电网来说：
引起电网频率降低；引起电网线压降低；引发联锁效应，导致大面积电网瘫痪。3.2 低电压穿越lvrt定义及意义
当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落时，在电压跌落的范围内，风电机组能够不间断并网运行。
它对系统由较为重要的意义：
风机能够不脱网持续运行；能够对电网进行动态无功功率q支撑；有助于有功功率p恢复；3.3 国内低电压穿越标准
对于低电压穿越，要求如下图所示，方案*遵循此标准：
低电压穿越标准
并网点电压跌至20%额定电压时，保证不脱网连续运行625ms ；跌落后2s 内恢复到额定电压的90%时，不脱网连续运行。无功支撑：响应时间不大于75ms，持续时间不少于550ms ；无功电流满足it≥1.5×（0.9-ut）in，（0.2≤ut≤0.9）有功恢复：故障切除后以至少10%额定功率/秒的功率恢复到故障跌落前的功率；3.4 低电压穿越lvrt实验方案介绍
主要为在变流器上添加crowbar和chopper电路，并在变流器中进行相应控制：
crowbar：其响应时间短，能够保护变流器igbt、吸收和衰减畸变电流和谐波电流chopper：主要考虑单管吸收回路的设计，不同于crowbar的投切工作方式，chopper装置在运行过程中会进行100hz左右的斩波动作，大电流关断时的尖峰很容易导致igbt过压实效。因此设计了rcd吸收回路和低感功率回路。
双馈机组crowbar
双馈机组chopper
其软件部分逻辑如下：
双馈机组lvrt软件逻辑
低穿实验波形1
低穿实验波形2
低穿实验波形3
四、双馈系统实验主控软件
faceview实验主控软件具有风速特性模拟和风机主控功能，能模拟几种典型风速如：微风、阵风、持续大风、持续中速风、或四种风速合成特性。主控和风机模拟的参数修改权限向用户开放，用户可以自由定制风力机特性，选配接收实际的测风仪数据。主控功能实现机组并网控制，恒速运行，限功率运行，降功率运行，低电压穿越，机组脱网控制。
faceview监测以下参量：
风速、风轮转速；驱动电机转子位置／速度、电流、电压、功率、输出转矩；发电机转子位置／速度、电流、电压、功率、输出转矩；变流器直流电压；网侧变流器输出电压、电流、功率；电网电压、电流、功率。
风力发电模拟界面
曲线观测界面
参数设定界面
低电压实验
五、开放双馈风电变流器系统（说明）
算法类的函数开放，用户可以按照自己的算法修改、调用，如整流、逆变、电机控制的svpwm和低电压穿越算法。
开放内容如下：
双馈变流器所有电路板硬件原理图及bom表(pdf版本)：控制板，电源板，信号板，电容板；双馈变流器柜电气原理图及bom表(pdf版本)；开放控制板的debug接口，客户可以烧写自己的程序；双馈变流器通讯协议(rs485)（免费）；双馈变流器使用手册(免费)；双馈变流器编程手册pdf版；双馈变流器软件低电压穿越算法、整流器svpwm算法和电机控制svpwm算法的工程源文件，包括程序主框架、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、锁相环功能、滤波函数等。低电压穿越算法、整流器svpwm算法和电机控制svpwm算法用户可以修改、调用。
双馈风电实验系统现场图如下：
六、可开设实验及科研教学内容
风力机模拟实验低电压穿越实验低电压穿越算法研究直流母线电压控制实验并网过程及连续实验亚同步速、超同步速运行控制实验风力发电并网功率因素调节实验项目表
编号
名称
学生人数
类型
1
异步电机空载实验
每套机组3~5人
设计型
2
异步电机负载实验
每套机组3~5人
设计型
3
双馈感应电机空载实验
每套机组3~5人
设计型
4
双馈感应电机负载实验
每套机组3~5人
设计型
5
风力发电机启动并网实验
每套机组5~8人
设计型
6
风力发电机正常停机实验
每套机组5~8人
设计型
7
风力发电机异常停机
每套机组5~8人
设计型
8
风力发电机正常运行实验
每套机组5~8人
设计型
9
风力发电机脱网保护实验
每套机组5~8人
设计型
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环保型鄂式破碎机使用安全事项
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双馈风力发电实验系统
盐雾箱盐水溶液正确的配置方式指导
KINETROL气动执行器034-120安全扭力
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弯曲试验机的操作步骤介绍
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数控开料机的使用寿命
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本实验系统采用变速恒频控制的双馈异步发电机组，可以完成大功率双馈风电机组的风力机模拟和运行操作训练。
二、产品特点
模拟真实风力发电机的启动、并网、正常运行和停机过程，具备模拟机组变速调节能力，有功、无功的调节能力；风速模型不仅可设定典型几种风速曲线，支持导入实际测量得到的风速―时间数据；faceview实验主控软件执行机组运行状态流程控制和数据记录、显示、系统监控等功能；实现风速和风力机模拟，机组并网控制，机组大功率运行控制，机组恒速运行，机组限功率运行，机组低电压穿越，机组脱网控制等控制功能；背靠背变流器可实现直流侧电压的初始状态进行设定，实现单位功率因数并网，实现风力发电机在故障条件下不脱网运行，低电压穿越的功能，支持风机的低电压穿越实验;软件分析风力发电的数据与运行特性，能够显示异常时的故障原因；rs485接口，提供开放式modbus规约接入监控系统；完善的保护功能，包括过电压保护、过电流保护、过温保护、超速保护、短路保护，可以实现低电压穿越以及外接电源电压不稳定时保护实验；注：带醒目的危险标识，如：有电危险、运行时请勿打开、严谨带电操作等。
双馈实验系统结构图
二、系统运行技术参数
2.1 工作条件
输入电压：三相四线～380v±10% 50hz装置容量：≤5.0kw海拔：0～2000m；环境温度：-10℃～＋50℃；环境相对湿度: 10～90%(25℃)；大气压力范围：1个标准大气压范围；室内安装；平台必须水平安装；设备正常使用年限：≥20年；环境要求：环境通风良好，不含易燃、腐蚀性气体；2.2 实验平台的基本尺寸：
实验台：2000×400×600；（长×深×高，mm）变流器：1000×600×1500；主控柜：800×600×1820；注：实验平台分两排布置，预计占地面积 3m×3m
2.2 定制双馈变流器系统
风电变流器包括双馈风机变流器、全功率变流器和pwm整流器，均为我司自主研发，根据高校和研究所客户要求定制开发，具有功能完善、产品可靠、开放性强、保护严格等特点。
双馈风电机组图及变流器内部图
模拟风力发电系统的变流器由ac-dc-ac pwm变换器来实现，前级交流输入可选接入交流/直流电网，根据设定的风速，将相应能量注入到直流母线上，后级交流输出接交流母线，将输入的能量注入到配电/微电网。该变流器为定制产品，根据用户的要求设计，功能特点如下：
机侧矢量控制，网侧矢量解耦p/q控制；电网电压在-3%～+7%范围内波动时能正常运行；并网满载电流总谐波畸变率5%以下；过流/过压/过温保护，分硬件保护和软件保护；具备低电压穿越功能；提供直流侧外接其他电气设备的接口；支持电网不平衡度小于 10%时正常发电运行；支持较宽的运行速度范围：700-2000rpm；10kw背靠背变流器主要指标
项目指标
参数特性
项目指标
参数特性
变流器拓扑结构
双级背靠背
后级控制方式
稳定直流电压
额定流功率
5.0kw
后级功率因数
>0.99
额定交流电流
15a
直流母线电压
600v
额定交流电压
380v
大直流电流
22a
额定电网频率
50hz
电流总谐波畸变率（thd）
<3%（额定功率）
允许电网频率
48～50.5hz
大效率
95%
前级控制方式
功率控制
待机状态功耗
<40w
前级功率因数
>0.99
冷却方式
强迫风冷
防护等级
ip21
标准通讯方式
rs485
2.3 设备主要配置参数
驱动变频器
容量等级
5.5kw
电压等级
380v
电机类型
异步/永磁同步电动机
调速范围
0-2000rpm
控制方式
有pg矢量控制，弱磁控制
接口类型
rs485
控制环路
速度闭环，力矩闭环
精度
电压、电流、转速、位置、转矩的信号测量
定制变流器
功率等级
5.5kw
电压等级
380v
功率拓扑
二电平背靠背
外形尺寸
（宽×深×高，mm）800×600×1600
电动机
额定功率
5.5kw
额定转速
1500rpm
同步转速
1800rpm
额定电压
380v
功率因数
0.9
发电机
类 型
双馈发电机
额定功率
5.0kw
额定电压
380v
额定频率
50hz
额定转速
1500rpm
转速范围
0-2000rpm
绝缘等级
f级
三、双馈系统低电压穿越与实验
3.1 电网电压跌落的危害
对双馈风电机组来说：
出现的过电流会损坏电力电子器件；dc端过电压，将威胁直流侧元器件；附加的转矩、应力过大则会损坏风电机组的机械部件；对电网来说：
引起电网频率降低；引起电网线压降低；引发联锁效应，导致大面积电网瘫痪。3.2 低电压穿越lvrt定义及意义
当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落时，在电压跌落的范围内，风电机组能够不间断并网运行。
它对系统由较为重要的意义：
风机能够不脱网持续运行；能够对电网进行动态无功功率q支撑；有助于有功功率p恢复；3.3 国内低电压穿越标准
对于低电压穿越，要求如下图所示，方案*遵循此标准：
低电压穿越标准
并网点电压跌至20%额定电压时，保证不脱网连续运行625ms ；跌落后2s 内恢复到额定电压的90%时，不脱网连续运行。无功支撑：响应时间不大于75ms，持续时间不少于550ms ；无功电流满足it≥1.5×（0.9-ut）in，（0.2≤ut≤0.9）有功恢复：故障切除后以至少10%额定功率/秒的功率恢复到故障跌落前的功率；3.4 低电压穿越lvrt实验方案介绍
主要为在变流器上添加crowbar和chopper电路，并在变流器中进行相应控制：
crowbar：其响应时间短，能够保护变流器igbt、吸收和衰减畸变电流和谐波电流chopper：主要考虑单管吸收回路的设计，不同于crowbar的投切工作方式，chopper装置在运行过程中会进行100hz左右的斩波动作，大电流关断时的尖峰很容易导致igbt过压实效。因此设计了rcd吸收回路和低感功率回路。
双馈机组crowbar
双馈机组chopper
其软件部分逻辑如下：
双馈机组lvrt软件逻辑
低穿实验波形1
低穿实验波形2
低穿实验波形3
四、双馈系统实验主控软件
faceview实验主控软件具有风速特性模拟和风机主控功能，能模拟几种典型风速如：微风、阵风、持续大风、持续中速风、或四种风速合成特性。主控和风机模拟的参数修改权限向用户开放，用户可以自由定制风力机特性，选配接收实际的测风仪数据。主控功能实现机组并网控制，恒速运行，限功率运行，降功率运行，低电压穿越，机组脱网控制。
faceview监测以下参量：
风速、风轮转速；驱动电机转子位置／速度、电流、电压、功率、输出转矩；发电机转子位置／速度、电流、电压、功率、输出转矩；变流器直流电压；网侧变流器输出电压、电流、功率；电网电压、电流、功率。
风力发电模拟界面
曲线观测界面
参数设定界面
低电压实验
五、开放双馈风电变流器系统（说明）
算法类的函数开放，用户可以按照自己的算法修改、调用，如整流、逆变、电机控制的svpwm和低电压穿越算法。
开放内容如下：
双馈变流器所有电路板硬件原理图及bom表(pdf版本)：控制板，电源板，信号板，电容板；双馈变流器柜电气原理图及bom表(pdf版本)；开放控制板的debug接口，客户可以烧写自己的程序；双馈变流器通讯协议(rs485)（免费）；双馈变流器使用手册(免费)；双馈变流器编程手册pdf版；双馈变流器软件低电压穿越算法、整流器svpwm算法和电机控制svpwm算法的工程源文件，包括程序主框架、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、锁相环功能、滤波函数等。低电压穿越算法、整流器svpwm算法和电机控制svpwm算法用户可以修改、调用。
双馈风电实验系统现场图如下：
六、可开设实验及科研教学内容
风力机模拟实验低电压穿越实验低电压穿越算法研究直流母线电压控制实验并网过程及连续实验亚同步速、超同步速运行控制实验风力发电并网功率因素调节实验项目表
编号
名称
学生人数
类型
1
异步电机空载实验
每套机组3~5人
设计型
2
异步电机负载实验
每套机组3~5人
设计型
3
双馈感应电机空载实验
每套机组3~5人
设计型
4
双馈感应电机负载实验
每套机组3~5人
设计型
5
风力发电机启动并网实验
每套机组5~8人
设计型
6
风力发电机正常停机实验
每套机组5~8人
设计型
7
风力发电机异常停机
每套机组5~8人
设计型
8
风力发电机正常运行实验
每套机组5~8人
设计型
9
风力发电机脱网保护实验
每套机组5~8人
设计型
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环保型鄂式破碎机使用安全事项
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双馈风力发电实验系统
盐雾箱盐水溶液正确的配置方式指导
KINETROL气动执行器034-120安全扭力
北京到东莞东坑镇专线物流公司_北京到东坑物流专线[直达运输]
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污泥转子泵选型要点
弯曲试验机的操作步骤介绍
借助金纳米粒子、显微 CT 和超声波，绘制活体动物随时间的动脉瘤形成图
数控开料机的使用寿命
珠海到成都新都区货运专线_珠海到新都区物流公司货运部
建德到上海金山区专线物流_建德到金山区物流货运
匀质保温板是常用保温板材
橡胶低温冲击试验机的使用方法
绍兴直达乐昌的物流公司,一站式绍兴到乐昌物流专线
关于卧式加工中心光机的操作要点介绍