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双馈风力发电实验系统

双馈风力发电实验系统

型号: TW-SNY62
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TW-SNY62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。

双馈风力发电实验系统(图1)

二、产品特点

1)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;

2)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;

3)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;

4)实现风速和风力机模拟,机组并网控制,机组最大功率运行控制,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;

5)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;

6)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;

7)RS485接口,提供开放式MODBUS规约接入监控系统;

8)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。

双馈风力发电实验系统(图2)

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:1400×400×400;(长×深×高,mm)

变流器:800×800×2000;

主控柜:800×800×2000;

注:实验平台分两排布置,预计占地面积 4m×4m

2.3 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。

双馈风力发电实验系统(图3)

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;

5.0 kW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

最大直流电流

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

最大效率

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

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

 

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,方案完全遵循此标准:

双馈风力发电实验系统(图4)

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。

双馈风力发电实验系统(图5)

双馈机组Crowbar

双馈风力发电实验系统(图6)

双馈机组Chopper

其软件部分逻辑如下:

双馈风力发电实验系统(图7)

双馈机组LVRT软件逻辑

双馈风力发电实验系统(图8)

低穿实验波形1

双馈风力发电实验系统(图9)

低穿实验波形2

双馈风力发电实验系统(图10)

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。

双馈风力发电实验系统(图11)

风力发电模拟界面

双馈风力发电实验系统(图12)

曲线观测界面

双馈风力发电实验系统(图13)

参数设定界面

双馈风力发电实验系统(图14)

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:

1)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;

2)双馈变流器柜电气原理图及BOM表(pdf版本);

3)开放控制板的debug接口,客户可以烧写自己的程序;

4)双馈变流器通讯协议(RS485)(免费);

5)双馈变流器使用手册(免费);

6)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:

双馈风力发电实验系统(图15)

双馈风力发电实验系统(图16)


六、可开设实验及科研教学内容

1)风力机模拟实验

2)低电压穿越实验

3)低电压穿越算法研究

4)直流母线电压控制实验

5)并网过程及连续实验

6)亚同步速、超同步速运行控制实验

7)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

设计型

2

异步电机负载实验

每套机组3~5

设计型

3

双馈感应电机空载实验

每套机组3~5

设计型

4

双馈感应电机负载实验

每套机组3~5

设计型

5

风力发电机启动并网实验

每套机组5~8

设计型

6

风力发电机正常停机实验

每套机组5~8

设计型

7

风力发电机异常停机

每套机组5~8

设计型

8

风力发电机正常运行实验

每套机组5~8

设计型

9

风力发电机脱网保护实验

每套机组5~8

设计型



双馈风力发电实验系统(图17)




企业信息

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