風力發電及風光互補實驗實訓設備

風力發電及風光互補實驗係統

主要功能

1、開放式雙饋風力發電仿真平台實驗內容

1、雙饋風力發電機平台認知實驗

2、三相交流負載實驗

3、三相異步電機電動實驗

4、三相交流變頻輸出實驗

5、風力機轉速變化模擬控製實驗

6、雙饋電動機電動實驗

7、亞同步並網實驗

8、同步並網實驗

9、超同步並網實驗

10、亞同步離網實驗

11、風力發電控製策略及編程實驗

12、最大風能跟蹤實驗

13、最大功率跟蹤MPPT原理及控製實驗

14、有功、無功解耦控製實驗

15、並網及功率輸送實驗

16、電能質量分析實驗

風光互補實驗係統實驗內容：

1、太陽能電池板追日跟蹤係統設計調試與編程設計實驗；

2、光伏組件伏安特性測試實驗；

3、環境對光伏能量轉換影響實驗；

4、風速與輸出功率關係實驗；

5、發電機轉速與輸出電壓、電流、功率關係實驗；

6、風光互補控製器工作原理及性能測試實驗；

7、風光互補控製器手動調節占空比測量光伏和輸出電壓、電流實驗；

8、風光互補最大功率跟蹤係統設計實驗；

9、風光互補控製器安全保護及設計實驗；（包括風機電壓、太陽能電池板電壓、蓄電池電壓、蓄電池充放電電流、蓄電池的荷電狀態顯示）

10、風光互補控製器通信測量實驗 ；

11、PWM輸出實驗；

12、功率開關MOS管控製負載驅動實驗；

13、蓄電池充電控製算法實驗；

14、蓄電池過放保護算法實驗；

15、蓄電池過充保護算法實驗；

16、直流負載輸出控製實驗；

17、時控負載輸出實驗；

18、光控負載輸出實驗；

19、時控+光控負載輸出實驗；

20、風機自動卸荷保護算法實驗；

21、風電變化自動功率跟蹤實驗；

22、光伏變化自動功率跟蹤實驗；

23、離網逆變器安裝調試與係統設計實驗；

24、離網逆變器參數設置與電能質量分析實驗；

25、離網逆變器安全保護及設計實驗；

26、離網逆變器通信測量實驗；

27、並網逆變器安裝調試與係統設計實驗；

28、並網逆變器參數設置與電能質量分析；

29、並網逆變器安全保護及設計實驗；

30、並網逆變器通信測量實驗；

31、孤島效應實驗；

32、太陽能發電係統運行與聯調實驗；

33、風電場發電係統運行與聯調實驗；

34、風光互補綜合MPPT算法設計實驗；

35、風力發電機側風偏航控製程序設計實驗；

36、風光互補發電能源監控管理係統組態設計實驗

2、主要的建設內容

隨著現代化建設的不斷發展，技術標準及施工工藝都在發生變化，不斷有新的技術規範出台。社會上急需一大批具備適度基礎理論知識，實用技術知識麵寬，工程實踐能力強，能適應電氣領域技術發展需要的高等技術應用型人才。“風力發電和風光互補”技術是現代電氣工程技術人員必須掌握的內容之一。

3、建設目標等

   該裝置能滿足高等院校“電機與電力拖動”、“電力係統分析”等課程的實訓教學的要求，同時能夠讓學生獨立自主進行動手實訓和畢業設計。

主要技術參數

一、開放式雙饋風力發電仿真平台係統要求

3kw雙饋模擬風機組技術要求

1、采用一台變頻調速三相異步電機帶動一台雙饋發電機運行。

2、異步電動機功率為3-6kw，異步電機變頻器功率：3-6kw。雙饋發電機的功率為3-6kw。

3、異步電動機和雙饋發電機安裝在同一個底座上，使用聯軸器相連接。采雙饋4極發電機，測速采用用增量式光電編碼器實時測量電機轉速和轉子位置。

4、機組采用單獨的風機調速器，調速器配合上位機、整流器、變頻器用來實現定槳距變速恒頻發電機功率最大追蹤。須詳細描述調速器的工作原理，通訊拓撲結構等。

模擬雙饋勵磁控製櫃（含代碼開放）

1、機側PWM勵磁控製櫃為轉子繞組提供勵磁電流，采用DSP控製器，運行電網電壓定向矢量控製模型。

2、PWM變換器可以根據需要工作在整流狀態或逆變狀態，能量可以雙向流動，定子側電流和網側電流的大小和功率因數都是可調的，整個雙PWM變換器可以工作在四象限狀態。

3、勵磁控製櫃通過PWM勵磁變頻器在電機轉子繞組中施加三相低頻交流電實現的。調節勵磁電流頻率，可以確保定子側輸出頻率保持恒定；投標文件技術方案中須詳細闡述整個機側控製的實現原理和拓撲結構。

4、勵磁控製櫃：須提供全套硬件原理圖和pcb圖紙和底層驅動源代碼，CCS主程序工程文件（可直接編譯、仿真、燒寫等），開放控製DSP仿真接口，可以進行二次開發。提供廠家源代碼開放承諾書以及源代碼開放列表。

5、櫃體采用標準電力櫃。

模擬雙饋網側逆變櫃（含代碼開放）

1、變流櫃功率為3KW，采用工頻隔離變壓器設計，保護功能完善，係統可靠性高，模塊化設計便於安裝維護。

2、需采用32位專用MCU芯片，具備浮點運算功能，技術方案中無功功率可調，功率因數範圍超前0.9至滯後0.9。投標文件技術方案中必須詳細闡述整個網側逆變的實現原理和拓撲結構。

3、采用智能功率模塊，轉換效率高。先進的MPPT控製算法，適時追蹤最大輸出功率。

4、純正弦波輸出，自動同步並網，電流諧波含量小，對電網無汙染、無衝擊；主動+被動的雙重檢測技術，實現反孤島運行控製，完美的保護和報警功能，可配備RS232/RS485通信接口，實現遠程數據采集和監視。

5、逆變櫃：必須提供全套硬件原理圖和pcb圖紙和底層驅動源代碼，CCS主程序工程文件（可直接編譯、仿真、燒寫等），開放控製DSP仿真接口，可以進行二次開發。投標文件須提供廠家源代碼開放承諾書以及源代碼開放列表。

6、控製界麵：主機采用工控機，500G硬盤，2G內存，8串口、1網口；顯示器采用19英寸液晶顯示屏；具備統管整個係統的功能，設置總開關、分開關、啟動、停止等按鍵。

7、櫃體櫃體采用標準電力櫃。

雙饋式風力能源監控軟件

1、主界麵，顯示係統工作的運行信息以及運行狀態、所有實驗控件、係統的啟停控件、以及實時的電壓電流波形控件；

2、實時波形采集界麵，顯示發電機組輸出電流波形、整流器輸出直流電壓和直流電流波形、逆變器輸出交流電壓和交流電流波形。

3、SVPWM算法界麵，用戶在此界麵可以進行SVPWM算法驗證，同時可以對SVPWM算法結構一目了然。包括對整流測SVPWM算法結構和逆變側SVPWM算法結構。

4、MPPT實驗界麵，MPPT實驗包括可控整流和不可控整流，用戶可以對比二者的區別；

5、曆史保存界麵，用戶可以將波形或者運行信息等數據保存起來，以供後續處理。

6、上位機給出槳距角、葉片半徑、轉動慣量等值後，調速器會根據最大風能利用係數推到出對應的發電機轉速和變頻器輸出轉矩，進而實現MPPT過程。投標文件技術方案必須給出風機模擬上位機界麵圖片，風機模擬軟件的詳細使用介紹，並詳細闡述如何由這些風能係數推算出需要的電機轉速和轉矩。

7、采用MODBUS協議，可直接通過監控軟件操作係統設備。

8、上位監控軟件需要采用QT語言編寫，開放所有源程序代碼，以便進行二次開發。電能質量分析實驗

二、開放式風光互補發電實驗係統 技術要求

1、模擬追日光伏發電係統：

采用接近太陽光光譜的模擬太陽光源追日係統，實現現場白晝仿真實驗環境和智能控製，使得實驗隨時都可以進行，而不需要受天氣變化的限製。

1.1光伏電池組件

采用4塊光伏電池組件並聯組成光伏電池方陣。

額定功率：Pm=4*20W    工作電壓：Vmp=18.0V  

開路電壓：Voc=22.30V  短路電流：Isc=1.30A

連續過載能力：不低於110%

瞬時過載能力：不低於140%，10秒

1.2追日裝置

模擬光源功率：2*300W

追日方式：雙軸，俯仰±60°，旋轉360°

追日精度：大於±0.3°

追日傳感器：不小於精度0.1°，采用PE濾光材料

2、偏航變換風電場係統；（風向、風速變化及控製）

2.1風力發電機

額定功率：300W  

輸出（整流）電壓：＞ +12V

葉片旋轉直徑：1.1-1.4m

葉片數量：3個

啟動風速：1m/s，切入風速：1.5m/s ，安全風速：25 m/s。

偏航：程序控製自動偏航；

偏航電機：工作電壓（DC 12V）、轉速（5rpm）

2.2側風偏航係統

   采用可變尾翼控製，根據風力大小實現側風偏航，自動實現最優的風力發電角度，0-90°變換。

2.3風源模擬裝置

流量：2100m³/h

電壓：380V（由變頻器控製）

全壓：215Pa

頻率：50Hz

功率：0.3-0.5Kw

轉速：1400r/min

軸流風機支架，軸流風機框罩

3、風電場控製係統：

采用PLC控製器，實現控製整個側風偏航，控製風場的運動。

4、開放式風光互補控製器係統；

4.1、RS485通訊功能：

   支持包括MODBUS在內的多種通信協議並能與上位機進行通訊的參考程序，上位機可通過RS485通訊接口從控製器讀取當前電池電壓、電池輸入輸出電流、電池電量狀況、風電輸入電壓、風電輸入電流、係統時間、風力發電機板溫度、風電輸入功率、光伏輸入電壓、光伏輸入電流、係統時間、電池板溫度、光伏輸入功率數據；上位機還可以通過RS485通訊接口對控製器進行一些主要參數的設置如：電池標稱容量、過放保護極限電壓、過充保護極限電壓、係統時間、設備站號等。

4.2、液晶顯示和參數設置功能：

   采用獨立的控製器係統，配置LCD顯示屏，通過按鍵在屏幕上切換顯示電池電壓、電池輸入輸出電流、電池電流狀況、風電輸入電壓、風電輸入電流、係統時間、風力發電機板溫度、風電輸入功率、光伏輸入電壓、光伏輸入電流、係統時間、電池板溫度、光伏輸入功率數據；實現控製器主要參數的設置如：電池標稱容量、過放保護極限電壓、過充保護極限電壓、係統時間、設備站號等。配置手動改變控製風電和光伏輸入的信號的占空比功能，進而改變風電和光伏輸入電壓電流。提供控製風力發電機製動啟停功能。

4.3、係統保護和報警功能：

   配置蓄電池反接保護、蓄電池過充過放保護、充放電過流保護、風力發電機的手動緊急製動功能、係統防雷防浪湧功能、過溫保護並提供紅燈報警。

   配置係統輔助保護電路功能，由獨立的CPU控製，對控製器係統進行必要的保護。開放控製器核心控製程序進行二次開發時，提供係統的硬件保護。

4.4、開放式獨立核心板設計：

  控製器控製單支持DSP、單片機等，可升級的獨立核心板模式設計。支持二次開發平台，開放底層硬件結構，軟件設計流程。

4.5、豐富的波形測試功能：

   支持PWM波形、功率等測試平台。

5、開放式離網逆變器係統：

5.1、RS485通訊功能：

   具備RS485通訊接口，能支持包括MODBUS在內的多種通信協議並能與上位機進行通訊的參考程序，上位機可通過RS485通訊接口從控製器讀取當前電池電壓、電池輸入輸出電流、電池電量狀況、風電輸入電壓、風電輸入電流、係統時間、風力發電機板溫度、風電輸入功率數據；上位機也可以通過RS485通訊接口對控製器進行一些主要參數的設置如：電池標稱容量、過放保護極限電壓、過充保護極限電壓、係統時間、設備站號等。

5.2、液晶顯示和參數設置功能：

   控製器配置LCD顯示屏，通過按鍵在屏幕上切換顯示電池電壓、電池輸入輸出電流、電池電流狀況、風電輸入電壓、風電輸入電流、係統時間、風力發電機板溫度、風電輸入功率數據；實現控製器主要參數的設置如：電池標稱容量、過放保護極限電壓、過充保護極限電壓、係統時間、設備站號等。配置手動改變控製風電輸入的信號的占空比功能，進而改變風電輸入電壓電流。提供控製風力發電機製動啟停功能。

5.3、係統保護和報警功能：

   配置蓄電池反接保護、蓄電池過充過放保護、充放電過流保護、風力發電機的手動緊急製動功能、係統防雷防浪湧功能、過溫保護並提供紅燈報警。

   配置係統輔助保護電路功能，由獨立的CPU控製，對控製器係統進行必要的保護。開放控製器核心控製程序進行二次開發時，提供係統的硬件保護。

5.4、開放式獨立核心板設計：

   控製器控製單支持DSP、單片機等，可升級的獨立核心板模式設計。支持二次開發平台，開放底層硬件結構，軟件設計流程。

5.5、豐富的波形測試功能：

支持SPWM波形、死區時間、基波等測試平台。

5.6、市電互補功能：

   新能源產生的電(如太陽能,風能產生的電)與市電共同接,多數情形下不使用市電,在另外的一種能源產生的電不能保證使用的情況下自動切換到市電,實現節能功能。

5.7、技術參數：

1）額定輸入電壓：24V±3%

2）額定輸出電壓：AC200V-240V，50Hz±3Hz

3）額定輸出功率：不大於300W

4）保護功能：過載、過壓、短路、低壓、高溫、反接

5）測試點：SPWM波形、死區時間、基波等測試

6、並網逆變器係統：

1）最大輸入電壓：不低於直流 30V；

2）輸入電壓範圍：DC12-28V

3）標準電壓範圍：180V～260V；

4）頻率範圍：50HZ±5%；

5）輸出功率：不大於200W

6）反相保護，孤島效應保護

7、PLC可編程控製模塊：

8、數據采集和顯示係統：

  麵板提供係統原理，配置：直流儀表模塊（電壓表、電流表、具有通信接口）、交流儀表模塊（電壓表、電流表、功率表三合一、具有通信接口）、開放式離網逆變器參數獨立顯示、開放式並網逆變器參數獨立顯示、開放式風力控製器參數獨立顯示。

9、電力係統監控係統：

   配置工業級彩色觸摸屏，具備發電係統人機通訊界麵平台，支持發電模塊、輸電模塊和負載模塊的通訊並監控係統各模塊的運行過程，實現遠程監控係統發電。

10、模擬負載模塊：

   直流負載：LED燈12V/3W、 風機12V/3W等

   交流負載：LED燈220V/5W、風機220V/5W等

11、模擬電源模塊：輸出電壓：5V-32V；額定輸出功率：≥50 W

12、蓄電池儲能模塊：12V/17AH×4

13、機櫃：采用標準電力櫃，後側為開放式實驗區，前側為控製與顯示區。