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2023年8月27日雙饋風力發(fā)電實驗系統(tǒng),雙饋風力發(fā)電實訓裝置

SBXNY-SK05T雙饋風力發(fā)電實驗系統(tǒng)

一、產(chǎn)品概述

雙饋風力發(fā)電實驗系統(tǒng)采用變速恒頻控制的雙饋異步發(fā)電機組，可以完成大功率雙饋風電機組的風力機模擬和運行操作訓練。

此圖為雙饋加直驅(qū)系統(tǒng)（僅限參考）

二、產(chǎn)品特點

Ø 模擬真實風力發(fā)電機的啟動、并網(wǎng)、正常運行和停機過程，具備模擬機組變速調(diào)節(jié)能力，有功、無功的調(diào)節(jié)能力；

Ø風速模型不僅可設定典型幾種風速曲線，支持導入實際測量得到的風速―時間數(shù)據(jù)；

Ø FaceView實驗主控軟件執(zhí)行機組運行狀態(tài)流程控制和數(shù)據(jù)記錄、顯示、系統(tǒng)監(jiān)控等功能；

Ø實現(xiàn)風速和風力機模擬，機組并網(wǎng)控制，機組最大功率運行控制，機組恒速運行，機組限功率運行，機組低電壓穿越，機組脫網(wǎng)控制等控制功能；

Ø背靠背變流器可實現(xiàn)直流側(cè)電壓的初始狀態(tài)進行設定，實現(xiàn)單位功率因數(shù)并網(wǎng)，實現(xiàn)風力發(fā)電機在故障條件下不Ø脫網(wǎng)運行，低電壓穿越的功能，支持風機的低電壓穿越實驗;

Ø軟件分析風力發(fā)電的數(shù)據(jù)與運行特性，能夠顯示異常時的故障原因；

Ø RS485接口，提供開放式MODBUS規(guī)約接入監(jiān)控系統(tǒng)；

Ø完善的保護功能，包括過電壓保護、過電流保護、過溫保護、超速保護、短路保護，可以實現(xiàn)低電壓穿越以及外接電源電壓不穩(wěn)定時保護實驗；

注：帶醒目的危險標識，如：有電危險、運行時請勿打開、嚴謹帶電操作等。

雙饋實驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

三、系統(tǒng)運行技術參數(shù)

3.1 工作條件

² 輸入電壓：三相四線～380V±10% 50Hz

²裝置容量：≤5.0kW

(38)海拔：0～2000m；

(39)環(huán)境溫度：-10℃～＋50℃；

(40)環(huán)境相對濕度: 10～90%(25℃)；

(41)大氣壓力范圍：1個標準大氣壓范圍；

(42)室內(nèi)安裝；

(43)平臺必須水平安裝；

(44)設備正常使用年限：≥20年；

(45)環(huán)境要求：環(huán)境通風良好，不含易燃、腐蝕性氣體；

3.2 實驗平臺的基本尺寸：

²實驗臺：1400×400×400；（長×深×高，mm）

²變流器：800×800×2000；

²主控柜：800×800×2000；

注：實驗平臺分兩排布置，預計占地面積 4m×4m

3.2 定制雙饋變流器系統(tǒng)

風電變流器包括雙饋風機變流器、全功率變流器和PWM整流器，均為我司自主研發(fā)，根據(jù)高校和研究所客戶要求定制開發(fā)，具有功能完善、產(chǎn)品可靠、開放性強、保護嚴格等特點。

雙饋風電機組圖及變流器內(nèi)部圖

模擬風力發(fā)電系統(tǒng)的變流器由AC-DC-AC PWM變換器來實現(xiàn)，前級交流輸入可選接入交流/直流電網(wǎng)，根據(jù)設定的風速，將相應能量注入到直流母線上，后級交流輸出接交流母線，將輸入的能量注入到配電/微電網(wǎng)。該變流器為定制產(chǎn)品，根據(jù)用戶的要求設計，功能特點如下：

(46)機側(cè)矢量控制，網(wǎng)側(cè)矢量解耦P/Q控制；

(47)電網(wǎng)電壓在-3%～+7%范圍內(nèi)波動時能正常運行；

(48)并網(wǎng)滿載電流總諧波畸變率5%以下；

(49)過流/過壓/過溫保護，分硬件保護和軟件保護；

(50)具備低電壓穿越功能；

(51)提供直流側(cè)外接其他電氣設備的接口；

(52)支持電網(wǎng)不平衡度小于 10%時正常發(fā)電運行；

(53)支持較寬的運行速度范圍：700-2000RPM；

5.0 kW背靠背變流器主要指標

項目指標	參數(shù)特性	項目指標	參數(shù)特性
變流器拓撲結(jié)構(gòu)	雙級背靠背	后級控制方式	穩(wěn)定直流電壓
額定流功率	5.0kW	后級功率因數(shù)	>0.99
額定交流電流	15A	直流母線電壓	600V
額定交流電壓	380V	最大直流電流	22A
額定電網(wǎng)頻率	50Hz	電流總諧波畸變率（THD）	<3%（額定功率）
允許電網(wǎng)頻率	48～50.5Hz	最大效率	95%
前級控制方式	功率控制	待機狀態(tài)功耗	<40W
前級功率因數(shù)	>0.99	冷卻方式	強迫風冷
防護等級	IP21	標準通訊方式	RS485

2.3 設備主要配置參數(shù)

驅(qū)動變頻器	容量等級	5.5KW
	電壓等級	380V
	電機類型	異步/永磁同步電動機
	調(diào)速范圍	0-2000RPM
	控制方式	有PG矢量控制，弱磁控制
	接口類型	RS485
	控制環(huán)路	速度閉環(huán)，力矩閉環(huán)
	精度	電壓、電流、轉(zhuǎn)速、位置、轉(zhuǎn)矩的信號測量
定制變流器	功率等級	5.5KW
	電壓等級	380V
	功率拓撲	二電平背靠背
	外形尺寸	（寬×深×高，mm）800×600×1600
電動機	額定功率	5.5KW
	額定轉(zhuǎn)速	1500RPM
	同步轉(zhuǎn)速	1800RPM
	額定電壓	380V
	功率因數(shù)	0.9
發(fā)電機	類型	雙饋發(fā)電機
	額定功率	5.0kW
	額定電壓	380V
	額定頻率	50Hz
	額定轉(zhuǎn)速	1500rpm
	轉(zhuǎn)速范圍	0-2000rpm
	絕緣等級	F級

三、雙饋系統(tǒng)低電壓穿越與實驗

3.1 電網(wǎng)電壓跌落的危害

對雙饋風電機組來說：

²出現(xiàn)的過電流會損壞電力電子器件；

²DC端過電壓，將威脅直流側(cè)元器件；

²附加的轉(zhuǎn)矩、應力過大則會損壞風電機組的機械部件；

對電網(wǎng)來說：

²引起電網(wǎng)頻率降低；

²引起電網(wǎng)線壓降低；

²引發(fā)聯(lián)鎖效應，導致大面積電網(wǎng)癱瘓。

3.2 低電壓穿越LVRT定義及意義

當電網(wǎng)故障或擾動引起風電場并網(wǎng)點的電壓跌落時，在電壓跌落的范圍內(nèi)，風電機組能夠不間斷并網(wǎng)運行。

它對系統(tǒng)由較為重要的意義：

²風機能夠不脫網(wǎng)持續(xù)運行；

²能夠?qū)﹄娋W(wǎng)進行動態(tài)無功功率Q支撐；

²有助于有功功率P恢復；

3.3 國內(nèi)低電壓穿越標準

對于低電壓穿越，要求如下圖所示，方案完全遵循此標準：

低電壓穿越標準

²并網(wǎng)點電壓跌至20%額定電壓時，保證不脫網(wǎng)連續(xù)運行625ms ；

²跌落后2s 內(nèi)恢復到額定電壓的90%時，不脫網(wǎng)連續(xù)運行。

²無功支撐：響應時間不大于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：故障切除后以至少10%額定功率/秒的功率恢復到故障跌落前的功率；

3.4 低電壓穿越LVRT實驗方案介紹

主要為在變流器上添加Crowbar和Chopper電路，并在變流器中進行相應控制：

²Crowbar：其響應時間短，能夠保護變流器IGBT、吸收和衰減畸變電流和諧波電流

²Chopper：主要考慮單管吸收回路的設計，不同于Crowbar的投切工作方式，Chopper裝置在運行過程中會進行100Hz左右的斬波動作，大電流關斷時的尖峰很容易導致IGBT過壓實效。因此設計了RCD吸收回路和低感功率回路。

雙饋機組Crowbar

雙饋機組Chopper

其軟件部分邏輯如下：

雙饋機組LVRT軟件邏輯

低穿實驗波形1

低穿實驗波形2

低穿實驗波形3

四、雙饋系統(tǒng)實驗主控軟件

FaceView實驗主控軟件具有風速特性模擬和風機主控功能，能模擬幾種典型風速如：微風、陣風、持續(xù)大風、持續(xù)中速風、或四種風速合成特性。主控和風機模擬的參數(shù)修改權(quán)限向用戶開放，用戶可以自由定制風力機特性，選配接收實際的測風儀數(shù)據(jù)。主控功能實現(xiàn)機組并網(wǎng)控制，恒速運行，限功率運行，降功率運行，低電壓穿越，機組脫網(wǎng)控制。

FaceView監(jiān)測以下參量：

(54)風速、風輪轉(zhuǎn)速；

(55)驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子位置／速度、電流、電壓、功率、輸出轉(zhuǎn)矩；

(56)發(fā)電機轉(zhuǎn)子位置／速度、電流、電壓、功率、輸出轉(zhuǎn)矩；

(57)變流器直流電壓；

(58)網(wǎng)側(cè)變流器輸出電壓、電流、功率；

(59)電網(wǎng)電壓、電流、功率。

風力發(fā)電模擬界面

曲線觀測界面

參數(shù)設定界面

低電壓實驗

五、開放雙饋風電變流器系統(tǒng)（說明）

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、電機控制的SVPWM和低電壓穿越算法。

開放內(nèi)容如下：

n雙饋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；

n雙饋變流器柜電氣原理圖及BOM表(pdf版本)；

n開放控制板的debug接口，客戶可以燒寫自己的程序；

n雙饋變流器通訊協(xié)議(RS485)（免費）；

n雙饋變流器使用手冊(免費)；

n雙饋變流器編程手冊pdf版；

n雙饋變流器軟件低電壓穿越算法、整流器SVPWM算法和電機控制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算法和電機控制SVPWM算法用戶可以修改、調(diào)用。

雙饋風電實驗系統(tǒng)現(xiàn)場圖如下：

★六、配套教學資源（共1套）

（一）在線教育課程開放平臺（具有軟件著作權(quán)，配1個登錄帳號）:

1）本系統(tǒng)是互通教學多元化管理平臺，將用戶傳統(tǒng)的各個平臺系統(tǒng)實施整合，集中互通管理，解決多平臺、多賬號難以管理、數(shù)據(jù)庫分散無法集中統(tǒng)計等問題。系統(tǒng)包含了：在線教務管理系統(tǒng)、在線課程資源管理平臺、在線習題庫平臺、在線考試考核平臺、線上視頻課程管理平臺及線上虛擬仿真教學管理平臺，真正意義的一站互通數(shù)據(jù)集中統(tǒng)計！

(二) 新能源教學系統(tǒng)仿真軟件（正版）

* 一、軟件概述

1、通過該軟件可以系統(tǒng)性學習太陽能光伏硅材料、電池片、光伏組件、光伏組件附屬材料、光伏應用產(chǎn)品等全部系列光伏知識內(nèi)容。

2、配備文字與動畫展示并介紹從原材料至成品包括中間環(huán)節(jié)加工工藝等與使用方法。

3、多媒體系統(tǒng)自帶語音講解，圖、文、聲并茂展示講解、與系統(tǒng)所述文字同步播放，幫助教師對光伏發(fā)電課程教案的快速編寫，提高學生對新能源專業(yè)知識快速掌握和快速學習。

4、軟件組成

(1)太陽能光伏硅材料講解與展示系統(tǒng)

主要功能

1、可以展示各種太陽能光伏電池使用的硅材料實物；

2、配備文字與動畫展示各種材料的生產(chǎn)工藝與使用方法

3、目錄（約11課時）

²光伏硅產(chǎn)品基本情況介紹

²硅單質(zhì)性質(zhì)：包括硅的物理性質(zhì)、化學性質(zhì)、硅的分類與應用

²硅化合物性質(zhì)：包括二氧化硅、一氧化硅、硅的鹵化物、三氯氫硅、硅烷等

²硅的生長原理及定型

²硅的提純方法：包括化學提純與物理提純方法

²多晶硅的制備及其缺陷和雜質(zhì)：包括冶金硅級制備、高純多晶硅制備、鑄造多晶硅制備

²單晶硅的制備及其缺陷和雜質(zhì)：包括單晶硅生長、單晶硅的雜質(zhì)與缺陷

²單晶硅與多晶硅加工方法

²硅薄膜材料：包括非晶硅薄膜材料、多晶硅薄膜材料

²硅材料的測試與分析方法：包括導電型號測量、電阻率測量、少子壽命測量、霍爾系數(shù)的測定、遷移率的測量、²化學性能分析、晶體結(jié)構(gòu)分析等

²硅材料測試與分析依據(jù)標準（GB標準、UL標準、IEC標準、SEMI標準）

(2)太陽能光伏電池片講解與展示系統(tǒng)

主要功能

1、可以展示各種太陽能光伏電池片；

2、配備文字與動畫展示各種電池片的生產(chǎn)工藝與使用方法

3、目錄（約9課時）

²太陽能電池片基本情況介紹

²太陽能電池片基本結(jié)構(gòu)分析

²太陽能電池片分類

²晶體硅太陽能電池片生產(chǎn)工藝：包括生產(chǎn)方法與生產(chǎn)設備介紹

²晶體硅太陽能電池片生產(chǎn)主要原材料

²太陽能電池片測試技術與方法：包括測試方法與測試設備介紹

²太陽能電池片測試依據(jù)標準

(3)太陽能光伏組件講解與展示系統(tǒng)

1、可以展示各種太陽能光伏光伏組件；

2、配備文字與動畫展示各種光伏組件的生產(chǎn)工藝與使用方法

3、目錄（約10課時）

r)太陽能電池組件基本介紹

s)太陽能電池組件的分類及各種組件的優(yōu)缺點

t)太陽能電池組件的生產(chǎn)工藝介紹及相關設備

u)太陽電池組件的評定標準

v)太陽能電池組件的測試方法與測試設備

w)太陽能電池組件的發(fā)展方向

(4)太陽能光伏組件附屬材料講解與展示系統(tǒng)

主要功能

1、可以展示各種太陽能光伏光伏組件附屬材料；

2、配備文字與動畫展示各種光伏組件附屬材料的生產(chǎn)工藝與使用方法

3、目錄（約7課時）

²太陽能組件附屬設施情況介紹

²太陽能組件對鋼化玻璃的具體要求

²太陽能組件對支架鋁型材的具體要求

²太陽能組件對EVA封膠的具體要求

²太陽能組件對TPT背板的具體要求

²太陽能組件附屬設施檢測方法

²太陽能組件附屬設施測試標準

* 二、展示與講解內(nèi)容目錄（圖、文、聲并茂）

2.1 太陽能光伏應用產(chǎn)品講解與展示系統(tǒng)（約5課時）

2.1.1 太陽能發(fā)電系統(tǒng)：

2.1.2 家用太陽能發(fā)電機直流系統(tǒng)多媒體電視機

2.1.3 太陽能便攜電源：

2.1.4 太陽能殺蟲燈

2.1.5 太陽能警示燈

2.1.6 太陽能野營燈

2.2 太陽能光伏發(fā)電基本原理

2.3 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)組成部分介紹

2.4 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設計方法

2.5 太陽能光伏電站施工建設方法

2.5.1、項目前期考察

2.5.2、項目建設前期資料及批復文件

第一階段：可研階段

第二階段：獲得省級/市級相關部門的批復文件

第三階段：獲得開工許可

2.5.3、項目施工圖設計

2.5.4、項目實施建設

2.5.5、帶電前的必備條件

2.6太陽能光伏并網(wǎng)電站介紹

2.6.1、光伏并網(wǎng)電站簡要描述

2.6.2、光伏并網(wǎng)電站設備組成

2.6.2、光伏并網(wǎng)電站設備功能

2.7 家用型太陽能電站建設方案

2.7.1、項目概述

2.7.2、方案設計（附詳細方案設計）

（一）用戶負載信息

（二）系統(tǒng)方案設計

（三）效益計算：

2.8 逆變器基本原理介紹

2.9 控制器基本原理介紹

（三）實驗室智慧用電安全控制系統(tǒng)

智能電源管理系統(tǒng)具有過溫、短路、過流、過壓、欠壓、失壓、功率限定7大保護功能；電源具有一鍵鎖定功能，處理故障時，防止漏電保護器合閘，造成觸電危險；電源具有故障鎖定功能，發(fā)生故障導致跳閘時，不能人為上電，只能通過遠程清除故障后，才能上電成功；能通過無線4G和有線以太網(wǎng)與手機APP和PC端云平臺通訊，沒有網(wǎng)絡的情況下，教室整套智能電源管理系統(tǒng)可離線獨立運行。

1、智能終端：智能電源管理系統(tǒng)以32位ARM為核心，采用4.3寸彩色觸摸屏為人機交互界面，實時監(jiān)控設備運行情況，提供Zigbee、CAN等多種通信模式，具備語音播報功能。能實時監(jiān)測三相電壓、電流、功率，功率因數(shù)、頻率、電能等參數(shù)，液晶觸摸屏監(jiān)測數(shù)值。能監(jiān)控實驗室電源的故障類型和故障次數(shù)；設備時間管理包含年月日時間的顯示；用戶通過刷卡方式請求開啟設備，PC端進行授權(quán)之后，設備可啟動使用，PC端可分時預約設備的啟動和停止！

2、手機APP：用電狀態(tài)界面實時顯示當前電壓、電流、有無功功率、電能、設備溫度、漏電電流值等；用電數(shù)據(jù)界面能智能查找近2年用電數(shù)據(jù)，設置界面能設置限定電能值、負載值、設備超溫值、過欠壓值、過欠壓恢復時間值等。后臺查看報警日志、操作日志、故障日志等�？刂疲嚎稍谖⑿判〕绦蛑羞h程控制智能開關的通斷。

3、PC端軟件：每個設備狀態(tài)信息顯示，具有多個子界面，具有故障分析，用電能效分析、集中管理、個人中心資料管理、用戶報警定位跟蹤與信息統(tǒng)計；具有管理員信息修改與權(quán)限管理等功能�？梢绘I開啟和關閉所有設備，可單獨控制每臺設備的開關！

4、后臺系統(tǒng)：包含賬號管理、設備管理、報修管理、用戶管理，設備管理：

①、包含監(jiān)控管理：實時視頻監(jiān)控每個教室，可一鍵預覽所有設備的在線和運行情況，分析設備使用率及運行時間！

②、包含設備節(jié)點：可顯示設備所在位置、編碼名稱、掛載情況、用戶編輯、用戶查詢等。

5、報修管理：用戶可進行遠程報修，反應設備故障信息，編輯報修情況，后臺可進行遠程維護，及時跟進，以有效解決用戶設備維護。

6、用戶管理：可連通手機號，對賬戶進行一對一的安全加密，實名認證，防止賬戶泄密、防盜，現(xiàn)場數(shù)據(jù)連接云平臺后臺數(shù)據(jù)庫管理。

編號	名稱	學生人數(shù)	類型
1	異步電機空載實驗	每套機組3~5人	設計型
2	異步電機負載實驗	每套機組3~5人	設計型
3	雙饋感應電機空載實驗	每套機組3~5人	設計型
4	雙饋感應電機負載實驗	每套機組3~5人	設計型
5	風力發(fā)電機啟動并網(wǎng)實驗	每套機組5~8人	設計型
6	風力發(fā)電機正常停機實驗	每套機組5~8人	設計型
7	風力發(fā)電機異常停機	每套機組5~8人	設計型
8	風力發(fā)電機正常運行實驗	每套機組5~8人	設計型
9	風力發(fā)電機脫網(wǎng)保護實驗	每套機組5~8人	設計型

2023年8月27日 雙饋風力發(fā)電實驗系統(tǒng),雙饋風力發(fā)電實訓裝置

2023年8月27日雙饋風力發(fā)電實驗系統(tǒng),雙饋風力發(fā)電實訓裝置