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解決方案
SOLUTION
開放式雙饋風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺
關(guān)鍵詞：
開放式雙饋風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺
所屬分類：
新型電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺
開放式直驅(qū)/雙饋風(fēng)力發(fā)電創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺
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方案介紹
一、背景介紹
在能源枯竭與環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重的今天，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為綠色可再生能源的一個重要途徑。雙饋電機(jī)變速恒頻（VSCF）發(fā)電是通過對轉(zhuǎn)子繞組的控制來實(shí)現(xiàn)的，而轉(zhuǎn)子回路流動的功率是由發(fā)電機(jī)運(yùn)行范圍所決定的轉(zhuǎn)差功率，因而可以將發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速設(shè)定在整個運(yùn)行范圍的中間。如果系統(tǒng)運(yùn)行的轉(zhuǎn)差率范圍為+-30%，則最大轉(zhuǎn)差功率僅為發(fā)電機(jī)額定功率的30%，因此交流勵磁變頻器的容量可以大大減小，從而降低了成本。該變換器如果加上良好的控制策略，則系統(tǒng)運(yùn)行將具有優(yōu)越的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)運(yùn)行性能，非常適用于風(fēng)能這種隨機(jī)性強(qiáng)的能源形勢。因此國內(nèi)外很多科研者都在研究變速恒頻雙饋即風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的若干關(guān)機(jī)技術(shù)，如空載柔性并網(wǎng)、最大功率點(diǎn)跟蹤、低電壓故障穿越等。
那么，在風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的國際環(huán)境下，風(fēng)力發(fā)電水平不斷提高?？蒲袑?shí)驗(yàn)室作為各種新理論和新技術(shù)的孕育搖籃，其先期的研究和驗(yàn)證對風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展和前進(jìn)起著至關(guān)重要的引導(dǎo)和推動作用。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究最直接有效的方法是將風(fēng)力發(fā)電機(jī)與風(fēng)力機(jī)相連，進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)際試驗(yàn)。但是鑒于所需要的風(fēng)場環(huán)境以及體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的槳葉設(shè)備，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)不可能具備條件，只能在室外進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試。但是，受環(huán)境、自然因素、天氣條件等影響，現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)困難重重，比如：無法自由的對風(fēng)速進(jìn)行變化，某些高風(fēng)速下的極限測試只能在極少數(shù)情況下得以實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)周期長，人力、物力、經(jīng)費(fèi)投入大；新理論和新技術(shù)存在諸多的未知數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的好壞難以預(yù)測，現(xiàn)場調(diào)試風(fēng)險(xiǎn)巨大；電氣設(shè)備的運(yùn)算和安裝不便，不同容量設(shè)備難以在同一風(fēng)力系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)；這些因素都要求在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)構(gòu)件模擬系統(tǒng)來模擬實(shí)際風(fēng)力機(jī)的真實(shí)工作特性勢在必行。
對此，南京研旭電氣科技有限公司設(shè)計(jì)了一整套模擬定槳距式的雙饋風(fēng)力發(fā)電的實(shí)驗(yàn)仿真平臺。通過此平臺，研究人員可以研究雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的真實(shí)工作特性，可以縮短研究和開發(fā)周期、節(jié)省研究經(jīng)費(fèi)，便于對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制技術(shù)展開全面深入的研究，具有重要的顯示意義。
二、模擬風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)—雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)（開放式）
1、雙饋風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)仿真平臺組成
（1）雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要包括:
1)7.5kW三相異步電機(jī)、5.5kw雙饋發(fā)電機(jī)、槽鋼底座
2)7.5kw ABB矢量變頻器
3)5kW風(fēng)機(jī)勵磁變流柜
4)實(shí)驗(yàn)例程和項(xiàng)目
5)變流器開源軟硬件資料
6）快速原型開發(fā)控制器RCP （選配）
7）功率硬件模型仿真系統(tǒng)（選配）
（2）雙饋風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)仿真平臺主要由以下設(shè)備組成：
1）矢量變頻器和三相異步調(diào)速電機(jī)來模擬實(shí)際的風(fēng)力機(jī)；
2）三相異步調(diào)速電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動雙饋發(fā)電機(jī)發(fā)電；
3）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接交流勵磁變頻器，通過勵磁變頻器對轉(zhuǎn)子的控制，實(shí)現(xiàn)定子的并網(wǎng)；
4）雙向變流器與勵磁變頻器通過直流母線連接，實(shí)現(xiàn)能量雙向流動的目的，即可為轉(zhuǎn)子提供勵磁電流，也可以吸收轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)差功率；
5）監(jiān)控前臺，主要由工控機(jī)、顯示器、上位機(jī)應(yīng)用軟件組成，實(shí)現(xiàn)對變頻器、整流器、逆變器等設(shè)備的數(shù)據(jù)監(jiān)控以及記錄保存；
6）風(fēng)速調(diào)速器設(shè)備，主要目的就是實(shí)現(xiàn)定槳距角變速恒頻的最大發(fā)電功率追蹤；
2、雙饋風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)仿真平臺工作原理
雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)例程和項(xiàng)目
1）雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)整體原理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)（基礎(chǔ)）
2）自然風(fēng)模擬實(shí)驗(yàn)（基礎(chǔ)）
3）背靠背變流器操作實(shí)驗(yàn)
4）背靠背式變流器模擬量采集實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證）
5）發(fā)電機(jī)起勵實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證）
6）發(fā)電機(jī)空載同步并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證）
7）發(fā)電機(jī)變速恒頻并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證）
8）發(fā)電機(jī)矢量式MPPT并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)（研究）
9）背靠背變流器控制方法研究實(shí)驗(yàn)（創(chuàng)新）
10）控制采集板、驅(qū)動功率板等板卡硬件原理（開源）
11）DSP的入門、使用和燒寫實(shí)驗(yàn)（開源）
12）CCS軟件使用（開源）
13）軟件開發(fā)流程講解（開源）
三、半實(shí)物仿真系統(tǒng)方案介紹
研旭公司推出的YXSPACE產(chǎn)品系列，能夠?qū)⒂脩粼O(shè)計(jì)的圖形化的高級語言編寫的控制算法（Simulink）轉(zhuǎn)換成DIDO、AIAO量，完成實(shí)際硬件控制。其基本控制框圖如下所示：
控制算法模型一般采用Matlab中的Simulink工具搭建，將模型中的接口與硬件驅(qū)動接口綁定后，再結(jié)合TI公司的CCS編譯工具產(chǎn)生可執(zhí)行文件，下載至YXSPACE控制器中運(yùn)行。
3、YXSPACE獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)
（1）采用目前市面成品常用的控制芯片作為CPU，其仿真結(jié)果針對實(shí)際研究更具有參考性；
（2）在Matlab中設(shè)計(jì)的控制算法自動生成代碼，自動加載到實(shí)時(shí)目標(biāo)機(jī)中運(yùn)行，避免了繁瑣的編程和Debug工作
（3）使用門檻低，會Matlab仿真即可完成實(shí)驗(yàn)測試工作，所有測試工作只需一人即可完成
（4）模型與硬件接口鏈接簡單，只需記住端口編號即可，更不用配置硬件各類細(xì)節(jié)，免去一切不必要的麻煩；
（5）性價(jià)比高，在同等功能的前提下，YXSPACE成本更低。
（6）具備自主編寫的驅(qū)動庫，可以直接導(dǎo)入到Simulink庫中，用戶可以直接在Matlab軟件中拖動相應(yīng)的硬件元件庫，將模型中的數(shù)據(jù)直接與硬件對接，無需再花費(fèi)時(shí)間去查詢硬件映射。8種庫文件，可適用于各種工程調(diào)試需求。
（7）模型轉(zhuǎn)換文件的透明化，用戶可直接查看模型轉(zhuǎn)換后的源碼。
4、實(shí)物圖片
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