TW-SNY62雙饋風力發電實驗系統

一、產品概述

本實驗系統采用變速恒頻控制的雙饋異步發電機組，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。

二、產品特點

1)模擬真實風力發電機的啟動、并網、正常運行和停機過程，具備模擬機組變速調節能力，有功、無功的調節能力；

2)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―時間數據；

3)FaceView實驗主控軟件執行機組運行狀態流程控制和數據記錄、顯示、系統監控等功能；

4)實現風速和風力機模擬，機組并網控制，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，機組脫網控制等控制功能；

5)背靠背變流器可實現直流側電壓的初始狀態進行設定，實現單位功率因數并網，實現風力發電機在故障條件下不脫網運行，低電壓穿越的功能，支持風機的低電壓穿越實驗;

6)軟件分析風力發電的數據與運行特性，能夠顯示異常時的故障原因；

7)RS485接口，提供開放式MODBUS規約接入監控系統；

8)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，可以實現低電壓穿越以及外接電源電壓不穩定時保護實驗；

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。

雙饋實驗系統結構圖

二、系統運行技術參數

2.1 工作條件

?輸入電壓：三相四線～380V±10%  50Hz

?裝置容量：≤5.0kW

?海拔：0～2000m；

?環境溫度：-10℃～＋50℃；

?環境相對濕度: 10～90%(25℃)；

?大氣壓力范圍：1個標準大氣壓范圍；

?室內安裝；

?平臺必須水平安裝；

?設備正常使用年限：≥20年；

?環境要求：環境通風良好，不含易燃、腐蝕性氣體；

2.2 實驗平臺的基本尺寸：

?實驗臺：1400×400×400；（長×深×高，mm）

?變流器：800×800×2000；

?主控柜：800×800×2000；

注：實驗平臺分兩排布置，預計占地面積 4m×4m

2.3 定制雙饋變流器系統

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，根據高校和研究所客戶要求定制開發，具有功能完善、產品可靠、開放性強、保護嚴格等特點。

雙饋風電機組圖及變流器內部圖

模擬風力發電系統的變流器由AC-DC-AC PWM變換器來實現，前級交流輸入可選接入交流/直流電網，根據設定的風速，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。該變流器為定制產品，根據用戶的要求設計，功能特點如下：

?機側矢量控制，網側矢量解耦P/Q控制；

?電網電壓在-3%～+7%范圍內波動時能正常運行；

?并網滿載電流總諧波畸變率5%以下；

?過流/過壓/過溫保護，分硬件保護和軟件保護；

?具備低電壓穿越功能；

?提供直流側外接其他電氣設備的接口；

?支持電網不平衡度小于 10%時正常發電運行；

?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

2.3 設備主要配置參數

三、雙饋系統低電壓穿越與實驗

3.1 電網電壓跌落的危害

對雙饋風電機組來說：

?出現的過電流會損壞電力電子器件；

?DC端過電壓，將威脅直流側元器件；

?附加的轉矩、應力過大則會損壞風電機組的機械部件；

對電網來說：

?引起電網頻率降低；

?引起電網線壓降低；

?引發聯鎖效應，導致大面積電網癱瘓。

3.2 低電壓穿越LVRT定義及意義

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

它對系統由較為重要的意義：

?風機能夠不脫網持續運行；

?能夠對電網進行動態無功功率Q支撐；

?有助于有功功率P恢復；

3.3 國內低電壓穿越標準

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

?并網點電壓跌至20%額定電壓時，保證不脫網連續運行625ms ；

?跌落后2s 內恢復到額定電壓的90%時，不脫網連續運行。

?無功支撐：響應時間不大于75ms，持續時間不少于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：

?Crowbar：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

?Chopper：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、持續大風、持續中速風、或四種風速合成特性。主控和風機模擬的參數修改權限向用戶開放，用戶可以自由定制風力機特性，選配接收實際的測風儀數據。主控功能實現機組并網控制，恒速運行，限功率運行，降功率運行，低電壓穿越，機組脫網控制。

FaceView監測以下參量：

?風速、風輪轉速；

?驅動電機轉子位置／速度、電流、電壓、功率、輸出轉矩；

?發電機轉子位置／速度、電流、電壓、功率、輸出轉矩；

?變流器直流電壓；

?網側變流器輸出電壓、電流、功率；

?電網電壓、電流、功率。

風力發電模擬界面

曲線觀測界面

參數設定界面

低電壓實驗

五、開放雙饋風電變流器系統（說明）

算法類的函數開放，用戶可以按照自己的算法修改、調用，如整流、逆變、電機控制的SVPWM和低電壓穿越算法。

開放內容如下：

1)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；

2)雙饋變流器柜電氣原理圖及BOM表(pdf版本)；

3)開放控制板的debug接口，客戶可以燒寫自己的程序；

4)雙饋變流器通訊協議(RS485)（免費）；

5)雙饋變流器使用手冊(免費)；

6)雙饋變流器編程手冊pdf版；

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、鎖相環功能、濾波函數等。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、調用。

雙饋風電實驗系統現場圖如下：

六、可開設實驗及科研教學內容

1)風力機模擬實驗

2)低電壓穿越實驗

3)低電壓穿越算法研究

4)直流母線電壓控制實驗

5)并網過程及連續實驗

6)亞同步速、超同步速運行控制實驗

7)風力發電并網功率因素調節

實驗項目表