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ZR-8100大型風力發電實訓系統

一、雙饋異步風力發電仿真平臺,大型風力發電實訓系統實驗內容

雙饋異步風力發電仿真平臺,大型風力發電實訓系統主要實驗功能如下：
1.風力發電機接線形式實驗
2.空載運轉實驗
3.并網過程實驗
4.并網連續運行實驗
5.風速模擬實驗
6.轉距模擬實驗
7.發電功率模擬實驗
8.其它相關發電性能及測量實驗
9.脫網保護模擬實驗
10.控制策略模擬實驗
11.主控系統的配置、特點和工藝要求
12.學習主控軟件編寫和調試
13.研究和調試風機核心控制算法
14.自主編程應用
15.風力發電現場參數采集的邏輯分析

二、雙饋異步風力發電仿真平臺,大型風力發電實訓系統構成

雙饋異步風力發電仿真平臺,大型風力發電實訓系統包含

1.風力發電系統

2.風機模擬系統

包括監控主機和監控軟件、多功能儀表、各種測量儀表及低壓電氣元件，實現整機系統的狀態顯示、參數設置及檢測、控制操作等。1套

3.安全鏈

急停、剎車系統、震動和位置等多種傳感器，實現系統異常時的保護功能。 

4.偏航系統

包含偏航電機、偏航控制器、蝸桿式齒輪箱、偏航齒輪、扭攬開關等構成，配合偏航控制器及模擬風發生系統完成偏航實驗。

5.變漿系統

包含變漿電機、變漿控制器、蝸桿式齒輪箱、輪轂、限位開關等構成，配合變槳控制器完成變漿實驗。

6.主控系統

主站PLC為主的主控系統、分站PLC為輔的從站系統，實現整機系統的控制，數據采集等功能。

7.模擬風發生系統

包含模擬風發生器、風速風向儀及顯示設備、風向控制系統等，模擬各種實際風況，并完成風速和風向信息的檢測。

8.調速系統

主要包含原動機的調速裝置，通過調速裝置調節原動機的狀態，從而通過齒輪箱間接改變風葉的轉動情況，模擬風速對槳葉的改變，為變漿控制提供實驗條件。

9.逆變單元

包含雙向離、并網逆變器、HMI等，實現風機離、并網功能，對主控系統參數進行監控，完成雙饋發電機的并網實驗。

10.備用電源

主要以電池組為主，各種低壓電器元件為輔，實現變漿系統在異常情況下的供電。

11.模擬運行算法

包括 PLC 算法和組態軟件控制算法，建立實際風力發電機控制模型，測試主控系統。

三、雙饋異步風力發電仿真平臺,大型風力發電實訓系統主控實驗系統

1.主控實驗系統包括主控控制系統以及模擬風發生系統，風機主控系統。
2.主控系統是風力發電機控制的核心，在滿足風力發電機安全運行的前提下，盡可能的獲取最大功率。
3.主控系統用于模擬實際 1.5～3 MW雙饋型風機的主控系統，主要用于模擬實際風機的主控系統，采集變漿和偏航的IO 點，實現整機控制。HMI用于顯示和控制PLC 系統。
4.風力發電機主控系統采用主控PLC 與專用HMI，與實際風機控制系統一致，滿足風機控制要求。
5.風力發電機整機模擬系統包括操作臺柜、PLC、按鈕、指示燈、測控儀表、風速風向發生儀、監控系統等，用于模擬風機內部各種控制信號。模擬測試系統與實際控制系統連接，來模擬風機運行的實際狀況。風力發電機內部模擬控制信號可通過PLC編程控制，用戶也可在現有硬件基礎上自行開發控制軟件，實現對各種自然風的模擬，完成對風力發電機控制算法的研究。
6.通過風力發電機控制系統與風力發電機模擬系統的連接，盡可能的模擬實際風力發電機運行的工藝特點和控制要求。此系統開放性強，可通過對控制系統和模擬系統的PLC編程，實現對不同類型風力發電機的模擬以及控制仿真。可用于學術理論研究、學生實驗等。
7.此套系統主要功能包括：
  可通過此系統，讓學生學習主控系統的配置、特點和工藝要求；
  可通過此系統，讓學生學習主控軟件編寫和調試；
  可通過此系統，讓學生研究和模擬不同風機的運行特點；
  可通過此系統，讓學生研究和調試風機核心控制算法；
  可通過此系統，測試完整的主控系統，實現主控系統電氣、軟件等測試

四、雙饋異步風力發電仿真平臺,大型風力發電實訓系統主要模塊功能特點和技術參數

1.雙饋發電機

額定功率：3kW
額定電壓： 380V
轉子電壓：124V
轉子開路電壓：620V
額定轉速：1200rpm
級數：6
防護等級：IP44

2.雙饋可控逆變控制系統

響應速度：<300us
額定電壓：380V
額定頻率：50Hz
頻率波動范圍：±1HZ
電網電壓總諧波畸變率：4%
額定容量：<=10kW
功率因數：0.951
效率：滿功率時>=95%
冷卻方式: 空冷
并網時間：<2s
通訊方式：profibus DP
噪聲：＝<70dB

3.齒輪箱

最大負載10kW， 變速比1:90

4.控制系統

（1）主控制系統包括：控制柜、電氣系統、主控計算機及控制系統軟件
（2）偏航系統：偏航伺服電機、減速箱及編碼器、伺服控制器及控制軟件
（3）變漿系統：變漿伺服電機、伺服控制器及控制軟件
（4）偏航電機：0.75kW
（5）偏航扭纜CW方向傳感器
（6）伺服控制器：
DSP全數字控制方式，可以實現多種電機控制算法
內置電子齒輪控制功能
六種脈沖輸入方式，與用戶上位機接口方便靈活
編碼器反饋脈沖可分頻輸出，分頻數：1-255
鍵盤及LED數碼顯示
保護功能：具有過壓、過流、過載、失速等報警

5.檢測用傳感器

電機速度、位置編碼器、電流、電壓傳感器。隨驅動器供貨，具體按照定貨實際參數

6.電控柜系統

由調速控制柜、變流控制柜、備用電源柜、主控主控臺組成。

7.PLC控制系統

采用主站PLC為主的主控系統、分站PLC為輔的偏航及變漿系統， Profibus DP通訊接口。系統可以通過遠程操控，組態控制軟件，提供標準的編程接口。

8.底座

（1）組成：基座、塔桿、偏航系統支架、機艙；
（2）基座：系統尺寸：3.8m×1m×3m范圍內；底座的設計與系統設計過程中采用的具體器件有關，可以根據器件及客戶需求最終確定結構尺寸及加工。
（3）機艙：葉槳、輪轂、齒輪箱、拖動系統、發電機、傳感器等。

9.風速模擬驅動系統

用來模擬風力發電機中風吹風輪轉動情況，是實驗系統的動力源。其中包括電動機部分和驅動器部分：

(1) 電動機：三相交流異步電動機

額定電壓：380V
額定電流：15.3A
額定功率：7.5kW
額定轉速：1440r/min

(2)驅動器：西門子440變頻器

主要特征：
調試簡單
6個可編程，帶隔離的數字輸入
2個可編程的模擬輸出
3個完全的可編程的繼電器輸出
完善的變頻器和電動機保護功能
控制功能的特點：
最新的IGBT技術
數字微處理器控制
高質量的矢量控制系統
線性V/F特性
平方V/F特性
高品質的PID控制器
集成的制動（斬波）器
4個跳轉頻率
保護功能：
過載能力
過壓/欠壓保護
變頻器過溫保護
接地故障保護
短路保護
閉鎖電動機保護
防止電動機失速
參數連鎖

10.風速風向模擬系統

（1）風速風向儀

技術指標：
風速測量范圍：0-60m/s
風速測量精度：±0.4m/s
風向測量范圍：0-360°
風向測量精度：±2°
電壓：DC9V-24V
傳輸方式：數字傳輸485/模擬接口

（2）變頻器

額定電壓：380V
額定功率：1.5kW
功能：過載報警、外部故障停機、欠壓停機、RS485通訊接口

（3）模擬風發生器

額定電壓：380V
額定功率：0.85kW
最大流量：210m³/h
最大吹力：220mbar

11.監控系統

技術指標：
操作系統：Windows XP/CE，WinXPE
安裝方式：控制柜面板
工作環境溫度：-20℃~50℃
工作相對濕度：10～95% ，無凝結
功能特點：
寬溫度設計，適合低溫下穩定運行
安全保護，防止風力振動帶來的損壞
支持Windoews系統的軟件開發
風電機組控制
參數顯示和設置
權限控制
故障記錄查詢
歷史數據查詢和統計

12.主控制器功能特點

（1）高性能

配置工業級533MHz處理器，擁有納秒級（13ns）的處理速度；
程序運行周期最小可達10ms；
支持多任務配置，最多可配置32種不同任務。

（2）高可靠性

保護及通訊不受電磁干擾；
風電主控制器已通過UL、CE認證；
背板背面全部接地，有效抵抗脈沖群干擾；
具備良好的電磁兼容性，現場與系統、通道與通道間采用隔離措施。

（3）開放性強

支持多種現場總線協議，如 Modbus、Profibus-DP等，同時提供多種接口方式選擇，滿足風力發電機上通訊設備的需求；

（4）出色的環境適應性

寬溫型設計，存儲溫度-40℃～70℃，運行溫度-25℃～60℃；
出色的三防工藝，防鹽霧、防濕熱、防霉菌，適合于戈壁、灘涂以及海上風力發電機。

（5）強大的冗余和自診斷功能

擁有強大的自診斷功能，DO模塊具有回讀功能，進行數據比較自檢；
具有掉電檢測和超量程及超限報警功能；
支持電源冗余、CPU冗余、通訊冗余，滿足海上風機的高可靠性要求；

（6）適合風電應用的專家模塊

高速測頻模塊、光纖通訊模塊、電量采集模塊等，用于完成風電特殊信號的采集和通訊；

（7）易用性和易維護性

模塊支持帶電插拔，新模塊自動進行數據的初始化設置，并快速與CPU建立通信；
編程軟件符合IEC61131-3國際標準，具有LD、IL、FBD、ST、SFC和CFC六種編程語言；
靈活的SD存儲卡，可進行工程恢復及備份復制，使系統維護更加方便、快捷；
背板上設計有防混銷，以避免插錯模塊；
采用WAGO端子接線，簡單牢固。保證機艙震動過大時，接線不脫落；
外形小巧，易于安裝，既可分散，也可集中；

13.主控制器編程軟件

功能特點
（1）符合IEC61131-3標準的編程語言
（2）強大的運算功能，支持32位浮點運算
（3）支持數組、指針，方便實現復雜運算
（4）支持軟件仿真、在線調試及用戶代碼檢查功能
（5）集成故障數據分析和顯示功能
（6）具有用戶程序密碼保護功能
（7）六種編程語言，滿足編程人員進行復雜的邏輯控制需求
（8）子程序之間可采用不同的編程語言，并可相互調用
（9）支持編寫自定義塊、函數和子程序可保存為內部庫的形式
（10）自定義內部庫可以在不同工程中調用
（11）可對風機中的關鍵變量進行采樣跟蹤，如風速、槳距角角度、風向、發電機輸出電流、電壓、變流器反饋轉矩等進行實時跟蹤，并保存數據

14.安全鏈

震動、過壓、超速、解纜失靈等故障保護系統，可以避免系統失控。

15.電源

實驗室提供50kVA三相四線AC 380V交流電源、5kVA的AC 220V交流電源及可靠的接地系統。

五、雙饋異步風力發電仿真平臺,大型風力發電實訓系統配置清單

序號	名稱	規格、參數	數量
1	主機硬件部分	發電機：3KW雙饋發電機  上海中人公司定制 額定功率：3kW； 額定電壓： 380V； 轉子電壓：124V； 轉子開路電壓：620V； 額定轉速：1200rpm； 級數：6； 防護等級：IP44。 雙饋可控逆變控制系統 響應速度：<300us； 額定電壓：380V； 額定頻率：50Hz； 頻率波動范圍：±0.2HZ； 電網電壓總諧波畸變率：<3% ； 額定容量：<=10kW； 功率因數：>=0.951； 效率：滿功率時>=95%； 冷卻方式： 空冷； 并網時間：<2s； 通訊方式：profibus DP； 噪聲：<50dB。	1臺
		原動機：7.5KW	1臺
		齒輪箱：最大負載>=10KW  上海中人公司定制	1套
		輪轂：30KW	1套
		槳葉：直徑3m	3套
		偏航系統：伺服電機、控制器	1套
		變槳系統：伺服電機、控制器	3套
		震動傳感器：上海中人公司定制	1套
		扭纜傳感器：上海中人公司定制	1套
		電磁剎車系統：上海中人公司定制	1套
		塔桿：1.2m～1.5m上海中人公司定制	1套
		底座：直徑1.2m上海中人定制	1套
2	主機控制臺	1600*1350*740mm，含監控系統軟件、主機、控制系統、儀表、風速風向測試儀、計算機等。上海中人公司定制	1套
3	模擬風	不銹鋼底座、風機、風速風向傳感器等	1套
4	逆變器柜	JP-6A國標柜2200*800*600mm	1個
5	調速柜	JP-6A國標柜2200*800*600mm	1個
6	電池柜	JP-6A國標柜2200*800*600mm	1個
7	雙向逆變器	教學專用，上海中人公司定制。	1臺
8	模擬風發生器	額定電壓：380V； 額定功率：0.85kW； 最大流量：210m/h； 最大吹力：220mbar。	1臺
9	MM440變頻驅動器	1．易于調試 2．牢固的EMC設計 3．可由IT 中性點不接地電源供電 4．對控制信號的響應是快速和可重復的 5．電纜連接簡便 6．具有多個繼電器輸出 7．具有多個模擬量輸出0 - 20mA 8．6個帶隔離的數字輸入并可切換為NPN/PNP接線 9． 2個模擬輸入 10． AIN10 - 10 V 0 - 20mA和-10至+10 V 11．AIN20 - 10 V 0 - 20mA 12．2個模擬輸入可以作為第7和第8個數字輸入 13． BiCo二進制互聯連接技術	1臺
10	西門子PLC	S7-314C	1臺
11	西門子PLC	S7-214	1臺
12	智能儀表	ZW3432C	1臺
13	風速風向儀	風速測量范圍：0-60m/s； 風速測量精度：±0.4m/s； 風向測量范圍：0-360°； 風向測量精度：±1°； 電壓：DC9V-24V； 傳輸方式：數字傳輸485/模擬接口。	1套
14	觸摸屏	7寸	1塊
15	三相異步電動機		1組
16	高壓風機	德國品牌，青藏鐵路正在使用的高壓風機。 功率范圍：0.2-18.5(KW) 壓力范圍：7-46(KPa) 流量范圍：40-1370(m³/h)	1臺
17	鎳氫電池	48V  12A	8組
18	充電器	220V/48V	8臺
19	組態王軟件		1套

六、雙饋異步風力發電仿真平臺,大型風力發電實訓系統功能

風力發電機實驗系統主要用于學生的教學實踐和科研開發，通過風機控制系統與風機模擬系統的連接，盡可能的模擬實際風力發電機運行的工藝特點和控制要求。此系統開放性強，可通過對控制系統和模擬系統的PLC 編程，實現對不同類型風機的模擬以及控制仿真，可用于學生理論研究、實踐等。實現變速恒頻風力機組發電狀態的模擬，包括轉速、轉矩、發電量及有功、無功調節。

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