解決方案
SOLUTION
開放式雙饋風力發(fā)電實驗平臺
關鍵詞：
開放式雙饋風力發(fā)電實驗平臺
所屬分類：
新型電力系統(tǒng)實驗平臺
開放式直驅/雙饋風力發(fā)電創(chuàng)新實驗平臺
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方案介紹
一、背景介紹
在能源枯竭與環(huán)境污染問題日益嚴重的今天，風力發(fā)電已經(jīng)成為綠色可再生能源的一個重要途徑。雙饋電機變速恒頻（VSCF）發(fā)電是通過對轉子繞組的控制來實現(xiàn)的，而轉子回路流動的功率是由發(fā)電機運行范圍所決定的轉差功率，因而可以將發(fā)電機的同步轉速設定在整個運行范圍的中間。如果系統(tǒng)運行的轉差率范圍為+-30%，則最大轉差功率僅為發(fā)電機額定功率的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)運行將具有優(yōu)越的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)運行性能，非常適用于風能這種隨機性強的能源形勢。因此國內外很多科研者都在研究變速恒頻雙饋即風力發(fā)電系統(tǒng)的若干關機技術，如空載柔性并網(wǎng)、最大功率點跟蹤、低電壓故障穿越等。
那么，在風力發(fā)電產業(yè)蓬勃發(fā)展的國際環(huán)境下，風力發(fā)電水平不斷提高?？蒲袑嶒炇易鳛楦鞣N新理論和新技術的孕育搖籃，其先期的研究和驗證對風電技術的發(fā)展和前進起著至關重要的引導和推動作用。進行實驗研究最直接有效的方法是將風力發(fā)電機與風力機相連，進行現(xiàn)場實際試驗。但是鑒于所需要的風場環(huán)境以及體積龐大、結構復雜的槳葉設備，實驗室內不可能具備條件，只能在室外進行現(xiàn)場調試。但是，受環(huán)境、自然因素、天氣條件等影響，現(xiàn)場實驗困難重重，比如：無法自由的對風速進行變化，某些高風速下的極限測試只能在極少數(shù)情況下得以實現(xiàn)，實驗周期長，人力、物力、經(jīng)費投入大；新理論和新技術存在諸多的未知數(shù)，實驗結果的好壞難以預測，現(xiàn)場調試風險巨大；電氣設備的運算和安裝不便，不同容量設備難以在同一風力系統(tǒng)進行試驗；這些因素都要求在實驗室內構件模擬系統(tǒng)來模擬實際風力機的真實工作特性勢在必行。
對此，南京研旭電氣科技有限公司設計了一整套模擬定槳距式的雙饋風力發(fā)電的實驗仿真平臺。通過此平臺，研究人員可以研究雙饋風力發(fā)電機的真實工作特性，可以縮短研究和開發(fā)周期、節(jié)省研究經(jīng)費，便于對風力發(fā)電系統(tǒng)的控制技術展開全面深入的研究，具有重要的顯示意義。
二、模擬風力發(fā)電系統(tǒng)—雙饋式風力發(fā)電系統(tǒng)（開放式）
1、雙饋風力發(fā)電實驗仿真平臺組成
（1）雙饋式風力發(fā)電系統(tǒng)主要包括:
1)7.5kW三相異步電機、5.5kw雙饋發(fā)電機、槽鋼底座
2)7.5kw ABB矢量變頻器
3)5kW風機勵磁變流柜
4)實驗例程和項目
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）雙饋風力發(fā)電實驗仿真平臺主要由以下設備組成：
1）矢量變頻器和三相異步調速電機來模擬實際的風力機；
2）三相異步調速電機通過聯(lián)軸器帶動雙饋發(fā)電機發(fā)電；
3）發(fā)電機轉子連接交流勵磁變頻器，通過勵磁變頻器對轉子的控制，實現(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，實現(xiàn)能量雙向流動的目的，即可為轉子提供勵磁電流，也可以吸收轉子產生的轉差功率；
5）監(jiān)控前臺，主要由工控機、顯示器、上位機應用軟件組成，實現(xiàn)對變頻器、整流器、逆變器等設備的數(shù)據(jù)監(jiān)控以及記錄保存；
6）風速調速器設備，主要目的就是實現(xiàn)定槳距角變速恒頻的最大發(fā)電功率追蹤；
2、雙饋風力發(fā)電實驗仿真平臺工作原理
雙饋式風力發(fā)電系統(tǒng)實驗例程和項目
1）雙饋式風力發(fā)電系統(tǒng)整體原理認知實驗（基礎）
2）自然風模擬實驗（基礎）
3）背靠背變流器操作實驗
4）背靠背式變流器模擬量采集實驗（驗證）
5）發(fā)電機起勵實驗（驗證）
6）發(fā)電機空載同步并網(wǎng)實驗（驗證）
7）發(fā)電機變速恒頻并網(wǎng)實驗（驗證）
8）發(fā)電機矢量式MPPT并網(wǎng)實驗（研究）
9）背靠背變流器控制方法研究實驗（創(chuàng)新）
10）控制采集板、驅動功率板等板卡硬件原理（開源）
11）DSP的入門、使用和燒寫實驗（開源）
12）CCS軟件使用（開源）
13）軟件開發(fā)流程講解（開源）
三、半實物仿真系統(tǒng)方案介紹
研旭公司推出的YXSPACE產品系列，能夠將用戶設計的圖形化的高級語言編寫的控制算法（Simulink）轉換成DIDO、AIAO量，完成實際硬件控制。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動接口綁定后，再結合TI公司的CCS編譯工具產生可執(zhí)行文件，下載至YXSPACE控制器中運行。
3、YXSPACE獨特優(yōu)點
（1）采用目前市面成品常用的控制芯片作為CPU，其仿真結果針對實際研究更具有參考性；
（2）在Matlab中設計的控制算法自動生成代碼，自動加載到實時目標機中運行，避免了繁瑣的編程和Debug工作
（3）使用門檻低，會Matlab仿真即可完成實驗測試工作，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節(jié)，免去一切不必要的麻煩；
（5）性價比高，在同等功能的前提下，YXSPACE成本更低。
（6）具備自主編寫的驅動庫，可以直接導入到Simulink庫中，用戶可以直接在Matlab軟件中拖動相應的硬件元件庫，將模型中的數(shù)據(jù)直接與硬件對接，無需再花費時間去查詢硬件映射。8種庫文件，可適用于各種工程調試需求。
（7）模型轉換文件的透明化，用戶可直接查看模型轉換后的源碼。
4、實物圖片
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