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關(guān)于研旭
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解決方案
SOLUTION
開放式直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
關(guān)鍵詞：
開放式直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
所屬分類：
開放式直驅(qū)/雙饋風(fēng)力發(fā)電創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
新型電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
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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(gè)重要途徑。永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)不僅可以提高發(fā)電機(jī)的效率，并且因?yàn)榘l(fā)電機(jī)采用了永磁結(jié)構(gòu)，省去了電刷和集電環(huán)等易耗機(jī)械部件，提高了系統(tǒng)的可靠性，而且不需要電勵(lì)磁裝置，能在增大電機(jī)容量的同時(shí)，減少體積。另外，風(fēng)力機(jī)的直驅(qū)化也是當(dāng)前的一個(gè)熱點(diǎn)趨勢(shì)。目前大多風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電機(jī)與風(fēng)輪并不是直接相連，而是通過變速齒輪連接，這種機(jī)械裝置不僅降低了系統(tǒng)的效率，增加了系統(tǒng)的成本，而且容易出現(xiàn)故障，是風(fēng)力發(fā)電急需解決的瓶頸問題。直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以直接與風(fēng)輪相連，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少了維護(hù)工作，并且還降低了噪音。因此鑒于諸多優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)各類科研單位，都青睞于對(duì)永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電的研究。
那么，在風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的國(guó)際環(huán)境下，風(fēng)力發(fā)電水平不斷提高。科研實(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(duì)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(dòng)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(chǎng)實(shí)際試驗(yàn)。但是鑒于所需要的風(fēng)場(chǎng)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(chǎng)調(diào)試。但是，受環(huán)境、自然因素、天氣條件等影響，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)困難重重，比如：無(wú)法自由的對(duì)風(fēng)速進(jìn)行變化，某些高風(fēng)速下的極限測(cè)試只能在極少數(shù)情況下得以實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)，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(cè)，現(xiàn)場(chǎng)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(shì)在必行。
對(duì)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永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電的實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)。通過此平臺(tái)，研究人員可以研究永磁直驅(qū)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(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制技術(shù)展開全面深入的研究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
二、模擬風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)—直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)（開放式）
1、直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)組成
（1）直驅(qū)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三相永磁發(fā)電機(jī)、槽鋼底座；
2）7.5kw ABB矢量變頻器；
3）5kW風(fēng)機(jī)背靠背整流逆變柜；
4）實(shí)驗(yàn)例程和項(xiàng)目；
5）變流器開源軟硬件資料。
（2）直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)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(dòng)永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)發(fā)電；
3）發(fā)電機(jī)定子輸出連接可控整流器，將發(fā)電機(jī)發(fā)出的三相交流電整流成直流電；
4）并網(wǎng)逆變器直流輸入連接可控整流器直流輸出，將直流電逆變?yōu)榉喜⒕W(wǎng)要求的三相交流電，饋入主網(wǎng)；
5）監(jiān)控前臺(tái)，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(duì)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、直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)工作原理
直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)例程和項(xiàng)目
1）直驅(qū)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)模擬操作實(shí)驗(yàn)（基礎(chǔ)）
3）風(fēng)力背靠背變流器操作實(shí)驗(yàn)（基礎(chǔ)）
4）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與輸出電壓關(guān)系實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證）
5）背靠背式變流器電壓采集實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證）
6）發(fā)電機(jī)標(biāo)量式定功率并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證）
7）發(fā)電機(jī)矢量式MPPT并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)（研究）
8）背靠背變流器控制方法研究實(shí)驗(yàn)（創(chuàng)新）
9）控制采集板、驅(qū)動(dòng)功率板等板卡硬件原理（開源）
10）DSP的入門、使用和燒寫實(shí)驗(yàn)（開源）
11）CCS軟件使用（開源）
12）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(jí)語(yǔ)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(dòng)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(duì)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(dòng)生成代碼，自動(dòng)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(huì)Matlab仿真即可完成實(shí)驗(yàn)測(cè)試工作，所有測(cè)試工作只需一人即可完成
（4）模型與硬件接口鏈接簡(jiǎn)單，只需記住端口編號(hào)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(dòng)庫(kù)，可以直接導(dǎo)入到Simulink庫(kù)中，用戶可以直接在Matlab軟件中拖動(dòng)相應(yīng)的硬件元件庫(kù)，將模型中的數(shù)據(jù)直接與硬件對(duì)接，無(wú)需再花費(fèi)時(shí)間去查詢硬件映射。8種庫(kù)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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