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1.2.2系統(tǒng)組成

系統(tǒng)包含

1.2.3主控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

主控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括主控控制系統(tǒng)以及模擬風(fēng)發(fā)生系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)如圖8。

圖8 風(fēng)機(jī)主控控制系統(tǒng)

主控系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制的核心，在滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的前提下，盡可能的獲取最大功率。

主控系統(tǒng)用于模擬實(shí)際 1.5～3 MW雙饋型風(fēng)機(jī)的主控系統(tǒng)，主要用于模擬實(shí)際風(fēng)機(jī)的主控系統(tǒng)，采集變漿和偏航的IO 點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)整機(jī)控制。HMI用于顯示和控制PLC 系統(tǒng)。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)主控系統(tǒng)采用主控PLC 與專用HMI，與實(shí)際風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)一致，滿足風(fēng)機(jī)控制要求。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)整機(jī)模擬系統(tǒng)包括操作臺(tái)柜、PLC、按鈕、指示燈、測控儀表、風(fēng)速風(fēng)向發(fā)生儀、監(jiān)控系統(tǒng)等，用于模擬風(fēng)機(jī)內(nèi)部各種控制信號(hào)。模擬測試系統(tǒng)與實(shí)際控制系統(tǒng)連接，來模擬風(fēng)機(jī)運(yùn)行的實(shí)際狀況。風(fēng)力發(fā)電機(jī)內(nèi)部模擬控制信號(hào)可通過PLC編程控制，用戶也可在現(xiàn)有硬件基礎(chǔ)上自行開發(fā)控制軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種自然風(fēng)的模擬，完成對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制算法的研究。

圖9 主控模擬系統(tǒng)

通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)模擬系統(tǒng)的連接，盡可能的模擬實(shí)際風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行的工藝特點(diǎn)和控制要求。此系統(tǒng)開放性強(qiáng)，可通過對(duì)控制系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)的PLC編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的模擬以及控制仿真�？捎糜趯W(xué)術(shù)理論研究、學(xué)生實(shí)驗(yàn)等。

此套系統(tǒng)主要功能包括：

u      可通過此系統(tǒng)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)主控系統(tǒng)的配置、特點(diǎn)和工藝要求；

u      可通過此系統(tǒng)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)主控軟件編寫和調(diào)試；

u      可通過此系統(tǒng)，讓學(xué)生研究和模擬不同風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)；

u      可通過此系統(tǒng)，讓學(xué)生研究和調(diào)試風(fēng)機(jī)核心控制算法；

u      可通過此系統(tǒng)，測試完整的主控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主控系統(tǒng)電氣、軟件等測試

風(fēng)機(jī)主控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)特點(diǎn)：

u      先進(jìn)性，滿足目前最主流的兆瓦級(jí)變速恒頻風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的要求；

u      開放性，無論是 PLC 還是計(jì)算機(jī)均可自主編程，滿足學(xué)生學(xué)習(xí)的要求；

u      適應(yīng)性，可滿足不同功率、不同類型的風(fēng)機(jī)測試和模擬；

1.2.4模擬風(fēng)發(fā)生系統(tǒng)

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括一套測試系統(tǒng)，由PLC、變頻器、工控機(jī)等組成，主要用于控制模擬風(fēng)發(fā)生器的風(fēng)速和風(fēng)向，模擬實(shí)際運(yùn)行的風(fēng)速環(huán)境，其功能如下：

u      內(nèi)部保存多種風(fēng)速曲線，包括微風(fēng)、陣風(fēng)、大風(fēng)、颶風(fēng)等，包含風(fēng)速變化趨勢曲線，可方便的模擬實(shí)際的風(fēng)況；

u      通過變頻器控制，控制不同風(fēng)速；

u      顯示屏可以顯示主控系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)和測試系統(tǒng)的參數(shù)，并能方便控制；

u      測試系統(tǒng)通過對(duì)不同風(fēng)速的控制，來測試不同風(fēng)況下的風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。

1.3系統(tǒng)主要模塊功能特點(diǎn)和技術(shù)參數(shù)

1.3.1雙饋發(fā)電機(jī)

額定功率：3kW

額定電壓： 380V

轉(zhuǎn)子電壓：124V

轉(zhuǎn)子開路電壓：620V

額定轉(zhuǎn)速：1200rpm

級(jí)數(shù)：6

防護(hù)等級(jí)：IP44

1.3.2雙饋可控逆變控制系統(tǒng)

響應(yīng)速度：<300us

額定電壓：380V

額定頻率：50Hz

頻率波動(dòng)范圍：±1HZ

電網(wǎng)電壓總諧波畸變率：4%

額定容量：<=10kW

功率因數(shù)：0.951

效率：滿功率時(shí)>=95%

冷卻方式: 空冷

并網(wǎng)時(shí)間：<2s

通訊方式：profibus DP

噪聲：＝<70dB

1.3.3齒輪箱

最大負(fù)載10kW， 變速比1:90

1.3.4控制系統(tǒng)

（1）主控制系統(tǒng)包括：控制柜、電氣系統(tǒng)、主控計(jì)算機(jī)及控制系統(tǒng)軟件

（2）偏航系統(tǒng)：偏航伺服電機(jī)、減速箱及編碼器、伺服控制器及控制軟件

（3）變漿系統(tǒng)：變漿伺服電機(jī)、伺服控制器及控制軟件

（4）偏航電機(jī)：0.75kW

（5）偏航扭纜CW方向傳感器

（6）伺服控制器：

u      DSP全數(shù)字控制方式，可以實(shí)現(xiàn)多種電機(jī)控制算法

u      內(nèi)置電子齒輪控制功能

u      六種脈沖輸入方式，與用戶上位機(jī)接口方便靈活

u      編碼器反饋脈沖可分頻輸出，分頻數(shù)：1-255

u      鍵盤及LED數(shù)碼顯示

u      保護(hù)功能：具有過壓、過流、過載、失速等報(bào)警

1.3.5檢測用傳感器

    電機(jī)速度、位置編碼器、電流、電壓傳感器。隨驅(qū)動(dòng)器供貨，具體按照定貨實(shí)際參數(shù)

1.3.6電控柜系統(tǒng)

       由調(diào)速控制柜、變流控制柜、備用電源柜、主控主控臺(tái)組成。

1.3.7 PLC控制系統(tǒng)

采用主站PLC為主的主控系統(tǒng)、分站PLC為輔的偏航及變漿系統(tǒng)， Profibus DP通訊接口。系統(tǒng)可以通過遠(yuǎn)程操控，組態(tài)控制軟件，提供標(biāo)準(zhǔn)的編程接口。

1.3.8底座

（1）組成：基座、塔桿、偏航系統(tǒng)支架、機(jī)艙；

（2）基座：系統(tǒng)尺寸：3.8m×1m×3m范圍內(nèi)；底座的設(shè)計(jì)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中采用的具體器件有關(guān)，可以根據(jù)器件及客戶需求最終確定結(jié)構(gòu)尺寸及加工。

（3）機(jī)艙：葉槳、輪轂、齒輪箱、拖動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、傳感器等。

1.3.9風(fēng)速模擬驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

用來模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)中風(fēng)吹風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)情況，是實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的動(dòng)力源。其中包括電動(dòng)機(jī)部分和驅(qū)動(dòng)器部分：

(1) 電動(dòng)機(jī)：三相交流異步電動(dòng)機(jī)

額定電壓：380V

額定電流：15.3A

額定功率：7.5kW

額定轉(zhuǎn)速：1440r/min

(2)驅(qū)動(dòng)器：西門子440變頻器

u      主要特征：

調(diào)試簡單

6個(gè)可編程，帶隔離的數(shù)字輸入

2個(gè)可編程的模擬輸出

3個(gè)完全的可編程的繼電器輸出

完善的變頻器和電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能

u      控制功能的特點(diǎn)：

最新的IGBT技術(shù)

數(shù)字微處理器控制

高質(zhì)量的矢量控制系統(tǒng)

線性V/F特性

平方V/F特性

高品質(zhì)的PID控制器

集成的制動(dòng)（斬波）器

4個(gè)跳轉(zhuǎn)頻率

u      保護(hù)功能：

過載能力

過壓/欠壓保護(hù)

變頻器過溫保護(hù)

接地故障保護(hù)

短路保護(hù)

閉鎖電動(dòng)機(jī)保護(hù)

防止電動(dòng)機(jī)失速

參數(shù)連鎖

1.3.10風(fēng)速風(fēng)向模擬系統(tǒng)

（1）風(fēng)速風(fēng)向儀

u      技術(shù)指標(biāo)：

風(fēng)速測量范圍：0-60m/s

風(fēng)速測量精度：±0.4m/s

風(fēng)向測量范圍：0-360°

風(fēng)向測量精度：±2°

電壓：DC9V-24V

傳輸方式：數(shù)字傳輸485/模擬接口

（2）變頻器

u      額定電壓：380V

u      額定功率：1.5kW

u      功能：過載報(bào)警、外部故障停機(jī)、欠壓停機(jī)、RS485通訊接口

（3）模擬風(fēng)發(fā)生器

u      額定電壓：380V

u      額定功率：0.85kW

u      最大流量：210m3/h

u      最大吹力：220mbar

1.3.11監(jiān)控系統(tǒng)

u      技術(shù)指標(biāo)：

操作系統(tǒng)：Windows XP/CE，WinXPE

安裝方式：控制柜面板

工作環(huán)境溫度：-20℃~50℃

工作相對(duì)濕度：10～95% ，無凝結(jié)

u      功能特點(diǎn)：

寬溫度設(shè)計(jì)，適合低溫下穩(wěn)定運(yùn)行

安全保護(hù)，防止風(fēng)力振動(dòng)帶來的損壞

支持Windoews系統(tǒng)的軟件開發(fā)

風(fēng)電機(jī)組控制

參數(shù)顯示和設(shè)置

權(quán)限控制

故障記錄查詢

歷史數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計(jì)

1.3.12主控制器功能特點(diǎn)

u      高性能

配置工業(yè)級(jí)533MHz處理器，擁有納秒級(jí)（13ns）的處理速度；

程序運(yùn)行周期最小可達(dá)10ms；

支持多任務(wù)配置，最多可配置32種不同任務(wù)。

u      高可靠性

保護(hù)及通訊不受電磁干擾；

風(fēng)電主控制器已通過UL、CE認(rèn)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(xiàn)場與系統(tǒng)、通道與通道間采用隔離措施。

u      開放性強(qiáng)

支持多種現(xiàn)場總線協(xié)議，如 Modbus、Profibus-DP等，同時(shí)提供多種接口方式選擇，滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)上通訊設(shè)備的需求；

u      出色的環(huán)境適應(yīng)性

寬溫型設(shè)計(jì)，存儲(chǔ)溫度-40℃～70℃，運(yùn)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(fēng)力發(fā)電機(jī)。

u      強(qiáng)大的冗余和自診斷功能

擁有強(qiáng)大的自診斷功能，DO模塊具有回讀功能，進(jìn)行數(shù)據(jù)比較自檢；

具有掉電檢測和超量程及超限報(bào)警功能；

支持電源冗余、CPU冗余、通訊冗余，滿足海上風(fēng)機(jī)的高可靠性要求；

u      適合風(fēng)電應(yīng)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(fēng)電特殊信號(hào)的采集和通訊；

u      易用性和易維護(hù)性

模塊支持帶電插拔，新模塊自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的初始化設(shè)置，并快速與CPU建立通信；

編程軟件符合IEC61131-3國際標(biāo)準(zhǔn)，具有LD、IL、FBD、ST、SFC和CFC六種編程語言；

靈活的SD存儲(chǔ)卡，可進(jìn)行工程恢復(fù)及備份復(fù)制，使系統(tǒng)維護(hù)更加方便、快捷；

背板上設(shè)計(jì)有防混銷，以避免插錯(cuò)模塊；

采用WAGO端子接線，簡單牢固。保證機(jī)艙震動(dòng)過大時(shí)，接線不脫落；

外形小巧，易于安裝，既可分散，也可集中；

1.3.13主控制器編程軟件

功能特點(diǎn)

u      符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的編程語言

u      強(qiáng)大的運(yùn)算功能，支持32位浮點(diǎn)運(yùn)算

u      支持?jǐn)?shù)組、指針，方便實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)算

u      支持軟件仿真、在線調(diào)試及用戶代碼檢查功能

u      集成故障數(shù)據(jù)分析和顯示功能

u      具有用戶程序密碼保護(hù)功能

u      六種編程語言，滿足編程人員進(jìn)行復(fù)雜的邏輯控制需求

u      子程序之間可采用不同的編程語言，并可相互調(diào)用

u      支持編寫自定義塊、函數(shù)和子程序可保存為內(nèi)部庫的形式

u      自定義內(nèi)部庫可以在不同工程中調(diào)用

u      可對(duì)風(fēng)機(jī)中的關(guān)鍵變量進(jìn)行采樣跟蹤，如風(fēng)速、槳距角

u      角度、風(fēng)向、發(fā)電機(jī)輸出電流、電壓、變流器反饋轉(zhuǎn)矩

u      等進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，并保存數(shù)據(jù)

1.3.14安全鏈

震動(dòng)、過壓、超速、解纜失靈等故障保護(hù)系統(tǒng)，可以避免系統(tǒng)失控。

1.3.15電源

實(shí)驗(yàn)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(tǒng)。

2.系統(tǒng)功能

風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要用于學(xué)生的教學(xué)實(shí)踐和科研開發(fā)，通過風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)與風(fēng)機(jī)模擬系統(tǒng)的連接，盡可能的模擬實(shí)際風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行的工藝特點(diǎn)和控制要求。此系統(tǒng)開放性強(qiáng)，可通過對(duì)控制系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)的PLC 編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類型風(fēng)機(jī)的模擬以及控制仿真，可用于學(xué)生理論研究、實(shí)踐等。實(shí)現(xiàn)變速恒頻風(fēng)力機(jī)組發(fā)電狀態(tài)的模擬，包括轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、發(fā)電量及有功、無功調(diào)節(jié)。

主要實(shí)驗(yàn)功能如下：

u    風(fēng)力發(fā)電機(jī)接線形式實(shí)驗(yàn)

u    空載運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)

u    并網(wǎng)過程實(shí)驗(yàn)

u    并網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)

u    風(fēng)速模擬實(shí)驗(yàn)

u    轉(zhuǎn)距模擬實(shí)驗(yàn)

u    發(fā)電功率模擬實(shí)驗(yàn)

u    其它相關(guān)發(fā)電性能及測量實(shí)驗(yàn)

u    脫網(wǎng)保護(hù)模擬實(shí)驗(yàn)

u    控制策略模擬實(shí)驗(yàn)

u    主控系統(tǒng)的配置、特點(diǎn)和工藝要求

u    學(xué)習(xí)主控軟件編寫和調(diào)試

u    研究和調(diào)試風(fēng)機(jī)核心控制算法

u    自主編程應(yīng)用

u    風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)場參數(shù)采集的邏輯分析

3.設(shè)備安裝建議

廠家要求：室內(nèi)安裝，樓層高度不低于3m，樓層為一樓，門寬3m，樓層走廊3m。