永磁同步风力发电实验系统
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一、基础简介
目前世界上大中型风力发电动机组主要有两种型式。一类是定桨距失速调动型，属于恒速机型，一般使用同步电动机或者鼠笼式异步电动机作为发电动机，经过定桨距失速控制的风轮机使发电动机的转动速度保持在恒定的数值，继而使风电动机组并网后定子磁场旋转频率等于电网频率，转子、叶轮的改变界限小，捕获风能的效率低。另一类是变速变距型，一般应用双馈电动机或者永磁同步电动机，经过调节速度器和变桨距控制相集合的方法使叶轮转动速度可以跟随风速的改变在很宽的界限内改变，保持*佳叶尖速比运行，从而使Cp（风能运用系数）在很大的风速改变界限内均能保持*大值，能量捕获效率*大。发电动机发出的电能经过变流器调动，变成与电网同频、同相、同幅的电能输送到电网。相比之下，变速型风力发电动机设定有不可比拟的优势。
永磁同步风力发电实训系统应用变速恒频控制的永磁同步发电动机组，可以完成大功率（W）永磁风电动机组的风力机模仿和运行过程演示、实训。
二、设备特别点
设定有风力机模仿器，可以完成纯数字模仿和物理模仿，可以设定多种类型风速模型。
全功率（W）变流器特别点：
(1) 应用矢量控制技术
(2) 双PWM控制技术（即PWM整流、PWM逆变）
(3) 应用DSP作为核心控制芯片，设定有较高的就地实时性
(4) 应用一体封装的IPM模型块，更加可靠
(5) 完善的故障自诊断及可靠的保护技术
(6) 整体机构设计紧凑、体积小节省空间
(7) 主动无功控制，按照需求实行超前或滞后补
(8) 随机风速下的电功率（W）平滑控制
(9) *大功率（W）跟踪算法
(10) 有功、无功解耦控制
三、技术功能
写入电压（V）：三相四线制AC380V±10% 50Hz
作业环境：环境温度（℃）-5℃～+40℃ 相对湿度＜85%（25℃） 海拔＜4000m
装置容量（KV）：＜5.0kVA
四、系统配备
系统由永磁同步风力发电动机组、模仿风力机控制储物柜、系统屏、全功率（W）变流器储物柜、无穷大系统、监控系统六部分包括。
（一）永磁同步风力发电动机组
发电动机组由直线DC电动机、三相永磁同步发电动机、转动速度传感器、机组固定底盘及配套件等四部分构成。
直线DC电动机
直线DC电动机应用Z4系列国标电动机，设定有散热风机，功能数值如下：
(1) 规格限定电枢电压（V）：DC440V
(2) 规格限定功率（W）：4kW
(3) 规格限定转动速度：1500r/min
三相永磁同步发电动机
(1) 规格限定功率（W）：3kW
(2) 规格限定电压（V）：AC380V（线电压（V））
(3) 规格限定转动速度：1500r/min
(4) 规格限定转矩：19N.M
(5) 极数：4极
转动速度传感器
转动速度传感器应用1024线增量型光电编码器，推挽输出，精确度高、抗干扰性强。
机组固定底座及配套件
机组底座应用整体翻砂件，表面平整度高，直线DC电动机与永磁发电动机应用橡胶连轴器软连接，为保护学员安全，配备有防护罩。底座装设带减震功能支撑脚，为便利机组位移装设方向轮1只，定向轮两只。
（二）模仿风力机控制储物柜
风力机模仿储物柜由模仿表头、工业一体化PC、数字直线DC调节速度器等主要元件包括。控制储物柜电源进线应用漏电保护开关。
模仿表头
应用国标6L2系清单头，含原动机电枢电压（V）表、原动机电枢电流（A）表、系统进线电压（V）表，配三相线电压（V）变换显露开关。
数字直线DC调节速度器
应用功能强大的西门子6RA70型数字四象限直线DC调节速度器作为原动机的驱动装置。在完成风力发电部分实训时，作为原动机，并与监控系统一起模仿风力机，拖动永磁同步发电动机运行。在完成永磁同步电动机变频调节速度实训时，直线DC电动机作为发电动机运行，并将电能经过调节速度器回馈到电网。规格限定功能数值如下：
(1) *大输出功率（W）：6.3kW
(2) 规格限定电枢电流（A）：15A
(3) 规格限定电枢电压（V）：420V
(4) 规格限定励磁电流（A）：3A
(5) 规格限定励磁电压（V）：325V
(6) 通讯口：RS485/232，支持USS通讯协议
工业平操作面板电脑（IPPC）
系统应用IPPC作为系统监控的硬件平台，前操作面板应用铝制材料，表面阳极氧化拉丝处艺，配备如下：
(1) 显露器：12.1寸液晶
(2) CPU：凌动N270，1.6GHz
(3) 主板：研华*MB 252
(4) 内部存储：DDR2 1G
(5) 硬盘：160G
(6) 触摸屏：5线电阻触摸屏
(7) 网卡：10-100M
(8) 串行口：5个
(9) USB：4个
(10) VGA连接口：1个
(11) PCI插槽：1个
（三）全功率（W）变流器储物柜
变流器控制储物柜含全功率（W）变流器主线路和控制系统。
技术功能数值参考规格:
(1) 规格限定作业电压（V）：380VAC
(2) 规格限定处置整理容量（KV）：5kVA
(3) 电流（A）畸变率：＜10%
(4) 直线DC规格限定电压（V）：650V
(5) 功率（W）因数：±0.9可调
(6) 控制方法：应用DSP全数字化控制
(7) 并网控制：自动软并网
(8) 电磁屏蔽措施：金属壳屏蔽保护
(9) 故障诊断能力：过压、过流、过热保护等
(10) 冷却方法：强制风冷
(11) 频率精确度：±0.03Hz
(12) 并网冲击电流（A）、电压（V）：＜5%
(13) 控制误差：＜4%
（四）智能电量监测仪
测量三相电流（A），三相相/线电压（V）、有功功率（W）、无功功率（W）、功率（W）因数等电量
2-31次谐波测量
四象限电能计量：±有功电能（kWh），±无功电能（kVarh）
标准PT、CT写入，适用来各种电压（V）等级及接线方法
RS-485通讯连接口，Modbus RTU通讯规约
（五）PLC控制器
西门子S7-200系列CPU224XP型主机。
（六）大功率（W）三相自耦调压器
规格限定容量（KV）：15kVA，原边规格限定写入三相AC380V，副边AC 0～430V可调。
（七）监控系统
监控系统基于三维（3D）力控ForceControl设计，主要含有概括风力机模仿器上位机界面、网侧变流器电量监测，全功率（W）变流器保护状态监视等功能。
五、实训内容
风力机特性离线拟真
PWSM供电的PWM整流器实训
PWM逆变器的并网运行
PWM变流器的功率（W）因数控制
PWSM风力发电系统的MPPT运行
风力发电系统中的电能重量解析
风力发电系统中的卸荷保护
