双馈异步风力发电实验系统
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双馈异步风力发电实训系统由双馈异步发电动机组、控制屏、变流器储物柜、大功率（W）三相自耦调压器、监控系统六部分构成。
本系统应用直线DC电动机来模仿风力机，经过风电上位机系统，监控PLC来控制直线DC调节速度器，经过改变直线DC电动机电枢绕组端电压（V）来模仿自然状态下风速的改变，完成输出功率（W）（转矩）的控制，完成风力机的模仿控制。 图1 双馈异步风力发电实训系统参考图片（构造可以按照用户要求改动） 工业PC应用力控组态系统经PLC可编程控制器经过RS-485/USS协议与调节速度器通信，调节速度器将机组转动速度信号、电枢电流（A）、电压（V）信号等信号上传，监控系统按照调节速度器上传的信号以及虚拟风速信号，经过数字化的经典型风力机特性弯曲线，计算出风力机的输出功率（W）或转矩，并将其作为直线DC电动机的控制指令经过RS485下置作为调节速度器的给定端加以执行，由数字直线DC调节速度器驱动直线DC电动机。其中系统监控管理主要是对系统各智能控制装置的数值收集与监视控制，完成风电SCADA。
发电动机应用双馈异步发电动机，变流器控制部分应用DSP处置整理器；功率（W）部分应用双向背靠背PWM变流器模型块。电网则应用9kVA调压器来模仿。
二、技术方案
在风力发电技术中，大型变速恒频风力发电技术已经成为其主要发展方向之一。--交流AC励磁双馈电动机发电是一种对比优化的控制方案。它是经过在双馈发电动机的转子侧施加三相交流AC电源实行励磁，调动励磁电流（A）的幅值、频率和相位，完成定子侧输出电量的控制。
图2 技术方案参考图片 双馈异步发电动机在构造上类似绕线式异步感应电动机，定子与一般的交流AC电动机一样也有三相分布式绕组；转子与一般电动机不一样，它也有三相分布式绕组。运行时定子侧直接接入工频的三相电网，转子侧经过变频器接入所需的低频电流（A）。因为定子与转子侧全部有能量的流动，所以称为双馈电动机。也可以称为交流AC励磁电动机，因为转子是经过变频器接入的低频电流（A）励磁的。
按照变速恒频双馈风力发电系统对交流AC励磁电源的要求，针对目前适合用作交流AC励磁电源的变流器实行详细深入的对比解析，认为在目前的电力电子技术条件下，两电平电压（V）型双PWM变流器是可用作变速恒频双馈风力发电动机交流AC励磁电源*具优势的一种变流器。
两电平电压（V）型双PWM变流器是由两个完全相同的两电平电压（V）型三相PWM变流器经过直线DC母线连接而成，如图3所示，其英文名称为Back-to-Back PWM Converter。由于在变速恒频交流AC励磁双馈风力发电系统的运行过程中，两个PWM变流器的作业状态经常变换，通常不再以它们作业于整流或逆变的状态来区分它们，而是按照它们的位置分别称之为网侧PWM变流器和转子侧即机侧PWM变流器。 图3 两电平电压（V）型双PWM变流器拓扑构造框图 在具体的运行控制过程中，这两个PWM变流器各司其职。--网侧变流器的任务主要有两个，一是保证其良好的写入特性，即写入电流（A）的波动线接近正弦，谐波含量少，功率（W）因数符合要求，课程理论上网侧PWM变流器可获取随意可调的功率（W）因数，这就为整个系统的功率（W）因数的控制提供了另一个途径；二是保证直线DC母线电压（V）的平稳，直线DC母线电压（V）的平稳是两个PWM变流器正常作业的前提，是经过对写入电流（A）的有效控制来完成的。
转子侧变流器的作用主要有两个方面，一是给DFIG的转子提供励磁分量的电流（A），从而可以调动DFIG定子侧所发出的无功功率（W）；二是经过控制DFIG转子转矩分量的电流（A）控制DFIG的转动速度或控制DFIG定子侧所发出的有功功率（W），从而使DFIG运行在风力机的*佳功率（W）弯曲线上，完成*大风能追踪（捕获）运行。
图4- 双馈电动机的作业示意图 若将双馈电动机的定子接入电网上，则定子侧的电流（A）频率可以认为是不变的，由此可以经过检验测试转子的转动速度来确定转子绕组经过变频器提供励磁电流（A）的频率，由电动机原理可以得出以下关系式：
（1）(其中当n
三、实训平台的技术功能﹑指标及配备装备
1. 技术功能
1.1写入电压（V）：三相四线～380V±10% 50Hz
1.2装置容量（KV）：＜15.0kVA
2. 装置包括及各主要元件功能指标
含有概括双馈异步风力发电动机组、风力机控制储物柜、双馈变流器储物柜、大功率（W）三相自耦调压器、监控系统六个部分。
2.1双馈异步风力发电动机组
发电动机组由直线DC电动机、双馈异步风力发电动机、转动速度传感器、机组固定底盘及配套件等包括。
2.1.1直线DC电动机
Ø 规格限定电枢电压（V）：DC440V
Ø 规格限定功率（W）：4kW
Ø 规格限定转动速度：1500r/min
2.1.2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。在风力发电实训中，为原动机提供电源。规格限定功能数值如下：
Ø *大输出功率（W）：6.3kW
Ø 规格限定电枢电流（A）：15A
Ø 规格限定电枢电压（V）：420V
Ø 规格限定励磁电流（A）：3A
Ø 规格限定励磁电压（V）：325V
Ø 通讯口：RS485/232，支持 USS通讯协议
2.1.3双馈异步发电动机
Ø 规格限定功率（W）：3kW
Ø 规格限定定子电压（V）：AC380V（线电压（V））
Ø 转子开路电压（V）：AC600V
Ø 同步转动速度：1500r/min
Ø 转动速度率调动界限：±25%
2.1.4机组固定底座及配套件
参考图5，机组底座应用整体翻砂件，表面平整度高，直线DC电动机与双馈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的支撑脚，为便利机组位移装设方向轮1只、定向轮两只。
2.2拟真器：
适配TMS320F2812。
2.3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。
2.4双馈变流器储物柜
变流器储物柜含双馈变流器主线路和控制系统。变流器储物柜的主线路及控制线路包括了双馈变流器，双馈变流器主要采用机侧控制器及网侧控制器两部分构成。
机侧控制器的作用主要有两个方面，一是给双馈发电动机的转子提供励磁分量的电流（A），从而可以调动双馈发电动机的定子侧所发出的无功功率（W）；二是经过控制双馈发电动机转子转矩分量的电流（A）控制发电动机的转动速度或控制发电动机定子侧所发出的有功功率（W），从而使发电动机运行在风力机的*佳功率（W）弯曲线上，完成*大风能追踪（捕获）运行。机侧控制器操作面板装配备有两个信号指示灯，16键PVC软键盘，240*128点兰色液晶屏及9个波动线测量试验端子。信号指示灯可对控制器作业、保护状态分别指示；键盘可完成机侧控制器启动/停止设定，*大功率（W）启动/停止跟踪设定，有功/无功给定，手动并网/离网；液晶屏可显露转动速度反馈值，有功/无功反馈值；波动线测量试验端子可经过示波器查看发电动机机转子、定子相电流（A）波动线，可查看发电动机定子相电压（V）、电网相电压（V）波动线。
参考图片
Ø 滤波动线式：L
Ø 控制芯片：TMS320F2812，留有JTAG口
Ø 收集信号：定子三相电压（V），转子电流（A）、定子电压（V）、电流（A）
Ø 冷却形式：强迫风冷
Ø 开关频率：保证5k开关频率下温升不超相关国家和行业标准。
Ø 其他：具备并网开关、预充电、隔离开关、熔丝等必要装置，并这些装置具备有源节点或者干接点信号反馈功能。
网侧控制器操作面板装配备有三个信号指示灯，16键PVC软键盘，240*128点兰色液晶屏及7个波动线测量试验端子。信号指示灯可对控制器作业、故障、卸荷状态分别给于指示，经过键盘可完成并网启动/停止设定。液晶屏可完成三相电流（A），电压（V）有效值显露，直线DC母线电压（V）显露；操作面板查看孔可查看电网相电流（A）波动线、相电压（V）波动线及直线DC母线电压（V）波动线。
参考图片
Ø 滤波动线式：LCL或者LC，可选
Ø 规格限定电压（V）：380V
Ø 控制芯片：TMS320F2812，留有JTAG口
Ø 收集信号：网侧三相电流（A），网侧三相电压（V），定子三相电压（V），直线DC母线电压（V），直线DC母线电流（A）
Ø 冷却形式：强迫风冷
Ø 开关频率：保证5k开关频率下温升不超相关国家和行业标准。
Ø 其他：具备并网开关、预充电、隔离开关、熔丝等必要装置，并这些装置具备有源节点或者干接点信号反馈功能。
2.5智能电量监测仪
Ø 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
Ø 2-31次谐波测量
Ø 四象限电能计量：±有功电能（kWh），±无功电能（kVarh）
Ø 标准PT、CT写入，适用来各种电压（V）等级及接线方法
Ø RS-485通讯连接口，Modbus RTU通讯规约
2.6大功率（W）三相自耦调压器
规格限定容量（KV）：9kVA，原边规格限定写入三相AC380V，副边规格限定输出AC 0～430V可调。
3. 监控系统
图6 机侧部分监控系统
图7 网侧部分监控系统
四、实训内容
1. 双馈异步风力发电系统接线实训
2. 风力机特性离线拟真实训
3. 双馈异步发电动机空载特性实训
4. 空载并网实训
5. 并网及功率（W）输送实训
6. *大功率（W）跟踪实训
7. 有功、无功解耦控制实训
8. 电能重量解析实训
