兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

背景概述

隨著大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量的不斷提高、機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行控制技術(shù)、風(fēng)力機(jī)葉片、齒輪箱、發(fā)電機(jī)等關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)制造與故障診斷等諸多技術(shù)的發(fā)展，對(duì)高等院校風(fēng)電專業(yè)的人才培養(yǎng)也提出了更高要求。因此，需要建設(shè)針對(duì)主流兆瓦級(jí)變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的綜合仿真實(shí)驗(yàn)室，能夠完成風(fēng)況模型、風(fēng)輪模型、傳動(dòng)鏈、發(fā)電機(jī)、變流器和變槳系統(tǒng)等關(guān)鍵部件的仿真，使在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)就能實(shí)現(xiàn)過(guò)去需要在風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)場(chǎng)完成的試驗(yàn)。
系統(tǒng)構(gòu)成

兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由主控系統(tǒng)和仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成，主控系統(tǒng)采用真實(shí)的兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主控柜，是風(fēng)電機(jī)組的大腦，能夠協(xié)調(diào)變流器、變槳系統(tǒng)，通過(guò)轉(zhuǎn)矩控制、槳距控制實(shí)現(xiàn)機(jī)組最大功率跟蹤和恒功率運(yùn)行控制，并實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的故障檢測(cè)與安全保護(hù)等功能；仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠真實(shí)的模擬兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪模型、變槳系統(tǒng)、變流系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、并網(wǎng)和風(fēng)模型等，與主控系統(tǒng)通信構(gòu)成完整的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。

兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理圖

兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)物圖

2.1 主控系統(tǒng)

主控系統(tǒng)采用工業(yè)級(jí)PLC，完成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行控制、自動(dòng)偏航、轉(zhuǎn)矩控制、變槳距控制、設(shè)備故障檢測(cè)、安全鏈控制和功率調(diào)節(jié)等。風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)依靠狀態(tài)碼，風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)任一時(shí)刻均處于下列狀態(tài)之一： 上電啟動(dòng)、待機(jī)、自檢、空轉(zhuǎn)、并網(wǎng)、正常運(yùn)行、快速等待、手動(dòng)運(yùn)行、正常停止、故障停止、緊急停止、一級(jí)停機(jī)、二級(jí)停機(jī)、三級(jí)停機(jī)、四級(jí)停機(jī)和檢修狀態(tài)，各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換須滿足一定的條件。
2.2 仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由風(fēng)況模型、風(fēng)輪力學(xué)模型、傳動(dòng)鏈模型、發(fā)電機(jī)模型、電網(wǎng)模型、偏航系統(tǒng)模型、剎車系統(tǒng)模型、液壓系統(tǒng)模型和傳感器模型等組成。能夠完成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的全面仿真實(shí)驗(yàn)和極限工況模擬等，具體包括邏輯功能實(shí)驗(yàn)、工況載荷實(shí)驗(yàn)、電網(wǎng)波動(dòng)適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)、安全策略與邏輯實(shí)驗(yàn)和最優(yōu)控制算法實(shí)驗(yàn)等。

風(fēng)機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖

系統(tǒng)功能

兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由真實(shí)的2.0MW雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控制系統(tǒng)和仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成，仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠近乎真實(shí)的模擬實(shí)際風(fēng)機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)特性、傳動(dòng)鏈、發(fā)電機(jī)、變流器、變槳系統(tǒng)和電網(wǎng)等，與主控制系統(tǒng)通信，共同構(gòu)成真實(shí)的兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可滿足高等學(xué)校本科和研究生風(fēng)電人才的培養(yǎng)需求，也能夠滿足大型風(fēng)電機(jī)組的最優(yōu)控制、并網(wǎng)算法和載荷優(yōu)化等科研要求。
實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
（1）風(fēng)速模擬實(shí)驗(yàn)
（2）轉(zhuǎn)距模擬實(shí)驗(yàn)
（3）發(fā)電功率模擬實(shí)驗(yàn)
（4）控制策略模擬實(shí)驗(yàn)
（5）主控軟件編寫和調(diào)試     
（6）風(fēng)機(jī)核心控制算法研究