一、產品概述
雙饋縮比風力發電實驗系統采用雙饋發電機組，用于仿真模擬風力發電機的工作過程，使用戶建立對風力發電機整體的認識和工作原理的理解。模擬變速恒頻風力發電機組的運行模式，包括模擬偏航、變槳距系統，機組傳動系統，制動系統等，具有以實驗為目的模擬機組待機、同步、并網、發電、脫網等分步運行控制。可以完成大功率雙饋風電機組的風力機模擬和運行操作訓練。

上圖為雙饋風電模型及控制系統（參考）

1.1 系統功能
?  模擬真實風力發電機的不同風速下發電狀態與運行狀態；
?  模擬真實風力發電機的啟動、停止、運行及并網過程；
?  模擬真實風力發電機與電網、分布式電源的互動運行、自啟動/停機運行；
?  模擬真實風力發電機的主控系統，支持遠控/就地啟停、參數等操作；
?  測量系統的關鍵電氣參數，實時記錄和圖形顯示關鍵電氣參數，支持離線數據分析；
?  包含并網開關，可實現空載并網；
?  支持變流器網側有功、無功功率解耦控制；
二、產品特點
1)      模擬真實風力發電機的啟動、并網、正常運行、超速、能量轉換和停機過程，具備模擬機組變速調節能力，有功、無功的調節能力；
2)      風速模型不僅可設定典型幾種風速曲線，支持導入實際測量得到的風速―時間數據；
3)      FaceView實驗主控軟件執行機組運行狀態流程控制和數據記錄、顯示、系統監控等功能；
4)      實現風速和風力機模擬，機組并網控制，機組功率運行控制，機組恒速運行，機組限功率運行，機組低電壓穿越，機組脫網控制等控制功能；
5)      背靠背變流器可實現直流側電壓的初始狀態進行設定，實現單位功率因數并網，實現風力發電機在故障條件下不脫網運行，低電壓穿越的功能，支持風機的低電壓穿越實驗;
6)      軟件分析風力發電的數據與運行特性，能夠顯示異常時的故障原因；
7)      RS485接口，提供開放式MODBUS規約接入監控系統；
8)      完善的保護功能，包括過電壓保護、過電流保護、過溫保護、超速保護、短路保護，可以實現低電壓穿越以及外接電源電壓不穩定時保護實驗；
注：帶醒目的危險標識，如：有電危險、運行時請勿打開、嚴謹帶電操作等。

雙饋實驗系統結構圖
二、系統運行技術參數
2.1 工作條件
?  輸入電壓：三相四線～380V±10%  50Hz
?  裝置容量：≤5.0kW
?  海拔：0～2000m；
?  環境溫度：-10℃～＋50℃；
?  環境相對濕度: 10～90%(25℃)；
?  大氣壓力范圍：1個標準大氣壓范圍；室內安裝；
?  平臺必須水平安裝；
?  設備正常使用年限：≥20年；
?  環境要求：環境通風良好，不含易燃、腐蝕性氣體；
2.2 實驗平臺的基本尺寸：
?  主控柜：800×800×2000；（長×深×高，mm）
?  監控柜：800×800×2000；（長×深×高，mm）
?  風力發電機倉：2500×1500×1500；（長×寬×高，mm）
?  設備總重量：控制柜約400KG×2臺；模擬機倉重約≤2.5(噸)
注：實驗平臺分兩排布置或單排橫向布置，預計占地面積 5m×4m
2.3 定制雙饋變流器系統
風電變流器包括雙饋風機變流器、全功率變流器和PWM整流器，均為我司自主研發，根據高校和研究所客戶要求定制開發，具有功能完善、產品可靠、開放性強、保護嚴格等特點。

  
雙饋風電機控制柜圖及變流器內部圖

模擬風力發電系統的變流器由AC-DC-AC PWM變換器來實現，前級交流輸入可選接入交流/直流電網，根據設定的風速，將相應能量注入到直流母線上，后級交流輸出接交流母線，將輸入的能量注入到配電/微電網。該變流器為定制產品，根據用戶的要求設計，功能特點如下：
?  機側矢量控制，網側矢量解耦P/Q控制；
?  電網電壓在-3%～+7%范圍內波動時能正常運行；
?  并網滿載電流總諧波畸變率5%以下；
?  過流/過壓/過溫保護，分硬件保護和軟件保護；
?  具備低電壓穿越功能；
?  提供直流側外接其他電氣設備的接口；
?  支持電網不平衡度小于 10%時正常發電運行；
?  支持較寬的運行速度范圍：700-2000RPM；
   5.0 kW背靠背變流器主要指標

2.4 設備主要配置參數

2.5主控柜
主控柜包括英威騰 GD-35 變頻器、工控機及其它電氣元件。

2.5.1 工控機

系統配置高性能工控機一臺，具有上位機控制功能，預留通訊接口：RS485  Modbus_RTU規約。

2.5.2 驅動變頻器

選用英威騰GD35系列高性能變頻器作為電機驅動,該驅動變頻器參數如下表所示：

2.5.3 PhaseView主控軟件

PhaseView實驗主控軟件具有風速特性模擬和風機主控功能，能模擬幾種典型風速如：微風、陣風、持續大風、持續中速風、或四種風速合成特性。用戶可以自由定制風力機特性，選配可以導入實際的測風儀數據。主控功能實現機組并網控制，恒速運行，限功率運行，降功率運行，機組脫網控制。
PhaseView監測以下參量：
?    風速、風輪轉速
?    驅動電機轉子速度、電流、電壓、功率
?    發電機轉子速度、電流、電壓、功率
?    變流器直流電壓
?    網側變流器輸出電壓、電流、功率
?    電網電壓、電流

2.5.4雙饋變流器柜
?  主電路采用美國TI公司生產的DSP芯片、進口IGBT模塊、驅動保護為進口機芯,控制電路安全可靠；
?  采用SVPWM脈寬調制技術，純凈正弦波輸出，自動與電網同步跟蹤，功率因數接近1，電流諧波含量低，對公共電網無污染，無沖擊；
?  逆變并網電流閉環控制，可控可調；
?  直流電壓范圍寬，適應不同場合需求；
?  具有的電源保護方案和完善的自我檢測和保護功能。在出現系統故障時將停止并網逆變；
?  電路結構緊湊、效率94%；
?  RS485通訊，上位機監控，實現遠程數據采集和監視；

 
三、雙饋系統低電壓穿越與實驗
3.1 電網電壓跌落的危害對雙饋風電機組來說：
?  出現的過電流會損壞電力電子器件；
?  DC端過電壓，將威脅直流側元器件；
?  附加的轉矩、應力過大則會損壞風電機組的機械部件；
對電網來說：
?  引起電網頻率降低；
?  引起電網線壓降低；
?  引發聯鎖效應，導致大面積電網癱瘓。
3.2 低電壓穿越LVRT定義及意義
當電網故障或擾動引起風電場并網點的電壓跌落時，在電壓跌落的范圍內，風電機組能夠不間斷并網運行。
它對系統由較為重要的意義：
?  風機能夠不脫網持續運行；
?  能夠對電網進行動態無功功率Q支撐；
?  有助于有功功率P恢復；
3.3 國內低電壓穿越標準
對于低電壓穿越，要求如下圖所示，方案遵循此標準：

低電壓穿越標準
?  并網點電壓跌至20%額定電壓時，保證不脫網連續運行625ms ；
?  跌落后2s 內恢復到額定電壓的90%時，不脫網連續運行。
?  無功支撐：響應時間不大于75ms，持續時間不少于550ms ；無功電流滿足IT≥1.5×（0.9-UT）IN ，（0.2≤UT≤0.9）
?  有功恢復：故障切除后以至少10%額定功率/秒的功率恢復到故障跌落前的功率；
3.4 低電壓穿越LVRT實驗方案介紹
主要為在變流器上添加Crowbar和Chopper電路，并在變流器中進行相應控制：
?  Crowbar：其響應時間短，能夠保護變流器IGBT、吸收和衰減畸變電流和諧波電流
?  Chopper：主要考慮單管吸收回路的設計，不同于Crowbar的投切工作方式，Chopper裝置在運行過程中會進行100Hz左右的斬波動作，大電流關斷時的尖峰很容易導致IGBT過壓實效。因此設計了RCD吸收回路和低感功率回路。

雙饋機組Crowbar

雙饋機組Chopper
其軟件部分邏輯如下：

雙饋機組LVRT軟件邏輯

低穿實驗波形1

低穿實驗波形2

低穿實驗波形3
四、雙饋系統實驗主控軟件
FaceView實驗主控軟件具有風速特性模擬和風機主控功能，能模擬幾種典型風速如：微風、陣風、持續大風、持續中速風、或四種風速合成特性。主控和風機模擬的參數修改權限向用戶開放，用戶可以自由定制風力機特性，選配接收實際的測風儀數據。主控功能實現機組并網控制，恒速運行，限功率運行，降功率運行，低電壓穿越，機組脫網控制。
FaceView監測以下參量：
?  風速、風輪轉速；
?  驅動電機轉子位置／速度、電流、電壓、功率、輸出轉矩；
?  發電機轉子位置／速度、電流、電壓、功率、輸出轉矩；
?  變流器直流電壓；
?  網側變流器輸出電壓、電流、功率；
?  電網電壓、電流、功率。

風力發電模擬界面

曲線觀測界面

參數設定界面

低電壓實驗
五、開放雙饋風電變流器系統（說明）
算法類的函數開放，用戶可以按照自己的算法修改、調用，如整流、逆變、電機控制的SVPWM和低電壓穿越算法。
開放內容如下：
1)   雙饋變流器所有電路板硬件原理圖及BOM表(pdf版本)：控制板，電源板，信號板，電容板；
2)   雙饋變流器柜電氣原理圖及BOM表(pdf版本)；
3)   開放控制板的debug接口，客戶可以燒寫自己的程序；
4)   雙饋變流器通訊協議(RS485)（免費）；
5)   雙饋變流器使用手冊(免費)；
雙饋變流器軟件低電壓穿越算法、整流器SVPWM算法和電機控制SVPWM算法的工程源文件，包括程序主框架、硬件驅動功能、硬件配置功能、通訊功能、保護功能、編碼器功能、采樣功能、鎖相環功能、濾波函數等。低電壓穿越算法、整流器SVPWM算法和電機控制SVPWM算法用戶可以修改、調用。
雙饋風電實驗系統現場圖如下：

縮比模型外觀圖 （僅供參考）
六、配套教學資源
A、在線教育課程開放平臺（具有軟件著作權，配1個登錄帳號）:
1）本系統是互通教學多元化管理平臺，將用戶傳統的各個平臺系統實施整合，集中互通管理，解決多平臺、多賬號難以管理、數據庫分散無法集中統計等問題。系統包含了：在線教務管理系統、在線課程資源管理平臺、在線習題庫平臺、在線考試考核平臺、線上視頻課程管理平臺及線上虛擬仿真教學管理平臺，真正意義的一站互通數據集中統計！
2）課程資源：多個微課視頻實拍采集教學視頻素材，后期影視包裝，片頭10秒左右，片尾5秒左右，視頻尺寸不低于1920*1080，視頻格式MP4、FLV等；多個虛擬仿真內容采用unity引擎開發，在pc端win系統上運行（win7、win8、win10，注不包含win xp）軟件。
3）為了教學的統一性要求在線教育平臺與實訓裝置是同一個生產商！
4）微課內容不少于20課時.
B、新能源系統教學軟件（要求具有軟件著作權）
 一、多媒體教學軟件概述
1、通過該軟件可以系統性學習太陽能光伏硅材料、電池片、光伏組件、光伏組件附屬材料、光伏應用產品等全部系列光伏知識內容。
2、配備文字與動畫展示并介紹從原材料至成品包括中間環節加工工藝等與使用方法。
3、多媒體系統自帶語音講解，圖、文、聲并茂展示講解、與系統所述文字同步播放，幫助教師對光伏發電課程教案的快速編寫，提高學生對新能源專業知識快速掌握和快速學習。
4、多媒體軟件組成
(1)太陽能光伏硅材料講解與展示系統
主要功能
1、可以展示各種太陽能光伏電池使用的硅材料實物；
2、配備文字與動畫展示各種材料的生產工藝與使用方法
3、目錄（約11課時）
?     光伏硅產品基本情況介紹
?     硅單質性質：包括硅的物理性質、化學性質、硅的分類與應用
?     硅化合物性質：包括二氧化硅、一氧化硅、硅的鹵化物、三氯氫硅、硅烷等
?     硅的生長原理及定型
?     硅的提純方法：包括化學提純與物理提純方法
?  多晶硅的制備及其缺陷和雜質：包括冶金硅級制備、高純多晶硅制備、鑄造多晶硅制備
?     單晶硅的制備及其缺陷和雜質：包括單晶硅生長、單晶硅的雜質與缺陷
?     單晶硅與多晶硅加工方法
?     硅薄膜材料：包括非晶硅薄膜材料、多晶硅薄膜材料
?  硅材料的測試與分析方法：包括導電型號測量、電阻率測量、少子壽命測量、霍爾系數的測定、遷移率的測量、化學性能分析、晶體結構分析等
?  硅材料測試與分析依據標準（GB標準、UL標準、IEC標準、SEMI標準）
(2)太陽能光伏電池片講解與展示系統
主要功能
1、可以展示各種太陽能光伏電池片；
2、配備文字與動畫展示各種電池片的生產工藝與使用方法
3、目錄（約9課時）
6)   太陽能電池片基本情況介紹
7)   太陽能電池片基本結構分析
8)   太陽能電池片分類
9)   晶體硅太陽能電池片生產工藝：包括生產方法與生產設備介紹
10)  晶體硅太陽能電池片生產主要原材料
11)  太陽能電池片測試技術與方法：包括測試方法與測試設備介紹
12)  太陽能電池片測試依據標準
(3)太陽能光伏組件講解與展示系統
1、可以展示各種太陽能光伏光伏組件；
2、配備文字與動畫展示各種光伏組件的生產工藝與使用方法
3、目錄（約10課時）
?  太陽能電池組件基本介紹
?  太陽能電池組件的分類及各種組件的優缺點
?  太陽能電池組件的生產工藝介紹及相關設備
?  太陽電池組件的評定標準
?  太陽能電池組件的測試方法與測試設備
?  太陽能電池組件的發展方向
(4)太陽能光伏組件附屬材料講解與展示系統
主要功能
1、可以展示各種太陽能光伏光伏組件附屬材料；
2、配備文字與動畫展示各種光伏組件附屬材料的生產工藝與使用方法
3、目錄（約7課時）
1)    太陽能組件附屬設施情況介紹
2)    太陽能組件對鋼化玻璃的具體要求
3)    太陽能組件對支架鋁型材的具體要求
4)    太陽能組件對EVA封膠的具體要求
5)    太陽能組件對TPT背板的具體要求
6)    太陽能組件附屬設施檢測方法
7)    太陽能組件附屬設施測試標準
* 二、展示與講解內容目錄（圖、文、聲并茂）：
2.1 太陽能光伏應用產品講解與展示系統（約5課時）
2.1.1 太陽能發電系統：
2.1.2 家用太陽能發電機直流系統多媒體電視機
2.1.3 太陽能便攜電源：
2.1.4 太陽能殺蟲燈
2.1.5 太陽能警示燈
2.1.6 太陽能野營燈
2.2 太陽能光伏發電基本原理
2.3 太陽能光伏發電系統組成部分介紹
2.4 太陽能光伏發電系統設計方法
2.5 太陽能光伏電站施工建設方法
2.5.1、項目前期考察 
2.5.2、項目建設前期資料及批復文件 
階段：可研階段 
第二階段：獲得省級/市級相關部門的批復文件
第三階段：獲得開工許可 
2.5.3、項目施工圖設計 
2.5.4、項目實施建設 
2.5.5、帶電前的條件 
2.6太陽能光伏并網電站介紹
2.6.1、光伏并網電站簡要描述 
2.6.2、光伏并網電站設備組成 
2.6.2、光伏并網電站設備功能 
2.7 家用型太陽能電站建設方案
2.7.1、項目概述 
2.7.2、方案設計 （附詳細方案設計）
（一）用戶負載信息
（二）系統方案設計 
（三）效益計算：  
2.8 逆變器基本原理介紹
2.9 控制器基本原理介紹
主要作用：
在小型光伏系統中，用來保護蓄電池；在大中型系統中，起平衡光伏系統能量、保護蓄電池及整個系統正常運行等；
光伏控制器應具有以下功能：
①防止蓄電池過充電和過放電，延長蓄電池壽命；
②防 止太陽能電池板或電池方陣、蓄電池極性接反；
③防止負載、控制器、逆變器和其他設備內 部短路；
④具有防雷擊引起的擊穿保護；
⑤具有溫度補償的功能
⑥顯示光伏發電系統的 各種工作狀態，包括：蓄電池（組）電壓、負載狀態、電池方陣工作狀態、輔助電源狀態、 環境溫度狀態、故障報警等。
?  光伏控制器按電路方式的不同，可分為并聯型、串聯型、脈寬調制型、多路控制型等；
?  按組件輸入功率分：小功率型、 中功率型、大功率型及專用控制器（如草坪燈控制器）等；
光伏控制器性能特點：
1.小功率光伏控制器
?  控制器的主要開關器件；
?  運用脈沖寬度調制（PWM)控制技術；
?  具有單路、雙路負載輸出和多種工作模式；
?  具有多種保護功能；
?  系統工作狀況、蓄電池的剩余電量等的變化；
?  具有溫度補償功能
2、中功率光伏控制器
?  負載電流大于15A的控制器為中功率控制器。
?  系統狀態顯示；
?  可編程設定負載的控制方式；
?  多種保護功能；
?  浮充電壓的溫度補償功能；
?  具有快速充電功能；
?  普通充放電工作模式、光控開/關、光控開/時控關工作模式
3、大功率光伏控制器
?  大功率光伏控制器采用微電腦芯片控制系統，控制功能更強，可實現復雜過程控制。
光伏控制器主要技術參數：
系統電壓、充電電流、太陽電池方陣輸入路數、電路自身損耗、充滿斷開或過壓關斷電壓（HVD) 、欠壓斷開或欠壓關斷電壓（LVD)、蓄電池充電浮充電壓、溫度補償、使用或工作環境溫度范圍、其他保護功能
控制器的額定負載電流：
即控制器輸出到直流負載或逆變器的直流輸出電流。該數據要滿足負載或逆變器的 輸入要求。
C、實驗室智慧用電安全控制系統1套
智能電源管理系統具有過溫、短路、過流、過壓、欠壓、失壓、功率限定7大保護功能；電源具有一鍵鎖定功能，處理故障時，防止漏電保護器合閘，造成觸電危險；電源具有故障鎖定功能，發生故障導致跳閘時，不能人為上電，只能通過遠程清除故障后，才能上電成功；能通過無線4G和有線以太網與手機APP和PC端云平臺通訊，沒有網絡的情況下，教室整套智能電源管理系統可離線獨立運行。
1、智能終端：智能電源管理系統以32位ARM為核心，采用4.3寸彩色觸摸屏為人機交互界面，實時監控設備運行情況，提供Zigbee、CAN等多種通信模式，具備語音播報功能。能實時監測三相電壓、電流、功率，功率因數、頻率、電能等參數，液晶觸摸屏監測數值。能監控實驗室電源的故障類型和故障次數；設備時間管理包含年月日時間的顯示；用戶通過刷卡方式請求開啟設備，PC端進行之后，設備可啟動使用，PC端可分時預約設備的啟動和停止！
2、手機APP：用電狀態界面實時顯示當前電壓、電流、有無功功率、電能、設備溫度、漏電電流值等；用電數據界面能智能查找近2年用電數據，設置界面能設置限定電能值、負載值、設備超溫值、過欠壓值、過欠壓恢復時間值等。后臺查看報警日志、操作日志、故障日志等。控制：可在微信小程序中遠程控制智能開關的通斷。
3、PC端軟件：每個設備狀態信息顯示，具有多個子界面，具有故障分析，用電能效分析、集中管理、個人中心資料管理、用戶報警定位跟蹤與信息統計；具有管理員信息修改與權限管理等功能。可一鍵開啟和關閉所有設備，可單獨控制每臺設備的開關！
4、后臺系統：包含賬號管理、設備管理、報修管理、用戶管理，設備管理：①、包含監控管理：實時視頻監控每個教室，可一鍵預覽所有設備的在線和運行情況，分析設備使用率及運行時間！②、包含設備節點：可顯示設備所在位置、編碼名稱、掛載情況、用戶編輯、用戶查詢等。
5、報修管理：用戶可進行遠程報修，反應設備故障信息，編輯報修情況，后臺可進行遠程維護，及時跟進，以有效解決用戶設備維護。
6、用戶管理：可連通手機號，對賬戶進行一對一的安全加密，實名認證，防止賬戶、防盜，現場數據連接云平臺后臺數據庫管理。
七、可開設實驗及科研教學內容
1)        自然風模擬實驗
2)        低電壓穿越實驗
3)        低電壓穿越算法研究
4)        并網過程及連續實驗
5)        亞同步速、超同步速運行控制實驗
6)        空載、并網、脫網運轉實驗
7)        風力發電并網功率因素調節
8)        三相交流變頻輸出實驗
9)        自動、手動偏航實驗
10)    模擬變槳控制實驗
 實驗項目表