兆瓦級風力發(fā)電機組仿真實驗系統(tǒng)

背景概述

隨著大型風力發(fā)電機組單機容量的不斷提高、機組穩(wěn)定運行控制技術、風力機葉片、齒輪箱、發(fā)電機等關鍵零部件的設計制造與故障診斷等諸多技術的發(fā)展，對高等院校風電專業(yè)的人才培養(yǎng)也提出了更高要求。因此，需要建設針對主流兆瓦級變槳距風力發(fā)電機組的綜合仿真實驗室，能夠完成風況模型、風輪模型、傳動鏈、發(fā)電機、變流器和變槳系統(tǒng)等關鍵部件的仿真，使在實驗室內(nèi)就能實現(xiàn)過去需要在風力發(fā)電現(xiàn)場完成的試驗。
系統(tǒng)構成

兆瓦級風電機組仿真實驗系統(tǒng)由主控系統(tǒng)和仿真實驗系統(tǒng)構成，主控系統(tǒng)采用真實的兆瓦級風力發(fā)電機組的主控柜，是風電機組的大腦，能夠協(xié)調(diào)變流器、變槳系統(tǒng)，通過轉(zhuǎn)矩控制、槳距控制實現(xiàn)機組最大功率跟蹤和恒功率運行控制，并實現(xiàn)風電機組的故障檢測與安全保護等功能；仿真實驗系統(tǒng)能夠真實的模擬兆瓦級風力發(fā)電機組的風輪模型、變槳系統(tǒng)、變流系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、并網(wǎng)和風模型等，與主控系統(tǒng)通信構成完整的風力發(fā)電機組。

兆瓦級風電機組仿真實驗系統(tǒng)原理圖

兆瓦級風電機組仿真實驗系統(tǒng)實物圖

2.1 主控系統(tǒng)

主控系統(tǒng)采用工業(yè)級PLC，完成風力發(fā)電機組的運行控制、自動偏航、轉(zhuǎn)矩控制、變槳距控制、設備故障檢測、安全鏈控制和功率調(diào)節(jié)等。風機運行狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)依靠狀態(tài)碼，風機運行時任一時刻均處于下列狀態(tài)之一： 上電啟動、待機、自檢、空轉(zhuǎn)、并網(wǎng)、正常運行、快速等待、手動運行、正常停止、故障停止、緊急停止、一級停機、二級停機、三級停機、四級停機和檢修狀態(tài)，各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換須滿足一定的條件。
2.2 仿真實驗系統(tǒng)

仿真實驗系統(tǒng)由風況模型、風輪力學模型、傳動鏈模型、發(fā)電機模型、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。能夠完成風力發(fā)電機組的全面仿真實驗和極限工況模擬等，具體包括邏輯功能實驗、工況載荷實驗、電網(wǎng)波動適應性實驗、安全策略與邏輯實驗和最優(yōu)控制算法實驗等。

風機仿真實驗系統(tǒng)圖

系統(tǒng)功能

兆瓦級風電機組仿真實驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)由真實的2.0MW雙饋風力發(fā)電機組主控制系統(tǒng)和仿真實驗系統(tǒng)構成，仿真實驗系統(tǒng)能夠近乎真實的模擬實際風機的空氣動力學特性、傳動鏈、發(fā)電機、變流器、變槳系統(tǒng)和電網(wǎng)等，與主控制系統(tǒng)通信，共同構成真實的兆瓦級風力發(fā)電機組實驗平臺，可滿足高等學校本科和研究生風電人才的培養(yǎng)需求，也能夠滿足大型風電機組的最優(yōu)控制、并網(wǎng)算法和載荷優(yōu)化等科研要求。
實驗項目
（1）風速模擬實驗
（2）轉(zhuǎn)距模擬實驗
（3）發(fā)電功率模擬實驗
（4）控制策略模擬實驗
（5）主控軟件編寫和調(diào)試     
（6）風機核心控制算法研究