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關(guān)于研旭
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解決方案
SOLUTION
開放式直驅(qū)風力發(fā)電實驗平臺
關(guān)鍵詞：
開放式直驅(qū)風力發(fā)電實驗平臺
所屬分類：
開放式直驅(qū)/雙饋風力發(fā)電創(chuàng)新實驗平臺
新型電力系統(tǒng)實驗平臺
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方案介紹
一、背景介紹
在能源枯竭與環(huán)境污染問題日益嚴重的今天，風力發(fā)電已經(jīng)成為綠色可再生能源的一個重要途徑。永磁直驅(qū)風力發(fā)電機不僅可以提高發(fā)電機的效率，并且因為發(fā)電機采用了永磁結(jié)構(gòu)，省去了電刷和集電環(huán)等易耗機械部件，提高了系統(tǒng)的可靠性，而且不需要電勵磁裝置，能在增大電機容量的同時，減少體積。另外，風力機的直驅(qū)化也是當前的一個熱點趨勢。目前大多風力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電機與風輪并不是直接相連，而是通過變速齒輪連接，這種機械裝置不僅降低了系統(tǒng)的效率，增加了系統(tǒng)的成本，而且容易出現(xiàn)故障，是風力發(fā)電急需解決的瓶頸問題。直驅(qū)式風力發(fā)電機可以直接與風輪相連，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少了維護工作，并且還降低了噪音。因此鑒于諸多優(yōu)點，國內(nèi)各類科研單位，都青睞于對永磁直驅(qū)風力發(fā)電的研究。
那么，在風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的國際環(huán)境下，風力發(fā)電水平不斷提高。科研實驗室作為各種新理論和新技術(shù)的孕育搖籃，其先期的研究和驗證對風電技術(shù)的發(fā)展和前進起著至關(guān)重要的引導和推動作用。進行實驗研究最直接有效的方法是將風力發(fā)電機與風力機相連，進行現(xiàn)場實際試驗。但是鑒于所需要的風場環(huán)境以及體積龐大、結(jié)構(gòu)復雜的槳葉設(shè)備，實驗室內(nèi)不可能具備條件，只能在室外進行現(xiàn)場調(diào)試。但是，受環(huán)境、自然因素、天氣條件等影響，現(xiàn)場實驗困難重重，比如：無法自由的對風速進行變化，某些高風速下的極限測試只能在極少數(shù)情況下得以實現(xiàn)，實驗周期長，人力、物力、經(jīng)費投入大；新理論和新技術(shù)存在諸多的未知數(shù)，實驗結(jié)果的好壞難以預測，現(xiàn)場調(diào)試風險巨大；電氣設(shè)備的運算和安裝不便，不同容量設(shè)備難以在同一風力系統(tǒng)進行試驗；這些因素都要求在實驗室內(nèi)構(gòu)件模擬系統(tǒng)來模擬實際風力機的真實工作特性勢在必行。
對此，南京研旭電氣科技有限公司設(shè)計了一整套模擬定槳距式的永磁直驅(qū)風力發(fā)電的實驗仿真平臺。通過此平臺，研究人員可以研究永磁直驅(qū)風力發(fā)電機的真實工作特性，可以縮短研究和開發(fā)周期、節(jié)省研究經(jīng)費，便于對風力發(fā)電系統(tǒng)的控制技術(shù)展開全面深入的研究，具有重要的現(xiàn)實意義。
二、模擬風力發(fā)電系統(tǒng)—直驅(qū)式風力發(fā)電系統(tǒng)（開放式）
1、直驅(qū)風力發(fā)電實驗仿真平臺組成
（1）直驅(qū)式風力發(fā)電系統(tǒng)主要包括:
1）7.5kW三相異步電機、5.5kw三相永磁發(fā)電機、槽鋼底座；
2）7.5kw ABB矢量變頻器；
3）5kW風機背靠背整流逆變柜；
4）實驗例程和項目；
5）變流器開源軟硬件資料。
（2）直驅(qū)風力發(fā)電實驗仿真平臺主要由以下設(shè)備組成：
1）矢量變頻器和三相異步調(diào)速電機來模擬實際的風力機；
2）三相異步調(diào)速電機通過聯(lián)軸器帶動永磁直驅(qū)發(fā)電機發(fā)電；
3）發(fā)電機定子輸出連接可控整流器，將發(fā)電機發(fā)出的三相交流電整流成直流電；
4）并網(wǎng)逆變器直流輸入連接可控整流器直流輸出，將直流電逆變?yōu)榉喜⒕W(wǎng)要求的三相交流電，饋入主網(wǎng)；
5）監(jiān)控前臺，主要由工控機、顯示器、上位機應用軟件組成，實現(xiàn)對變頻器、整流器、逆變器等設(shè)備的數(shù)據(jù)監(jiān)控以及記錄保存；
6）風速調(diào)速器設(shè)備，主要目的就是實現(xiàn)定槳距角變速恒頻的最大發(fā)電功率追蹤；
2、直驅(qū)風力發(fā)電實驗仿真平臺工作原理
直驅(qū)式風力發(fā)電系統(tǒng)實驗例程和項目
1）直驅(qū)式風力發(fā)電系統(tǒng)整體原理認知實驗（基礎(chǔ)）
2）自然風模擬操作實驗（基礎(chǔ)）
3）風力背靠背變流器操作實驗（基礎(chǔ)）
4）發(fā)電機轉(zhuǎn)速與輸出電壓關(guān)系實驗（驗證）
5）背靠背式變流器電壓采集實驗（驗證）
6）發(fā)電機標量式定功率并網(wǎng)實驗（驗證）
7）發(fā)電機矢量式MPPT并網(wǎng)實驗（研究）
8）背靠背變流器控制方法研究實驗（創(chuàng)新）
9）控制采集板、驅(qū)動功率板等板卡硬件原理（開源）
10）DSP的入門、使用和燒寫實驗（開源）
11）CCS軟件使用（開源）
12）軟件開發(fā)流程講解（開源）
三、半實物仿真系統(tǒng)方案介紹
研旭公司推出的YXSPACE產(chǎn)品系列，能夠?qū)⒂脩粼O(shè)計的圖形化的高級語言編寫的控制算法（Simulink）轉(zhuǎn)換成DIDO、AIAO量，完成實際硬件控制。其基本控制框圖如下所示：
控制算法模型一般采用Matlab中的Simulink工具搭建，將模型中的接口與硬件驅(qū)動接口綁定后，再結(jié)合TI公司的CCS編譯工具產(chǎn)生可執(zhí)行文件，下載至YXSPACE控制器中運行。
3、YXSPACE獨特優(yōu)點
（1）采用目前市面成品常用的控制芯片作為CPU，其仿真結(jié)果針對實際研究更具有參考性；
（2）在Matlab中設(shè)計的控制算法自動生成代碼，自動加載到實時目標機中運行，避免了繁瑣的編程和Debug工作
（3）使用門檻低，會Matlab仿真即可完成實驗測試工作，所有測試工作只需一人即可完成
（4）模型與硬件接口鏈接簡單，只需記住端口編號即可，更不用配置硬件各類細節(jié)，免去一切不必要的麻煩；
（5）性價比高，在同等功能的前提下，YXSPACE成本更低。
（6）具備自主編寫的驅(qū)動庫，可以直接導入到Simulink庫中，用戶可以直接在Matlab軟件中拖動相應的硬件元件庫，將模型中的數(shù)據(jù)直接與硬件對接，無需再花費時間去查詢硬件映射。8種庫文件，可適用于各種工程調(diào)試需求。
（7）模型轉(zhuǎn)換文件的透明化，用戶可直接查看模型轉(zhuǎn)換后的源碼。
4、實物圖片
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