程俊杰，鄭曉丹，羅云霞，方勇耕

(浙江水利水電?？茖W(xué)校，浙江杭州 310018)

0 引言

能源危機(jī)和環(huán)境污染是人類所面臨的兩大問題，《中華人民共和國可再生能源法》將風(fēng)能開發(fā)放在首位，在第十二條中明確指出“國務(wù)院教育行政部門應(yīng)當(dāng)將可再生能源知識和技術(shù)納入普通教育、職業(yè)教育課程”，我校順應(yīng)市場形勢，適時(shí)開辦風(fēng)電專業(yè)，2007年第一批新生入學(xué)，為使專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)落到實(shí)處，加強(qiáng)風(fēng)電專業(yè)學(xué)科建設(shè)，成立了新能源風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目組進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，2008年獲得浙江省財(cái)政資助，建設(shè)了一個(gè)適合專業(yè)教學(xué)要求的風(fēng)力發(fā)電綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以滿足風(fēng)電應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求.

1 風(fēng)力發(fā)電綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

風(fēng)電實(shí)驗(yàn)室建設(shè)經(jīng)費(fèi)不足以購置專業(yè)教學(xué)所需的1.5～2.0 MW并網(wǎng)型變漿距雙饋發(fā)電機(jī)組，當(dāng)時(shí)調(diào)研僅一臺機(jī)組價(jià)格就需千萬元，還沒有包括模擬風(fēng)場及其他配套的建設(shè)費(fèi)用.成品機(jī)組不但價(jià)格高體積大，而且成品機(jī)組沒有風(fēng)能模擬仿真控制系統(tǒng)及軟件，原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)及智能控制等設(shè)備，不適宜開設(shè)實(shí)驗(yàn).為了使實(shí)驗(yàn)教學(xué)與職業(yè)崗位素質(zhì)培養(yǎng)相融合，將基本技能訓(xùn)練與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，引入風(fēng)電工程系統(tǒng)理念進(jìn)行設(shè)計(jì)[1－5］，研制了由模擬風(fēng)場風(fēng)力源系統(tǒng)、環(huán)境測量系統(tǒng)、小風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、并網(wǎng)型雙饋異步風(fēng)力發(fā)電仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成的風(fēng)力發(fā)電綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng).

1.1 模擬風(fēng)場風(fēng)力源系統(tǒng)

模擬風(fēng)力源系統(tǒng)是一個(gè)能產(chǎn)生0～30 m/s無級可變風(fēng)速，及雙向0～1 080°連續(xù)可變風(fēng)向的模擬風(fēng)場[1－2］，可以與MW級雙饋異步風(fēng)力發(fā)電仿真機(jī)組配套實(shí)驗(yàn)，亦可與小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組配套實(shí)驗(yàn).系統(tǒng)包括:大功率高效低噪聲模擬風(fēng)力試驗(yàn)鼓風(fēng)機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)變位、定位裝置，風(fēng)機(jī)變頻器及控制系統(tǒng)，風(fēng)速、風(fēng)向傳感器及測量儀，通訊系統(tǒng)，安全防護(hù)等主要設(shè)備.風(fēng)力源系統(tǒng)由室內(nèi)進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)操控及監(jiān)測.

1.2 環(huán)境測量系統(tǒng)

環(huán)境測量系統(tǒng)包括風(fēng)速、風(fēng)向傳感器及安裝支架，風(fēng)速風(fēng)向儀及聯(lián)接電纜.風(fēng)速風(fēng)向儀用于測量并記錄大氣中風(fēng)速與風(fēng)向，配備(RS232/RS485/USB)三種通訊接口用于與計(jì)算機(jī)建立通訊連接，通過配套的上位機(jī)軟件可遠(yuǎn)程觀測實(shí)時(shí)風(fēng)速風(fēng)向.測量范圍:風(fēng)速:0～70 m/s;精度:±0.3 m/s;風(fēng)向:0 ～360°;精度:±3°.

1.3 小風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

小風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在模擬風(fēng)場安裝4套小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，額定功率300 W;最大輸出功率500 W;起動(dòng)風(fēng)速2 m/s;工作風(fēng)速2－20 m/s.學(xué)生在小風(fēng)電實(shí)驗(yàn)臺上可以對模擬風(fēng)場和小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，在風(fēng)速、風(fēng)向儀上可以實(shí)時(shí)監(jiān)測模擬風(fēng)場的風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)據(jù)[1－2］.同時(shí)可觀察到小風(fēng)力發(fā)電機(jī)帶負(fù)載運(yùn)行實(shí)時(shí)工況.可以實(shí)現(xiàn)就地和網(wǎng)絡(luò)兩種控制方式.

1.4 并網(wǎng)型雙饋異步風(fēng)力發(fā)電仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

并網(wǎng)型雙饋異步風(fēng)力發(fā)電仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是本項(xiàng)目的主體和核心，在沒有現(xiàn)成設(shè)備可購買，也沒有成熟經(jīng)驗(yàn)可借鑒的情況下，通過技術(shù)難點(diǎn)攻關(guān)，成功設(shè)計(jì)建成了國內(nèi)第一套大型雙饋異步風(fēng)力發(fā)電教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng).整體設(shè)計(jì)思路先進(jìn)，功能完善.實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由MW級雙饋異步風(fēng)力發(fā)電仿真機(jī)組、模擬風(fēng)力控制柜、并網(wǎng)開關(guān)柜、雙饋?zhàn)兞鞴?、機(jī)組控制柜、總控臺等主要設(shè)備構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)MW級風(fēng)機(jī)的所有主要功能.該系統(tǒng)引入了風(fēng)電科研“風(fēng)力機(jī)模擬器”的設(shè)計(jì)理念，不但適用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)還可進(jìn)行科學(xué)研究.

2 MW級雙饋異步風(fēng)力發(fā)電仿真機(jī)組設(shè)計(jì)

MW級變槳距雙饋異步變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是目前風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的主流機(jī)型，我們以主流機(jī)組研制的MW級雙饋異步風(fēng)力發(fā)電仿真機(jī)組正面外觀見圖1，重量5.86噸，設(shè)計(jì)有風(fēng)輪、增速齒輪箱、風(fēng)力機(jī)模擬器、雙饋發(fā)電機(jī)、主動(dòng)變槳系統(tǒng)、主動(dòng)偏航系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)、液壓站系統(tǒng)、機(jī)組聯(lián)軸器、減震裝置、機(jī)艙控制柜、塔筒等完整的機(jī)組設(shè)備和控制系統(tǒng)[3－7］.設(shè)計(jì)風(fēng)速范圍:0 m/s～30 m/s;風(fēng)速精度:±0.3 m/s;風(fēng)向精度:±3°;切入風(fēng)速:3 m/s;額定風(fēng)速:13 m/s;切出風(fēng)速:(10分鐘平均值)25 m/s;極端風(fēng)速:(3秒最大值)55.3 m/s.仿真實(shí)驗(yàn)機(jī)組設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)如下:

(1)雙饋異步發(fā)電機(jī)[8］

額定功率15 kW;額定轉(zhuǎn)速1 000 r/min;轉(zhuǎn)速范圍(700～1 300)r/min;定子額定電壓400 V;繞線轉(zhuǎn)子開路電壓400 V;功率因數(shù)調(diào)節(jié)范圍:(1/4－1)額定功率時(shí)的功率因數(shù)=1.

(2)模擬風(fēng)力原動(dòng)機(jī)

采用22 kW它勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，具有散熱風(fēng)機(jī).

(3)增速齒輪箱

齒輪傳動(dòng)比率1∶90;傳動(dòng)效率≥92%;額定輸入扭矩22 000 N.行星齒輪，過盈配合連接等.

(4)主動(dòng)變槳系統(tǒng)

液壓三葉片同步變槳，調(diào)槳范圍:0°～+90°具有集中變槳控制的葉片及對應(yīng)的調(diào)槳軸承和輪轂組成，葉片外形按照MW級風(fēng)機(jī)實(shí)際葉片成比例縮小，西門子PLC控制系統(tǒng).

圖1 MW級雙饋風(fēng)電仿真機(jī)組

(5)主動(dòng)偏航系統(tǒng)

設(shè)計(jì)偏航系統(tǒng)具有風(fēng)輪準(zhǔn)確對風(fēng)及電纜纏繞時(shí)的自動(dòng)解纜等主要功能.偏航系統(tǒng)由偏航軸承、偏航驅(qū)動(dòng)裝置、偏航制動(dòng)器、偏航計(jì)數(shù)器、紐纜保護(hù)裝置等主要部分組成.偏航系統(tǒng)電纜設(shè)計(jì)允許隨機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)，扭轉(zhuǎn)角≤±1 368°.偏航系統(tǒng)在機(jī)組偏航時(shí)設(shè)置合適的阻尼力矩[4］.確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航時(shí)動(dòng)作平穩(wěn)順暢而不產(chǎn)生振動(dòng).由偏航方向計(jì)數(shù)系統(tǒng)給紐纜保護(hù)裝置的解纜操作提供信號和數(shù)據(jù)，確保偏航動(dòng)作時(shí)不會(huì)發(fā)生機(jī)艙和塔架之間連接電纜發(fā)生紐絞.偏航轉(zhuǎn)速是根據(jù)機(jī)組通過偏航系統(tǒng)力學(xué)分析來確定的，能根據(jù)實(shí)際教學(xué)要求實(shí)現(xiàn)變速.仿真機(jī)組按照MW級風(fēng)機(jī)還設(shè)計(jì)了偏航制動(dòng)器，避免振蕩的風(fēng)向變化時(shí)引起偏航齒輪產(chǎn)生振蕩荷載.

(6)風(fēng)力發(fā)電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)

仿真機(jī)組按照MW級雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)有空氣動(dòng)力制動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械液壓制動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組在各種工況下的制動(dòng)特性[5］.

(7)液壓站系統(tǒng)

設(shè)計(jì)了為油缸和制動(dòng)器提供驅(qū)動(dòng)壓力的液壓站系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)由電機(jī)泵組、油箱、蓄能器、過濾器、管路及各種液壓閥等組成，其中比例換向閥采用可靠性高的進(jìn)口產(chǎn)品.油缸主要用于驅(qū)動(dòng)變槳距風(fēng)輪的變距機(jī)構(gòu)，變槳距系統(tǒng)采用比例控制技術(shù)[6］.為保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，液壓站系統(tǒng)主要部件為進(jìn)口元件，液壓系統(tǒng)還具有完整的信號反饋系統(tǒng).

(8)機(jī)組聯(lián)軸器

高速軸設(shè)計(jì)了連桿式彈性聯(lián)軸器;低速軸設(shè)計(jì)了脹套式聯(lián)軸器.

(9)減震裝置

發(fā)電機(jī)與齒輪箱均設(shè)計(jì)裝設(shè)減震裝置，有效減小機(jī)組在各種運(yùn)行工況下產(chǎn)生的震動(dòng).

(10)機(jī)艙控制柜

設(shè)計(jì)了西門子PLC系統(tǒng)機(jī)艙控制器;接受偏航指令，驅(qū)動(dòng)兩組偏航系統(tǒng)工作.還設(shè)計(jì)了處理變槳系統(tǒng)信號采集、進(jìn)行變槳系統(tǒng)計(jì)算，生成變槳給定，與變槳液壓系統(tǒng)及機(jī)艙控制器、主控制器之間的數(shù)據(jù)通訊;機(jī)艙對風(fēng)偏航與塔筒電纜的解纜等功能.設(shè)計(jì)通訊接口ProfiBus－DP，RS－485兩個(gè).

(11)塔筒、機(jī)艙底盤

設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)塔筒結(jié)構(gòu)為筒形，高度1.2 m;φ0.8 m，筒內(nèi)設(shè)計(jì)安裝發(fā)電機(jī)和地面控制系統(tǒng)之間的動(dòng)力電纜、控制和通訊電纜;設(shè)計(jì)機(jī)艙底盤仿典型機(jī)組結(jié)構(gòu)，機(jī)艙底盤支撐整個(gè)機(jī)艙設(shè)備的重量，并將載荷傳遞給塔筒，具有足夠的強(qiáng)度和良好的抗震性.

3 風(fēng)電變流器與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

雙饋異步發(fā)電機(jī)(Doubly-Fed Induction Generator，簡稱DFIG)是一個(gè)高階、多變量、非線性、強(qiáng)耦合機(jī)電系統(tǒng)，性能上有很多同步發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)，交流勵(lì)磁設(shè)計(jì)采用基于磁場定向變換控制技術(shù)的四象限變流器，實(shí)現(xiàn)變速恒頻運(yùn)行和 P、Q解耦控制[7－9］.具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)高，損耗和沖擊少，減少功率變流器容量，電能可在網(wǎng)側(cè)和機(jī)側(cè)實(shí)現(xiàn)雙向傳輸，有功、無功功率獨(dú)立調(diào)節(jié)，柔性并網(wǎng)等多種特點(diǎn)，是MW級變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)用主流風(fēng)電變流器.DFIG定子通過并網(wǎng)開關(guān)直接接入電網(wǎng)，而轉(zhuǎn)子通過四象限雙饋?zhàn)兞髌?網(wǎng)側(cè)逆變器、機(jī)側(cè)逆變器)與電網(wǎng)相連，兩個(gè)DSP分別對機(jī)側(cè)逆變器和網(wǎng)側(cè)逆變器進(jìn)行控制.機(jī)側(cè)逆變器實(shí)施最大功率點(diǎn)跟蹤的解耦控制策略[10］，網(wǎng)側(cè)變流器實(shí)施固定開關(guān)頻率與電網(wǎng)電動(dòng)勢前饋相結(jié)合的雙閉環(huán)控制策略.通過對轉(zhuǎn)子側(cè)變速恒頻多參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制，實(shí)現(xiàn)最大功率輸出.在亞同步轉(zhuǎn)速發(fā)電時(shí)，向轉(zhuǎn)子繞組提供轉(zhuǎn)差電能，定子繞組向電網(wǎng)輸送電能.超同步轉(zhuǎn)速發(fā)電時(shí)，直流環(huán)節(jié)能量轉(zhuǎn)變?yōu)槿嗾医涣麟?，定子和轉(zhuǎn)子繞組同時(shí)向電網(wǎng)輸送電能.雙饋?zhàn)兞飨到y(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2.

圖2 雙饋?zhàn)兞飨到y(tǒng)結(jié)構(gòu)

風(fēng)電變流器的研究是目前國內(nèi)整個(gè)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)研究的重點(diǎn)方向之一，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案構(gòu)建了完整的風(fēng)力機(jī)模擬系統(tǒng)和試驗(yàn)發(fā)電機(jī)，可進(jìn)行雙饋?zhàn)兞髌鞯目刂扑惴ā⑼負(fù)浣Y(jié)構(gòu)等方面的科學(xué)研究.

4 風(fēng)力機(jī)模擬器設(shè)計(jì)

風(fēng)力機(jī)模擬器(Wind Turbine Simulator，簡稱WTS)能在不依賴于環(huán)境和風(fēng)力機(jī)的情況下模擬不同特性的風(fēng)力機(jī)，設(shè)計(jì)可以任意設(shè)定風(fēng)速的變化曲線，在實(shí)驗(yàn)室可以對風(fēng)力發(fā)電機(jī)、功率變流器、最大功率跟蹤(MPPT)算法、先進(jìn)控制技術(shù)等風(fēng)電系統(tǒng)進(jìn)行研究，對新理論、新技術(shù)和風(fēng)電系統(tǒng)及其部件進(jìn)行開發(fā)、驗(yàn)證和測試，同時(shí)可為風(fēng)力發(fā)電及相關(guān)專業(yè)學(xué)生開設(shè)教學(xué)實(shí)驗(yàn).

4.1 根據(jù)特性的相似性分析確定風(fēng)力機(jī)模擬機(jī)

經(jīng)多種電機(jī)特性的相似性分析，確定采用直流電動(dòng)機(jī)模擬風(fēng)力機(jī)特性[11］.

(1)直流電動(dòng)機(jī)與風(fēng)力機(jī)的輸出功率、輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的關(guān)系很相似，都可以用一組以轉(zhuǎn)速為自變量的曲線族表示.改變風(fēng)速，可以改變風(fēng)力機(jī)的輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩;改變電樞端壓，可以改變直流電動(dòng)機(jī)的輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩.

(2)直流電動(dòng)機(jī)的輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩分別與轉(zhuǎn)速成二次方和線性關(guān)系，在某一確定電樞電壓下，存在最佳轉(zhuǎn)速和最佳轉(zhuǎn)矩，使直流電動(dòng)機(jī)輸出最大功率.因此可以模擬風(fēng)力機(jī)特性，當(dāng)風(fēng)速處于切入風(fēng)速到額定風(fēng)速之間的某一定值時(shí)，存在一個(gè)最佳轉(zhuǎn)速，在此最佳轉(zhuǎn)速下具有最佳葉尖速比和最大風(fēng)能利用系數(shù)，此時(shí)風(fēng)力機(jī)具有最大功率和最佳輸出轉(zhuǎn)矩，由此實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕捉.

4.2 應(yīng)用轉(zhuǎn)矩控制指令提高控制精度

綜上所述，功率控制通過控制電樞端電壓Ud來控制直流電動(dòng)機(jī)的輸出功率，但電壓控制受轉(zhuǎn)速、電樞電壓、電樞電流測量精度的影響，功率控制的誤差較大.本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模擬思路是:根據(jù)當(dāng)前風(fēng)速和機(jī)組轉(zhuǎn)速，計(jì)算出風(fēng)力機(jī)的輸出功率或轉(zhuǎn)矩，將其作為直流電動(dòng)機(jī)的控制指令加以執(zhí)行[11］.轉(zhuǎn)矩控制將轉(zhuǎn)矩指令轉(zhuǎn)換為電樞電流指令，目前數(shù)字直流調(diào)速器的功能強(qiáng)大，轉(zhuǎn)矩控制指令可以直接作為直流調(diào)速器的主給定指令，采用轉(zhuǎn)矩控制不但可靠而且控制精度高，因此本風(fēng)力機(jī)模擬采用他勵(lì)直流機(jī)轉(zhuǎn)矩控制方案.

4.3 風(fēng)力機(jī)建模

風(fēng)力機(jī)建模是整個(gè)風(fēng)力機(jī)模擬控制系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一.根據(jù)風(fēng)力機(jī)特性，風(fēng)力機(jī)的數(shù)學(xué)模型如圖3所示.在圖3中，N為齒輪箱變速比，如果是直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，相當(dāng)于N=1.如果不對特定某一機(jī)型的風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行研究，則風(fēng)力機(jī)建模的關(guān)鍵是建立Cp(λ，β)數(shù)學(xué)關(guān)系[12－13］，圖4 和圖5 為本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)風(fēng)力機(jī)模擬器軟件中開發(fā)設(shè)置好的兩種典型的Cp(λ，β)曲線.

4.4 硬件方案

根據(jù)風(fēng)力機(jī)模擬方案以及風(fēng)力機(jī)數(shù)學(xué)模型的確定，風(fēng)力機(jī)模擬系統(tǒng)的硬件主要包括他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)速測量裝置、直流調(diào)速器、控制器、監(jiān)控主機(jī)和人機(jī)界面六個(gè)部分.

(1)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)

直流機(jī)作為風(fēng)力機(jī)模擬的動(dòng)力部分，與轉(zhuǎn)速測量裝置和風(fēng)力發(fā)電機(jī)同軸連接.額定功率與雙饋發(fā)電機(jī)配合.

(2)轉(zhuǎn)速測量裝置

轉(zhuǎn)速測量裝置作為實(shí)驗(yàn)機(jī)組的轉(zhuǎn)速信號檢測裝置，將轉(zhuǎn)速信號傳送給直流調(diào)速器和變流器，要求精度高，線性度好，抗干擾性強(qiáng).

(3)直流調(diào)速器

直流調(diào)速器作為直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，功率設(shè)計(jì)有一定的裕量;控制功能上具有轉(zhuǎn)速、電流(轉(zhuǎn)矩)雙閉環(huán)控制，根據(jù)風(fēng)力機(jī)模擬方案，調(diào)速器可將轉(zhuǎn)速環(huán)旁路，單獨(dú)使用轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制等;此外還設(shè)計(jì)有完善的保護(hù)功能和通信功能.

(4)控制器

系統(tǒng)控制器采用西門子S7－300系列PLC，采用S7－314型主機(jī)，帶集成數(shù)字量和模擬量I/O以及PROFIBUS DP主站/從站接口的緊湊型CPU;有與過程相關(guān)的功能;可以完成具有特殊功能的任務(wù);可以連接單獨(dú)的I/O設(shè)備

5 監(jiān)控主機(jī)和人機(jī)界面

監(jiān)控主機(jī)作為整個(gè)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的監(jiān)控主機(jī)，同時(shí)也是風(fēng)力機(jī)模擬系統(tǒng)監(jiān)控軟件的運(yùn)行平臺，設(shè)計(jì)有豐富的通信接口，能與風(fēng)力機(jī)模擬系統(tǒng)控制器、變流器構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò);人機(jī)界面實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、各類型曲線和報(bào)表，各類控制參數(shù)也通過人機(jī)界面進(jìn)行設(shè)置.

工業(yè)平板電腦(IPPC)作為一種新型工業(yè)人機(jī)界面，兼具工控機(jī)和觸摸屏的優(yōu)點(diǎn)，支持 Windows2000、WindowsXP等通用操作系統(tǒng)或WinCE等嵌入式操作系統(tǒng)，故完全滿足通用組態(tài)軟件和PLC編程軟件對PC機(jī)硬件和運(yùn)行環(huán)境的要求.

6 監(jiān)控系統(tǒng)軟件

軟件包括兩個(gè)部分，一部分是監(jiān)控主機(jī)中運(yùn)行的監(jiān)控軟件，基于力控ForceControl6.1監(jiān)控組態(tài)軟件設(shè)計(jì);另一部分是PLC控制程序，在S7－300專用編程軟件STEP 7－V5.4中設(shè)計(jì).

7 結(jié)語

風(fēng)力發(fā)電綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是一套理論緊密結(jié)合實(shí)踐的教學(xué)實(shí)驗(yàn)載體，針對目前缺少風(fēng)電專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的情況下，我們研制了大型變槳距雙饋異步變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及配套電控設(shè)備為主體的綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，整體設(shè)計(jì)思路先進(jìn)，功能完善，縮比設(shè)計(jì)仿真度高，不僅外型美觀，現(xiàn)場感強(qiáng)，而且可以實(shí)現(xiàn)MW級風(fēng)機(jī)的所有主要功能.該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了“風(fēng)力機(jī)模擬器”，在室內(nèi)環(huán)境無法采用風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的情況下實(shí)施仿真機(jī)組按照“風(fēng)輪機(jī)”特性運(yùn)行.實(shí)現(xiàn)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)、并網(wǎng)、運(yùn)行、停機(jī)等系統(tǒng)測量控制以及雙饋風(fēng)力機(jī)特性、偏航系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)、雙饋?zhàn)兞髌?、并網(wǎng)發(fā)電及電能質(zhì)量、計(jì)算機(jī)監(jiān)控等方面實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富，覆蓋面廣.系統(tǒng)保護(hù)功能完善，可靠性較高.在機(jī)艙控制柜，模擬風(fēng)力控制柜和機(jī)組控制柜均有緊急停機(jī)開關(guān)，總控臺設(shè)有系統(tǒng)開關(guān)，遇到緊急情況可以立即停止全系統(tǒng)工作.監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建先進(jìn)，穩(wěn)定.主干網(wǎng)絡(luò)采用了先進(jìn)的現(xiàn)場總線技術(shù):ProfiBus_DP.機(jī)組主控制器采用了MW級風(fēng)機(jī)使用的高端主控制器.由于通信協(xié)議使用的廣泛性和完全透明，加上監(jiān)控軟件采用通用組態(tài)軟件設(shè)計(jì)，因此系統(tǒng)具有良好的開放性，可以作為教師科研試驗(yàn)平臺.機(jī)組控制技術(shù)要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有典型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究價(jià)值.

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