一、产品概述
双馈缩比风力发电实验系统采用双馈发电机组，用于仿真模拟风力发电机的工作过程，使用户建立对风力发电机整体的认识和工作原理的理解。模拟变速恒频风力发电机组的运行模式，包括模拟偏航、变桨距系统，机组传动系统，制动系统等，具有以实验为目的模拟机组待机、同步、并网、发电、脱网等分步运行控制。可以完成大功率双馈风电机组的风力机模拟和运行操作训练。

上图为双馈风电模型及控制系统（仅限参考）

1.1 系统功能
?  模拟真实风力发电机的不同风速下发电状态与运行状态；
?  模拟真实风力发电机的启动、停止、运行及并网过程；
?  模拟真实风力发电机与电网、分布式电源的互动运行、自启动/停机运行；
?  模拟真实风力发电机的主控系统，支持远控/就地启停、参数等操作；
?  测量系统的关键电气参数，实时记录和图形显示关键电气参数，支持离线数据分析；
?  包含并网开关，可实现空载并网；
?  支持变流器网侧有功、无功功率解耦控制；
二、产品特点
1)      模拟真实风力发电机的启动、并网、正常运行、超速、能量转换和停机过程，具备模拟机组变速调节能力，有功、无功的调节能力；
2)      风速模型不仅可设定典型几种风速曲线，支持导入实际测量得到的风速―时间数据；
3)      FaceView实验主控软件执行机组运行状态流程控制和数据记录、显示、系统监控等功能；
4)      实现风速和风力机模拟，机组并网控制，机组最大功率运行控制，机组恒速运行，机组限功率运行，机组低电压穿越，机组脱网控制等控制功能；
5)      背靠背变流器可实现直流侧电压的初始状态进行设定，实现单位功率因数并网，实现风力发电机在故障条件下不脱网运行，低电压穿越的功能，支持风机的低电压穿越实验;
6)      软件分析风力发电的数据与运行特性，能够显示异常时的故障原因；
7)      RS485接口，提供开放式MODBUS规约接入监控系统；
8)      完善的保护功能，包括过电压保护、过电流保护、过温保护、超速保护、短路保护，可以实现低电压穿越以及外接电源电压不稳定时保护实验；
注：带醒目的危险标识，如：有电危险、运行时请勿打开、严谨带电操作等。

双馈实验系统结构图
二、系统运行技术参数
2.1 工作条件
?  输入电压：三相四线～380V±10%  50Hz
?  装置容量：≤5.0kW
?  海拔：0～2000m；
?  环境温度：-10℃～＋50℃；
?  环境相对湿度: 10～90%(25℃)；
?  大气压力范围：1个标准大气压范围；室内安装；
?  平台必须水平安装；
?  设备正常使用年限：≥20年；
?  环境要求：环境通风良好，不含易燃、腐蚀性气体；
2.2 实验平台的基本尺寸：
?  主控柜：800×800×2000；（长×深×高，mm）
?  监控柜：800×800×2000；（长×深×高，mm）
?  风力发电机仓：2500×1500×1500；（长×宽×高，mm）
?  设备总重量：控制柜约400KG×2台；模拟机仓重约≤2.5(吨)
注：实验平台分两排布置或单排横向布置，预计占地面积 5m×4m
2.3 定制双馈变流器系统
风电变流器包括双馈风机变流器、全功率变流器和PWM整流器，均为我司自主研发，根据高校和研究所客户要求定制开发，具有功能完善、产品可靠、开放性强、保护严格等特点。

  
双馈风电机控制柜图及变流器内部图

模拟风力发电系统的变流器由AC-DC-AC PWM变换器来实现，前级交流输入可选接入交流/直流电网，根据设定的风速，将相应能量注入到直流母线上，后级交流输出接交流母线，将输入的能量注入到配电/微电网。该变流器为定制产品，根据用户的要求设计，功能特点如下：
?  机侧矢量控制，网侧矢量解耦P/Q控制；
?  电网电压在-3%～+7%范围内波动时能正常运行；
?  并网满载电流总谐波畸变率5%以下；
?  过流/过压/过温保护，分硬件保护和软件保护；
?  具备低电压穿越功能；
?  提供直流侧外接其他电气设备的接口；
?  支持电网不平衡度小于 10%时正常发电运行；
?  支持较宽的运行速度范围：700-2000RPM；
   5.0 kW背靠背变流器主要指标

2.4 设备主要配置参数

2.5主控柜
主控柜包括英威腾 GD-35 变频器、工控机及其它电气元件。

2.5.1 工控机

系统配置高性能工控机一台，具有上位机控制功能，预留通讯接口：RS485  Modbus_RTU规约。

2.5.2 驱动变频器

选用英威腾GD35系列高性能变频器作为电机驱动,该驱动变频器参数如下表所示：

2.5.3 PhaseView主控软件

PhaseView实验主控软件具有风速特性模拟和风机主控功能，能模拟几种典型风速如：微风、阵风、持续大风、持续中速风、或四种风速合成特性。用户可以自由定制风力机特性，选配可以导入实际的测风仪数据。主控功能实现机组并网控制，恒速运行，限功率运行，降功率运行，机组脱网控制。
PhaseView监测以下参量：
?    风速、风轮转速
?    驱动电机转子速度、电流、电压、功率
?    发电机转子速度、电流、电压、功率
?    变流器直流电压
?    网侧变流器输出电压、电流、功率
?    电网电压、电流

2.5.4双馈变流器柜
?  主电路采用美国TI公司生产的DSP芯片、进口IGBT模块、驱动保护为进口机芯,控制电路安全可靠；
?  采用SVPWM脉宽调制技术，纯净正弦波输出，自动与电网同步跟踪，功率因数接近1，电流谐波含量低，对公共电网无污染，无冲击；
?  逆变并网电流闭环控制，可控可调；
?  直流电压范围宽，适应不同场合需求；
?  具有全方位的电源保护方案和完善的自我检测和保护功能。在出现系统故障时将停止并网逆变；
?  电路结构紧凑、最大效率94%；
?  RS485通讯，上位机监控，实现远程数据采集和监视；

 
三、双馈系统低电压穿越与实验
3.1 电网电压跌落的危害对双馈风电机组来说：
?  出现的过电流会损坏电力电子器件；
?  DC端过电压，将威胁直流侧元器件；
?  附加的转矩、应力过大则会损坏风电机组的机械部件；
对电网来说：
?  引起电网频率降低；
?  引起电网线压降低；
?  引发联锁效应，导致大面积电网瘫痪。
3.2 低电压穿越LVRT定义及意义
当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落时，在电压跌落的范围内，风电机组能够不间断并网运行。
它对系统由较为重要的意义：
?  风机能够不脱网持续运行；
?  能够对电网进行动态无功功率Q支撑；
?  有助于有功功率P恢复；
3.3 国内低电压穿越标准
对于低电压穿越，要求如下图所示，方案完全遵循此标准：

低电压穿越标准
?  并网点电压跌至20%额定电压时，保证不脱网连续运行625ms ；
?  跌落后2s 内恢复到额定电压的90%时，不脱网连续运行。
?  无功支撑：响应时间不大于75ms，持续时间不少于550ms ；无功电流满足IT≥1.5×（0.9-UT）IN ，（0.2≤UT≤0.9）
?  有功恢复：故障切除后以至少10%额定功率/秒的功率恢复到故障跌落前的功率；
3.4 低电压穿越LVRT实验方案介绍
主要为在变流器上添加Crowbar和Chopper电路，并在变流器中进行相应控制：
?  Crowbar：其响应时间短，能够保护变流器IGBT、吸收和衰减畸变电流和谐波电流
?  Chopper：主要考虑单管吸收回路的设计，不同于Crowbar的投切工作方式，Chopper装置在运行过程中会进行100Hz左右的斩波动作，大电流关断时的尖峰很容易导致IGBT过压实效。因此设计了RCD吸收回路和低感功率回路。

双馈机组Crowbar

双馈机组Chopper
其软件部分逻辑如下：

双馈机组LVRT软件逻辑

低穿实验波形1

低穿实验波形2

低穿实验波形3
四、双馈系统实验主控软件
FaceView实验主控软件具有风速特性模拟和风机主控功能，能模拟几种典型风速如：微风、阵风、持续大风、持续中速风、或四种风速合成特性。主控和风机模拟的参数修改权限向用户开放，用户可以自由定制风力机特性，选配接收实际的测风仪数据。主控功能实现机组并网控制，恒速运行，限功率运行，降功率运行，低电压穿越，机组脱网控制。
FaceView监测以下参量：
?  风速、风轮转速；
?  驱动电机转子位置／速度、电流、电压、功率、输出转矩；
?  发电机转子位置／速度、电流、电压、功率、输出转矩；
?  变流器直流电压；
?  网侧变流器输出电压、电流、功率；
?  电网电压、电流、功率。

风力发电模拟界面

曲线观测界面

参数设定界面

低电压实验
五、开放双馈风电变流器系统（说明）
算法类的函数开放，用户可以按照自己的算法修改、调用，如整流、逆变、电机控制的SVPWM和低电压穿越算法。
开放内容如下：
1)   双馈变流器所有电路板硬件原理图及BOM表(pdf版本)：控制板，电源板，信号板，电容板；
2)   双馈变流器柜电气原理图及BOM表(pdf版本)；
3)   开放控制板的debug接口，客户可以烧写自己的程序；
4)   双馈变流器通讯协议(RS485)（免费）；
5)   双馈变流器使用手册(免费)；
双馈变流器软件低电压穿越算法、整流器SVPWM算法和电机控制SVPWM算法的工程源文件，包括程序主框架、硬件驱动功能、硬件配置功能、通讯功能、保护功能、编码器功能、采样功能、锁相环功能、滤波函数等。低电压穿越算法、整流器SVPWM算法和电机控制SVPWM算法用户可以修改、调用。
双馈风电实验系统现场图如下：

缩比模型外观图 （仅供参考）
六、配套教学资源
A、在线教育课程开放平台（具有软件著作权，配1个登录帐号）:
1）本系统是互通教学多元化管理平台，将用户传统的各个平台系统实施整合，集中互通管理，解决多平台、多账号难以管理、数据库分散无法集中统计等问题。系统包含了：在线教务管理系统、在线课程资源管理平台、在线习题库平台、在线考试考核平台、线上视频课程管理平台及线上虚拟仿真教学管理平台，真正意义的一站互通数据集中统计！
2）课程资源：多个微课视频实拍采集教学视频素材，后期影视包装，片头10秒左右，片尾5秒左右，视频尺寸不低于1920*1080，视频格式MP4、FLV等；多个虚拟仿真内容采用unity引擎开发，在pc端win系统上运行（win7、win8、win10，注不包含win xp）软件。
3）为了教学的统一性要求在线教育平台与实训装置是同一个生产商！
4）微课内容不少于20课时.
B、新能源系统教学软件（要求具有软件著作权）
 一、多媒体教学软件概述
1、通过该软件可以系统性学习太阳能光伏硅材料、电池片、光伏组件、光伏组件附属材料、光伏应用产品等全部系列光伏知识内容。
2、配备文字与动画展示并介绍从原材料至成品包括中间环节加工工艺等与使用方法。
3、多媒体系统自带语音讲解，图、文、声并茂展示讲解、与系统所述文字同步播放，帮助教师对光伏发电课程教案的快速编写，提高学生对新能源专业知识快速掌握和快速学习。
4、多媒体软件组成
(1)太阳能光伏硅材料讲解与展示系统
主要功能
1、可以展示各种太阳能光伏电池使用的硅材料实物；
2、配备文字与动画展示各种材料的生产工艺与使用方法
3、目录（约11课时）
?     光伏硅产品基本情况介绍
?     硅单质性质：包括硅的物理性质、化学性质、硅的分类与应用
?     硅化合物性质：包括二氧化硅、一氧化硅、硅的卤化物、三氯氢硅、硅烷等
?     硅的生长原理及定型
?     硅的提纯方法：包括化学提纯与物理提纯方法
?  多晶硅的制备及其缺陷和杂质：包括冶金硅级制备、高纯多晶硅制备、铸造多晶硅制备
?     单晶硅的制备及其缺陷和杂质：包括单晶硅生长、单晶硅的杂质与缺陷
?     单晶硅与多晶硅加工方法
?     硅薄膜材料：包括非晶硅薄膜材料、多晶硅薄膜材料
?  硅材料的测试与分析方法：包括导电型号测量、电阻率测量、少子寿命测量、霍尔系数的测定、迁移率的测量、化学性能分析、晶体结构分析等
?  硅材料测试与分析依据标准（GB标准、UL标准、IEC标准、SEMI标准）
(2)太阳能光伏电池片讲解与展示系统
主要功能
1、可以展示各种太阳能光伏电池片；
2、配备文字与动画展示各种电池片的生产工艺与使用方法
3、目录（约9课时）
6)   太阳能电池片基本情况介绍
7)   太阳能电池片基本结构分析
8)   太阳能电池片分类
9)   晶体硅太阳能电池片生产工艺：包括生产方法与生产设备介绍
10)  晶体硅太阳能电池片生产主要原材料
11)  太阳能电池片测试技术与方法：包括测试方法与测试设备介绍
12)  太阳能电池片测试依据标准
(3)太阳能光伏组件讲解与展示系统
1、可以展示各种太阳能光伏光伏组件；
2、配备文字与动画展示各种光伏组件的生产工艺与使用方法
3、目录（约10课时）
?  太阳能电池组件基本介绍
?  太阳能电池组件的分类及各种组件的优缺点
?  太阳能电池组件的生产工艺介绍及相关设备
?  太阳电池组件的评定标准
?  太阳能电池组件的测试方法与测试设备
?  太阳能电池组件的发展方向
(4)太阳能光伏组件附属材料讲解与展示系统
主要功能
1、可以展示各种太阳能光伏光伏组件附属材料；
2、配备文字与动画展示各种光伏组件附属材料的生产工艺与使用方法
3、目录（约7课时）
1)    太阳能组件附属设施情况介绍
2)    太阳能组件对钢化玻璃的具体要求
3)    太阳能组件对支架铝型材的具体要求
4)    太阳能组件对EVA封胶的具体要求
5)    太阳能组件对TPT背板的具体要求
6)    太阳能组件附属设施检测方法
7)    太阳能组件附属设施测试标准
* 二、展示与讲解内容目录（图、文、声并茂）：
2.1 太阳能光伏应用产品讲解与展示系统（约5课时）
2.1.1 太阳能发电系统：
2.1.2 家用太阳能发电机直流系统多媒体电视机
2.1.3 太阳能便携电源：
2.1.4 太阳能杀虫灯
2.1.5 太阳能警示灯
2.1.6 太阳能野营灯
2.2 太阳能光伏发电基本原理
2.3 太阳能光伏发电系统组成部分介绍
2.4 太阳能光伏发电系统设计方法
2.5 太阳能光伏电站施工建设方法
2.5.1、项目前期考察 
2.5.2、项目建设前期资料及批复文件 
第一阶段：可研阶段 
第二阶段：获得省级/市级相关部门的批复文件
第三阶段：获得开工许可 
2.5.3、项目施工图设计 
2.5.4、项目实施建设 
2.5.5、带电前的必备条件 
2.6太阳能光伏并网电站介绍
2.6.1、光伏并网电站简要描述 
2.6.2、光伏并网电站设备组成 
2.6.2、光伏并网电站设备功能 
2.7 家用型太阳能电站建设方案
2.7.1、项目概述 
2.7.2、方案设计 （附详细方案设计）
（一）用户负载信息
（二）系统方案设计 
（三）效益计算：  
2.8 逆变器基本原理介绍
2.9 控制器基本原理介绍
主要作用：
在小型光伏系统中，用来保护蓄电池；在大中型系统中，起平衡光伏系统能量、保护蓄电池及整个系统正常运行等；
光伏控制器应具有以下功能：
①防止蓄电池过充电和过放电，延长蓄电池寿命；
②防 止太阳能电池板或电池方阵、蓄电池极性接反；
③防止负载、控制器、逆变器和其他设备内 部短路；
④具有防雷击引起的击穿保护；
⑤具有温度补偿的功能
⑥显示光伏发电系统的 各种工作状态，包括：蓄电池（组）电压、负载状态、电池方阵工作状态、辅助电源状态、 环境温度状态、故障报警等。
?  光伏控制器按电路方式的不同，可分为并联型、串联型、脉宽调制型、多路控制型等；
?  按组件输入功率分：小功率型、 中功率型、大功率型及专用控制器（如草坪灯控制器）等；
光伏控制器性能特点：
1.小功率光伏控制器
?  控制器的主要开关器件；
?  运用脉冲宽度调制（PWM)控制技术；
?  具有单路、双路负载输出和多种工作模式；
?  具有多种保护功能；
?  系统工作状况、蓄电池的剩余电量等的变化；
?  具有温度补偿功能
2、中功率光伏控制器
?  负载电流大于15A的控制器为中功率控制器。
?  系统状态显示；
?  可编程设定负载的控制方式；
?  多种保护功能；
?  浮充电压的温度补偿功能；
?  具有快速充电功能；
?  普通充放电工作模式、光控开/关、光控开/时控关工作模式
3、大功率光伏控制器
?  大功率光伏控制器采用微电脑芯片控制系统，控制功能更强，可实现复杂过程控制。
光伏控制器主要技术参数：
系统电压、最大充电电流、太阳电池方阵输入路数、电路自身损耗、充满断开或过压关断电压（HVD) 、欠压断开或欠压关断电压（LVD)、蓄电池充电浮充电压、温度补偿、使用或工作环境温度范围、其他保护功能
控制器的额定负载电流：
即控制器输出到直流负载或逆变器的直流输出电流。该数据要满足负载或逆变器的 输入要求。
C、实验室智慧用电安全控制系统1套
智能电源管理系统具有过温、短路、过流、过压、欠压、失压、功率限定7大保护功能；电源具有一键锁定功能，处理故障时，防止漏电保护器合闸，造成触电危险；电源具有故障锁定功能，发生故障导致跳闸时，不能人为上电，只能通过远程清除故障后，才能上电成功；能通过无线4G和有线以太网与手机APP和PC端云平台通讯，没有网络的情况下，教室整套智能电源管理系统可离线独立运行。
1、智能终端：智能电源管理系统以32位ARM为核心，采用4.3寸彩色触摸屏为人机交互界面，实时监控设备运行情况，提供Zigbee、CAN等多种通信模式，具备语音播报功能。能实时监测三相电压、电流、功率，功率因数、频率、电能等参数，液晶触摸屏监测数值。能监控实验室电源的故障类型和故障次数；设备时间管理包含年月日时间的显示；用户通过刷卡方式请求开启设备，PC端进行授权之后，设备可启动使用，PC端可分时预约设备的启动和停止！
2、手机APP：用电状态界面实时显示当前电压、电流、有无功功率、电能、设备温度、漏电电流值等；用电数据界面能智能查找近2年用电数据，设置界面能设置限定电能值、负载值、设备超温值、过欠压值、过欠压恢复时间值等。后台查看报警日志、操作日志、故障日志等。控制：可在微信小程序中远程控制智能开关的通断。
3、PC端软件：每个设备状态信息显示，具有多个子界面，具有故障分析，用电能效分析、集中管理、个人中心资料管理、用户报警定位跟踪与信息统计；具有管理员信息修改与权限管理等功能。可一键开启和关闭所有设备，可单独控制每台设备的开关！
4、后台系统：包含账号管理、设备管理、报修管理、用户管理，设备管理：①、包含监控管理：实时视频监控每个教室，可一键预览所有设备的在线和运行情况，分析设备使用率及运行时间！②、包含设备节点：可显示设备所在位置、编码名称、挂载情况、用户编辑、用户查询等。
5、报修管理：用户可进行远程报修，反应设备故障信息，编辑报修情况，后台可进行远程维护，及时跟进，以有效解决用户设备维护。
6、用户管理：可连通手机号，对账户进行一对一的安全加密，实名认证，防止账户泄密、防盗，现场数据连接云平台后台数据库管理。
七、可开设实验及科研教学内容
1)        自然风模拟实验
2)        低电压穿越实验
3)        低电压穿越算法研究
4)        并网过程及连续实验
5)        亚同步速、超同步速运行控制实验
6)        空载、并网、脱网运转实验
7)        风力发电并网功率因素调节
8)        三相交流变频输出实验
9)        自动、手动偏航实验
10)    模拟变桨控制实验
 实验项目表