一、概（gài）述大型風力發電係（xì）統（tǒng）實訓平台參照兆瓦級風機控製係統設計，具有形象的物理仿真對象，創造了良好的（de）實訓環境，包括一套風力發電機模擬對象和四台控製櫃。1、風機（jī）對象模

一、概述

大（dà）型風力發電係統實訓平台參照兆瓦級風（fēng）機控製係統設計（jì），具有形象的物理仿真對象，創造了良好的實訓環境，包括一（yī）套（tào）風力發電機（jī）模擬對（duì）象和四台（tái）控製櫃。

1、風機對象模型（MW級見機結構，可實現主動偏航和獨立變槳功能）；

2、能源管（guǎn）理、監控管理及氣象站、偏航變槳控製（zhì）係統（tǒng）、能源轉換儲存控（kòng）製係統、風能變流器係統。可以實現風機變槳係統（tǒng）、電氣係統、偏航係統的（de）控製過（guò）程實訓和風機（jī）的整機運行（háng）演示（shì）。可用於職業院校學生的風力發電電動變槳偏航裝置電氣控製操（cāo）作及電氣故障、風電並（bìng）網控（kòng）製技術培訓，也可用於風電檢修工技能鑒定培訓。

實訓平台各部分通過電纜連接，可（kě）組成一套（tào）既能演示又能動手設計、安裝（zhuāng）、調試的風力發電實訓係統。

二、大型風力發電係統實訓設備組成

大型風（fēng）力發電係統實訓（xùn）平台台主要由模擬光（guāng）源跟蹤裝置、模（mó）擬風能裝（zhuāng）置、模（mó）擬能源控製係統、能源轉換儲存控製係統、並網逆變控製係（xì）統和能源監控管理係（xì）統六個（gè）部分組成。大型風力發電係統實（shí）訓平台（tái）采用模塊（kuài）式結構，各裝置和係統具有獨立的功能，可以組（zǔ）合成光伏發電實訓平台、風力發電實訓平台。

1、設備尺寸： 模擬光源跟蹤裝置  2000mm×1500mm×2000mm

模擬風能裝置   1300mm×1100mm×2600mm

實訓（xùn）櫃（guì）（4個（gè））  3200mm×650mm×2000mm

2、場地麵積：25平方米

三、各單元介紹

1、模擬（nǐ）風能裝置

(1)、模擬風能裝（zhuāng）置（zhì）的組成

模擬風能裝置主要（yào）由葉片、輪轂、發電機、機艙、尾舵、側風偏航（háng）控製機構、直流電動機（jī）、塔架（jià）和基礎、測速儀、測速儀支架、軸流風機、軸流風機支架、軸流風機框罩（zhào）、單相交流（liú）電動機（jī）、電容器、連杆、滾輪（lún）、萬向輪（lún）、微（wēi）動開關和接近開關（guān）等設備與器件組成。

葉片、輪轂、發（fā）電機、機艙、尾舵和側風偏航控製機構組裝成水平（píng）軸永磁同步風力發電（diàn）機，安裝在塔架上。軸流風機支架、軸（zhóu）流風機框罩、測速儀、測速儀支架、傳動齒輪鏈機構（gòu）、單相交流電動機、滾（gǔn）輪和萬向輪等組成。軸流風機（jī）和軸（zhóu）流（liú）風機框罩安裝在風場運動機構箱體上部，傳動齒輪（lún）鏈機構、單相交流電動機、滾輪和萬向輪組成風場運（yùn）動機構。

風力發電機利用尾舵實現被動偏航迎風，使風力發電機輸出最大電能（néng）。測速儀檢測風場的風量，當風場的風量超過（guò）安全值時（shí），側風偏航控製機（jī）構動作（zuò），使尾舵（duò）側風45?，風（fēng）力發電機葉片轉速（sù）變慢。當風場的風量（liàng）過大時，尾舵側風90?，風力發電機處於製動狀態（tài）。

2、模擬（nǐ）能源控製係統

（1）、光伏供電單元

1)、係統的組成

模擬能源控（kòng）製係統主要由光伏電源控製單元、光（guāng）伏輸出顯示單元、觸摸屏、光伏（fú）供電控製單元、ARM控製單元、接口單元、西門子S7-200PLC、繼電器組、接線排、蓄電池（chí）組、可（kě）調電阻、斷路器、12V開關電源、網孔架等組成。如圖3所示。

2)、控製方式（shì）

光伏供電控製（zhì）單元的追日功能有手動（dòng）控製盒自動控製兩個狀態，可以進行手動或自動（dòng）運行光伏（fú）電池組件雙軸跟蹤、燈狀態、燈運動操作。

3)、ARM控製（zhì）單元和接口單元

蓄電池的充電過程及（jí）充電保護由ARM控製單元（yuán）、接（jiē）口單元及程（chéng）序（xù）完成，蓄電池的放電保（bǎo）護由ARM控製單元、接口單元及繼電器完成，當蓄電池放電電壓低於（yú）規定值，ARM控製單元輸（shū）出信號驅動（dòng）繼電器工作，繼電器常（cháng）閉觸點斷開，切斷蓄（xù）電池的放電回路。

（2）、風力供電單元

1)、風力供電（diàn）單元（yuán）的組成

風力供電單元主要（yào）由風電電源控製（zhì）單元（yuán）、風電輸出顯示單元、觸摸屏、風（fēng）力供電控製（zhì）單元、ARM控製單元、接口單元、西門子S7-200PLC、繼電器組、接線排、可調電阻、斷路器、網孔架等（děng）組成（chéng）。

2)、控（kòng）製方式（shì）

風力供電控製單元的偏航功能有手動和自動兩（liǎng）個狀態，可以進（jìn）行手動或自動可變風向操作。

可變風量（liàng）是由變頻器控製（zhì）軸流風機實現（xiàn）。手動操作變（biàn）頻器操作（zuò）麵板上的有關按鍵，使變頻器（qì）的輸出頻率在0-50Hz之間變化，軸流（liú）風機轉速在0至額（é）定轉速（sù）範圍內變化，實現可變風量輸出。

3)、ARM控製單元和側風偏航

風力發電機風輪葉片在氣流作（zuò）用下產生力矩驅動風輪（lún）轉動，通過輪轂將扭矩輸入（rù）到傳動係統（tǒng）。當風速增加超過額定風速時，風力發電機風輪轉速過快，發電機可能（néng）因超（chāo）負荷而燒毀。

對於定槳（jiǎng）距風輪，當風速增加（jiā）超過額定（dìng）風速時，如果氣流與葉片分（fèn）離，風輪（lún）葉片將處於"失速"狀態，風力發電機不會因超負（fù）荷（hé）而燒毀。

對於變槳距風輪，當風速增加時，可根據風（fēng）速的變化（huà）調整（zhěng）氣（qì）流對葉片的攻角。當風速超過額定風速（sù）時，輸出功率可穩定地保持在額定（dìng）功率上。特別是在大風的（de）情況下（xià），風力機處於（yú）順槳狀態，使槳葉和整機的受力狀況大為改善。

小型風力發（fā）電機多數是定槳距風輪，在（zài）大風的情況下，采用側風偏（piān）航控製使氣（qì）流與（yǔ）葉片（piàn）分離（lí），使風輪葉片處於"失速"狀態，安全地保護風力發（fā）電機。另外（wài），還可（kě）以通過側風偏航控製風力發電機保持恒定功率輸出。

（3）、風力供電單（dān）元

1） 風力供電單元的組成

風（fēng）力供電（diàn）單元主要由風電電源控製單元、風電輸出顯示單元、觸摸屏、風力供電控製單元、ARM控製單元、接口單元、西門子S7-200PLC、繼電器組、接線排（pái）、可調電阻、斷路器、網孔架等（děng）組成。

2） 控製（zhì）方式

風力（lì）供電控製單元的（de）偏航功能有手動和自（zì）動兩個狀態，可以進行手動或自動可變風向操作。

可變風量是由變頻器控（kòng）製軸流風機實現。手動操作變頻器操作麵（miàn）板上（shàng）的（de）有關按鍵，使（shǐ）變頻器（qì）的輸出頻率在0-50Hz之間變化，軸流風機轉速在0至額定轉速範圍內變化，實現可變風量輸出（chū）。

3） ARM控製單元和側風偏航

風力（lì）發電機風輪葉片在氣流作用下產生（shēng）力矩驅動風輪轉動，通過輪轂將扭矩輸（shū）入到傳動係統。當風速增加超過（guò）額定風速時，風力發電機（jī）風輪轉速過快，發電機可能因超負荷而燒毀。

對於定槳距風輪，當風速增（zēng）加超過額定風速時（shí），如果氣（qì）流與葉片分離，風輪葉片將處於（yú）"失（shī）速（sù）"狀（zhuàng）態，風力（lì）發電機不（bú）會因超負荷而燒毀。

對於變槳距風輪，當風速增加（jiā）時，可根據風速的（de）變（biàn）化調整氣流對葉（yè）片的攻角。當風（fēng）速超（chāo）過額定風速時，輸出功（gōng）率可穩定地保持在額定功率上。特別（bié）是在大風的情況下，風力機處（chù）於順槳狀態，使（shǐ）槳葉和整機的受力狀（zhuàng）況大為改善。

小型風力發電機（jī）多數是定槳距（jù）風輪，在（zài）大風的情況下（xià），采用側風偏航控製使氣（qì）流與（yǔ）葉片分離，使風輪葉片處於"失速"狀態，安全地（dì）保護風力發（fā）電機。另外，還可以通過側風偏航控製風力發電機保（bǎo）持恒定（dìng）功率輸出。

4）、蓄電池組

蓄電池組選用4節閥控密封式鉛酸（suān）蓄電池，主要參數（shù）：

容（róng）量   12V 24Ah

重量   1.9kg

尺寸   345mm×195mm×20mm

3、並網逆變、負載控製係（xì）統

(1)、係統的組成

逆變（biàn）與負載係統主要由逆變電源控製單元、逆變輸出顯示單元、逆變器、逆變器參數檢（jiǎn）測模塊、變頻器、三相交流電機、發光管（guǎn）舞台燈光（guāng）模塊、警示（shì）燈、接線排、斷路器、網孔架等組成。

1)、 逆變電源控製單元

逆（nì）變（biàn）電源控（kòng）製單元主要由斷路器、+24V開關電源、AC220V電源插座、指示燈、接線端子（zǐ）等組成。

2)、 逆變輸（shū）出顯示單元

逆（nì）變輸出顯示單元主要（yào）由交（jiāo）流電流表、交流電壓表、接（jiē）線端等組（zǔ）成（chéng）。

3)、 逆變與負載係統主電路（lù）

逆變與（yǔ）負載係統主要由（yóu）逆變器、交流調速係統、逆變器測試模塊（kuài）、發光管舞台燈光模塊和警示燈（dēng）組成。

逆變器的輸入由光伏發電係統、風力（lì）發電係統或蓄電池提供，逆（nì）變器輸出單相（xiàng）220V、50Hz的交流電源。交流調速（sù）係統由變頻器和三相交流電動機組成，逆變器的輸出AC220V電源是變頻器的（de）輸入電源（yuán），變頻器將（jiāng）單相AC220V變換為三相AC220V供三相交流電動機（jī）使用。逆變（biàn）電（diàn）源（yuán）控製單元的AC220V電源由逆變器提供，逆變電（diàn）源控製單元輸出的DC24V供發光管舞台燈光模塊使用。逆變器測試模塊用（yòng）於檢測逆變器的死區、基波、SPWM波形。

(2)、逆變器（qì）

逆（nì）變器是將低壓直流電源（yuán）變換成高（gāo）壓（yā）交流（liú）電源的（de）裝置，逆變器的（de）種類（lèi）很多, 各自的具體工作（zuò）原理、工作過程不盡相同。本實訓裝置使用的逆變器由DC-DC升壓PWM控製（zhì）芯片單元、驅動+升壓功率MOS管單元、升壓變壓器、SPWM芯片單元、高（gāo）壓驅動芯片單元、全橋逆變功率MOS管單元、LC濾波器組成。

4、能源（yuán）監控管理係統（tǒng）

(1)、能源監控管理係統

能源監控與管理係統主要由一體機、鍵盤、鼠標（biāo）、接線排、電源插座、通信線、微軟操作係統軟件、力控組（zǔ）態（tài）軟件（jiàn）組成。

(2)、監（jiān）控係統功能

1)、 通信

監控係統與控（kòng）製器、PLC、儀表進行通信。

2)、 界麵

①監控（kòng）係統（tǒng）具有主界麵，模擬能源控製係統界麵，風力供（gòng）電單元界麵，逆變與負載係統界麵，風光互補能量轉換界麵，分別顯示各自的運（yùn）行狀態參（cān）數。

②模擬能源控製係統界麵設置相應的（de）按鈕，實現光伏電池方陣自動跟蹤。

③風力供電單元界麵設置相應的按鈕，實現風力（lì）發電機側風偏航控製。

④具有光伏發電采集報表和風力發電集報表，記錄光伏輸出電壓、電流，風力發電機的輸出電（diàn）壓、電流；逆變（biàn）與負載係統的逆變輸出電壓、電流（liú）、功率等（děng）數據並（bìng）打（dǎ）印數據報表。

四、主（zhǔ）要實驗（yàn）實訓內容

1、風力發電機（jī）特性（xìng）仿真

2、變（biàn）槳原理及實訓

3、偏航原理及實訓

4、解纜係統原（yuán）理實訓

5、並網逆變器（qì）工作原理實訓

6、並（bìng）網逆變器參數設置（zhì）與電能質量分析

7、風力發電係統運行與調試

8、能源監控管理係統組態設計（jì）