兆瓦级风力发电机组仿真实验系统

背景概述

随着大型风力发电机组单机容量的不断提高、机组稳定运行控制技术、风力机叶片、齿轮箱、发电机等关键零部件的设计制造与故障诊断等诸多技术的发展，对高等院校风电专业的人才培养也提出了更高要求。因此，需要建设针对主流兆瓦级变桨距风力发电机组的综合仿真实验室，能够完成风况模型、风轮模型、传动链、发电机、变流器和变桨系统等关键部件的仿真，使在实验室内就能实现过去需要在风力发电现场完成的试验。
系统构成

兆瓦级风电机组仿真实验系统由主控系统和仿真实验系统构成，主控系统采用真实的兆瓦级风力发电机组的主控柜，是风电机组的大脑，能够协调变流器、变桨系统，通过转矩控制、桨距控制实现机组最大功率跟踪和恒功率运行控制，并实现风电机组的故障检测与安全保护等功能；仿真实验系统能够真实的模拟兆瓦级风力发电机组的风轮模型、变桨系统、变流系统、偏航系统、并网和风模型等，与主控系统通信构成完整的风力发电机组。

兆瓦级风电机组仿真实验系统原理图

兆瓦级风电机组仿真实验系统实物图

2.1 主控系统

主控系统采用工业级PLC，完成风力发电机组的运行控制、自动偏航、转矩控制、变桨距控制、设备故障检测、安全链控制和功率调节等。风机运行状态的跳转依靠状态码，风机运行时任一时刻均处于下列状态之一： 上电启动、待机、自检、空转、并网、正常运行、快速等待、手动运行、正常停止、故障停止、紧急停止、一级停机、二级停机、三级停机、四级停机和检修状态，各状态之间的转换须满足一定的条件。
2.2 仿真实验系统

仿真实验系统由风况模型、风轮力学模型、传动链模型、发电机模型、电网模型、偏航系统模型、刹车系统模型、液压系统模型和传感器模型等组成。能够完成风力发电机组的全面仿真实验和极限工况模拟等，具体包括逻辑功能实验、工况载荷实验、电网波动适应性实验、安全策略与逻辑实验和最优控制算法实验等。

风机仿真实验系统图

系统功能

兆瓦级风电机组仿真实验系统，该系统由真实的2.0MW双馈风力发电机组主控制系统和仿真实验系统构成，仿真实验系统能够近乎真实的模拟实际风机的空气动力学特性、传动链、发电机、变流器、变桨系统和电网等，与主控制系统通信，共同构成真实的兆瓦级风力发电机组实验平台，可满足高等学校本科和研究生风电人才的培养需求，也能够满足大型风电机组的最优控制、并网算法和载荷优化等科研要求。
实验项目
（1）风速模拟实验
（2）转距模拟实验
（3）发电功率模拟实验
（4）控制策略模拟实验
（5）主控软件编写和调试     
（6）风机核心控制算法研究