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风力发电虚拟仿真实训管理平台建设方案-风力发电虚拟仿真实训室

发布时间:2023-06-05

编辑人:灵图互动

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近年来中国风电行业发展迅速,装机量巨大,机型繁多,技术复杂,严重缺乏风力发电行业的技术人才。虽然国内多所高校建立了风力发电专业,但是也缺少源于风电场现场机型的实训系统。因此,建立以风电场实践机型数据为依托的风力发电虚拟仿真实训管理平台显得尤为重要。

风力发电虚拟仿真实训管理平台借助目前高端进口仿真软件,三维设计软件,虚拟仿真接口软件,远程接入风电场SCADA,采用风电场能量管理平台及实时数据库,显示相关的机型故障以及运行参数,并与远程机组SCADA数据进行比对,实现具备研究、培训、技改等风力发电实训管理功能,解决了风电场业主和运维企业在风电场出保后的检修与技改方面的问题,有利于风力发电行业的纵深发展。

1. 风力发电虚拟仿真实训管理平台建设的必要性和可行性

目前风力发电机组采用水平轴上风向,风力发电机组叶轮通过长主轴与增速箱机械连接,功率传递通过齿轮箱及其高速轴与万能弹性联轴器相连将转矩传递到发电机的传动轴,此联轴器表现为吸收适量的径向、轴向和一定角度的偏移,能很好的吸收阻尼和震动,并且联轴器可阻止机械装置的过载。这些场主轴风力发电机组可以划分为定桨距定速异步发电机以及变距变速双馈异步发电机。

另一种风力发电机组机型为永磁直驱型风力发电机组,其叶轮直接与发电机相连,没有增速箱,传动链更紧凑。除去定桨距风力发电机组没有变距系统,变速机组都具备变距系统,实现快速启动及快速顺桨停机保护,还可以在额定风速之上收桨,以保证叶轮输人能量不超过传动链限值,防止风力发电机组超发造成的柳械及电气损伤。鉴于以上分析,建设风力发电虚拟仿真实训管理平台势在必行。

建设风力发电虚拟仿真实训管理平台的必要性和可行性

2. 风力发电虚拟仿真实训管理平台架构

风力发电虚拟仿真实训管理平台由叶轮建模、变距系统建模、传动链建模、发电机建模、变流器建模、主控系统建模、人机界面及数据后台等7部分组成。

2.1 风力发电虚拟仿真实训管理平台的叶轮建模

叶轮建模划分为两种,一种是定桨失速型叶片的动量建模,一种是变桨叶片的动量模型。要有实际叶片的翼型数据和质量分布等详细参数才能实现,本模块建设需要真实叶片翼型数据以及质量分布作为基础。

2.2 风力发电虚拟仿真实训管理平台的变距系统建模

变速变矩机组系统的基本功能,按照风力发电机组特性划分为如下两个核心点:一是大风顺桨停机的安全保护功能,二是额定风速以上保证叶轮输入机械能不超过传动链限值,跟随风速的变化实时调节桨距角,以最快速度克服惯性迅速由小风待机状态转换到并网切入状态,控制吸收的风能,既可以获取最优风能,又可以在减少风交替变化对风力发电机组的载荷冲击。

2.3 风力发电虚拟仿真实训管理平台的传动链建模

长主轴机型,加上增速齿轮箱,基本上采用双质心或三质心,但是不能完整表现传动链的动态特性,如何逼近真实传动链,是目前很难全部解决的问题,主要是不能得到全部设计参数,本模块的质量单元及多质心建模是关键。

风力发电虚拟仿真实训管理平台建设

2.4 风力发电虚拟仿真实训管理平台的发电机建模

异步发电机、双馈发电机建模已经有可以参照的数据,但是直驱低速发电机和永磁高速发电机模型需要更多的数据支撑才能完成真实建模。本模块建模的关键是结构参数及电参数的清晰化,需要真实设计数据的支撑。

2.5 风力发电虚拟仿真实训管理平台的变流器建模

异步发电机软并网控制器建模有参考,双馈变流器模型也进行了相当多研究,全功率变流器建模尚需一定时日。没有一款专业软件是专门针对变流器系统核心建模而发布,仅可以从 Matlab搭建,缺乏实时性。

2.6 风力发电虚拟仿真实训管理平台的主控系统建模

风力发电虚拟仿真实训管理平台的主控系统是全部风力发电机组协调的大脑,有其协调全部工艺流程,并处理故障等才能保证机组的命运,因此控制系统的控制工艺建模是重中之重。

2.7 风力发电虚拟仿真实训管理平台的人机界面及数据后台

实时数据库及人际交互,包含很多软件接口,是作为风力发电虚拟仿真实训管理平台的必备,采用SCADA系统等软件,搭建信息处理系统,完成风力发电虚拟仿真实训管理平台建设。

 风力发电虚拟仿真实训管理平台架构

3. 风力发电虚拟仿真实训管理平台建设

鉴于以上需求,在实验室搭建风力发电虚拟仿真实训管理平台,采用多种PLC主控系统以及直流电动变桨距系统的实验平台,一套交流伺服驱动永磁发电机、双馈发电机、异步电动机联合机械总成,上位机与驱动器之间采用串口实现数据通讯。

通过虚拟现实软件,液压电气仿真软件,将模型导入三维实体,远程接入风电场SCADA,实现网络化多机型综合虚拟仿真实训管理平台建设。

风力发电虚拟仿真实训管理平台针对风电场业主实际技术需求答疑解惑,满足了高端人才科研需求,同时还能够为在校大学生提供风力发电虚拟仿真实训管理平台的岗前培训,对风电行业的发展具有积极的进步意义。

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