研旭直驅式風力發(fā)電仿真平臺

　　公司簡介

　　南京研旭新能源科技有限公司由南京研旭電氣科技有限公司全資投資成立，主要專注于太陽能和風能等可再生能源電源產(chǎn)品以及相關機電節(jié)能產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務和投資，公司研發(fā)團隊實力雄厚，與國內多所知名大學和研究院有良好合作，公司生產(chǎn)的產(chǎn)品質量穩(wěn)定，服務到位，具有性價比較高的優(yōu)勢，產(chǎn)品與服務受到廣泛客戶的好評以及業(yè)界的稱贊。

　　公司自成立以來，已形成五大獨具優(yōu)勢，具有超高性價比的產(chǎn)品系列，主要產(chǎn)品如下，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，光伏離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，風力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)，新能源實驗仿真平臺，新能源系統(tǒng)集成方案，推出的產(chǎn)品在多個實驗室以及工程中得到使用，獲得好評。在當前階段，研旭將精力主要集中于中小功率的新能源技術以及產(chǎn)品的推廣、應用、研發(fā)、生產(chǎn)，期待能將太陽能、風能這樣的可再生潔凈能源能以極高性價比為廣大民眾服務，為社會服務。

　　“激流勇進，合作共贏”，在新時代的浪潮中，研旭將是一個勇敢的、熱忱的、開放的弄潮兒，期冀著研旭能為各新老客戶帶來更好，性價比更高的新能源產(chǎn)品，也希望著研旭如那初升旭日，冉冉升起，不斷溫暖大家。

　　研旭分布式微電網(wǎng)開源實物仿真平臺介紹

　　研旭分布式微電網(wǎng)開源實物仿真平臺，是針對目前高校和企業(yè)的科研人員開展的新能源項目研究推出的一系列開放式的二次開發(fā)科研平臺，結合新能源發(fā)電技術、電力電子技術、DSP技術和通訊技術等幾大核心技術推出的一系列高端的是實物仿真平臺。研旭實物仿真平臺，集成了核心控制、驅動控制、信號采集、功率放大、各類監(jiān)測和保護硬件，支持多種CPU、DSP以及FPGA等硬件的快速原型開發(fā)系統(tǒng)，為用戶提供了一個從算法仿真到硬件實現(xiàn)的系統(tǒng)級開發(fā)方案。同時研旭實物仿真平臺提供開放式的軟硬件資料，包含整體設備的硬件圖紙（包含所有板卡的原理圖紙、PCB圖紙和柜體電氣連接圖）、DSP工程代碼（包含工程框架源代碼、底層驅動代碼、各類保護代碼和算法庫）。

　　研旭實物仿真平臺特點

　　研旭分布式微電網(wǎng)開源實物仿真平臺兼具實訓演示和科研開發(fā)的功能。

　?。?）自由性：用戶可根據(jù)實際情況自由添加或者裁剪平臺的某些功能、可自由的選擇輸入源（實物能源或者模擬能源）、可自由的定制平臺功率、平臺輸入電壓范圍、平臺尺寸等；

　　（2）開放性：開發(fā)給用戶系統(tǒng)所有硬件設計原理圖（protel 版）、印刷電路板PCB（PDF版）、硬件設計說明、軟件源碼工程（CCS環(huán)境）、軟件設計流程圖、底層驅動代碼、算法靜態(tài)庫、監(jiān)控軟件源碼等；

　?。?）高端性：主控單元CPU采用目前最為高端的TMS320F28335浮點型DSP，其內部具有強大的運算能力以及豐富的外設資源。從而使得復雜的逆變算法輕而易舉的實現(xiàn)。

　?。?）直觀性：平臺不管是從硬件角度還是從軟件角度，都具有很好的直觀性。用戶不僅很容易看到平臺的硬件組成、元件選型、布線連接，還可以通過監(jiān)控中心了解到軟件控制流程、系統(tǒng)運行信息、輸出波形質量等；

　?。?）安全性：平臺的硬件和軟件設計了健全的保護機制，包括硬件中的斷路器、接觸器、防雷器、隔離變壓器等，還有軟件中的直流過欠壓保護、孤島保護、過溫保護、交流故障保護等；

　　（6）易學性：研旭公司專門的人員提供現(xiàn)場培訓以及平臺本身也自帶很多易于操作的實驗。培訓課程包括硬件培訓（硬件組成和設計原理）、軟件培訓（驅動解析、算法原理）、操作培訓（實驗安全操作步驟）。平臺自帶的實驗是將系統(tǒng)功能拆分后得到的，用戶通過一步步的拆分實驗，循序漸進的來了解系統(tǒng)整體的工作原理。如采集波形實驗、保護實驗、MPPT實驗、SVPWM算法實驗等；

　?。?）拓展性：用戶可以在平臺上進行二次開發(fā)。如添加用戶自己的MPPT，添加用戶自己的濾波算法、添加用戶自己的控制算法等等，這樣可以對平臺的功能拓展的更加完善、更加強大。

　　直驅式平臺性能分析及控制方案

　　類似于有刷雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)，連接發(fā)電機定子的PWM變換器稱為定子PWM變換器，連接電網(wǎng)的PWM變換器稱為并網(wǎng)PWM變換器。一般情況下定子PWM變換器工作在整流狀態(tài)（因此又稱之為PWM整流器），并網(wǎng)PWM變換器工作在逆變狀態(tài)（因此又稱之為PWM逆變器）。PMSG發(fā)出的電能經(jīng)定子PWM變換器轉換為直流電，中間直流母線并聯(lián)大電容起穩(wěn)壓和能量儲存緩沖的作用，最后經(jīng)過并網(wǎng)PWM變換器轉換為與電網(wǎng)同頻的交流電饋入電網(wǎng)，并網(wǎng)PWM變換器與定子PWM變換器本休結構上完全相同，控制方案如圖2所示。

　　變換器可以根據(jù)需要工作在整流狀態(tài)或逆變狀態(tài)，能量可以雙向流動（對雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)是必需的，但直驅式并網(wǎng)并不需要這種功能），定子側電流和網(wǎng)側電流的大小和功率因數(shù)都是可調的，整個雙PWM變換器可以工作在四象限狀態(tài)。

　　在具體運行中，兩個PWM變換器各司其職，根據(jù)控制算法的不同其功能略有不同。無論哪種算法，定子PWM變換器一般是采用轉子磁鏈定向，控制PMSG的定子電流呈正弦波形實現(xiàn)轉速和功率因數(shù)調節(jié)；并網(wǎng)PWM變換器采用電網(wǎng)電壓矢量定向，將直流電逆變?yōu)榱己玫恼也ㄐ螌崿F(xiàn)并網(wǎng)和有功/無功解耦。直流母線電壓可以由定子PWM變換器控制也可以由并網(wǎng)PWM變換器控制，保持為比電網(wǎng)幅值高的穩(wěn)定值（這樣才能保證能量流動的方向，  PWM整流可以升壓）以便往電網(wǎng)輸送能量。如果由定子PWM變換器控制直流母線電壓，則并網(wǎng)PWM變換器要擔負最大風能跟蹤的任務，必須根據(jù)風速控制PMSG轉速或根據(jù)轉速控制并網(wǎng)電流；如果由并網(wǎng)PWM變換器控制直流母線電壓，則定子PWM變換器要擔負最大風能跟蹤的任務，一般根據(jù)此時的風速控制PMSG轉速到達最佳轉速。能量流動一般是從PMSG流向電網(wǎng)，此時PMSG工作于正常的發(fā)電狀態(tài)；但在PMSG起動時能量可以從電網(wǎng)流向PMSG，使PMSG工作在電動狀態(tài)快速起動。

　　研旭直驅式風力發(fā)電實物仿真平臺軟硬件系統(tǒng)方案

　　（1）研旭直驅式風力發(fā)電實驗平臺采用一臺變頻調速三相異步電機帶動一臺三相永磁同步發(fā)電機運行，異步電動機和同步發(fā)電機安裝在同一個底座上，使用聯(lián)軸器相連接，采用光絕對式電編碼器測量電機實時轉速，永磁同步發(fā)電機極數(shù)為8極，三相異步電機的控制采用變頻器控制轉速，用以模擬風速的變化，同時可以方便的通過計算機控制變頻器實現(xiàn)三相異步電機的轉速調節(jié)模擬風機出力。

　?。?）發(fā)電機側變流器和電網(wǎng)側變流器采用IPM模塊構建，使用2單元的模塊進行設計（總共需要6組2單元模塊），IPM模塊的耐壓要在1200V，電流在150A左右。直流環(huán)節(jié)的電容要求450V電解電容兩只串聯(lián)以提高耐壓。

　?。?）并網(wǎng)變壓器要求是三相變壓器，其容量要求大于發(fā)電機最大容量，容量在10KVA左右。

　?。?）發(fā)電機側變流器和電網(wǎng)側變流器采用DSP進行控制，采用研旭TMS320F28335的DSP控制板和IPM電源板。

　?。?）本實驗系統(tǒng)采用光電編碼器采集發(fā)電機的轉子位置和轉速，光電編碼器安裝于發(fā)電機后端輸出軸上；采用霍爾電壓電流傳感器采集直流側和電網(wǎng)側電壓和電流信號，傳感器量程根據(jù)系統(tǒng)容量進行選擇安裝。

　?。?）采用研旭YX—XDS100v3 仿真器完成系統(tǒng)控制算法的調試。

　　仿真實驗內容及例程（開放）

　　基礎實訓實驗：

　?。?）風力發(fā)電平臺接線形式實驗

　?。?）風力監(jiān)控中心軟件操作實驗

　?。?） 風力機轉速變化模擬實驗

　　（4） 風速即轉速與輸出電壓、電流、功率關系實驗

　?。?）PWM輸出實驗

　?。?）發(fā)電機三相交流電壓、電流采集實驗

　?。?）母線直流電壓、電流（整流輸出）采集實驗

　?。?）逆變輸出電壓、電流采集實驗

　　（9）整流器、逆變器安全保護和設計實驗

　?。?0）整流器、逆變器通訊測量實驗

　?。?1）發(fā)電機組空載、并網(wǎng)、脫網(wǎng)實驗

　　（12）孤島效應實驗

　?。?3）實驗數(shù)據(jù)保存實驗

　　進階開放實驗：

　　（1）風力發(fā)電控制策略及編程實驗

　?。?）最大功率跟蹤MPPT原理及控制實驗

　?。?）外環(huán)電壓PI算法及控制原理實驗

　　（4）內環(huán)電流PI算法及控制原理實驗

　?。?）SVPWM算法原理實驗

　　培訓服務內容

　　（1）硬件部分

　　平臺系統(tǒng)整體組成介紹

　　主控單元

　　、TMS320F28335 介紹

　　、傳感器與ADC采集電路介紹

　　、PWM 電路介紹

　　、通信電路介紹

　　、硬件保護電路介紹

　　逆變功率單元

　　、IPM介紹

　　、IPM驅動電路介紹

　　、IPM保護電路介紹

　　編碼器

　　、增量式編碼器介紹

　　、差分接收電路介紹

　　液晶顯示電路介紹

　?。?）軟件部分

　　平臺軟件整體框架介紹

　　開發(fā)環(huán)境介紹

　　驅動

　　、系統(tǒng)初始化介紹

　　、ADC驅動介紹

　　、PWM驅動介紹

　　、SCI驅動介紹

　　、總線驅動介紹

　　、GPIO驅動介紹

　　、QEP驅動介紹

　　、CMD編寫介紹

　　算法介紹（包括整流測和逆變側）

　　算法介紹（包括可控整流MPPT和不控整流MPPT）

　　控制介紹

　　軟件保護程序介紹

　?。?）操作部分

　　接線操作介紹

　　開機順序介紹

　　關機順序培訓

　　監(jiān)控中心

　　（1）主界面

　　此界面主要顯示了系統(tǒng)工作的運行信息以及運行狀態(tài)、所有實驗控件、系統(tǒng)的啟?？丶?、以及實時的電壓電流波形控件；

　?。?）實時波形采集界面

　　此界面顯示了發(fā)電機組輸出電流波形、整流器輸出直流電壓和直流電流波形、逆變器輸出交流電壓和交流電流波形。

　?。?）SVPWM算法界面

　　用戶在此界面可以進行SVPWM算法驗證，同時可以對SVPWM算法結構一目了然。包括對整流測SVPWM算法結構和逆變側SVPWM算法結構。

　　（4）MPPT實驗界面

　　實驗包括可控整流和不可控整流，用戶可以對比二者的區(qū)別；

　?。?）歷史保存界面

　　用戶可以將波形或者運行信息等數(shù)據(jù)保存起來，以供后續(xù)處理。