研旭直驱式风力发电仿真平台

研旭直驱式风力发电仿真平台

　　公司简介

　　南京研旭新能源科技有限公司由南京研旭电气科技有限公司全资投资成立，主要专注于太阳能和风能等可再生能源电源产品以及相关机电节能产品的研发、生产、销售、服务和投资，公司研发团队实力雄厚，与国内多所知名大学和研究院有良好合作，公司生产的产品质量稳定，服务到位，具有性价比较高的优势，产品与服务受到广泛客户的好评以及业界的称赞。

　　公司自成立以来，已形成五大独具优势，具有超高性价比的产品系列，主要产品如下，光伏并网发电系统，光伏离网发电系统，风力发电并网系统，新能源实验仿真平台，新能源系统集成方案，推出的产品在多个实验室以及工程中得到使用，获得好评。在当前阶段，研旭将精力主要集中于中小功率的新能源技术以及产品的推广、应用、研发、生产，期待能将太阳能、风能这样的可再生洁净能源能以极高性价比为广大民众服务，为社会服务。

　　“激流勇进，合作共赢”，在新时代的浪潮中，研旭将是一个勇敢的、热忱的、开放的弄潮儿，期冀着研旭能为各新老客户带来更好，性价比更高的新能源产品，也希望着研旭如那初升旭日，冉冉升起，不断温暖大家。

　　研旭分布式微电网开源实物仿真平台介绍

　　研旭分布式微电网开源实物仿真平台，是针对目前高校和企业的科研人员开展的新能源项目研究推出的一系列开放式的二次开发科研平台，结合新能源发电技术、电力电子技术、DSP技术和通讯技术等几大核心技术推出的一系列高端的是实物仿真平台。研旭实物仿真平台，集成了核心控制、驱动控制、信号采集、功率放大、各类监测和保护硬件，支持多种CPU、DSP以及FPGA等硬件的快速原型开发系统，为用户提供了一个从算法仿真到硬件实现的系统级开发方案。同时研旭实物仿真平台提供开放式的软硬件资料，包含整体设备的硬件图纸（包含所有板卡的原理图纸、PCB图纸和柜体电气连接图）、DSP工程代码（包含工程框架源代码、底层驱动代码、各类保护代码和算法库）。

　　研旭实物仿真平台特点

　　研旭分布式微电网开源实物仿真平台兼具实训演示和科研开发的功能。

　　（1）自由性：用户可根据实际情况自由添加或者裁剪平台的某些功能、可自由的选择输入源（实物能源或者模拟能源）、可自由的定制平台功率、平台输入电压范围、平台尺寸等；

　　（2）开放性：开发给用户系统所有硬件设计原理图（protel 版）、印刷电路板PCB（PDF版）、硬件设计说明、软件源码工程（CCS环境）、软件设计流程图、底层驱动代码、算法静态库、监控软件源码等；

　　（3）高端性：主控单元CPU采用目前最为高端的TMS320F28335浮点型DSP，其内部具有强大的运算能力以及丰富的外设资源。从而使得复杂的逆变算法轻而易举的实现。

　　（4）直观性：平台不管是从硬件角度还是从软件角度，都具有很好的直观性。用户不仅很容易看到平台的硬件组成、元件选型、布线连接，还可以通过监控中心了解到软件控制流程、系统运行信息、输出波形质量等；

　　（5）安全性：平台的硬件和软件设计了健全的保护机制，包括硬件中的断路器、接触器、防雷器、隔离变压器等，还有软件中的直流过欠压保护、孤岛保护、过温保护、交流故障保护等；

　　（6）易学性：研旭公司专门的人员提供现场培训以及平台本身也自带很多易于操作的实验。培训课程包括硬件培训（硬件组成和设计原理）、软件培训（驱动解析、算法原理）、操作培训（实验安全操作步骤）。平台自带的实验是将系统功能拆分后得到的，用户通过一步步的拆分实验，循序渐进的来了解系统整体的工作原理。如采集波形实验、保护实验、MPPT实验、SVPWM算法实验等；

　　（7）拓展性：用户可以在平台上进行二次开发。如添加用户自己的MPPT，添加用户自己的滤波算法、添加用户自己的控制算法等等，这样可以对平台的功能拓展的更加完善、更加强大。

　　直驱式平台性能分析及控制方案

　　类似于有刷双馈风力发电系统，连接发电机定子的PWM变换器称为定子PWM变换器，连接电网的PWM变换器称为并网PWM变换器。一般情况下定子PWM变换器工作在整流状态（因此又称之为PWM整流器），并网PWM变换器工作在逆变状态（因此又称之为PWM逆变器）。PMSG发出的电能经定子PWM变换器转换为直流电，中间直流母线并联大电容起稳压和能量储存缓冲的作用，最后经过并网PWM变换器转换为与电网同频的交流电馈入电网，并网PWM变换器与定子PWM变换器本休结构上完全相同，控制方案如图2所示。

　　变换器可以根据需要工作在整流状态或逆变状态，能量可以双向流动（对双馈风力发电系统是必需的，但直驱式并网并不需要这种功能），定子侧电流和网侧电流的大小和功率因数都是可调的，整个双PWM变换器可以工作在四象限状态。

　　在具体运行中，两个PWM变换器各司其职，根据控制算法的不同其功能略有不同。无论哪种算法，定子PWM变换器一般是采用转子磁链定向，控制PMSG的定子电流呈正弦波形实现转速和功率因数调节；并网PWM变换器采用电网电压矢量定向，将直流电逆变为良好的正弦波形实现并网和有功/无功解耦。直流母线电压可以由定子PWM变换器控制也可以由并网PWM变换器控制，保持为比电网幅值高的稳定值（这样才能保证能量流动的方向，  PWM整流可以升压）以便往电网输送能量。如果由定子PWM变换器控制直流母线电压，则并网PWM变换器要担负最大风能跟踪的任务，必须根据风速控制PMSG转速或根据转速控制并网电流；如果由并网PWM变换器控制直流母线电压，则定子PWM变换器要担负最大风能跟踪的任务，一般根据此时的风速控制PMSG转速到达最佳转速。能量流动一般是从PMSG流向电网，此时PMSG工作于正常的发电状态；但在PMSG起动时能量可以从电网流向PMSG，使PMSG工作在电动状态快速起动。

　　研旭直驱式风力发电实物仿真平台软硬件系统方案

　　（1）研旭直驱式风力发电实验平台采用一台变频调速三相异步电机带动一台三相永磁同步发电机运行，异步电动机和同步发电机安装在同一个底座上，使用联轴器相连接，采用光绝对式电编码器测量电机实时转速，永磁同步发电机极数为8极，三相异步电机的控制采用变频器控制转速，用以模拟风速的变化，同时可以方便的通过计算机控制变频器实现三相异步电机的转速调节模拟风机出力。

　　（2）发电机侧变流器和电网侧变流器采用IPM模块构建，使用2单元的模块进行设计（总共需要6组2单元模块），IPM模块的耐压要在1200V，电流在150A左右。直流环节的电容要求450V电解电容两只串联以提高耐压。

　　（3）并网变压器要求是三相变压器，其容量要求大于发电机最大容量，容量在10KVA左右。

　　（4）发电机侧变流器和电网侧变流器采用DSP进行控制，采用研旭TMS320F28335的DSP控制板和IPM电源板。

　　（5）本实验系统采用光电编码器采集发电机的转子位置和转速，光电编码器安装于发电机后端输出轴上；采用霍尔电压电流传感器采集直流侧和电网侧电压和电流信号，传感器量程根据系统容量进行选择安装。

　　（6）采用研旭YX—XDS100v3 仿真器完成系统控制算法的调试。

　　仿真实验内容及例程（开放）

　　基础实训实验：

　　（1）风力发电平台接线形式实验

　　（2）风力监控中心软件操作实验

　　（3） 风力机转速变化模拟实验

　　（4） 风速即转速与输出电压、电流、功率关系实验

　　（5）PWM输出实验

　　（6）发电机三相交流电压、电流采集实验

　　（7）母线直流电压、电流（整流输出）采集实验

　　（8）逆变输出电压、电流采集实验

　　（9）整流器、逆变器安全保护和设计实验

　　（10）整流器、逆变器通讯测量实验

　　（11）发电机组空载、并网、脱网实验

　　（12）孤岛效应实验

　　（13）实验数据保存实验

　　进阶开放实验：

　　（1）风力发电控制策略及编程实验

　　（2）最大功率跟踪MPPT原理及控制实验

　　（3）外环电压PI算法及控制原理实验

　　（4）内环电流PI算法及控制原理实验

　　（5）SVPWM算法原理实验

　　培训服务内容

　　（1）硬件部分

　　平台系统整体组成介绍

　　主控单元

　　、TMS320F28335 介绍

　　、传感器与ADC采集电路介绍

　　、PWM 电路介绍

　　、通信电路介绍

　　、硬件保护电路介绍

　　逆变功率单元

　　、IPM介绍

　　、IPM驱动电路介绍

　　、IPM保护电路介绍

　　编码器

　　、增量式编码器介绍

　　、差分接收电路介绍

　　液晶显示电路介绍

　　（2）软件部分

　　平台软件整体框架介绍

　　开发环境介绍

　　驱动

　　、系统初始化介绍

　　、ADC驱动介绍

　　、PWM驱动介绍

　　、SCI驱动介绍

　　、总线驱动介绍

　　、GPIO驱动介绍

　　、QEP驱动介绍

　　、CMD编写介绍

　　算法介绍（包括整流测和逆变侧）

　　算法介绍（包括可控整流MPPT和不控整流MPPT）

　　控制介绍

　　软件保护程序介绍

　　（3）操作部分

　　接线操作介绍

　　开机顺序介绍

　　关机顺序培训

　　监控中心

　　（1）主界面

　　此界面主要显示了系统工作的运行信息以及运行状态、所有实验控件、系统的启停控件、以及实时的电压电流波形控件；

　　（2）实时波形采集界面

　　此界面显示了发电机组输出电流波形、整流器输出直流电压和直流电流波形、逆变器输出交流电压和交流电流波形。

　　（3）SVPWM算法界面

　　用户在此界面可以进行SVPWM算法验证，同时可以对SVPWM算法结构一目了然。包括对整流测SVPWM算法结构和逆变侧SVPWM算法结构。

　　（4）MPPT实验界面

　　实验包括可控整流和不可控整流，用户可以对比二者的区别；

　　（5）历史保存界面

　　用户可以将波形或者运行信息等数据保存起来，以供后续处理。