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解決方案
SOLUTION
開放式模擬抽水蓄能平臺(tái)
關(guān)鍵詞：
開放式模擬抽水蓄能平臺(tái)
所屬分類：
新型電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
開放式模擬抽水蓄能平臺(tái)
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方案介紹
一.背景介紹
為早日實(shí)現(xiàn)“雙碳”(碳達(dá)峰、碳中和)目標(biāo)，解決資源環(huán)境約束突出問題，國(guó)務(wù)院提出了重點(diǎn)實(shí)施“碳達(dá)峰十大行動(dòng)”，將碳達(dá)峰、碳中和納入經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全局。《方案》中指出:“大力發(fā)展新能源，同時(shí)進(jìn)--步完善可再生能源電力消納保障機(jī)制。到2030年，風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到12 億千瓦以上:加快建設(shè)新型電力系統(tǒng)。
與此同時(shí)，風(fēng)電、光伏等間歇性能源在電網(wǎng)中所占比例也不斷加大。在并網(wǎng)運(yùn)行中，由于風(fēng)速、光熱的隨機(jī)性和不確定性，導(dǎo)致其輸出功率波動(dòng)較大，使得電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行和頻率控制變得更加困難,棄風(fēng)棄光現(xiàn)象嚴(yán)重。為了平抑風(fēng)電、光伏引起的電網(wǎng)功率波動(dòng)，在增加電網(wǎng)輸電能力的同時(shí)，必須增建一-些儲(chǔ)能電源。抽水蓄能電站憑借其靈活的運(yùn)行方式、良好的調(diào)峰、調(diào)頻能力得到了廣泛的發(fā)展。
目前已有的研究成果多停留在數(shù)字仿真階段,而抽水蓄能系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的非線性,多變量的系統(tǒng),因此有必要建立模擬發(fā)電系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)抽水蓄能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,以反映其在實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中的運(yùn)行特性。
對(duì)此，南京研旭電氣科技有限公司設(shè)計(jì)了一個(gè)基于雙饋?zhàn)兯俪樗钅苣M發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。通過此平臺(tái)，研究人員可以研究抽水蓄能的真實(shí)工作特性，可以縮短研究和開發(fā)周期、節(jié)省研究經(jīng)費(fèi)，便于展開全面深入的研究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
二.系統(tǒng)架構(gòu)
YXESP-PUM基于雙饋?zhàn)兯俪樗钅苣M發(fā)電系統(tǒng)主要由雙饋動(dòng)力機(jī)、雙饋發(fā)電機(jī)、2套四象限背靠背變流器和控制系統(tǒng)組成，動(dòng)力電機(jī)和發(fā)電機(jī)連接方式為柔性連接，即用連軸器把兩部分對(duì)接起來，動(dòng)力電機(jī)和發(fā)電機(jī)連接好后安裝在公共底架上，通過各種傳感器，把系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)上傳到上位機(jī)，傳感器起接收和反饋各種信息的作用，真正顯示這些數(shù)據(jù)和執(zhí)行保護(hù)功能的是機(jī)組本身的控制系統(tǒng)。
基于雙饋?zhàn)兯俪樗钅苣M發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)浼軜?gòu)
三.系統(tǒng)主要部件技術(shù)說明及特點(diǎn)介紹
3.1.雙饋感應(yīng)對(duì)拖機(jī)組
電機(jī)臺(tái)架及附屬設(shè)備
（1）額定功率為5KW；
（2）額定轉(zhuǎn)速1500rpm；
（3）電機(jī)定子側(cè)額定電壓400V；
（4）可以正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，其中正轉(zhuǎn)為發(fā)電工況、反轉(zhuǎn)為電動(dòng)工況；
（5）機(jī)組可連續(xù)在額定轉(zhuǎn)速±20%范圍內(nèi)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行；
（6）雙饋電機(jī)為雙出軸電機(jī)；
（7）轉(zhuǎn)軸上配置有扭矩儀及旋轉(zhuǎn)編碼器等測(cè)量設(shè)備。
整體結(jié)構(gòu)示意圖
（1）臺(tái)架采用槽鋼底座帶橡膠墊，臺(tái)架整體外形美觀，表面平整，不可有明顯的外觀缺陷。
（2）兩個(gè)電機(jī)通過高速精密聯(lián)軸器相連；
（3）臺(tái)架具有足夠的強(qiáng)度和剛度，保證長(zhǎng)期運(yùn)行過程中不出現(xiàn)震動(dòng)、變形等不安全因素；
（4）軸承的安裝要求保證設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行工況下，軸承的溫升滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求；
（5）臺(tái)架的震動(dòng)及溫度要求：
- 軸中心線高為132～225mm的電機(jī)振動(dòng)速度有效值：轉(zhuǎn)速在600～1800r/min時(shí)：1.8mm/s；轉(zhuǎn)速在1800～3600r/min時(shí)：2.8mm/s。
- 軸承溫升不得超過環(huán)境溫度40℃，最高溫度不得超過80℃。
3.2 四象限雙饋?zhàn)兞髌骷翱刂乒?/h4>
（1）交流輸入：380V電網(wǎng)；
（2）采用AC-DC-AC三相變頻方式，三相橋式結(jié)構(gòu)；
（3）網(wǎng)側(cè)額定電壓400V，允許電壓在±10%范圍內(nèi)變化；網(wǎng)側(cè)額定頻率50Hz，允許頻率在±5%范圍內(nèi)變化；轉(zhuǎn)子側(cè)頻率范圍不小于0～20Hz；
（4）四象限運(yùn)行方式，滿足三種工作模式：電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式、變流并網(wǎng)模式,RTDS外接模式；
（5）電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式下，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩，就是保證輸出電壓跟頻率成正比的控制，這樣可以使電動(dòng)機(jī)的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現(xiàn)場(chǎng)的產(chǎn)生；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式需對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)進(jìn)行控制；
（6）交流并網(wǎng)模式兩個(gè)下PWM變換器可以四象限運(yùn)行，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(dòng)。
（7）控制柜內(nèi)應(yīng)有隔離開關(guān)，使用雙饋?zhàn)兞髌鲿r(shí)接通雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子的回路，當(dāng)不使用變流器時(shí)，斷開雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子的回路，雙饋電機(jī)空轉(zhuǎn)。
（8）允許用戶開發(fā)變流器控制算法或允許外部控制器對(duì)變流器主電路進(jìn)行控制，提供硬件原理圖（PDF格式）。
3.3 抽水蓄能能量管理系統(tǒng)
系統(tǒng)特點(diǎn)
能量管理系統(tǒng)覆蓋發(fā)電、儲(chǔ)能、能量轉(zhuǎn)換、供配電及整體調(diào)度的各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)全方位的監(jiān)測(cè)監(jiān)控管理，保障抽水蓄能系統(tǒng)各環(huán)節(jié)安全可靠運(yùn)行。
研旭抽水蓄能系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)是整個(gè)抽水蓄能系統(tǒng)軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺(tái)，通過對(duì)各回路智能設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)抽水蓄能系統(tǒng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視與控制。
研旭抽水蓄能系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)全面遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，采用面向?qū)ο蟆⒔M件化分層、分布設(shè)計(jì)思想。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)從邏輯上分為三層：
數(shù)據(jù)接口層：數(shù)據(jù)接口專門用于數(shù)據(jù)采集和協(xié)議轉(zhuǎn)換。
數(shù)據(jù)處理層：包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境、事件服務(wù)器環(huán)境、計(jì)算環(huán)境、歷史數(shù)據(jù)環(huán)境、校時(shí)服務(wù)器環(huán)境等。
數(shù)據(jù)應(yīng)用層：包括數(shù)據(jù)展現(xiàn)功能，同時(shí)包含基于此數(shù)據(jù)開發(fā)的眾多通用或擴(kuò)展應(yīng)用模塊。
實(shí)現(xiàn)功能：
1)雙饋感應(yīng)動(dòng)力電機(jī)轉(zhuǎn)速控制；
2)雙饋感應(yīng)發(fā)電電機(jī)的發(fā)電控制；
3)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率數(shù)據(jù)和曲線顯示；
4)模擬曲線的下發(fā)。
5)水庫(kù)參數(shù)設(shè)置、模式設(shè)置
設(shè)置和監(jiān)控量：
1)總庫(kù)容
2)當(dāng)前水位
3)正常蓄水位
4)死水位
5)調(diào)節(jié)庫(kù)容
6)水輪機(jī)轉(zhuǎn)速
7)導(dǎo)葉開度
8)發(fā)電效率
9)動(dòng)模系數(shù)
10)庫(kù)容比
控制終端：
“運(yùn)行狀態(tài)”總共有三種，分別是：屏幕關(guān)機(jī)、運(yùn)行和故障(具體故障需要在歷史故障界面查看)；
“運(yùn)行模式”包括蓄能-電動(dòng)機(jī)和發(fā)電-發(fā)電機(jī)，在“系統(tǒng)設(shè)置”中可以修改。
“系統(tǒng)設(shè)置”界面中包含直流側(cè)開關(guān)機(jī)選項(xiàng)、機(jī)側(cè)開關(guān)機(jī)選項(xiàng)、“發(fā)電”模式選擇、“蓄能”模式選擇以及“參數(shù)設(shè)置”，“參數(shù)設(shè)置”里可對(duì)設(shè)備有功功率、無(wú)功功率、母線電壓以及轉(zhuǎn)速進(jìn)行修改。
四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：
1）抽水蓄能系統(tǒng)整體原理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)（基礎(chǔ)）
2）雙饋感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)速實(shí)驗(yàn)（基礎(chǔ)）
3）勵(lì)磁變流器操作實(shí)驗(yàn)（基礎(chǔ)）
4）雙饋發(fā)電機(jī)發(fā)電實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證）
5）四象限變流器控制實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證）
6）模擬上下水庫(kù)抽水帶載實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證）
7）模擬上下水庫(kù)放水發(fā)電實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證）
8）模擬監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)合操控實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證）
9）控制采集板、驅(qū)動(dòng)功率板等硬件原理實(shí)驗(yàn)（開源）
10）DSP的入門、使用和燒寫實(shí)驗(yàn)（開源）
11）CCS軟件使用（開源）
12）軟件開發(fā)流程講解（開源）
五、開源資料：
（1）提供變流器所有電路板硬件原理圖（PDF格式）：控制板，電源板，信號(hào)板，電容板，驅(qū)動(dòng)板等相關(guān)系統(tǒng)資料；
（2）開放控制板的debug接口，客戶可以燒寫自己的程序；
（3）開放變流器全部軟件的源代碼，包括但不限于程序主框架、硬件驅(qū)動(dòng)功能、硬件配置功能、通訊功能、保護(hù)功能、編碼器功能、采樣功能、濾波函數(shù)、矢量控制算法等；代碼有相關(guān)注釋。
（4）提供整個(gè)系統(tǒng)的電氣原理圖及機(jī)械結(jié)構(gòu)圖（CAD版）。
（5）設(shè)備使用手冊(cè)
（6）系統(tǒng)通訊協(xié)議
（7）設(shè)備測(cè)試報(bào)告
微信公眾號(hào)
