依托風電實訓平臺培養(yǎng)高素質風電人才

文 | 邢作霞，蘆彥東，祁東亮，周瑞卿

依托風電實訓平臺培養(yǎng)高素質風電人才

文 | 邢作霞，蘆彥東，祁東亮，周瑞卿

沈陽工業(yè)大學依托30余年的風電科研基礎，發(fā)揮電氣工程、機械工程等學科優(yōu)勢，以強化學生在新能源綜合應用領域以及風電裝備設計與運行服務方面能力的培養(yǎng)為宗旨，自主研發(fā)了風電系統(tǒng)實驗實訓平臺，為人才培養(yǎng)提供全面的教學實踐環(huán)境。

在風電產(chǎn)業(yè)的人才組成中，本科生是主要部分，因此，從促進風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度來看，本科生的培養(yǎng)至關重要。實踐教學是本科風電教學體系的重要組成部分，主要包括課程實驗、課程設計、工程實踐、生產(chǎn)實習等環(huán)節(jié)。通過實踐教學一方面可以幫助學生對理論知識進行消化吸收，建立起對理論知識的實際框架；另一方面充分鍛煉了學生的實踐與創(chuàng)新能力，為進一步培養(yǎng)學生的專業(yè)能力奠定良好的基礎，有助于培養(yǎng)高素質的風電人才。

新能源科學與工程專業(yè)（風電方向）主要研究以風力發(fā)電為主要代表的可再生能源發(fā)電及運行技術。沈陽工業(yè)大學依托30余年的風力發(fā)電科研基礎，發(fā)揮電氣工程、機械工程等學科優(yōu)勢，以強化學生在新能源綜合應用領域以及風電裝備設計與運行服務方面能力的培養(yǎng)為宗旨，自主研發(fā)制造了一系列風電系統(tǒng)實驗實訓平臺，為風電人才培養(yǎng)提供了全面的教學實踐環(huán)境。

SUT-MCP風力發(fā)電機主控系統(tǒng)動態(tài)仿真實驗臺

主控實驗臺充分模擬兆瓦級風電機組執(zhí)行機構、傳感器的狀態(tài)及其控制。主要包括：偏航系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)、液壓站系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)、齒輪箱潤滑系統(tǒng)、變槳軸承潤滑系統(tǒng)、機艙溫度控制、熱交換、機組運行狀態(tài)、安全鏈等，實現(xiàn)風電機組的變槳和轉矩閉環(huán)控制，能夠選擇不同風況，實現(xiàn)與兆瓦級風電機組輸出特性一致。采用軟件仿真模擬風電機組的氣動及傳動系統(tǒng)特性，并實現(xiàn)風電機組的變槳和轉矩閉環(huán)控制，已經(jīng)成為了風電方向本科課程實驗及研究生風力發(fā)電控制技術研究必不可少的教學和科研實驗平臺。

通過本實驗臺可分別進行如下教學實驗：

實驗一：偏航互鎖電路設計實驗。通過偏航電路設計可以讓學生理解偏航各機構間的動作原理，互鎖關系。

實驗二：偏航傳感信號采集和自動對風編程實驗。（1）通過脈沖計數(shù)，PLC編程實現(xiàn)偏航方向判斷及偏航角度計算；（2）編程實現(xiàn)偏航電機的自動對風、啟停、互鎖及扭纜極限保護控制；（3）讓學生通過編程實現(xiàn)偏航動作，可以深入理解偏航的工作原理。

實驗三：液壓機構原理及控制實驗。編程實現(xiàn)機組的啟動、停機過程，液壓站松閘、抱閘剎車動作，觀察機組轉速變化過程。

實驗四：齒輪箱油循環(huán)、溫度控制編程實驗。（1）編程實現(xiàn)齒輪油泵啟、停，根據(jù)油溫，進行齒輪油冷卻風扇、加熱溫度控制，觀察油溫變化情況；（2）編程實現(xiàn)機艙溫度交換控制，根據(jù)機艙溫度高低，控制機艙加熱器和風扇的啟停；（3）通過編程實驗環(huán)節(jié)，可以鍛煉學生溫度控制的基本編程實現(xiàn)技巧。

實驗五：變槳距控制編程實驗。發(fā)電工況下，編程實現(xiàn)風電機組變槳和轉速—轉矩曲線控制，觀察機組的穩(wěn)定發(fā)電運行情況、功率輸出實時變化情況，提供發(fā)電系統(tǒng)的靜態(tài)仿真模型。

雙饋/永磁風力發(fā)電系統(tǒng)能量轉換實驗臺

雙饋/永磁式風力發(fā)電實驗室模擬系統(tǒng)，是根據(jù)目前國際上風力發(fā)電行業(yè)應用較廣泛的雙饋或永磁風力發(fā)電機組設計的模擬實驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有模擬風電機組并網(wǎng)發(fā)電的功能及特性，為風電行業(yè)科研、教學提供有力的幫助。

本系統(tǒng)采用異步變頻拖動單元，實現(xiàn)較寬范圍模擬風力發(fā)電機運行轉速，還可根據(jù)需要調節(jié)拖動單元轉速來達到模擬風速變化引起的發(fā)電機轉速變化。通過開放式主控系統(tǒng)，用戶可以根據(jù)自己的實驗需求給定發(fā)電機轉矩，通過變流系統(tǒng)控制雙饋發(fā)電機的功率輸出，達到風電機組的并網(wǎng)發(fā)電等過程的實驗研究。

雙饋/永磁風力發(fā)電系統(tǒng)能量轉換并網(wǎng)實驗臺主要由控制柜、并網(wǎng)柜、監(jiān)控平臺和對拖機組三部分組成?？刂乒裰饕饔茫禾峁嶒炂脚_電能；風力機模擬系統(tǒng)驅動拖動電機；故障情況下能量消耗、急?？刂频裙δ?。并網(wǎng)柜主要作用：控制發(fā)電機組并網(wǎng)；調節(jié)輸出電能質量。監(jiān)控平臺作用：作為上位機控制平臺運行；可選擇調節(jié)風速、轉速、轉矩、功率因數(shù)等參數(shù)；運行的實時數(shù)據(jù)顯示；控制平臺啟動、停止、并網(wǎng)方式等功能；平臺運行過程的形象展示。對拖機組主要作用：主控柜控制電動機運行；發(fā)電機向并網(wǎng)柜反饋電能、發(fā)電機轉速。

本實驗臺系統(tǒng)能夠實現(xiàn)變速恒頻風電機組發(fā)電狀態(tài)的模擬，包括轉速、轉矩、發(fā)電量及有功、無功調節(jié)。具體如下：

（1）風力發(fā)電機接線形式實驗；

（2）空載運轉實驗；

（3）并網(wǎng)過程實驗；

（4）并網(wǎng)連續(xù)運行實驗；

（5）風速模擬實驗；

（6）轉矩模擬實驗；

（7）發(fā)電功率模擬實驗；

（8）其他相關發(fā)電性能及測量實驗。

安全鏈故障模擬盤實驗柜

安全鏈控制柜是參考當前風電場安全鏈進行設計的，可以模擬實際風電機組安全鏈的全部功能，包括安全鏈的觸發(fā)、復位、變槳制動等。安全鏈中的執(zhí)行部件，包括液壓泵、變槳閥等以白色指示燈進行指示，指示燈亮，表明動作執(zhí)行。

安全鏈的故障觸發(fā)部分采用轉換開關進行設置，各轉換開關代表安全鏈中相應的故障，撥動相應開關即可模擬相應的故障。所有故障觸發(fā)開關集中放置在一個操作盒上，方便操作。該控制柜為前后兩側開門，前側與后側均安裝電器件，前側安裝板放置安全鏈的各電器元件，即安全鏈的可視部分，后側安裝板放置安全鏈故障觸發(fā)盒，即安全鏈故障觸發(fā)部分。前側安裝板分為機艙、輪轂、塔基三個區(qū)域，各電器件按照實際在風電機組中所處的位置分區(qū)排布。

可以分別對機艙、輪轂、塔基安全鏈進行模擬、實訓考核。

雙饋風力發(fā)電機組振動測試平臺

實驗臺用于仿真模擬風力發(fā)電機的工作過程，使學生增強對風力發(fā)電機整體的認識和工作原理的理解。模擬變速恒頻風力發(fā)電機組的運行模式，包括模擬變槳距系統(tǒng)、機組傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、制動系統(tǒng)及偏航系統(tǒng)等，具有以實驗為目的模擬機組待機、同步、并網(wǎng)、發(fā)電、脫網(wǎng)等分步運行控制?？蛇M行如下實驗：

（1）進行機組啟動、運行、正常停機、緊急停機時槳距角的變化狀態(tài)實驗；

（2）對機組的啟動、空載運行、停機、超速、能量轉換等過程進行形象演示；

（3）仿真發(fā)電機組偏航時的所有過程，包括機組自動偏航對風、手動偏航、自動解纜、手動解纜等；

（4）進行機組安全鏈保護實驗。

通過在實踐平臺展開的實踐教學，使學生對理論知識有了更深入的理解，極大提升了學生的動手實踐能力，因此依托風電實訓平臺進行的實踐教學對于風電人才的培養(yǎng)具有重要的意義。

（作者單位：沈陽工業(yè)大學電氣工程學院）