雙饋風電實驗平臺教學分析研究

史毅 劉根宇

【摘要】在風電專業實踐教學中，因為真實的雙饋風力機組的容量與體積過于龐大，將其設置于實驗室教學不太現實，因此選擇雙饋風力發電教學實驗平臺實現教學任務與教學目標。本文基于德國LN公司研發生產的雙饋風力發電教學實驗平臺，對各類典型實驗課程進行了詳細介紹。

【關鍵詞】雙饋風力發電 實驗平臺 教學分析

一、簡述教學實驗平臺

隨著科技的進步使得各類仿真模擬技術與動態顯示技術得到了飛速的提升與發展。隨著教育教學的深化改革，教學實驗平臺的發展前景空間極具廣闊，形式多樣的教學實驗平臺成為了各大高校、科研院所等行業單位實施相關研究、教學與培訓工作不可或缺的工具，被廣泛的應用于各個行業領域范圍之中。對于風力發電行業而言，目前市場上存在的教學實驗平臺的類型多種多樣，然而在層次與性能等方面，所呈現的水平良莠不齊。本文以德國LN公司開發生產的雙饋風力發電教學實驗平臺為研究，此平臺不但能夠模擬真實的雙饋風力發電系統的運行，完整有效的呈現整個運行過程，同時還具備普通風電教學實驗平臺不可比擬的優越性——模擬故障穿越實驗。此外還可以參與交互與控制，在很大程度上增強了實驗過程的形象性與直觀性。在風電專業課程的實踐教學環節中，借助此平臺所提供的形象性與直觀性，能夠大大激發學生的主動參與性，提升學生的學習興趣。

二、風電專業實踐教學中雙饋風力發電教學實驗平臺的具體應用

（一）關于雙饋風力發電教學實驗平臺

德國LN公司研發生產的雙饋風力發電教學實驗平臺，主要是通過半物理仿真的手段，對風能與風機進行有效的模擬，并且與小容量異步電機共同構成雙饋發電系統，其主要應用于風電專業實驗室實踐教學環節中，從而提升教學過程的直觀性，以此使學生良好的掌握現代風力發電站的工作機理，了解發電站實際的工作運行。配套的互動實驗室輔助課程用以介紹相關背景和理論知識.并為實驗的測量與控制提供互動支持，展示了一種全新的實驗形式與理念。此雙饋風力發電教學實驗平臺的主要特征包括：第一，以半物理仿真的構思為設計基礎，將電機轉矩/轉速控制平臺和一臺交流伺服電機進行有效連接，從技術細節層面、技術精度層面去模擬風機真實的運行過程，由此在實驗室中即可呈現現實中的大機組模擬運行狀態。此外，根據平臺實驗界面，學生完全可以自行設計風況的動態變化過程，從而更加良好的掌握模擬實驗教學效果；第二，有效融合了現代工業技術，比如，此平臺系統中融入了虛擬儀器測量技術，從而實現了計算機輔助測量控制功能；在雙饋風力發電教學實驗平臺的軟件系統中還融入了一些虛擬儀表（示波器、相量圖等），這樣不但為學生更加直觀的了解與掌握電機矢量控制等原理提供了有效的幫助，同時為全開放環境提供了基本保障；第三，雙饋風力發電教學實驗平臺教學中，有著相配套的Labsoft課程軟件，此課程軟件包含的知識內容甚廣，不僅包含多種基本原理內容，而且還涉及了大量的背景知識。主要功能是為學生提供實驗互動操作支持與測量儀表調用，同時借助動畫的技術手段，對于晦澀難懂的理論知識給予了生動逼真的再現。此課程軟件也可以作為教學課件，應用于課堂教學環節中。

（二）實驗課程設置

1、風速模擬與風力機控制實驗課程

此項實驗課程是通過直流電機簡化模擬風力機，從而帶動雙饋風力發電機達到旋轉狀態，進而對直流電機進行合理的控制，在此基礎上模擬風速與風輪距角的變化，使得電機功率產生變化，由此達到最大功率跟蹤控制功能。通過風速模擬與風力機控制實驗課程，能夠使學生更加有效的了解與掌握風力機的運行原理以及控制方法。

2、雙饋風力發電并網實驗課程

此項實驗課程設置的主要內容是模擬雙饋風力發電系統的并網過程，在模擬過程中，對同步器上的輸出電壓頻率與幅值進行合理調節，從而使系統的輸出電壓頻率與幅值達到相關的并網要求與條件，同時通過同步器的相關指示，找到精確合適的相位，然后以手動方式實施并網操作。當然，也可以通過系統的自動并網方式進行。雙饋風力發電并網實驗課程設置的目的是使學生更加有效的了解與掌握風力發電并網的具體條件以及實際的操作方法。

3、雙饋風力發電功率控制實驗課程

此項實驗課程設置的主要內容是模擬并網型雙饋風力發電系統的功率控制過程，在這一過程中，首先是對風力發電系統機側與網側變流器的有功功率和無功功率進行適當調節設置，并在此基礎上實時調整雙饋風力發電系統定子側、轉子側以及電網側的功率變化。雙饋風力發電功率控制實驗課程設置的主要目的是讓學生深刻認識在雙饋風力發電系統運行過程中，處于超同步與次同步狀態條件下的發電機定子側、轉子側與電網側的功率狀態，同時全面了解與熟悉變速恒頻雙饋風力發電系統的功率控制方法。

4、雙饋風力發電低電壓穿越實驗課程

在具體設計雙饋風力發電系統的低電壓穿越實驗平臺時面臨一定的困難，現階段在我國市場上的教學實驗平臺中，具有雙饋風力發電低電壓穿越實驗功能的極為少見，所以，此項實驗也是LN公司的雙饋風力發電教學實驗平臺的特色實驗。其針對并網型雙饋風力發電系統的低電壓穿越過程進行仿真模擬，在實驗平臺上通過人工操作設定低電壓故障條件，由此完成低電壓穿越過程的模擬實驗。雙饋風力發電低電壓穿越實驗課程能夠使學生更加深刻的認識與掌握雙饋風力發電低電壓穿越的基本原理以及真實過程。

結束語

隨著新能源的不斷開發與利用，風力發電專業在其領域范圍中所具備的理論性及實踐性相當強，課堂教學與實踐教學的功能互補融通，課堂教學的理論知識依托實踐教學去呈現。在風電專業教學中，必須充分挖掘學生自主創新意識，通過具體的實驗與實踐，教會學生如何有效運用知識，從而進一步加深對大型風力發電機組工作機理與特征的認識與理解。

【參考文獻】

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