风电机组运行控制教学模拟装置及其模拟方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及可再生能源技术的风能与动力工程教学领域，具体为风电机组运行控制教学模拟装置及其模拟方法。风电机组运行控制教学模拟装置，包括PLC控制器模块、工具箱、电源模块、实验面板区域、风轮特性模块、风电机组模型；PLC控制器模块通过连接线分别与实验面板区域、风轮特性模块、风电机组模型连接；电源模块分别为PLC控制器模块、实验面板区域、风轮特性模块提供电源。该装置用于教学模拟实验，通过PLC控制器模块和风轮特性模快，进行风电机组全自动运行控制编程，模拟真实的风电机组发电运行，实时观测到实验者自主设计风电机组的发电运行、控制策略及其控制运行仿真效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及可再生能源技术的风能与动力工程教学领域，具体为风电机组运行控制教学模拟装置及其模拟方法。
技术介绍
随着当前风力发电的快速发展，配合行业技术人才的培养需求，高等院校风力发电相关专业应运而生，其专业教学大部分采用教师单纯讲授与工厂参观的形式，学生无法进行主动学习，尤其对风电机组运行特性和监控的相关知识理解不深刻。而真正的风力发电机组造价昂贵、体积巨大、机组控制策略复杂难懂，难以将实际的风力发电机组应用到普通高校教学中来。
技术实现思路
为了满足教学需要，克服当前教学方法的缺陷，本专利技术提供一种风电机组运行控制教学模拟装置及其模拟方法，通过设计好的各模块，模拟了实际的风力发电机组的自动运行控制系统。本专利技术解决技术问题所采用的方案是：风电机组运行控制教学模拟装置，包括PLC控制器模块、工具箱、电源模块、实验面板区域、风轮特性模块、风电机组模型；所述的PLC控制器模块通过连接线分别与实验面板区域、风轮特性模块、风电机组模型连接；电源模块分别为PLC控制器模块、实验面板区域、风轮特性模块提供电源。PLC控制器模块，包括输入端口、输出端口、液晶屏、RS232接口，通过RS232接口与计算机连接。实验面板区包括启动条件模拟区、运行状态模拟区、安全系统模拟区、模拟信号输入区、故障报警模拟区、变桨动作模拟区、偏航动作模拟区组成；启动条件模拟区采用6个并联的开关与PLC控制器模块的输入端口连接，分别模拟叶片位置、偏航、闸位、变流器、液压准备和变距机构这六个启动条件；运行状态模拟区采用4个并联的开关与PLC控制器模块的输出端口连接，分别模拟待机、开机、并网、停机这四个运行状态；还包括复位按钮和手/自动并网切换开关，与PLC控制器模块的输入端口连接；安全系统模拟区采用6个串联的开关，分别模拟发电机过载、控制器失步、急停、风轮超速、过振和发电机超速这六个安全问题，从而模拟实际风电机组的紧急安全链；模拟信号输入区有两个旋钮，分别模拟风速和风向；风速由一个模拟输入信号来模拟风速大小，将输入电压信号转换为风速大小，PLC程序会根据模拟输入风速的大小，改变发电机转速，并显示在液晶屏上；风向由一个模拟输入信号来模拟发电机转速大小，将输入电压信号转换为风向大小；故障报警模拟区采用6个并联的开关与PLC控制器模块的输入端口连接，分别模拟偏航系统故障、液压系统故障、变距系统故障、电气保护故障和变流器故障这六个常见故障；变桨动作模拟区采用变桨电机与PLC控制器模块输出端口连接，通过调节顺时针变桨旋钮和逆时针变桨旋钮来模拟正变桨动作和负变桨动作；变桨角度由一个模拟输入信号来模拟，将输入电压信号转换为变桨角度；偏航动作模拟区采用偏航电机与PLC控制器模块输出端口连接，通过调节顺时针偏航旋钮和逆时针偏航旋钮来模拟正偏航动作和负偏航动作；偏航角度由一个模拟输入信号来模拟，将输入电压信号转换为偏航角度；还包括安全继电器，负责模拟机组故障时的紧急关机过程；并联的开关应由接入PLC控制器模块的输入端口，串联的安全链开关接入PLC控制器模块输入端口。风电机组运行控制教学模拟装置的模拟方法，包括以下a～h步骤：a、设计控制策略设置好PLC控制器模块各输入输出端口的控制量；b、开机功能的模拟①检查使得各个仪器是否处于复位状态；②检查所有的故障报警全部排除；③按下所有的启动条件按钮，表明风电机组已满足所有启动条件，做好开机准备；④调节风速旋钮，使模拟输入风速到达风电机组的启动风速3m/s，则风电机组模型可以开机，此时按下开机按钮，则待机灯灭开机灯亮，这便模拟了风电机组的整个开机过程；⑤在待机或开机状态下，若按下任何一个故障按钮，则风电机组模型立即停机，待机灯和开机灯灭，停机灯亮，这便模拟了风电机组在突然出现故障时的状态；清除故障后，按下复位按钮，同时风速和发电机转速均归零，才能再次启动；对于六个安全链的开关，断开任何一个，此时，急停灯亮，安全灯灭，从而模拟风电机组的安全链保护系统；c、偏航动作控制的模拟方法：调节风向旋钮模拟输入风向，则满足偏航条件，风电机组模型可以进行自动或手动偏航，从而模拟风电机组的偏航功能；d、并网功能的模拟方法调节风速旋钮使PLC上显示的转速达到1000r/min，则满足并网条件，风电机组模型可以进行自动或手动并网，从而模拟风电机组的并网功能；e、变桨动作控制的模拟方法首先调节风速旋钮使模拟输入风速达到12m/s，满足变桨条件；再将风轮叶片与步进电机的输出轴连接，当步进电机转动时，叶片会按控制的速度随之旋转，从而改变叶片的桨距角，实现变桨动作；风电机组模型可以进行自动或手动变桨，从而模拟风电机组的变桨功能；f.安全停机的模拟方法在发电运行中，当按下某个安全链开关时，表明监测到风电机组模型对应结构出现安全问题，则风电机组模型会停止发电运行，进行安全停机，从而实现了风电机组安全停机的模拟功能；g.故障停机的模拟方法在发电运行中，当按下某个故障报警开关时，表明监测到风电机组模型对应系统出现故障，则风电机组模型会停止发电运行，进行紧急停机，从而实现了风电机组故障停机的模拟功能；h.正常停机的模拟方法在发电运行中，调节风速旋钮使模拟输入风速达到切出风速25m/s,满足正常停机的要求，此时按下停机按钮，停机灯亮，则风电机组模型就会停止发电运行，从而实现了风电机组正常停机的模拟功能。本专利技术提供的风电机组运行控制教学模拟装置及其模拟方法，用于教学模拟实验，实验者自主设计的程序与控制回路，通过PLC控制器模块和风轮特性模快，进行风电机组全自动运行控制编程，模拟真实的风电机组发电运行；利用实验面板上的故障报警模拟区、变桨电机、偏航电机和风电机组模型，可以实时观测到实验者自主设计风电机组的发电运行、控制策略及其控制运行仿真效果。附图说明图1是本专利技术的结构图；图2是本专利技术的实验面板区结构示意图；图3是本专利技术的风轮特性模块结构示意图；图4是本专利技术的风电机组模型结构示意图；图5是本专利技术的模拟方法流程图；图6是实施例的开机功能的模拟流程图；图7是实施例的偏航动作控制的模拟流程图；图8是实施例的并网功能的模拟流程图；图9是实施例的变桨动作控制的模拟流程图。具体实施方式结合附图说明本专利技术的具体实施方式。如图1所示，风电机组本文档来自技高网...

【技术保护点】
风电机组运行控制教学模拟装置，其特征在于：包括PLC控制器模块(1)、工具箱(2)、电源模块(3)、实验面板区域(4)、风轮特性模块(5)、风电机组模型(6)；所述的PLC控制器模块(1)通过连接线分别与实验面板区域(4)、风轮特性模块(5)、风电机组模型(6)连接；电源模块(3)分别为PLC控制器模块(1)、实验面板区域(4)、风轮特性模块(5)提供电源。

【技术特征摘要】
1.风电机组运行控制教学模拟装置，其特征在于：包括PLC控制器模块(1)、
工具箱(2)、电源模块(3)、实验面板区域(4)、风轮特性模块(5)、风电机组
模型(6)；所述的PLC控制器模块(1)通过连接线分别与实验面板区域(4)、
风轮特性模块(5)、风电机组模型(6)连接；电源模块(3)分别为PLC控制
器模块(1)、实验面板区域(4)、风轮特性模块(5)提供电源。
2.根据权利要求1所述的风电机组运行控制教学模拟装置，其特征在于：所
述的PLC控制器模块(1)，包括输入端口、输出端口、液晶屏、RS232接口，
通过RS232接口与计算机连接。
3.根据权利要求2所述的风电机组运行控制教学模拟装置，其特征在于：所
述的实验面板区(4)包括启动条件模拟区(4.1)、运行状态模拟区(4.2)、安全
系统模拟区(4.3)、模拟信号输入区(4.4)、故障报警模拟区(4.5)、变桨动作
模拟区(4.6)、偏航动作模拟区(4.7)组成；
启动条件模拟区(4.1)采用6个并联的开关与PLC控制器模块(1)的输入
端口连接，分别模拟叶片位置、偏航、闸位、变流器、液压准备和变距机构这六
个启动条件；
运行状态模拟区(4.2)采用4个并联的开关与PLC控制器模块(1)的输出
端口连接，分别模拟待机、开机、并网、停机这四个运行状态；还包括复位按钮
和手/自动并网切换开关，与PLC控制器模块(1)的输入端口连接；
安全系统模拟区(4.3)采用6个串联的开关，分别模拟发电机过载、控制
器失步、急停、风轮超速、过振和发电机超速这六个安全问题，从而模拟实际风
电机组的紧急安全链；
模拟信号输入区(4.4)有两个旋钮，分别模拟风速和风向；风速由一个模
拟输入信号来模拟风速大小，将输入电压信号转换为风速大小，PLC程序会根据
模拟输入风速的大小，改变发电机转速，并显示在液晶屏上；风向由一个模拟输
入信号来模拟发电机转速大小，将输入电压信号转换为风向大小；
故障报警模拟区(4.5)采用6个并联的开关与PLC控制器模块(1)的输入
端口连接，分别模拟偏航系统故障、液压系统故障、变距系统故障、电气保护故
障和变流器故障这六个常见故障；
变桨动作模拟区(4.6)采用变桨电机与PLC控制器模块(1)输出端口连接，

\t通过调节顺时针变桨旋钮和逆时针变桨旋钮来模拟正变桨动作和负变桨动作；变
桨角度由一个模拟输入信号来模拟，将输入电压信号转换为变桨角度；
偏航动作模拟区(4.7)采用偏航电机与PLC控制器模块(1)输出端口连接，
通过调节顺时针偏航旋钮和逆时针偏航旋钮来模拟正偏航动作和负偏航动作；偏
航角度由一个模拟输入信号来模拟，将输入电压信号转换为偏航角度；
还包括安全继...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓英，田德，张超宇，陈忠雷，庞辉庆，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11