双馈风电实验平台教学分析研究

史毅 刘根宇

【摘要】在风电专业实践教学中，因为真实的双馈风力机组的容量与体积过于庞大，将其设置于实验室教学不太现实，因此选择双馈风力发电教学实验平台实现教学任务与教学目标。本文基于德国LN公司研发生产的双馈风力发电教学实验平台，对各类典型实验课程进行了详细介绍。

【关键词】双馈风力发电 实验平台 教学分析

一、简述教学实验平台

随着科技的进步使得各类仿真模拟技术与动态显示技术得到了飞速的提升与发展。随着教育教学的深化改革，教学实验平台的发展前景空间极具广阔，形式多样的教学实验平台成为了各大高校、科研院所等行业单位实施相关研究、教学与培训工作不可或缺的工具，被广泛的应用于各个行业领域范围之中。对于风力发电行业而言，目前市场上存在的教学实验平台的类型多种多样，然而在层次与性能等方面，所呈现的水平良莠不齐。本文以德国LN公司开发生产的双馈风力发电教学实验平台为研究，此平台不但能够模拟真实的双馈风力发电系统的运行，完整有效的呈现整个运行过程，同时还具备普通风电教学实验平台不可比拟的优越性——模拟故障穿越实验。此外还可以参与交互与控制，在很大程度上增强了实验过程的形象性与直观性。在风电专业课程的实践教学环节中，借助此平台所提供的形象性与直观性，能够大大激发学生的主动参与性，提升学生的学习兴趣。

二、风电专业实践教学中双馈风力发电教学实验平台的具体应用

（一）关于双馈风力发电教学实验平台

德国LN公司研发生产的双馈风力发电教学实验平台，主要是通过半物理仿真的手段，对风能与风机进行有效的模拟，并且与小容量异步电机共同构成双馈发电系统，其主要应用于风电专业实验室实践教学环节中，从而提升教学过程的直观性，以此使学生良好的掌握现代风力发电站的工作机理，了解发电站实际的工作运行。配套的互动实验室辅助课程用以介绍相关背景和理论知识.并为实验的测量与控制提供互动支持，展示了一种全新的实验形式与理念。此双馈风力发电教学实验平台的主要特征包括：第一，以半物理仿真的构思为设计基础，将电机转矩/转速控制平台和一台交流伺服电机进行有效连接，从技术细节层面、技术精度层面去模拟风机真实的运行过程，由此在实验室中即可呈现现实中的大机组模拟运行状态。此外，根据平台实验界面，学生完全可以自行设计风况的动态变化过程，从而更加良好的掌握模拟实验教学效果；第二，有效融合了现代工业技术，比如，此平台系统中融入了虚拟仪器测量技术，从而实现了计算机辅助测量控制功能；在双馈风力发电教学实验平台的软件系统中还融入了一些虚拟仪表（示波器、相量图等），这样不但为学生更加直观的了解与掌握电机矢量控制等原理提供了有效的帮助，同时为全开放环境提供了基本保障；第三，双馈风力发电教学实验平台教学中，有着相配套的Labsoft课程软件，此课程软件包含的知识内容甚广，不仅包含多种基本原理内容，而且还涉及了大量的背景知识。主要功能是为学生提供实验互动操作支持与测量仪表调用，同时借助动画的技术手段，对于晦涩难懂的理论知识给予了生动逼真的再现。此课程软件也可以作为教学课件，应用于课堂教学环节中。

（二）实验课程设置

1、风速模拟与风力机控制实验课程

此项实验课程是通过直流电机简化模拟风力机，从而带动双馈风力发电机达到旋转状态，进而对直流电机进行合理的控制，在此基础上模拟风速与风轮距角的变化，使得电机功率产生变化，由此达到最大功率跟踪控制功能。通过风速模拟与风力机控制实验课程，能够使学生更加有效的了解与掌握风力机的运行原理以及控制方法。

2、双馈风力发电并网实验课程

此项实验课程设置的主要内容是模拟双馈风力发电系统的并网过程，在模拟过程中，对同步器上的输出电压频率与幅值进行合理调节，从而使系统的输出电压频率与幅值达到相关的并网要求与条件，同时通过同步器的相关指示，找到精确合适的相位，然后以手动方式实施并网操作。当然，也可以通过系统的自动并网方式进行。双馈风力发电并网实验课程设置的目的是使学生更加有效的了解与掌握风力发电并网的具体条件以及实际的操作方法。

3、双馈风力发电功率控制实验课程

此项实验课程设置的主要内容是模拟并网型双馈风力发电系统的功率控制过程，在这一过程中，首先是对风力发电系统机侧与网侧变流器的有功功率和无功功率进行适当调节设置，并在此基础上实时调整双馈风力发电系统定子侧、转子侧以及电网侧的功率变化。双馈风力发电功率控制实验课程设置的主要目的是让学生深刻认识在双馈风力发电系统运行过程中，处于超同步与次同步状态条件下的发电机定子侧、转子侧与电网侧的功率状态，同时全面了解与熟悉变速恒频双馈风力发电系统的功率控制方法。

4、双馈风力发电低电压穿越实验课程

在具体设计双馈风力发电系统的低电压穿越实验平台时面临一定的困难，现阶段在我国市场上的教学实验平台中，具有双馈风力发电低电压穿越实验功能的极为少见，所以，此项实验也是LN公司的双馈风力发电教学实验平台的特色实验。其针对并网型双馈风力发电系统的低电压穿越过程进行仿真模拟，在实验平台上通过人工操作设定低电压故障条件，由此完成低电压穿越过程的模拟实验。双馈风力发电低电压穿越实验课程能够使学生更加深刻的认识与掌握双馈风力发电低电压穿越的基本原理以及真实过程。

结束语

随着新能源的不断开发与利用，风力发电专业在其领域范围中所具备的理论性及实践性相当强，课堂教学与实践教学的功能互补融通，课堂教学的理论知识依托实践教学去呈现。在风电专业教学中，必须充分挖掘学生自主创新意识，通过具体的实验与实践，教会学生如何有效运用知识，从而进一步加深对大型风力发电机组工作机理与特征的认识与理解。

【参考文献】

[1]李文军.试论风力发电的技术现状与发展趋势[J].装备制造，2012，（01）.

[2]张博然.浅谈风力发电教学[J].中国电力教育，2013，（18）.