解決方案
SOLUTION
方案介紹
一.背景介紹
為早日實現“雙碳”(碳達峰、碳中和)目標，解決資源環境約束突出問題，國務院提出了重點實施“碳達峰十大行動”，將碳達峰、碳中和納入經濟社會發展全局?！斗桨浮分兄赋?“大力發展新能源，同時進--步完善可再生能源電力消納保障機制。到2030年，風電、太陽能發電總裝機容量達到12 億千瓦以上:加快建設新型電力系統。
與此同時，風電、光伏等間歇性能源在電網中所占比例也不斷加大。在并網運行中，由于風速、光熱的隨機性和不確定性，導致其輸出功率波動較大，使得電網穩定運行和頻率控制變得更加困難,棄風棄光現象嚴重。為了平抑風電、光伏引起的電網功率波動，在增加電網輸電能力的同時，必須增建一-些儲能電源。抽水蓄能電站憑借其靈活的運行方式、良好的調峰、調頻能力得到了廣泛的發展。
目前已有的研究成果多停留在數字仿真階段,而抽水蓄能系統是一個復雜的非線性,多變量的系統,因此有必要建立模擬發電系統平臺對抽水蓄能進行實驗研究,以反映其在實際運行環境中的運行特性。
對此，南京研旭電氣科技有限公司設計了一個基于雙饋變速抽水蓄能模擬發電系統的實驗平臺。通過此平臺，研究人員可以研究抽水蓄能的真實工作特性，可以縮短研究和開發周期、節省研究經費，便于展開全面深入的研究，具有重要的現實意義。
二.系統架構
YXESP-PUM基于雙饋變速抽水蓄能模擬發電系統主要由雙饋動力機、雙饋發電機、2套四象限背靠背變流器和控制系統組成，動力電機和發電機連接方式為柔性連接，即用連軸器把兩部分對接起來，動力電機和發電機連接好后安裝在公共底架上，通過各種傳感器，把系統的運行狀態上傳到上位機，傳感器起接收和反饋各種信息的作用，真正顯示這些數據和執行保護功能的是機組本身的控制系統。
基于雙饋變速抽水蓄能模擬發電系統拓撲架構
三.系統主要部件技術說明及特點介紹
3.1.雙饋感應對拖機組
電機臺架及附屬設備
（1）額定功率為5KW；
（2）額定轉速1500rpm；
（3）電機定子側額定電壓400V；
（4）可以正轉和反轉，其中正轉為發電工況、反轉為電動工況；
（5）機組可連續在額定轉速±20%范圍內長期穩定運行；
（6）雙饋電機為雙出軸電機；
（7）轉軸上配置有扭矩儀及旋轉編碼器等測量設備。
整體結構示意圖
（1）臺架采用槽鋼底座帶橡膠墊，臺架整體外形美觀，表面平整，不可有明顯的外觀缺陷。
（2）兩個電機通過高速精密聯軸器相連；
（3）臺架具有足夠的強度和剛度，保證長期運行過程中不出現震動、變形等不安全因素；
（4）軸承的安裝要求保證設備在長期運行工況下，軸承的溫升滿足相關標準要求；
（5）臺架的震動及溫度要求：
- 軸中心線高為132～225mm的電機振動速度有效值：轉速在600～1800r/min時：1.8mm/s；轉速在1800～3600r/min時：2.8mm/s。
- 軸承溫升不得超過環境溫度40℃，最高溫度不得超過80℃。
3.2 四象限雙饋變流器及控制柜
（1）交流輸入：380V電網；
（2）采用AC-DC-AC三相變頻方式，三相橋式結構；
（3）網側額定電壓400V，允許電壓在±10%范圍內變化；網側額定頻率50Hz，允許頻率在±5%范圍內變化；轉子側頻率范圍不小于0～20Hz；
（4）四象限運行方式，滿足三種工作模式：電機驅動模式、變流并網模式,RTDS外接模式；
（5）電機驅動模式下，控制電機的轉速和扭矩，就是保證輸出電壓跟頻率成正比的控制，這樣可以使電動機的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現場的產生；電機驅動模式需對轉子側進行控制；
（6）交流并網模式兩個下PWM變換器可以四象限運行，可以根據需要工作在整流狀態或逆變狀態，能量可以雙向流動。
（7）控制柜內應有隔離開關，使用雙饋變流器時接通雙饋電機的轉子和定子的回路，當不使用變流器時，斷開雙饋電機的轉子和定子的回路，雙饋電機空轉。
（8）允許用戶開發變流器控制算法或允許外部控制器對變流器主電路進行控制，提供硬件原理圖（PDF格式）。
3.3 抽水蓄能能量管理系統
系統特點
能量管理系統覆蓋發電、儲能、能量轉換、供配電及整體調度的各個環節，實現對系統全方位的監測監控管理，保障抽水蓄能系統各環節安全可靠運行。
研旭抽水蓄能系統監控系統是整個抽水蓄能系統軟件系統的基礎平臺，通過對各回路智能設備的數據采集，實現對抽水蓄能系統系統運行狀態的監視與控制。
研旭抽水蓄能系統監控系統全面遵循國際標準，采用面向對象、組件化分層、分布設計思想。系統軟件結構從邏輯上分為三層：
數據接口層：數據接口專門用于數據采集和協議轉換。
數據處理層：包括實時數據庫環境、事件服務器環境、計算環境、歷史數據環境、校時服務器環境等。
數據應用層：包括數據展現功能，同時包含基于此數據開發的眾多通用或擴展應用模塊。
實現功能：
1)雙饋感應動力電機轉速控制；
2)雙饋感應發電電機的發電控制；
3)轉速、轉矩、功率數據和曲線顯示；
4)模擬曲線的下發。
5)水庫參數設置、模式設置
設置和監控量：
1)總庫容
2)當前水位
3)正常蓄水位
4)死水位
5)調節庫容
6)水輪機轉速
7)導葉開度
8)發電效率
9)動模系數
10)庫容比
控制終端：
“運行狀態”總共有三種，分別是：屏幕關機、運行和故障(具體故障需要在歷史故障界面查看)；
“運行模式”包括蓄能-電動機和發電-發電機，在“系統設置”中可以修改。
“系統設置”界面中包含直流側開關機選項、機側開關機選項、“發電”模式選擇、“蓄能”模式選擇以及“參數設置”，“參數設置”里可對設備有功功率、無功功率、母線電壓以及轉速進行修改。
四、實驗內容：
1）抽水蓄能系統整體原理認知實驗（基礎）
2）雙饋感應電機驅動調速實驗（基礎）
3）勵磁變流器操作實驗（基礎）
4）雙饋發電機發電實驗（驗證）
5）四象限變流器控制實驗（驗證）
6）模擬上下水庫抽水帶載實驗（驗證）
7）模擬上下水庫放水發電實驗（驗證）
8）模擬監控系統聯合操控實驗（驗證）
9）控制采集板、驅動功率板等硬件原理實驗（開源）
10）DSP的入門、使用和燒寫實驗（開源）
11）CCS軟件使用（開源）
12）軟件開發流程講解（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，信號板，電容板，驅動板等相關系統資料；
（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、硬件驅動功能、硬件配置功能、通訊功能、保護功能、編碼器功能、采樣功能、濾波函數、矢量控制算法等；代碼有相關注釋。
（4）提供整個系統的電氣原理圖及機械結構圖（CAD版）。
（5）設備使用手冊
（6）系統通訊協議
（7）設備測試報告
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