史毅 劉根宇

【摘要】在風(fēng)電專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中，因?yàn)檎鎸?shí)的雙饋風(fēng)力機(jī)組的容量與體積過(guò)于龐大，將其設(shè)置于實(shí)驗(yàn)室教學(xué)不太現(xiàn)實(shí)，因此選擇雙饋風(fēng)力發(fā)電教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)教學(xué)任務(wù)與教學(xué)目標(biāo)。本文基于德國(guó)LN公司研發(fā)生產(chǎn)的雙饋風(fēng)力發(fā)電教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)各類典型實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

【關(guān)鍵詞】雙饋風(fēng)力發(fā)電 實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 教學(xué)分析

一、簡(jiǎn)述教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

隨著科技的進(jìn)步使得各類仿真模擬技術(shù)與動(dòng)態(tài)顯示技術(shù)得到了飛速的提升與發(fā)展。隨著教育教學(xué)的深化改革，教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的發(fā)展前景空間極具廣闊，形式多樣的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)成為了各大高校、科研院所等行業(yè)單位實(shí)施相關(guān)研究、教學(xué)與培訓(xùn)工作不可或缺的工具，被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域范圍之中。對(duì)于風(fēng)力發(fā)電行業(yè)而言，目前市場(chǎng)上存在的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的類型多種多樣，然而在層次與性能等方面，所呈現(xiàn)的水平良莠不齊。本文以德國(guó)LN公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的雙饋風(fēng)力發(fā)電教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為研究，此平臺(tái)不但能夠模擬真實(shí)的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行，完整有效的呈現(xiàn)整個(gè)運(yùn)行過(guò)程，同時(shí)還具備普通風(fēng)電教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)不可比擬的優(yōu)越性——模擬故障穿越實(shí)驗(yàn)。此外還可以參與交互與控制，在很大程度上增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)過(guò)程的形象性與直觀性。在風(fēng)電專業(yè)課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，借助此平臺(tái)所提供的形象性與直觀性，能夠大大激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)參與性，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

二、風(fēng)電專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中雙饋風(fēng)力發(fā)電教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的具體應(yīng)用

（一）關(guān)于雙饋風(fēng)力發(fā)電教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

德國(guó)LN公司研發(fā)生產(chǎn)的雙饋風(fēng)力發(fā)電教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，主要是通過(guò)半物理仿真的手段，對(duì)風(fēng)能與風(fēng)機(jī)進(jìn)行有效的模擬，并且與小容量異步電機(jī)共同構(gòu)成雙饋發(fā)電系統(tǒng)，其主要應(yīng)用于風(fēng)電專業(yè)實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，從而提升教學(xué)過(guò)程的直觀性，以此使學(xué)生良好的掌握現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電站的工作機(jī)理，了解發(fā)電站實(shí)際的工作運(yùn)行。配套的互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室輔助課程用以介紹相關(guān)背景和理論知識(shí).并為實(shí)驗(yàn)的測(cè)量與控制提供互動(dòng)支持，展示了一種全新的實(shí)驗(yàn)形式與理念。此雙饋風(fēng)力發(fā)電教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的主要特征包括：第一，以半物理仿真的構(gòu)思為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，將電機(jī)轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速控制平臺(tái)和一臺(tái)交流伺服電機(jī)進(jìn)行有效連接，從技術(shù)細(xì)節(jié)層面、技術(shù)精度層面去模擬風(fēng)機(jī)真實(shí)的運(yùn)行過(guò)程，由此在實(shí)驗(yàn)室中即可呈現(xiàn)現(xiàn)實(shí)中的大機(jī)組模擬運(yùn)行狀態(tài)。此外，根據(jù)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)界面，學(xué)生完全可以自行設(shè)計(jì)風(fēng)況的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，從而更加良好的掌握模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果；第二，有效融合了現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)，比如，此平臺(tái)系統(tǒng)中融入了虛擬儀器測(cè)量技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量控制功能；在雙饋風(fēng)力發(fā)電教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的軟件系統(tǒng)中還融入了一些虛擬儀表（示波器、相量圖等），這樣不但為學(xué)生更加直觀的了解與掌握電機(jī)矢量控制等原理提供了有效的幫助，同時(shí)為全開(kāi)放環(huán)境提供了基本保障；第三，雙饋風(fēng)力發(fā)電教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)教學(xué)中，有著相配套的Labsoft課程軟件，此課程軟件包含的知識(shí)內(nèi)容甚廣，不僅包含多種基本原理內(nèi)容，而且還涉及了大量的背景知識(shí)。主要功能是為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)互動(dòng)操作支持與測(cè)量?jī)x表調(diào)用，同時(shí)借助動(dòng)畫(huà)的技術(shù)手段，對(duì)于晦澀難懂的理論知識(shí)給予了生動(dòng)逼真的再現(xiàn)。此課程軟件也可以作為教學(xué)課件，應(yīng)用于課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中。

（二）實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置

1、風(fēng)速模擬與風(fēng)力機(jī)控制實(shí)驗(yàn)課程

此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)課程是通過(guò)直流電機(jī)簡(jiǎn)化模擬風(fēng)力機(jī)，從而帶動(dòng)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)達(dá)到旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，進(jìn)而對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行合理的控制，在此基礎(chǔ)上模擬風(fēng)速與風(fēng)輪距角的變化，使得電機(jī)功率產(chǎn)生變化，由此達(dá)到最大功率跟蹤控制功能。通過(guò)風(fēng)速模擬與風(fēng)力機(jī)控制實(shí)驗(yàn)課程，能夠使學(xué)生更加有效的了解與掌握風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行原理以及控制方法。

2、雙饋風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)課程

此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置的主要內(nèi)容是模擬雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)過(guò)程，在模擬過(guò)程中，對(duì)同步器上的輸出電壓頻率與幅值進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，從而使系統(tǒng)的輸出電壓頻率與幅值達(dá)到相關(guān)的并網(wǎng)要求與條件，同時(shí)通過(guò)同步器的相關(guān)指示，找到精確合適的相位，然后以手動(dòng)方式實(shí)施并網(wǎng)操作。當(dāng)然，也可以通過(guò)系統(tǒng)的自動(dòng)并網(wǎng)方式進(jìn)行。雙饋風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置的目的是使學(xué)生更加有效的了解與掌握風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)的具體條件以及實(shí)際的操作方法。

3、雙饋風(fēng)力發(fā)電功率控制實(shí)驗(yàn)課程

此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置的主要內(nèi)容是模擬并網(wǎng)型雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的功率控制過(guò)程，在這一過(guò)程中，首先是對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機(jī)側(cè)與網(wǎng)側(cè)變流器的有功功率和無(wú)功功率進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)設(shè)置，并在此基礎(chǔ)上實(shí)時(shí)調(diào)整雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)定子側(cè)、轉(zhuǎn)子側(cè)以及電網(wǎng)側(cè)的功率變化。雙饋風(fēng)力發(fā)電功率控制實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置的主要目的是讓學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)在雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，處于超同步與次同步狀態(tài)條件下的發(fā)電機(jī)定子側(cè)、轉(zhuǎn)子側(cè)與電網(wǎng)側(cè)的功率狀態(tài)，同時(shí)全面了解與熟悉變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的功率控制方法。

4、雙饋風(fēng)力發(fā)電低電壓穿越實(shí)驗(yàn)課程

在具體設(shè)計(jì)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越實(shí)驗(yàn)平臺(tái)時(shí)面臨一定的困難，現(xiàn)階段在我國(guó)市場(chǎng)上的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，具有雙饋風(fēng)力發(fā)電低電壓穿越實(shí)驗(yàn)功能的極為少見(jiàn)，所以，此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)也是LN公司的雙饋風(fēng)力發(fā)電教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的特色實(shí)驗(yàn)。其針對(duì)并網(wǎng)型雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越過(guò)程進(jìn)行仿真模擬，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上通過(guò)人工操作設(shè)定低電壓故障條件，由此完成低電壓穿越過(guò)程的模擬實(shí)驗(yàn)。雙饋風(fēng)力發(fā)電低電壓穿越實(shí)驗(yàn)課程能夠使學(xué)生更加深刻的認(rèn)識(shí)與掌握雙饋風(fēng)力發(fā)電低電壓穿越的基本原理以及真實(shí)過(guò)程。

結(jié)束語(yǔ)

隨著新能源的不斷開(kāi)發(fā)與利用，風(fēng)力發(fā)電專業(yè)在其領(lǐng)域范圍中所具備的理論性及實(shí)踐性相當(dāng)強(qiáng)，課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的功能互補(bǔ)融通，課堂教學(xué)的理論知識(shí)依托實(shí)踐教學(xué)去呈現(xiàn)。在風(fēng)電專業(yè)教學(xué)中，必須充分挖掘?qū)W生自主創(chuàng)新意識(shí)，通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐，教會(huì)學(xué)生如何有效運(yùn)用知識(shí)，從而進(jìn)一步加深對(duì)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作機(jī)理與特征的認(rèn)識(shí)與理解。

【參考文獻(xiàn)】

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