依托風電實訓平臺培養高素質風電人才

文 | 邢作霞，蘆彥東，祁東亮，周瑞卿

依托風電實訓平臺培養高素質風電人才

文 | 邢作霞，蘆彥東，祁東亮，周瑞卿

沈陽工業大學依托30余年的風電科研基礎，發揮電氣工程、機械工程等學科優勢，以強化學生在新能源綜合應用領域以及風電裝備設計與運行服務方面能力的培養為宗旨，自主研發了風電系統實驗實訓平臺，為人才培養提供全面的教學實踐環境。

在風電產業的人才組成中，本科生是主要部分，因此，從促進風電產業發展的角度來看，本科生的培養至關重要。實踐教學是本科風電教學體系的重要組成部分，主要包括課程實驗、課程設計、工程實踐、生產實習等環節。通過實踐教學一方面可以幫助學生對理論知識進行消化吸收，建立起對理論知識的實際框架；另一方面充分鍛煉了學生的實踐與創新能力，為進一步培養學生的專業能力奠定良好的基礎，有助于培養高素質的風電人才。

新能源科學與工程專業（風電方向）主要研究以風力發電為主要代表的可再生能源發電及運行技術。沈陽工業大學依托30余年的風力發電科研基礎，發揮電氣工程、機械工程等學科優勢，以強化學生在新能源綜合應用領域以及風電裝備設計與運行服務方面能力的培養為宗旨，自主研發制造了一系列風電系統實驗實訓平臺，為風電人才培養提供了全面的教學實踐環境。

SUT-MCP風力發電機主控系統動態仿真實驗臺

主控實驗臺充分模擬兆瓦級風電機組執行機構、傳感器的狀態及其控制。主要包括：偏航系統、變槳系統、液壓站系統、剎車系統、齒輪箱潤滑系統、變槳軸承潤滑系統、機艙溫度控制、熱交換、機組運行狀態、安全鏈等，實現風電機組的變槳和轉矩閉環控制，能夠選擇不同風況，實現與兆瓦級風電機組輸出特性一致。采用軟件仿真模擬風電機組的氣動及傳動系統特性，并實現風電機組的變槳和轉矩閉環控制，已經成為了風電方向本科課程實驗及研究生風力發電控制技術研究必不可少的教學和科研實驗平臺。

通過本實驗臺可分別進行如下教學實驗：

實驗一：偏航互鎖電路設計實驗。通過偏航電路設計可以讓學生理解偏航各機構間的動作原理，互鎖關系。

實驗二：偏航傳感信號采集和自動對風編程實驗。（1）通過脈沖計數，PLC編程實現偏航方向判斷及偏航角度計算；（2）編程實現偏航電機的自動對風、啟停、互鎖及扭纜極限保護控制；（3）讓學生通過編程實現偏航動作，可以深入理解偏航的工作原理。

實驗三：液壓機構原理及控制實驗。編程實現機組的啟動、停機過程，液壓站松閘、抱閘剎車動作，觀察機組轉速變化過程。

實驗四：齒輪箱油循環、溫度控制編程實驗。（1）編程實現齒輪油泵啟、停，根據油溫，進行齒輪油冷卻風扇、加熱溫度控制，觀察油溫變化情況；（2）編程實現機艙溫度交換控制，根據機艙溫度高低，控制機艙加熱器和風扇的啟停；（3）通過編程實驗環節，可以鍛煉學生溫度控制的基本編程實現技巧。

實驗五：變槳距控制編程實驗。發電工況下，編程實現風電機組變槳和轉速—轉矩曲線控制，觀察機組的穩定發電運行情況、功率輸出實時變化情況，提供發電系統的靜態仿真模型。

雙饋/永磁風力發電系統能量轉換實驗臺

雙饋/永磁式風力發電實驗室模擬系統，是根據目前國際上風力發電行業應用較廣泛的雙饋或永磁風力發電機組設計的模擬實驗系統，該系統具有模擬風電機組并網發電的功能及特性，為風電行業科研、教學提供有力的幫助。

本系統采用異步變頻拖動單元，實現較寬范圍模擬風力發電機運行轉速，還可根據需要調節拖動單元轉速來達到模擬風速變化引起的發電機轉速變化。通過開放式主控系統，用戶可以根據自己的實驗需求給定發電機轉矩，通過變流系統控制雙饋發電機的功率輸出，達到風電機組的并網發電等過程的實驗研究。

雙饋/永磁風力發電系統能量轉換并網實驗臺主要由控制柜、并網柜、監控平臺和對拖機組三部分組成。控制柜主要作用：提供實驗平臺電能；風力機模擬系統驅動拖動電機；故障情況下能量消耗、急停控制等功能。并網柜主要作用：控制發電機組并網；調節輸出電能質量。監控平臺作用：作為上位機控制平臺運行；可選擇調節風速、轉速、轉矩、功率因數等參數；運行的實時數據顯示；控制平臺啟動、停止、并網方式等功能；平臺運行過程的形象展示。對拖機組主要作用：主控柜控制電動機運行；發電機向并網柜反饋電能、發電機轉速。

本實驗臺系統能夠實現變速恒頻風電機組發電狀態的模擬，包括轉速、轉矩、發電量及有功、無功調節。具體如下：

（1）風力發電機接線形式實驗；

（2）空載運轉實驗；

（3）并網過程實驗；

（4）并網連續運行實驗；

（5）風速模擬實驗；

（6）轉矩模擬實驗；

（7）發電功率模擬實驗；

（8）其他相關發電性能及測量實驗。

安全鏈故障模擬盤實驗柜

安全鏈控制柜是參考當前風電場安全鏈進行設計的，可以模擬實際風電機組安全鏈的全部功能，包括安全鏈的觸發、復位、變槳制動等。安全鏈中的執行部件，包括液壓泵、變槳閥等以白色指示燈進行指示，指示燈亮，表明動作執行。

安全鏈的故障觸發部分采用轉換開關進行設置，各轉換開關代表安全鏈中相應的故障，撥動相應開關即可模擬相應的故障。所有故障觸發開關集中放置在一個操作盒上，方便操作。該控制柜為前后兩側開門，前側與后側均安裝電器件，前側安裝板放置安全鏈的各電器元件，即安全鏈的可視部分，后側安裝板放置安全鏈故障觸發盒，即安全鏈故障觸發部分。前側安裝板分為機艙、輪轂、塔基三個區域，各電器件按照實際在風電機組中所處的位置分區排布。

可以分別對機艙、輪轂、塔基安全鏈進行模擬、實訓考核。

雙饋風力發電機組振動測試平臺

實驗臺用于仿真模擬風力發電機的工作過程，使學生增強對風力發電機整體的認識和工作原理的理解。模擬變速恒頻風力發電機組的運行模式，包括模擬變槳距系統、機組傳動系統、液壓系統、制動系統及偏航系統等，具有以實驗為目的模擬機組待機、同步、并網、發電、脫網等分步運行控制。可進行如下實驗：

（1）進行機組啟動、運行、正常停機、緊急停機時槳距角的變化狀態實驗；

（2）對機組的啟動、空載運行、停機、超速、能量轉換等過程進行形象演示；

（3）仿真發電機組偏航時的所有過程，包括機組自動偏航對風、手動偏航、自動解纜、手動解纜等；

（4）進行機組安全鏈保護實驗。

通過在實踐平臺展開的實踐教學，使學生對理論知識有了更深入的理解，極大提升了學生的動手實踐能力，因此依托風電實訓平臺進行的實踐教學對于風電人才的培養具有重要的意義。

（作者單位：沈陽工業大學電氣工程學院）