大型风电机组的物理动模A
物理动模是指在实验室内用一套硬件在环的仿真系统，来真实地复现风力发电机组在外部真实环境（如风速变化、电网扰动）下的运行状态和动态特性。产品通过高精度数字模型与等比例小功率物理硬件设备的深度集成，构建了一个从风能捕获到电能输出的完整、可控、可复现的实验室环境，用于进行风力发电机组的一体化动态特性研究、控制策略验证及并网性能测试。
产品介绍
本产品是一套全动态风力发电机组仿真平台。它由两台设备组成：一台风电模拟机组，通过在设备内部署气动和传动模型，驱动电机来真实地再现风轮主轴受到的扭矩和振动；另一台风电变流器，它内部运行MPPT和发电变流控制算法，控制发电过程。两者联动，在实验室里完整复现了从风到电的全过程，主要用于测试核心控制算法和验证整机性能。
本产品还可以加入单独的主控部分，通过高速通讯（如CAN通讯）与风电模拟机组和风电变流器这两台设备进行通信，向它们下达指令。这样一来，我们的系统就不再只是模拟各个部件，而是能够验证整个主控系统的控制策略、安全逻辑和并网性能，成为了一个真正完整的风电机组。
风电模拟调速器
- 核心功能：精准模拟风轮的气动特性与传动链的机械动力学。气动模型根据输入的风况参数实时计算作用于风轮的气动转矩；传动链模型则动态仿真主轴、齿轮箱等部件的扭转振动与惯性响应。
- 运行原理：模型计算出的最优转矩指令发送至调速器，由调速器驱动大功率原动机 输出相应的转速与扭矩，从而物理再现风轮主轴的真实受力与运动状态。
风机机舱
风电变流器
- 核心功能：模拟风力发电机的电气特性并执行并网控制策略。MPPT算法实时追踪模拟风轮的最佳功率曲线，并生成转矩设定值，通过变流器对电机进行精确的转矩控制，模拟发电机的运行特性。
- 运行原理：该设备与风机模拟系统通过直流母线或机械联轴器进行能量耦合，形成一个完整的“风-机-电”能量转换闭环。
风机主控
主控控制器
主控扮演着整机中最高层级的控制角色。它作为一个独立的、真实的风机主控系统集成到系统中，负责整机的协同调度、安全运行与全局优化。采用倍福的PLC用作风机的主控控制器。
主要功能有：
- 整机功率协调控制：接收来自电网的调度指令（如功率设定值），或根据内部策略，计算并向下发给变流器动模设备全局的功率或转矩设定点。
- 运行状态管理：负责整机的自动启停、并网/脱网序列控制、正常停机与安全停机逻辑。
- 偏航与变桨模拟控制：虽然系统中没有物理的偏航和变桨系统，但主控会实时计算并输出模拟的变桨角度信号，并反馈给气动模型，从而动态改变风轮捕获效率，实现功率精确调节和超速保护。
- 安全保护：作为最高安全监控层，实时监测所有关键参数（如转速、振动、温度等），一旦超限，立即触发相应级别的安全保护动作。
主控策略（加链接）
- 有功功率控制（APC）与升降速率限制：接收电网调度指令，主控可控制风机运行在降载模式（如输出80%额定功率）。设定最大功率上升/下降速率（如每分钟10%额定功率），平滑风机的功率输出，避免对电网造成冲击。
- 最大功率点跟踪（MPPT）：主控可以根据全局优化目标，向变流器发送转矩或转速设定值，对其进行干预和调度，实现更平滑、更快速的功率追踪。
- 额定功率恒功率控制（CPC）：这是主控最重要的高级算法。当风速超过额定风速，风机进入恒功率区。主控将实时发电功率与额定功率进行比较，通过PI（比例-积分）控制器 计算出所需的变桨角度指令，并发送给气动模型。气动模型根据新的桨距角实时改变风能利用系数（Cp），从而调整捕获的机械功率，最终将发电功率精确稳定在额定值。这个过程完美模拟了真实风机的变桨限功过程。
- 转矩-转速曲线管理：主控负责定义并管理风机在不同运行区域（如MPPT区、恒转速区、恒功率区）的切换逻辑，并向下层控制器发送整条转矩-转速特性曲线的参数。
- 故障穿越（FRT/LVRT/HVRT）主控协调：当监测到电网电压跌落（骤降）或升高时，主控作为总指挥启动故障穿越程序。向变流器发送“FRT模式激活”指令，要求其按规约提供无功电流支撑电网。同时，主控执行紧急变桨操作，快速减少风轮捕获的机械功率，防止主轴和齿轮箱承受过大的机械应力，并在电网恢复时平稳控制功率回升。
风电模拟调速器
本设备模拟风机的机械行为。控制器运行原动机转矩控制算法，接收来自主控的指令，驱动电机高精度地复现风轮的气动转矩和主轴的机械特性（如惯性、扭振）。完成机电能量转换，是实现并网控制策略的关键。
永磁同步电机
鼠笼异步电机
风电变流器
本设备是连接机械传动与电网的关键能量转换枢纽。它负责模拟风力发电机（通常是双馈异步发电机DFIG或永磁同步发电机PMSG）的电磁特性，并精确控制其与电网之间的能量交换。它接收来自上层控制器的指令，并向下真实地驱动电机（或负载），向上与电网交互。
全功率风电变流器
全功率风电动模实验系统包括：监控系统、变频器、变流器以及机组。
产品主题：
- 风电并网功能，包含电网适应性、故障穿越等；
- 跟网型风机和构网型风机的对比研究；
- 与FX系列MMC柔直换流器组合可构造更复杂的系统，进行海上风电柔直送出的相关研究。
电控柜内主要有RP3280控制器，变频器，功率模块，开关箱，滤波箱，三相交流电抗，电压采样箱等。
RP控制器（加链接）
- 控制核心是基于TI公司第三代C2000系列实时控制芯片
- 具有快速浮点运算能力
- 提供最高32路PWM通道
- 可实现各种典型电力电子装置的快速原型控制
功率组件（加链接）
- 功率组件采用PP3600或PP3300，PP3600功率机箱内部包含两个功率组件，每个功率组件是一组两电平三相全桥电路，2个功率组件构成背靠背的拓扑。
- 每个功率组件由功率底板和驱动板组成。
- PP3300功率机箱主要由一组三电平I字型三相全桥电路组成，并包括配套的主回路、测量与保护电路等。
双馈风电变流器
双馈风电动模实验系统包括：监控系统、变频器、变流器以及机组。
产品主题：
- 风电并网功能，包含电网适应性、故障穿越等；
- 跟网型风机和构网型风机的对比研究
电控柜内主要有RP3280控制器，变频器，功率模块，开关箱，滤波箱，三相交流电抗，电压采样箱等。
RP控制器
- 控制核心是基于TI公司第三代C2000系列实时控制芯片
- 具有快速浮点运算能力
- 提供最高32路PWM通道
- 可实现各种典型电力电子装置的快速原型控制
功率组件
- 功率组件采用PP3600或PP3300，PP3600功率机箱内部包含两个功率组件，每个功率组件是一组两电平三相全桥电路，2个功率组件构成背靠背的拓扑。
- 每个功率组件由功率底板和驱动板组成。
- PP3300功率机箱主要由一组三电平I字型三相全桥电路组成，并包括配套的主回路、测量与保护电路等。
其他变流器？？
电网模拟器
综合介绍
并网实验
该系统能够进行大部分的关键的风电机组并网性能实验。其核心优势在于：能够在实验室环境下，安全、可重复、低成本地模拟现实中难以遇到甚至具有破坏性的电网工况。以下是本机组可以进行的核心并网实验：
- 电网故障穿越（FRT）能力测试
- 低电压穿越（LVRT）测试：模拟电网因故障发生瞬间电压跌落（如跌至额定电压的20%），持续数百毫秒后恢复。测试风机能否不脱网连续运行，并向电网提供无功电流支撑以帮助电压恢复。
- 高电压穿越（HVRT）测试：模拟电网故障切除后或轻负荷时出现的电压骤升，测试风机在此过程中的运行适应性。
- 频率故障穿越测试：模拟电网频率异常（过高或过低），测试风机能否在规定的时间内不脱网运行。
- 有功功率控制（APC）测试
- 功率限值控制测试：测试风机接收电网调度指令后，能否将输出功率稳定、准确地控制在某一设定值（如80%额定功率）运行。
- 功率升降速率（Ramp Rate）控制测试：测试风机能否按照设定的最大功率变化率（如每分钟10%额定功率）平滑地增加或减少功率输出，避免对电网造成冲击。
- 无功功率与电压调节能力测试
- 无功功率控制测试：测试风机在单位功率因数、恒无功功率、恒功率因数等多种模式下的运行性能，能否精确输出或吸收目标无功功率。
- 电压调节控制测试：测试风机根据电网电压偏差，自动调节无功功率输出以支撑电压稳定的能力。
- 电能质量测试
- 谐波与间谐波分析：在各种运行工况下，测量变流器动模设备并网点的电流/电压谐波含量，评估其是否符合并网标准。
- 闪变测试：通过气动模型模拟连续变化的风速（湍流风），测试风机因输出功率波动对电网电压造成的闪变效应是否在限值之内。
- 电网适应性测试
- 不同电网强度下的运行测试：通过改变模拟电网的等效阻抗（短路容量），测试风机在强电网和弱电网等不同工况下的控制性能和小信号稳定性。
监控系统
风机监控系统，实现对数据的采集、监测、储存、分析、展现，减少风电机组运行和生产经营数据的错报、迟报、漏报，为集中监测、故障分析、技术支持、经营决策等提供及时、准确的数据基础。
产品开发
二次开发
本产品运行程序、仿真模型均开源提供给客户，且仿真模型支持代码生成，图形化建模方式使客户二次开发更加简单。作为强大的二次开发平台，具备触发录波和丰富参数变量监视功能，极大地提高技术的开发和验证效率。
配置工具
WRTBuilder是Repower系列实时控制器的专用配置软件，主要用于simulink模型的用户数据管理，硬件驱动接口绑定，平台数据配置文件的生成管理以及程序编译下载等。
- 图形化配置工具
- 管理模型库
- 配置I/O与任务调度
- 一键生成并下载代码至控制器
★调试工具ScoutXS（加链接）
ScoutXS监控工具可以实时进行参数调节、变量监控、录波触发及SOE事件记录。
