依托风电实训平台培养高素质风电人才

文 | 邢作霞，芦彦东，祁东亮，周瑞卿

依托风电实训平台培养高素质风电人才

文 | 邢作霞，芦彦东，祁东亮，周瑞卿

沈阳工业大学依托30余年的风电科研基础，发挥电气工程、机械工程等学科优势，以强化学生在新能源综合应用领域以及风电装备设计与运行服务方面能力的培养为宗旨，自主研发了风电系统实验实训平台，为人才培养提供全面的教学实践环境。

在风电产业的人才组成中，本科生是主要部分，因此，从促进风电产业发展的角度来看，本科生的培养至关重要。实践教学是本科风电教学体系的重要组成部分，主要包括课程实验、课程设计、工程实践、生产实习等环节。通过实践教学一方面可以帮助学生对理论知识进行消化吸收，建立起对理论知识的实际框架；另一方面充分锻炼了学生的实践与创新能力，为进一步培养学生的专业能力奠定良好的基础，有助于培养高素质的风电人才。

新能源科学与工程专业（风电方向）主要研究以风力发电为主要代表的可再生能源发电及运行技术。沈阳工业大学依托30余年的风力发电科研基础，发挥电气工程、机械工程等学科优势，以强化学生在新能源综合应用领域以及风电装备设计与运行服务方面能力的培养为宗旨，自主研发制造了一系列风电系统实验实训平台，为风电人才培养提供了全面的教学实践环境。

SUT-MCP风力发电机主控系统动态仿真实验台

主控实验台充分模拟兆瓦级风电机组执行机构、传感器的状态及其控制。主要包括：偏航系统、变桨系统、液压站系统、刹车系统、齿轮箱润滑系统、变桨轴承润滑系统、机舱温度控制、热交换、机组运行状态、安全链等，实现风电机组的变桨和转矩闭环控制，能够选择不同风况，实现与兆瓦级风电机组输出特性一致。采用软件仿真模拟风电机组的气动及传动系统特性，并实现风电机组的变桨和转矩闭环控制，已经成为了风电方向本科课程实验及研究生风力发电控制技术研究必不可少的教学和科研实验平台。

通过本实验台可分别进行如下教学实验：

实验一：偏航互锁电路设计实验。通过偏航电路设计可以让学生理解偏航各机构间的动作原理，互锁关系。

实验二：偏航传感信号采集和自动对风编程实验。（1）通过脉冲计数，PLC编程实现偏航方向判断及偏航角度计算；（2）编程实现偏航电机的自动对风、启停、互锁及扭缆极限保护控制；（3）让学生通过编程实现偏航动作，可以深入理解偏航的工作原理。

实验三：液压机构原理及控制实验。编程实现机组的启动、停机过程，液压站松闸、抱闸刹车动作，观察机组转速变化过程。

实验四：齿轮箱油循环、温度控制编程实验。（1）编程实现齿轮油泵启、停，根据油温，进行齿轮油冷却风扇、加热温度控制，观察油温变化情况；（2）编程实现机舱温度交换控制，根据机舱温度高低，控制机舱加热器和风扇的启停；（3）通过编程实验环节，可以锻炼学生温度控制的基本编程实现技巧。

实验五：变桨距控制编程实验。发电工况下，编程实现风电机组变桨和转速—转矩曲线控制，观察机组的稳定发电运行情况、功率输出实时变化情况，提供发电系统的静态仿真模型。

双馈/永磁风力发电系统能量转换实验台

双馈/永磁式风力发电实验室模拟系统，是根据目前国际上风力发电行业应用较广泛的双馈或永磁风力发电机组设计的模拟实验系统，该系统具有模拟风电机组并网发电的功能及特性，为风电行业科研、教学提供有力的帮助。

本系统采用异步变频拖动单元，实现较宽范围模拟风力发电机运行转速，还可根据需要调节拖动单元转速来达到模拟风速变化引起的发电机转速变化。通过开放式主控系统，用户可以根据自己的实验需求给定发电机转矩，通过变流系统控制双馈发电机的功率输出，达到风电机组的并网发电等过程的实验研究。

双馈/永磁风力发电系统能量转换并网实验台主要由控制柜、并网柜、监控平台和对拖机组三部分组成。控制柜主要作用：提供实验平台电能；风力机模拟系统驱动拖动电机；故障情况下能量消耗、急停控制等功能。并网柜主要作用：控制发电机组并网；调节输出电能质量。监控平台作用：作为上位机控制平台运行；可选择调节风速、转速、转矩、功率因数等参数；运行的实时数据显示；控制平台启动、停止、并网方式等功能；平台运行过程的形象展示。对拖机组主要作用：主控柜控制电动机运行；发电机向并网柜反馈电能、发电机转速。

本实验台系统能够实现变速恒频风电机组发电状态的模拟，包括转速、转矩、发电量及有功、无功调节。具体如下：

（1）风力发电机接线形式实验；

（2）空载运转实验；

（3）并网过程实验；

（4）并网连续运行实验；

（5）风速模拟实验；

（6）转矩模拟实验；

（7）发电功率模拟实验；

（8）其他相关发电性能及测量实验。

安全链故障模拟盘实验柜

安全链控制柜是参考当前风电场安全链进行设计的，可以模拟实际风电机组安全链的全部功能，包括安全链的触发、复位、变桨制动等。安全链中的执行部件，包括液压泵、变桨阀等以白色指示灯进行指示，指示灯亮，表明动作执行。

安全链的故障触发部分采用转换开关进行设置，各转换开关代表安全链中相应的故障，拨动相应开关即可模拟相应的故障。所有故障触发开关集中放置在一个操作盒上，方便操作。该控制柜为前后两侧开门，前侧与后侧均安装电器件，前侧安装板放置安全链的各电器元件，即安全链的可视部分，后侧安装板放置安全链故障触发盒，即安全链故障触发部分。前侧安装板分为机舱、轮毂、塔基三个区域，各电器件按照实际在风电机组中所处的位置分区排布。

可以分别对机舱、轮毂、塔基安全链进行模拟、实训考核。

双馈风力发电机组振动测试平台

实验台用于仿真模拟风力发电机的工作过程，使学生增强对风力发电机整体的认识和工作原理的理解。模拟变速恒频风力发电机组的运行模式，包括模拟变桨距系统、机组传动系统、液压系统、制动系统及偏航系统等，具有以实验为目的模拟机组待机、同步、并网、发电、脱网等分步运行控制。可进行如下实验：

（1）进行机组启动、运行、正常停机、紧急停机时桨距角的变化状态实验；

（2）对机组的启动、空载运行、停机、超速、能量转换等过程进行形象演示；

（3）仿真发电机组偏航时的所有过程，包括机组自动偏航对风、手动偏航、自动解缆、手动解缆等；

（4）进行机组安全链保护实验。

通过在实践平台展开的实践教学，使学生对理论知识有了更深入的理解，极大提升了学生的动手实践能力，因此依托风电实训平台进行的实践教学对于风电人才的培养具有重要的意义。

（作者单位：沈阳工业大学电气工程学院）