風力發電機組有功功率控制虛擬仿真實驗是南通大學建設的虛擬仿真實驗課程。
基本介紹
- 中文名：風力發電機組有功功率控制虛擬仿真實驗
- 建設院校： 南通大學
- 課程負責人： 楊奕
- 授課教師：徐一嗚、張新松、張旭東、茅靖峰
課程性質,教學目標,
課程性質
課程背景
（1）風電人才能力培養的迫切需要
建設以新能源為主體的新型電力系統是新時期國家發展主要目標,發展風力發電是國家新能源戰略之一。截至2020年底,我國風電累計裝機規模達到2.81億千瓦，已成為電力系統的第3大主力電源,規模居世界首位。為保障“碳達峰”與“碳中和”戰略的順利實施,風電在電力系統中占比將進一步提升。風電產業的蓬勃發展,不僅需要風電領域高端研究人才,更需要大量理論基礎紮實、動手能力強的風電專門技術人才,滿足風電場調試、運行與管理的需要。南通大學自2002年起,率先與國電龍源集團合作開設“風電定向培養班”, 培養了一批在風電相關領域 “下得去、用得上、幹得好”的本科生,目前,已陸續成長為技術中堅力量。
在長期的人才培養中,我們深感實踐教學對風電人才培養的重要性。本實驗及系列風電相關實驗為學生的理論知識深化、工程思維能力養成、操作技能培養與綜合素質提升提供了基礎訓練平台。
(2 )風力發電實驗教學迫切需要虛擬仿真
風力發電實驗具有高危險、高成本、不可及與不可逆的特點,具體體現為:風力發電機組成本高昂、體積巨大,且併網需要滿足嚴格的技術標準。作為教學單位,很難配齊風力發電實驗所需實體設備。因此,風電產業人才培養過程中的實踐教學一直以現場參觀為主,學生“只能看、不能摸”,更談不上動手操作。與此同時,極限風速下的有功功率控制具有一定的危險性 , -旦進入極限狀態則具有破環性而不可逆。即便是國電龍源等大型風力發電企業也通過虛實結合,依託本實驗平台對員I進行I程操作能力培訓。
(3 )虛擬仿真實驗的實用性
《風力發電機組有功功率控制虛擬仿真實驗》為3學時,是《風力發電技術》課程的核心實驗,該課程是電氣訌程國家-流專業的主幹課程。課程實驗在採用工業化的精準模型模擬實際風電機組的基礎上,依託真實工況、真實機型與真實標準進行設計,採用信息化手段和3D虛擬仿真技術還原真實工程場景。實驗界面友好,流程步驟清晰，便於實驗者進行操作。
在原有軟體仿真與簡易小型機組實物實驗的基礎上, 2015年團隊開始嘗試風力發電機虛擬仿真實驗,逐步設計了《風力發電機組有功功率控制實驗》《風電發電機組葉尖速比控制實驗》 《風電發電機組最優轉矩控制實驗》 《風力發電機組轉速控制實驗》 《風電發電機組輸出功率平抑實驗》《風電發電機組短期頻率控制實驗》 等-系列虛擬仿真實驗 ,建立了風力發電虛擬仿真實驗平台。
教學目標
.(1)課程思政
通過本實驗,學生對風力發電有功功率控制的理論意義和實際工程意義有進一步的理解,藉此加深學生對發展海上風電戰略的理解,增強學生的社會責任感。
實驗設計了誤操作會導致“機毀”的極限場景,要求學生專注實驗、精心操作,培養學生敬業、精益、專注、創新的工匠精神。
實驗要求學生對風力發電機整機的運行高效性、經濟性及可行性等綜台統籌,包括:偏航電機動力的確定,各檢測環節在有限空間的安裝,以及整機運行效率和控制器複雜程度,鍛鍊學生的辯證思維能力。
( 2 )知識與能力標
(1 )掌握風力發電機組有功輸出功率與發電機轉速、槳距角以及隨機風速之間的關係;掌握不同風速下的風力發電機組的有功功率控制策略,具備風電機組在全風速場景下的有功功率控制系統設計與控制參數最佳化能力,並能評價控制效果的優劣,培養學生獨立設計思考和綜合評價能力。
(2 )掌握風力發電機組偏航控制系統的工作原理與偏航控制的目的,具備實行風力發電機組偏航控制的能力。
(3 )培養學生對大型風力發電機運行姿態控制的創新開發能力:包括影響風能利用率的偏航角度、槳距角(葉片攻角)的綜合設計與空間布置,構成合理有效的大型電動變槳距風力發電機組最佳有功功率輸出控制系統。
