風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)

一、概述

風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)主要由風力發(fā)電機組、太陽能光伏電池組、控制器、蓄電池、逆變器、交流直流負載、開關控制模塊、環(huán)境監(jiān)測模塊、儀表顯示等部分組成，通過PLC控制、觸摸屏和變頻器作為控制核心，帶有A/D、D/A模塊、模擬量輸入/輸出模塊、交流電機變頻調速系統(tǒng)。系統(tǒng)于風能發(fā)電、光伏發(fā)電為一體的教學實訓系統(tǒng)；各系統(tǒng)通過連接電纜進行連接，形成一套可完成風力及光伏發(fā)電、同步并網、離網電源的實驗及教學演示。幫助學生理解太陽能并網、離網及風力發(fā)電系統(tǒng)的原理，從而起到學習工程實際應用技能的作用。

應用范圍：主要面向職高、大學、研究生、企業(yè)技工以風力發(fā)電和太陽能離網、并網發(fā)電為主課題的研究和培訓。

二、風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)主要技術規(guī)格參數(shù)：

1、系統(tǒng)規(guī)格

1）輸入電源：三相，單相AC220V±10% 50Hz

2）系統(tǒng)最大電壓：DC12V，AC220V/50Hz

3）系統(tǒng)最大電流：50A

4）系統(tǒng)最大功率：600W

2、太陽能電池板

太陽能電池板采用陣列組裝形式，主要采用4塊單晶小型太陽能電池板組建，可實現(xiàn)太陽能電池板的并接方式和串接方式，進而提供大電流或大電壓的兩種太陽能電池板組網方式。

光伏電池組件：25W*4塊

1）額定功率：25W

2）額定電壓：17.2V

3）額定電流：1.17A

4）開路電壓：21.4V

5）短路電流：1.27A。

6）擺臂機構：渦輪蝸桿結構（2個減速箱）

7）電壓：220V

8）頻率：50Hz

9）電流：1.36A

10）最大功率：300W。

11）追日機構

12）結構：渦輪蝸桿結構（減速箱）

13）驅動：直流電機

14）軸數(shù)：雙軸二維。

3、風力發(fā)電機

1）額定功率：300(W)

2）額定電壓：12(V)

3）額定電流：33.3

4）風輪直徑：1.65(m)

5）啟動風速：2.5(m/s)

6）額定風速：9.6(m/s)

7）安全風速：35(m/s)

8）工作形式：永磁同步發(fā)電機

9）風葉旋轉方向：順時針

10）風葉數(shù)量：3（片）    

11）風葉材料：玻璃增強聚丙烯材料

12）電機材料：鋁合金

13）護欄網：專業(yè)圍欄，高度約1.0米

4、模擬風洞模塊

1）風量：32073 mз/h

2）風壓：388Pa

3）轉速：1440 r/min

4）功率：2.2kW     

可調風速：0～13級連續(xù)可調

變頻器：采用2.2KW矢量變頻器

5、風光控制器系統(tǒng)：

1）工作電壓：12/24VDC可選

2）充電功率Pmax ：1000W

3）光伏功率Pmax ：300W

4）風機功率Pmax ：700W

5）充電方式：PWM脈寬調制

6）充電最大電流 35A

7）過放保護電壓 11V  

8）過放恢復電壓 12.6V

9）輸出保護電壓 16V   

10）卸載開始電壓（出廠值）15.5V

11）卸載開始電流（出廠值） 15A

控制器設有蓄電池過充、過放電保護、蓄電池開路保護、負載過電壓保護、夜間防反充電保護、輸出短路保護、電池接反保護、欠壓和過壓防震蕩保護、均衡充電、溫度補償、光控開關功能；

12）負載為100W以下的12V直流負載，控制單元一通道為常開輸出，另一通道為多類定時輸出（光控開、光控關，定時開、定時關，）。

13）使用32們高速單片機，實現(xiàn)智能控制，自動識別12/24V系統(tǒng)。 采用串聯(lián)式PWM充電控制方式，使充電回路的電壓損失較原二極管充電方式降低一半，充電效率較非PWM高3－6%;過放恢復的提升充電，正常的直充，浮充自動控制方式有利于提高蓄電池壽命。

14）多種保護功能，包括蓄電池反接、蓄電池過、欠壓保護、太陽能電池組件短路保護，具有自動恢的輸出過流保護功能，輸出短路保護功能。

15）具有豐富的工作模式，如光控，光控＋定時，通用控制等模式。

6、并網逆變器

1）輸出電壓：AC 180-260V

2）工作電壓：10.8 - 28V，

3）額定輸出功率≥400W

4）輸出波形：正弦波(失真度≤3﹪)

5）輸出頻率：47-55Hz，

6）LED方式顯示工作狀態(tài)，

7）AC標準電壓范圍：90V-140V/180V-260VAC ；

8）AC 頻 率 范 圍 ：55Hz~63Hz/45Hz~53Hz；

9）輸出電流總諧波失真：THDIAC<5%；

10）相 位 差：<1%

   并網逆變器具有DC－DC和DC－AC兩級能量變換的結構。DC－DC變換環(huán)節(jié)調整光伏陣列的工作點使其跟蹤最大功率點；DC－AC逆變環(huán)節(jié)主要使輸出電流與電網電壓同相位，同時獲得單位功率因數(shù)。

7、離網逆變器

1）直流輸入電壓：9～16VDC 電壓可選

2）額定蔬出功率：300W

3）輸出電壓：110/220VAC

4）輸出波形：純正弦波

5）輸出頻率：50Hz

6）工作效率：85%

7）功率因數(shù)：>0.88

8）波形失真率≤5%

9）工作環(huán)境：溫度-20℃～50℃

10）相對濕度：﹤90﹪（25℃）

11）保護功能：極性反接、短路、過熱、過載保護

具有輸出短路、過溫、過載、欠壓保護及保護具有自動恢復功能，采用風機冷卻方式，輸入輸出隔離設計，能快速并行啟動電容、電感負載，三色指示燈顯示，輸入電壓,輸出電壓，負載水準和故障情形，負載控制風扇冷卻，過壓/欠壓/短路/過載/超溫保護

8、PLC控制系統(tǒng)

采用海為公司32點位PLC，性能穩(wěn)定運行速率快，擴展靈活，PLC采用24V電源供電，該PLC是小型PLC，電源、CPU和其他模塊都是獨立的，可以通過U形總線把電源（PS）、CPU和其他模塊緊密固定在標準軌道上。每個模塊都有一個總線連接器，后者插在各模塊的背后。電源模塊總是安裝在機架的最左邊，CPU模塊緊靠電源模塊。CPU的右邊是可以選擇的IM接口模塊，如果只用主架導軌而沒有使用擴展支架可以不選擇IM接口模塊。

9、監(jiān)控系統(tǒng)（工業(yè)觸摸屏）

1）尺寸(英寸) 10.2

2）液晶屏：TFT液晶顯示，LED背光

3）顯示顏色：真彩，65535色

4）分辨率：800×480

5）液晶屏亮度：200cd/㎡

6）觸摸屏：電阻式

7）供電電源：24VDC

8）額定功率：5W

9）CPU主板：ARM CPU，400MHz

10）內存：64M

11）存儲設備：128M FLASH

12）組態(tài)軟件：MCGS嵌入式組態(tài)軟件（運行版）

10、環(huán)境條件： 　

1）工作溫度：0℃~45℃

2）工作濕度：5%~90%

3）儲存溫度：-10℃~60℃

4）振動頻率：10-57Hz 57-150Hz

5）振動加速度：0.075mm 9.8 m/s2

6）振動掃頻速率：Oct/min ≤1

11、產品規(guī)格

1）結構：工業(yè)塑料結構

2）顏色：工業(yè)灰

3）面板尺寸：226.5mm×163mm

4）機柜開孔：215mm×152mm

12、外部接口：　

1）串口：1×RS232、1×RS485

2）USB ：1主1從

13、其它功能

1）系統(tǒng)實驗時的備用電源（2路0-30V/2A直流可調穩(wěn)壓電源）；

2）有光伏、市電互補切換

11、電表規(guī)格：

1）電流表：× 2個，DC20A， 顯示模式︰0.5"LCD液晶顯示

2）電壓表：× 2個，DC50V，顯示模式︰0.5"LCD液晶顯示

3）電流表：× 2個，AC5A， 顯示模式︰0.5"LCD液晶顯示

4）電壓表：× 2個，AC220V，顯示模式︰0.5"LCD液晶顯示

5）溫度表：× 1個，0～99.9℃

6）多功能網絡電參數(shù)表：×1個，AC220V，顯示模式︰0.5"LCD液晶顯示，包含RS485，RS232通訊功能，

12、負載：

1）風扇：×1個，額定電壓：12/24V，

2）LED燈：額定電壓：12V，

3）蜂鳴器：×1個，馬達：×1個，額定電壓：12/24V，

4）交流線性電阻負載：0～2.2KΩ 50W

5）白熾燈40W AC220V。

13、測風系統(tǒng)模塊：

1）測量風速范圍：0～60m/s

2）風向：0～360°

3）精 度： ±0.1m/s±3°

4）工作電源：AC 220V±20% 50HZ， DC24V、12V、5V或其他供電

5）記錄間隔：1分鐘～240分鐘連續(xù)可設置

6）內部存儲：4M bit

7）通訊接口： RS-232/485/USB通訊

8）環(huán)境溫度：-40℃～50℃

14、電池：

太陽能專用閥控式密封膠體蓄電池，額定電壓：12V，額定容量(20Ah),充電方法（恒壓）；

具有如下特點：自放電率低，使用壽命長，深放電能力強，充電效率高，工作溫度范圍寬

電池數(shù)量：4組

15、系統(tǒng)外形尺寸；長1200×寬780×高1800（㎜）附滾輪方便推動至戶外教學。

三、實訓內容：

1、太陽光電實習教學模塊實驗內容：  

實驗一 太陽能電池發(fā)電原理實驗

實驗1-1 太陽能光電板能量轉換實驗

實驗1-2 環(huán)境對光電轉換影響實驗

實驗二 太陽能電池光電系統(tǒng)直接負載實驗

實驗三 光電控制型太陽能系統(tǒng)發(fā)電實驗

實驗3-1 光電型控制單元工作原理實驗

實驗3-2 光電型控制單元充放電保護實驗

實驗四 交通警示燈模塊設計實驗

實驗五 太陽能系統(tǒng)負載實驗

實驗六 綜合實驗

實驗七 太陽能電池基本特性測試實驗

實驗八 外部擴充DC轉AC外接電器實驗

實驗九 單晶太陽能電池I-V特性曲線實驗

實驗十 離網逆變器設計實驗

實驗十一 離網逆變器工作特性實驗

實驗十二 離網逆變器帶載及保護實驗

實驗十三 并網逆變器設計實驗

實驗十四 并網實驗

2、風力電實習教學模塊實驗內容：  

  實驗一、風力發(fā)電基礎理論原理性實驗

  實驗二、風力發(fā)電系統(tǒng)設計實驗

  實驗三、風力發(fā)電控制技術實驗

  實驗四、風力發(fā)電相關測量技術實驗

  實驗五、風力發(fā)電基礎理論與應用技術仿真實驗

  實驗六、發(fā)電機轉速與輸出電壓關系實驗

  實驗七、發(fā)電機轉速與輸出電流關系實驗

  實驗八、發(fā)電機轉速與輸出頻率關系實驗

  實驗九、風速即轉速與與出功率關系實驗

3、PLC實訓內容

實驗一 STEP 7軟件安裝及注意事項

實驗二 SIMATIC管理器

實驗三 SIMATIC Manager自定義

實驗四  PG/PC接口設置

實驗五 用PLC控制三相交流異步電動機起/停

實驗六 PLC系統(tǒng)的硬件組態(tài)及程序編制

實驗七 基本邏輯指令的應用

實驗八 定時器、計數(shù)器的應用

實驗九 技能訓練，人行橫道控制

實驗十 模擬量的控制

實驗十一 順序控制系統(tǒng)控制方法的設計

實驗十二 步與步的動作

實驗十三 PLC通信

4、觸摸屏實訓內容

實驗一 組態(tài)軟件應用及界面設計

實驗二 上傳、下載文件

實驗三 曲線圖、柱狀圖、圓形圖、動態(tài)圖

實驗四 數(shù)字輸入和文數(shù)字顯示

實驗五 歷史資料顯示

實驗六 系統(tǒng)控制讀寫

實驗七 控制系統(tǒng)中觸摸屏的畫面

實驗八 狀態(tài)圖

實驗九 控制系統(tǒng)中PLC的程序