光伏發(fā)電設(shè)備安裝與調(diào)試實訓(xùn)系統(tǒng)

一、系統(tǒng)組成

光伏發(fā)電設(shè)備安裝與調(diào)試實訓(xùn)系統(tǒng)有光伏供電裝置、光伏供電系統(tǒng)、逆變與負(fù)載系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)四個部分組成。

光伏發(fā)電設(shè)備安裝與調(diào)試實訓(xùn)系統(tǒng)采用模塊式結(jié)構(gòu)，各裝置和系統(tǒng)具有獨立的功能，應(yīng)用靈活，即可組合應(yīng)用，也可獨立工作運行。

二、技術(shù)參數(shù)
1、光伏供電裝置

主要由光伏電池組件、投射燈、光線傳感器、光線傳感器控制盒、水平方向和俯仰方向運動機(jī)構(gòu)、擺桿、擺桿減速箱、擺桿支架、單相交流電動機(jī)、電容器、直流電動機(jī)、接近開關(guān)、微動開關(guān)、底座支架等設(shè)備與器件組成。

設(shè)備尺寸：光伏供電裝置1610×1010×1550mm、實訓(xùn)柜1000×1000×2000mm；
2、電池組件
(1)功率：20W、誤差：±5%、
(2)輸出電壓：17.2V、
(3)輸出電流：1.17A、
(4)開路電壓：21.4V、
(5)短路電流：1.27A、
(6)工作環(huán)境溫度：45℃±2℃、
(7)尺寸：230×230×28mm；
3、光伏供電系統(tǒng)
1）光伏供電系統(tǒng)的組成

光伏供電系統(tǒng)主要由光伏電源控制單元、光伏輸出顯示單元、觸摸屏、光伏供電控制單元、DSP控制單元、接口單元、西門子S7-200PLC、繼電器組、接線排、蓄電池組、可調(diào)電阻、斷路器、12V開關(guān)電源、網(wǎng)孔架等組成。
2）控制方式

光伏供電控制單元的追日功能有手動控制盒自動控制兩個狀態(tài)，可以進(jìn)行手動或自動運行光伏電池組件雙軸跟蹤、燈狀態(tài)、燈運動操作。
3）DSP控制單元和接口單元

蓄電池的充電過程及充電保護(hù)由DSP控制單元、接口單元及程序完成，蓄電池的放電保護(hù)由DSP控制單元、接口單元及繼電器完成，當(dāng)蓄電池放電電壓低于規(guī)定值，DSP控制單元輸出信號驅(qū)動繼電器工作，繼電器常閉觸點斷開，切斷蓄電池的放電回路。
4）蓄電池組
蓄電池組選用4節(jié)閥控密封式鉛酸蓄電池，主要參數(shù)：
容量：12V 18Ah/20HR
重量：1.9kg
尺寸：345mm×195mm×20mm
含漏電保護(hù)斷路器，AC220V 和DC24V狀態(tài)指示燈、電源插座；
4、逆變與負(fù)載系統(tǒng)
（1）逆變與負(fù)載系統(tǒng)的組成
逆變與負(fù)載系統(tǒng)主要由逆變電源控制單元、逆變輸出顯示單元、逆變器、逆變器參數(shù)檢測模塊、變頻器、三相交流電機(jī)、發(fā)光管舞臺燈光模塊、警示燈、接線排、斷路器、網(wǎng)孔架等組成。
1）逆變電源控制單元

逆變電源控制單元面板如圖19所示，逆變電源控制單元主要由斷路器、+24V開關(guān)電源、AC220V電源插座、指示燈、接線端子DT14和DT15等組成。
 2）逆變輸出顯示單元

逆變輸出顯示單元主要由交流電流表、交流電壓表、接線端子等組成。
3）逆變與負(fù)載系統(tǒng)主電路

逆變與負(fù)載系統(tǒng)主要由逆變器、交流調(diào)速系統(tǒng)、逆變器測試模塊、發(fā)光管舞臺燈光模塊和警示燈組成。

逆變器的輸入由光伏發(fā)電系統(tǒng)或蓄電池提供，逆變器輸出單相220V、50Hz的交流電源。交流調(diào)速系統(tǒng)由變頻器和三相交流電動機(jī)組成，逆變器的輸出AC220V電源是變頻器的輸入電源，變頻器將單相AC220V變換為三相AC220V供三相交流電動機(jī)使用。逆變電源控制單元的AC220V電源由逆變器提供，逆變電源控制單元輸出的DC24V供發(fā)光管舞臺燈光模塊使用。逆變器測試模塊用于檢測逆變器的死區(qū)、基波、SPWM波形。
（2）逆變器

逆變器是將低壓直流電源變換成高壓交流電源的裝置，逆變器的種類很多, 各自的具體工作原理、工作過程不盡相同。本實訓(xùn)裝置使用的逆變器由DC-DC升壓PWM控制芯片單元、驅(qū)動+升壓功率MOS管單元、升壓變壓器、SPWM芯片單元、高壓驅(qū)動芯片單元、全橋逆變功率MOS管單元、LC濾波器組成。
（3）逆變與負(fù)載系統(tǒng)運行參數(shù)
逆變器輸入電壓：DC12V、
輸入電壓范圍：DC9.5V-15.5V、
輸出電壓：AC220V±5%
額定輸出電流：1.4A
輸出頻率：50Hz±0.5Hz
額定功率：300VA
輸出波形：正弦波
波形失真：＜5%
轉(zhuǎn)換效率：＞85%
實驗?zāi)K：正弦波逆變器原理模塊
5、監(jiān)控系統(tǒng)
（1）監(jiān)控系統(tǒng)組成
監(jiān)控系統(tǒng)主要由一體機(jī)、鍵盤、鼠標(biāo)、接線排、電源插座、通信線、微軟操作系統(tǒng)軟件、力控組態(tài)軟件組成。
（2）監(jiān)控系統(tǒng)功能
1）通信
監(jiān)控系統(tǒng)與控制器、PLC、儀表進(jìn)行通信。
2）界面

監(jiān)控系統(tǒng)具有主界面，光伏供電系統(tǒng)界面，風(fēng)力供電系統(tǒng)界面，逆變與負(fù)載系統(tǒng)界面，風(fēng)光互補(bǔ)能量轉(zhuǎn)換界面，分別顯示各自的運行狀態(tài)參數(shù)。

光伏供電系統(tǒng)界面設(shè)置相應(yīng)的按鈕，實現(xiàn)光伏電池方陣自動跟蹤。

風(fēng)力供電系統(tǒng)界面設(shè)置相應(yīng)的按鈕，實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)側(cè)風(fēng)偏航控制。

具有光伏發(fā)電采集報表和風(fēng)力發(fā)電集報表，記錄光伏輸出電壓、電流，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出電壓、電流；逆變與負(fù)載系統(tǒng)的逆變輸出電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)并打印數(shù)據(jù)報表。

六、3D地圖功能
6.1模型

支持教師通過3D地圖上的模擬能耗布置相應(yīng)學(xué)習(xí)任務(wù)，同時可以修改多種參數(shù)以適應(yīng)不同實際情況，最后可以根據(jù)學(xué)生完成情況進(jìn)行相應(yīng)的評分。

1.根據(jù)項目及學(xué)習(xí)任務(wù)需要規(guī)劃設(shè)計的區(qū)域面積大小，選擇對應(yīng)面積以及地形相似度高的區(qū)域，并定期更新可用的區(qū)域3d地圖

2.加載在3D地圖上的是真實的地形地貌，包含設(shè)計成虛擬的地形地貌、3D地圖模型、山川、河流與樹木；

3.支持修改光伏發(fā)電的相關(guān)評分參數(shù)：整機(jī)效率、最佳傾角、除組件和逆變器以外的其他成本參數(shù)等。

4.支持修改風(fēng)力發(fā)電的相關(guān)評分參數(shù)：整機(jī)效率、風(fēng)力波動（自定義風(fēng)速的每小時波動數(shù)據(jù)以體現(xiàn)出風(fēng)力發(fā)電機(jī)組隨著每小時風(fēng)速數(shù)據(jù)的變化，發(fā)電量在1天24小時內(nèi)隨機(jī)波動的特點；）

5.支持修改地?zé)崮艿南嚓P(guān)評分參數(shù)：換熱能力、熱協(xié)調(diào)參數(shù)、成本單價

6.支持修改生物質(zhì)能的相關(guān)評分參數(shù)：生物質(zhì)年供應(yīng)、整機(jī)效率、生物質(zhì)殘余物平均能源折算系數(shù)、生物質(zhì)平均谷草比系數(shù)、生物質(zhì)殘余物能源利用可獲得系數(shù)、建設(shè)成本、燃料成本、運維成本等。同時可自動根據(jù)公司計算得出每年最大可建設(shè)的電站功率作為評分準(zhǔn)則。
（最大生物質(zhì)電站功率=年供應(yīng)量*1000*平均能源折算系數(shù)*谷草比系數(shù)*殘余物能源利用可獲得系數(shù)/3600/365/24）

7.設(shè)計區(qū)域內(nèi)的5種用能建筑模型（底層住宅、交通樞紐、酒店、小高層、寫字樓），通過設(shè)置每個建筑模型的最大功率、制冷制熱能耗占比、每小時實際用電系數(shù)、日能耗時長，可以獲得區(qū)域內(nèi)建筑每小時、每天、全年的耗電情況以及制冷制熱能耗需求；

8.可選擇全國任意地區(qū)（精確城市）、任意氣候時段作為區(qū)域能源模擬的目標(biāo)區(qū)域，通過對比數(shù)據(jù)庫可以得出當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度、光伏組件全年工作溫度，并可以自動計算最大、最小電壓、最大開路電壓、最大直流電流等數(shù)據(jù)

9.可以自行比較同一模型不同規(guī)劃方案的優(yōu)劣，通過比較傾角偏差、組件逆變器功率比、間距誤差、逆變器數(shù)量、生物質(zhì)電站容量、淺層地?zé)崛萘俊L(fēng)力電站布局、外部電力輸入、外部電力波動、建設(shè)總成本等，可以對同一模型下的方案進(jìn)行自動評分

10.命名：教師可以自行給模型命名

11.刪除：教師可以對模型進(jìn)行刪除操作
6.2方案

支持學(xué)生通過設(shè)置3D地圖上的各種能源搭配的方案來解答教師給出的學(xué)習(xí)任務(wù)，并給出相應(yīng)的數(shù)據(jù)報表

1.在3d地圖上，根據(jù)模擬的每小時用能數(shù)據(jù)，合理布局“光伏發(fā)電"“風(fēng)力發(fā)電"“生物質(zhì)發(fā)電"“淺層地?zé)嵩O(shè)施"設(shè)置各種產(chǎn)能模塊的產(chǎn)能參數(shù)，滿足區(qū)域用能需求，以完成需求側(cè)區(qū)域能源規(guī)劃方案的設(shè)計；

2.使用光伏、風(fēng)力、生物質(zhì)、地?zé)?種新能源并結(jié)合外部電力輸入以進(jìn)行能源供應(yīng)模擬并能自動計算產(chǎn)能。

3.根據(jù)設(shè)施地區(qū)經(jīng)緯度與氣候參數(shù)，通過選擇不同型號規(guī)格的逆變器與光伏組件，來完成光伏組件方陣的設(shè)計，主要包含參數(shù)有：方陣行數(shù)、方陣列數(shù)、組件安裝方式設(shè)計、傾角設(shè)計、逆變器數(shù)量、組件間距設(shè)計、組串串并聯(lián)的數(shù)量等完成區(qū)域光伏電站設(shè)置

4.根據(jù)每小時的用電情況，實現(xiàn)戶式/小型分布式光伏電站的模擬設(shè)計，并根據(jù)所選光伏組件與逆變器估算該電站的建設(shè)成本以及模擬該分布式電站與負(fù)載的合并運行情況

5.可設(shè)置不同容量大小的風(fēng)機(jī)，模擬風(fēng)力發(fā)電功率

6.根據(jù)模擬時段內(nèi)的氣溫數(shù)據(jù)，判斷當(dāng)日是否存在制冷制熱需求，并根據(jù)當(dāng)日的冷熱程度模擬制冷制熱能耗情況。

7.模擬淺層地?zé)釗Q熱能力與埋管面積的關(guān)系；同時學(xué)生根據(jù)模擬數(shù)據(jù)需要，設(shè)置生物質(zhì)能建設(shè)所需面具，以達(dá)到模擬建筑制冷制熱能耗需求；

8.學(xué)習(xí)生物質(zhì)發(fā)電過程中，通過生物質(zhì)能電站的一系列參數(shù)，強(qiáng)化學(xué)生對于生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化公式學(xué)習(xí)。（最大生物質(zhì)電站功率=年供應(yīng)量*1000*平均能源折算系數(shù)*谷草比系數(shù)*殘余物能源利用可獲得系數(shù)/3600/365/24）

9.模擬白天時段，光伏發(fā)電設(shè)施每小時發(fā)電數(shù)據(jù)，體現(xiàn)出白天每小時光伏發(fā)電量隨光照強(qiáng)度變化、夜晚光伏沒有發(fā)電的量的特點；

10.根據(jù)逆變器、光伏組件的價格，風(fēng)機(jī)機(jī)組價格，地?zé)犭娬緝r格，生物質(zhì)電站價格對所設(shè)計的多能互補(bǔ)方案的建設(shè)總成本自動統(tǒng)計

11.在初始化并部署完成后，展示整個區(qū)域能源狀態(tài)，并根據(jù)預(yù)設(shè)值進(jìn)行計算和輸出，根據(jù)輸出結(jié)果形成各類報表。包括總數(shù)據(jù)和日數(shù)據(jù)；

12.能源數(shù)據(jù)報表中，通過模擬時間過程，以及設(shè)計好的方案，可以顯示各種能源的產(chǎn)能情況，包括：總產(chǎn)能、光伏發(fā)電量、風(fēng)力發(fā)電量、淺層地?zé)崮芰俊⑸镔|(zhì)能發(fā)電量以及外部電力輸入等。

13.根據(jù)用能模塊預(yù)設(shè)的用能參數(shù)，模擬計算出用能情況實時曲線與各類產(chǎn)能設(shè)施的產(chǎn)能占比，并同步圖表顯示，包括總能耗、一般能耗、制冷制熱能耗等，有助于學(xué)生進(jìn)行相應(yīng)能源的設(shè)計配比。

14.命名：學(xué)生可自行對設(shè)計方案進(jìn)行命名或重命名

15.刪除：教師或?qū)W生可刪除方案
七、其他
1.小工具：

光伏陣列間距計算器：可通過計算器自動計算出最佳傾角下的方陣最佳間距。涵蓋了全國32個城市。可查詢的數(shù)據(jù)有：經(jīng)緯度、不同光伏陣列傾角下的日平均輻射、年度總太陽輻射等。同時根據(jù)選擇的組件尺寸，根據(jù)傾角自動計算出方陣最佳間距。
2.參考計算公示：D=0.707H/tan[arcsin(0.648cosα-0.399sinα）]