可再生能源智能微電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)設(shè)備

一、系統(tǒng)概述

可再生能源智能微電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)設(shè)備采用雙母線結(jié)構(gòu)，集成能量控制系統(tǒng)(PCS)、電池管理系統(tǒng)(BMS)、分布式發(fā)電系統(tǒng)(DG)、交直流負(fù)荷、能量管理系統(tǒng)(EMS)與監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)等，實(shí)現(xiàn)清潔低碳、安全高效的源-網(wǎng)-荷-儲協(xié)同優(yōu)化功能。應(yīng)用數(shù)字化、信息化與智能化能量管理系統(tǒng)控制，通過源源互補(bǔ)、源網(wǎng)協(xié)調(diào)、網(wǎng)荷互動、網(wǎng)儲互動和源荷互動等多種交互形式，可以更經(jīng)濟(jì)、高效和安全地利用分布式新能源與儲能，實(shí)現(xiàn)電能削峰填谷、負(fù)荷不間斷優(yōu)質(zhì)供電、系統(tǒng)智能化保護(hù)與運(yùn)行、自由離并網(wǎng)無縫切換等，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)、用電效益更好。

1.1系統(tǒng)簡介

可再生能源智能微電網(wǎng)系統(tǒng)由能量調(diào)度控制器、浪涌保護(hù)器、交流接觸器、斷路器、單相計量儀表、電流互感器、工業(yè)觸摸屏(HMI)、測試端子等組成。主要完成微電網(wǎng)與電網(wǎng)能量交互的控制、計量與保護(hù)，同時通過能量調(diào)度控制器對儲能、分布式電源、交直流負(fù)荷等進(jìn)行能量管理與調(diào)度，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)平滑穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行。
二、可再生能源智能微電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)設(shè)備參數(shù)

1）觸摸屏：內(nèi)核：J1900 CPU（主頻2400MHz*4核心）；內(nèi)存：4GB；觸摸類型：四線電阻式觸摸屏；串行接口：RS232/RS485；以太網(wǎng)口：10/100M自適應(yīng)；電磁兼容：工業(yè)三極；監(jiān)測內(nèi)容：對微電網(wǎng)的實(shí)時運(yùn)行和報警信息進(jìn)行全面監(jiān)控，并對微電網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)計和分析，實(shí)現(xiàn)對微電網(wǎng)參數(shù)的監(jiān)控。

2）工業(yè)交換機(jī)：網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)：IEEE 802.3、IEEE 802.3u、IEEE 802.3x；端口：8個10/100Mbps RJ45 端口；指示燈：每端口具有1個Link/Ack、Speed 指示燈/每設(shè)備具有1個Power指示燈；性能：存儲轉(zhuǎn)發(fā)/支持3.2Gbps背板帶寬/支持8K的MAC地址表深度。

3）浪涌保護(hù)器：最大持續(xù)運(yùn)行電壓Uc：1000V；標(biāo)稱放電電流In(8/20us)：20KA；最大放電電流Imax(8/20us)：40KA；保護(hù)水平Up(8/20us)：<1.8KV響應(yīng)時間：≤25ns；

4）交流接觸器：主觸點(diǎn)數(shù)量：3對；額定電流：25A；線圈電壓：AC220V；帶輔助觸點(diǎn)；

5）光伏專用單相電雙向計量儀表：電流、電壓測量精度：0.2級；功率、有功電能測量精度：0.5級；無功電能：1級；

6）開關(guān)電源：輸入電壓：AC220V；輸出電壓：DC24V；額定輸出電流：2.5A；

7）系統(tǒng)材質(zhì)與尺寸：鋼板厚度：2mm；前門采用透明鋼化玻璃設(shè)計，帶緩沖器；后門采用雙開門設(shè)計，底部裝置過濾網(wǎng)；兩邊側(cè)板可拆卸；柜體尺寸≥：750×650×1800(mm)；
2.1微電網(wǎng)儲能與控制系統(tǒng)

儲能與穩(wěn)定控制系統(tǒng)由雙向儲能變流器、切換開關(guān)、儲能蓄電池組、電池管理系統(tǒng)(BMS)、直流功率計量儀表、低壓線路保護(hù)器、電流互感器、分流器、測試端子、通訊網(wǎng)關(guān)等組成。主要實(shí)現(xiàn)對微電網(wǎng)儲能的充放電管理、直流母線與交流母線的雙向變流、內(nèi)置隔離微電網(wǎng)與市電電網(wǎng)的PCC節(jié)點(diǎn)開關(guān)。

1）微電網(wǎng)儲能雙向變流穩(wěn)定控制器(PCS):最大并網(wǎng)功率：5.0KW；輸入直流電壓：DC48V；最大充電功率：5500W(可設(shè)定)；充電電壓：可設(shè)定；集成溫度補(bǔ)償功能；保護(hù)功能：接反保護(hù)，欠壓保護(hù)，過壓保護(hù)，過充保護(hù)，過載保護(hù)，短路保護(hù)等；額定輸出電壓：220V(180Vac-280Vac)；額定電網(wǎng)頻率：45/65HZ，±5HZ；最大交流電流：22A；功率因素：0.8超前～0.8滯后；THDI：<1.5%；交流連接類型：單相；設(shè)備保護(hù)：直流極性反接保護(hù)，直流輸入開關(guān)保護(hù)，交流輸出過流保護(hù)，交流輸出過壓保護(hù)，接地故障監(jiān)測，電網(wǎng)孤島監(jiān)測，殘余電流檢測；通訊接口：隔離RS485；

2)儲能蓄電池：磷酸鐵電池；電池容量：48V2.4KWH（2節(jié)）；電池連接方式：串聯(lián)；電池保護(hù)：末端接熔斷器；

3)電池管理系統(tǒng)(BMS):電源電壓：AC/DC220V；輸入功率：≤10W；電池單體電壓檢測：24節(jié)；電池電流采集：1路；電池溫度采集：1路；單體電壓測量范圍：0.5V～16V；單體電壓測量精度：≤±0.3%；通訊端口：RS485；可檢測蓄電池組的電壓、電流；單體電池電壓、內(nèi)阻；蓄電池工作溫度，BMS系統(tǒng)可動態(tài)檢測蓄電池間的工作情況，估測蓄電池的SOC，使蓄電池和設(shè)備間的連接更科學(xué)，大大延長蓄電池的工作壽命。

4)直流功率表:電壓測量范圍：DC0-100V；電壓測量精度：0.5級；電流測量范圍：0-50A；電流測量精度：0.5級；

5)交流接觸器:主觸點(diǎn)數(shù)量：3對；額定電流：25A；線圈電壓：AC220V；帶輔助觸點(diǎn)；

6)系統(tǒng)材質(zhì)與尺寸：鋼板厚度：2mm；前門采用透明鋼化玻璃設(shè)計，帶緩沖器；后門采用雙開門設(shè)計，底部裝置過濾網(wǎng)；兩邊側(cè)板可拆卸；柜體尺寸≥：750×650×1800(mm)；
2.2 微電網(wǎng)分布式能源接入系統(tǒng)

發(fā)電機(jī)電源模擬單元由永磁發(fā)電機(jī)組、拖動異步電機(jī)、智能匯流箱裝調(diào)與檢測模塊、光伏組件等組成。發(fā)電機(jī)采用永磁發(fā)電機(jī)，通過異步變頻電機(jī)進(jìn)行拖動，可模擬發(fā)電機(jī)在不同工況下的發(fā)電輸出；光伏發(fā)電單元由光伏組件和匯流箱檢測模塊組成，模擬光伏板或者真實(shí)光伏組件的各種特征；微電網(wǎng)分布式能源接入系統(tǒng)由光伏控制器、風(fēng)力控制器、直流功率計量儀表、分流器、變頻調(diào)速器、測試端子、通訊網(wǎng)關(guān)等組成。主要完成對分布式能源的接入、分布式發(fā)電的計量與保護(hù)。

1)發(fā)電機(jī):額定功率：500W；額定電壓：24V；發(fā)電機(jī)類型：三相交流永磁發(fā)電機(jī)；調(diào)速方式：變頻電機(jī)拖動；工作溫度：-40℃～80℃；

2)變頻拖動電機(jī):額定電壓：AC220V；額定頻率：50HZ；額定功率：750W；

3)變頻器：采用微處理器控制，使用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕線柵雙極型晶體管作為功率輸出器件，具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性。脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)頻率可選，降低了電動機(jī)運(yùn)行的噪聲。核心部件為CPU單元。根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，經(jīng)過運(yùn)繃出控制正旋波信號，經(jīng)過SPWM調(diào)制。放大輸出三相交流電壓驅(qū)動三相交流電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

功率：0.75KW；電壓：輸入單相180-265V；輸出三相220V；輸入頻率：50HZ；輸出頻率：0-150HZ、波動：±5%；冷卻方式：自冷通用磁通矢量控制；1Hz時150%轉(zhuǎn)矩輸出、采用長壽命元器件；內(nèi)置Modbus-RTU協(xié)議；內(nèi)置制動晶體管、擴(kuò)充PID；三角波功能；帶安全停止功能

4)光伏控制器:額定系統(tǒng)電壓：24V；空載損耗：≤1.2W；光伏最大輸入電壓：150V；最大充電電流：30A(可設(shè)置)；轉(zhuǎn)換效率：≤98%；具有MPPT追蹤功能；溫度補(bǔ)償系數(shù)：-3mv/℃/2V（默認(rèn)值）；保護(hù)功能：接反保護(hù)，欠壓保護(hù)，過壓保護(hù)，過充保護(hù)，過載保護(hù)，短路保護(hù)，反充保護(hù)等；

5)風(fēng)力控制器:額定風(fēng)機(jī)輸入功率：500W；最大風(fēng)機(jī)輸入功率：600W；蓄電池額定電壓：24V；風(fēng)機(jī)剎車電流：10A；卸荷開始電壓：32V；卸荷電壓：37.5V；蓄電池過放保護(hù)電壓：24V；蓄電池過放恢復(fù)電壓：24V；輸入過壓保護(hù)電壓：28.6V；充電方式：PWM；靜態(tài)電流：≦30mA；保護(hù)功能：接反保護(hù)，欠壓保護(hù)，過壓保護(hù)，過充保護(hù)，過載保護(hù)，短路保護(hù)，反充保護(hù)等；通訊方式：RS485；

6)直流功率表:電壓測量范圍：DC0-100V；電壓測量精度：0.5級；電流測量范圍：0-50A；電流測量精度：0.5級；

7)智能匯流箱裝調(diào)與檢測模塊：尺寸：500×400×180mm，采用可拆卸式模塊化設(shè)計，≧IP54防護(hù)等級；內(nèi)置熔斷器、防反二極管、斷路器、浪涌保護(hù)器、監(jiān)控等模塊；支持匯流箱裝調(diào)實(shí)訓(xùn)，包括元器件安裝、標(biāo)識標(biāo)志粘貼、整機(jī)調(diào)試等；輸入路數(shù):2 路；額定電流:DC 0~16A；反應(yīng)時間:1s；測量精度:0.5級；溫度系數(shù):400ppm；

8）光伏組件：太陽能光伏電池組件：組件類型：單晶；功率：100W；組件效率：≥18％；功率偏差：2.0％；工作溫度：-40℃～85℃；邊框材質(zhì)：鋁合金；

9）光伏支架：鋼構(gòu)件采用金屬保護(hù)層的防腐方式。鋼結(jié)構(gòu)支架、連接板及拉條均采用熱浸鍍鋅涂層，熱浸鍍鋅滿足（金屬覆蓋層鋼鐵制件熱浸鋅層技術(shù)要求及試驗(yàn)方法）（GB/T13912-2002）的相關(guān)要求。電池板組件安裝完成后尺寸為2000*1600*1400左右（長*寬*高），傾斜角可調(diào)。
4、微電網(wǎng)交直流負(fù)荷管理系統(tǒng)

交直流負(fù)荷管理系統(tǒng)由交直流模擬負(fù)載、直流功率計量儀表、交流功率計量儀表、分流器、交流接觸器、測試端子等組成?？梢酝ㄟ^軟件模擬對不同等級負(fù)荷進(jìn)行自動調(diào)度控制，模擬微電網(wǎng)負(fù)荷投切控制和帶載運(yùn)行參數(shù)分析。
1)模擬直流I級負(fù)荷:直流LED燈：額定DC48V/20W；
2)模擬直流II級負(fù)荷:直流電阻負(fù)載：500W/10Ω；
3)模擬交流I級負(fù)荷:交流白熾燈：AC220V/100W；
4)模擬交流II級負(fù)荷:交流電阻負(fù)載：800W/96Ω；
5)感性負(fù)載：額定電壓：220V；工作頻率：50HZ；工頻耐壓：3000V額定電感：380mH
6)容性負(fù)載：額定容量：30μF±5％；額定電壓：450VAC 50/60HZ
7)直流功率表:電壓測量范圍：DC0-100V；電壓測量精度：0.5級；電流測量范圍：0-50A；電流測量精度：0.5級；
8)單相交流功率表:電流、電壓測量精度：0.2級；功率、有功電能測量精度：0.5級；頻率測量誤差：±0.05HZ；無功電能：1級；供電電壓：AC85-265V/DC100-300V；功耗：≤10VA。
9）系統(tǒng)材質(zhì)與尺寸：鋼板厚度：2mm；前門采用透明鋼化玻璃設(shè)計；后門采用雙開門設(shè)計，底部裝置過濾網(wǎng)；兩邊側(cè)板可拆卸；柜體尺寸≥：750×650×1800(mm)；
5、主控臺
1)操作臺:可放置監(jiān)控主機(jī)；板材：優(yōu)質(zhì)冷軋鋼板；尺寸:可定制；
2)電力數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA):具有用戶及權(quán)限管理功能；支持主機(jī)加多從機(jī)功能；具有歷史數(shù)據(jù)儲存、數(shù)據(jù)庫查詢；在線實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)；實(shí)時曲線與歷史曲線動態(tài)顯示；在線設(shè)置和修改系統(tǒng)參數(shù)；通過以太網(wǎng)連接能量管理系統(tǒng)，具備快速遙信、遙測、遙控、遙調(diào)功能；具備模擬微電網(wǎng)自動化電力調(diào)度控制管理功能。
5.1 仿真規(guī)劃軟件

基于Unity3D軟件，使用C#語言進(jìn)行開發(fā)，采用My Sql作為后臺數(shù)據(jù)庫，通過FTP協(xié)議與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行通信。軟件使用者通過使用光伏、風(fēng)力、地?zé)?、生物質(zhì)4種能源設(shè)計多能互補(bǔ)方案，完成區(qū)域能源的供能結(jié)構(gòu)改造方案設(shè)計，并結(jié)合區(qū)域的氣候數(shù)據(jù)，模擬區(qū)域內(nèi)實(shí)時能耗與供能數(shù)據(jù)，從而優(yōu)化出合理的能源結(jié)構(gòu)。
5.1.1用戶管理功能：
注冊：支持學(xué)生或教師按照學(xué)校名稱和號碼注冊用戶
登錄：支持學(xué)生或教師根據(jù)號碼或用戶名登錄系統(tǒng)。
找回密碼：支持學(xué)生或教師根據(jù)號碼找回密碼
權(quán)限管理：支持主用戶添加或刪除子用戶
用戶信息管理：支持用戶信息查看，包括用戶名、學(xué)校、真實(shí)姓名、學(xué)號、上級用戶等
異地登錄：同一個賬號24小時內(nèi)只能在同一臺電腦上登錄，無法在其他電腦上登錄。
5.1.2氣象數(shù)據(jù)庫
支持查看全國超過32個城市的模擬地圖氣候數(shù)據(jù)。支持查看2013-2016年的精確到天的模擬地圖氣候數(shù)據(jù)，可自由設(shè)置日期進(jìn)行查看。每個城市的氣候數(shù)據(jù)均可查看：平均氣溫、氣溫、濕度、降水量、輻照量、氣壓、風(fēng)速、土地濕度攝氏度等。
5.1.3 3D地圖功能

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)盡可能適應(yīng)不同實(shí)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。

根據(jù)項(xiàng)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、加載在3D地圖上的是真實(shí)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；

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。

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(diǎn)；）

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

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(yùn)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）

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(shí)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；

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、光伏組件全年最高、低工作溫度，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)，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?、風(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

命名：教師可以自行改變模型的名字

刪除：教師可以對模型進(jìn)行刪除操作

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

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；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。

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。

根據(jù)每小時的用電情況，實(shí)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(yùn)行情況可設(shè)置不同容量大小的風(fēng)機(jī)，模擬風(fēng)力發(fā)電功率

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。

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；

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）并模擬白天時段，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(diǎn)；

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)；

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。

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(shí)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。

命名：學(xué)生可自行對設(shè)計方案進(jìn)行命名或重命名

刪除：教師或?qū)W生可刪除方案
三、系統(tǒng)配置（配置單）