風光互補發電實訓係統,風光（guāng）互補發電實訓裝（zhuāng）置
2022-07-08 11:15
本實訓係統主要由光（guāng）伏供電裝（zhuāng）置、風力供電係統、逆變 與 負載係統、監控係統組（zǔ）成，風光互補發電實訓係統采用模塊式結構，各裝置和係統具有獨立的功能，可（kě）以組合成光伏發電實訓係統、風力發電實訓係統。適合於職高、大學（xué）、研究生、企業技工以太陽能發電為主課題的研（yán）究（jiū）和培訓。
二、風光互（hù）補發電實訓係統,風（fēng）光互補發電實訓裝（zhuāng）置,風光互補（bǔ）發（fā）電實訓設備產品組成：
二、風光互（hù）補發電實訓係統,風（fēng）光互補發電實訓裝（zhuāng）置,風光互補（bǔ）發（fā）電實訓設備產品組成：
實（shí）訓裝置由光伏供電裝置；光伏供電係統，風力供電裝置，風力供電係統、逆變與負載係統、監控（kòng）係統（tǒng）組成，係統采用（yòng）模塊式結構，各（gè）裝置和係統具有獨立的功（gōng）能，可以組合成光伏發電實訓係統（tǒng）、風力發電實訓係統。
(1)設備尺（chǐ）寸：光伏供電裝置1610×1010×1550mm
(2)風力供電裝置1578×1950×1540mm
(3)實訓櫃：3200×650×2000mm
(4)場地麵（miàn）積：20平方米
三、風（fēng）光互補發電實訓係統,風光互補發電實訓裝置,風光互補發電實（shí）訓設備各單元介紹：
(1)設備尺（chǐ）寸：光伏供電裝置1610×1010×1550mm
(2)風力供電裝置1578×1950×1540mm
(3)實訓櫃：3200×650×2000mm
(4)場地麵（miàn）積：20平方米
三、風（fēng）光互補發電實訓係統,風光互補發電實訓裝置,風光互補發電實（shí）訓設備各單元介紹：
1、光伏供電裝置：
(1)光伏供電裝置的組成：光伏供電裝置主要由光伏（fú）電池組件、投射燈、光（guāng）線傳感器、光線傳感器控製盒、水平方向和俯仰方向運動機構、擺杆、擺杆減速箱、擺杆支架、單相交流電動（dòng）機（jī）、電容器（qì）、直流電動機、接近（jìn）開關、微動開關、底座支架等設備與器件組成，如圖2所示。
(1)光伏供電裝置的組成：光伏供電裝置主要由光伏（fú）電池組件、投射燈、光（guāng）線傳感器、光線傳感器控製盒、水平方向和俯仰方向運動機構、擺杆、擺杆減速箱、擺杆支架、單相交流電動（dòng）機（jī）、電容器（qì）、直流電動機、接近（jìn）開關、微動開關、底座支架等設備與器件組成，如圖2所示。
4塊光（guāng）伏電池組件並（bìng）聯組成光（guāng）伏電池方陣（zhèn），光線傳感器安裝在光伏電池方陣中央。2盞300W的投射燈安裝在擺杆支架上，擺杆底端與減速箱輸出端連（lián）接，減速箱輸入端連接單（dān）相交流電動機。電動機旋轉時，通過減速箱驅（qū）動擺杆作圓周擺動。擺杆底端與底座支架連（lián）接部分安裝了接近開關和微動（dòng）開（kāi）關，用於擺（bǎi）杆位置的限位和保護。水平和俯仰（yǎng）方向運（yùn）動機構由水平運動減速箱、俯仰運動減（jiǎn）速箱、直流電（diàn）動機、接（jiē）近開關和微動開關組成。直（zhí）流電動機旋轉時，水平運動減速箱驅動光（guāng）伏電池方陣作向東方（fāng）向或向西方向的水平移動、俯仰運動減速箱驅動光伏電池方陣作向北方向或向南方向（xiàng）的俯仰移動，接近開關和微動（dòng）開關用於光伏電池方陣位置的（de）限位和保護。
(2)光伏電池組件
1、光伏電池（chí）組件的主要參數為：
2、額定功率 20W
3、額（é）定電壓 17.2V
4、額定電流 1.17A
5、開路電壓 21.4V
6、短路電流 1.27A
7、尺寸 430mm×430mm×28mm
2、光伏供電係統：
(1)光伏供電係統的組成：光伏供（gòng）電係統主要由光伏電源控製單元、光伏輸出顯示（shì）單元、觸摸屏、光伏供電控製單元（yuán）、DSP控製單元、接口單元、西門子S7-200PLC、繼電器組、接線排、蓄電池組、可（kě）調電阻、斷（duàn）路器、12V開關電源、網（wǎng）孔架等組成。如圖3所示。
(2)控製方式：光伏供電控製單元的追日功能有手動控製盒自動控製兩個狀態，可以進行手動或自動運行光伏電池組件雙軸跟蹤、燈（dēng）狀（zhuàng）態、燈運動操作。
(3)DSP控（kòng）製單元和接口單元：蓄（xù）電（diàn）池的充電（diàn）過（guò）程及充電保護由DSP控製單元、接口單元及程序完成，蓄電池的放電保護由DSP控製單元、接口單元及繼電器完（wán）成，當蓄電池放電電壓低於（yú）規定（dìng）值，DSP控（kòng）製單元輸出信號驅動繼電（diàn）器工（gōng）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（zǔ）
1、蓄電（diàn）池組選用4節閥控密封式鉛酸蓄電池，主要參數：
2、容量 12V 18Ah/20HR
3、重量 1.9kg
4、尺寸（cùn） 345mm×195mm×20mm
3、風力供電裝置：
(1)風力供電裝置的組成：風（fēng）力供電裝置主要由葉片、輪轂、發電機、機艙、尾舵、側風偏航控（kòng）製機構、直流電（diàn）動機、塔架和（hé）基礎、測速儀、測速儀支架、軸流風機、軸流（liú）風機支架、軸流風機框罩、單相交流電動機、電容器、風場運動機構箱（xiāng）、護欄、連杆、滾輪、萬向輪、微動開關和（hé）接近開關（guān）等設備與（yǔ）器件組成（chéng），如圖3所（suǒ）示。
(2)光伏電池組件
1、光伏電池（chí）組件的主要參數為：
2、額定功率 20W
3、額（é）定電壓 17.2V
4、額定電流 1.17A
5、開路電壓 21.4V
6、短路電流 1.27A
7、尺寸 430mm×430mm×28mm
2、光伏供電係統：
(1)光伏供電係統的組成：光伏供（gòng）電係統主要由光伏電源控製單元、光伏輸出顯示（shì）單元、觸摸屏、光伏供電控製單元（yuán）、DSP控製單元、接口單元、西門子S7-200PLC、繼電器組、接線排、蓄電池組、可（kě）調電阻、斷（duàn）路器、12V開關電源、網（wǎng）孔架等組成。如圖3所示。
(2)控製方式：光伏供電控製單元的追日功能有手動控製盒自動控製兩個狀態，可以進行手動或自動運行光伏電池組件雙軸跟蹤、燈（dēng）狀（zhuàng）態、燈運動操作。
(3)DSP控（kòng）製單元和接口單元：蓄（xù）電（diàn）池的充電（diàn）過（guò）程及充電保護由DSP控製單元、接口單元及程序完成，蓄電池的放電保護由DSP控製單元、接口單元及繼電器完（wán）成，當蓄電池放電電壓低於（yú）規定（dìng）值，DSP控（kòng）製單元輸出信號驅動繼電（diàn）器工（gōng）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（zǔ）
1、蓄電（diàn）池組選用4節閥控密封式鉛酸蓄電池，主要參數：
2、容量 12V 18Ah/20HR
3、重量 1.9kg
4、尺寸（cùn） 345mm×195mm×20mm
3、風力供電裝置：
(1)風力供電裝置的組成：風（fēng）力供電裝置主要由葉片、輪轂、發電機、機艙、尾舵、側風偏航控（kòng）製機構、直流電（diàn）動機、塔架和（hé）基礎、測速儀、測速儀支架、軸流風機、軸流（liú）風機支架、軸流風機框罩、單相交流電動機、電容器、風場運動機構箱（xiāng）、護欄、連杆、滾輪、萬向輪、微動開關和（hé）接近開關（guān）等設備與（yǔ）器件組成（chéng），如圖3所（suǒ）示。
圖3 風力供電裝置
葉片、輪轂（gū）、發電機、機艙、尾舵和側風偏航控製機構組裝成水平軸永磁同步風力發電機，安（ān）裝在塔架上（shàng）。風場由軸流（liú）風機、軸流風機支架、軸流風機框罩、測速儀、測速儀支（zhī）架、風場運動機構箱體、傳動齒輪鏈機構、單相交流電動機、滾輪和萬向輪（lún）等組成（chéng）。軸流風機和軸流（liú）風機（jī）框罩安裝在風場運動機構箱體上部，傳動齒輪鏈機（jī）構、單相交流電動機、滾輪和萬向輪組成風場運動（dòng）機構。當風場運動機構中的單相交流電動機（jī）旋（xuán）轉時，傳動齒輪鏈機構（gòu）帶動滾輪（lún）轉動，風場運動機構箱體圍繞風力發電機的塔架作圓周旋轉運（yùn）動，當軸流（liú）風機輸送可變風量風時，在風力發電機周圍形成風向和（hé）風速可變的風場。
在可變風場中，風力發電機利用尾舵實現被（bèi）動偏航迎風，使風力發電（diàn）機輸出最大電能。測（cè）速儀檢（jiǎn）測風場的風量（liàng），當風場的（de）風量超過安（ān）全值時，側風（fēng）偏航控製機構動作，使尾舵側風（fēng）45º，風力發電機葉片轉速變慢。當風場的（de）風量過大時，尾舵（duò）側風90º，風力發電機處於製動狀態（tài）。
4、風力供電係統（tǒng）：
(1)風力供電係統的組（zǔ）成（chéng）：風力供（gòng）電係統主要由風（fēng）電電源控製單元、風電輸出顯示單元、觸摸（mō）屏、風力供電控製（zhì）單元、DSP控製單元、接口單元（yuán）、西門子S7-200PLC、繼電器組、接線排、可調電阻、斷路器、網孔架等組成。
(2)控製方式：風力供電控（kòng）製單元的偏航功能有（yǒu）手動和自動兩個（gè）狀態，可（kě）以進行手動（dòng）或自動可（kě）變風向操作。
可（kě）變風量是由變頻器控製軸流風機實（shí）現。手動（dòng）操作變頻器操作麵板上的有關按鍵，使變頻器的輸（shū）出頻率在0-50Hz之間變化，軸流（liú）風機轉速在0至額定轉速範圍內變化，實現可變風量輸出。
(3)DSP控製單元和（hé）側風偏航：風力發電機風輪葉片在氣流（liú）作用下產生力矩驅（qū）動風輪轉動，通過（guò）輪轂將（jiāng）扭矩輸入到（dào）傳動係統。當風速（sù）增加超過額定風速時，風力發（fā）電機風輪轉速（sù）過快（kuài），發（fā）電機可能因超（chāo）負（fù）荷而燒毀。
對於定槳距風輪，當風速增加超過額定風速時，如果（guǒ）氣流與葉片分離，風輪（lún）葉片將處於“失速”狀態，風力發（fā）電（diàn）機不會因超負荷（hé）而燒毀。
對於變（biàn）槳距風輪，當風速增加時，可根據（jù）風速的變化調整氣（qì）流對葉片的攻角。當風（fēng）速超過額定風速時，輸出功率可穩（wěn）定地保持在額定功率上。特別（bié）是（shì）在大風的情（qíng）況下，風力（lì）機處於順槳（jiǎng）狀態（tài），使槳葉和整機（jī）的（de）受力狀況大（dà）為改善。
小型風力（lì）發（fā）電機多（duō）數是定槳距風輪，在大風的情況下，采用側（cè）風偏航控製（zhì）使氣流與葉片分離，使（shǐ）風輪葉（yè）片處於“失速”狀態，安（ān）全地保護風力發電機。另外（wài），還可以通過側風偏航控製風力發電機保持恒定功率輸出。
5、逆變與負載係統：
(1)逆變與負載係統的組成：逆變與負載係統主要由逆變電源（yuán）控製單元、逆變（biàn）輸出顯示單元、逆變器、逆變器參數（shù）檢測模塊（kuài）、變頻器（qì）、三相交（jiāo）流（liú）電機、發光管舞台燈光模塊、警示燈、接線排、斷路器（qì）、網孔架（jià）等組成。
1)逆變電源控製單元：逆（nì）變電源控（kòng）製單元麵板如圖19所示，逆（nì）變電源控製單元主要由斷（duàn）路器、+24V開（kāi）關電源、AC220V電源插座、指示燈（dēng）、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（shì）單元主要由交流電流表、交流電壓表、接線端子DT16和DT17等（děng）組成。
3)逆變與負載係統主電路：逆變與負載係統主要由逆變器、交流調速係統、逆變器測試模塊（kuài）、發光管舞台燈光模塊和警示燈組（zǔ）成。
逆變器的（de）輸入由光伏發電係統、風（fēng）力發電係統或蓄（xù）電池提供，逆變器輸出單相220V、50Hz的交流電源。交流調速係統由變頻器和三相交流電動（dòng）機組成，逆變器的輸出AC220V電源是變頻器的輸入電源，變頻器將（jiāng）單相AC220V變換為三相（xiàng）AC220V供三相交流電動機使用。逆變電源控製單元（yuán）的AC220V電源（yuán）由逆變器提供，逆變電源（yuán）控製單元輸出（chū）的DC24V供發光管舞台燈光模塊使用（yòng）。逆變器測試模塊用於檢測逆變器的死區、基波、SPWM波（bō）形。
(2)逆（nì）變器：逆變器（qì）是將（jiāng）低壓直流（liú）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（guò）程不盡相同。本實（shí）訓裝置使用的逆變器由DC-DC升壓PWM控製芯片單元、驅動+升壓功率MOS管單元、升壓（yā）變壓器、SPWM芯片單元、高壓驅動芯片單元、全橋逆變功（gōng）率MOS管單元、LC濾波器（qì）組成。
6、監控係統：
(1)監（jiān）控係（xì）統組成（chéng）： 監控係統主要由一體機、鍵盤、鼠標、接線排、電源插座、通信線、微軟（ruǎn）操作係統軟件、力控組態（tài）軟件組成。
(2)監（jiān）控係統（tǒng）功能
1)通信：監控係統（tǒng）與控製器、PLC、儀表進（jìn）行（háng）通信（xìn）。
2)界（jiè）麵
①監控係統具有主界麵，光伏供電（diàn）係統界（jiè）麵，風（fēng）力供電係（xì）統界麵，逆變與負載係統界麵，風光互補能量（liàng）轉（zhuǎn）換（huàn）界麵，分別顯示各自的運行狀態參數。
②光伏供電係統界麵設置相（xiàng）應的（de）按鈕，實現光伏電池方（fāng）陣自動跟蹤。
③風力供（gòng）電係統界麵設（shè）置相應的按鈕，實現風力發電機側風偏航控製。
④具有光伏發電采集報表和風力發電集報表，記錄光伏輸出電（diàn）壓、電流，風（fēng）力發電機的（de）輸出電壓、電流；逆變與負載係統（tǒng）的逆變輸出電壓、電流、功率等數據並打印數據報表。
四、風光互補發電實訓係統,風光（guāng）互補發電實訓裝置,風光互補發電實訓設備實驗（yàn）實訓內容（róng）：
在可變風場中，風力發電機利用尾舵實現被（bèi）動偏航迎風，使風力發電（diàn）機輸出最大電能。測（cè）速儀檢（jiǎn）測風場的風量（liàng），當風場的（de）風量超過安（ān）全值時，側風（fēng）偏航控製機構動作，使尾舵側風（fēng）45º，風力發電機葉片轉速變慢。當風場的（de）風量過大時，尾舵（duò）側風90º，風力發電機處於製動狀態（tài）。
4、風力供電係統（tǒng）：
(1)風力供電係統的組（zǔ）成（chéng）：風力供（gòng）電係統主要由風（fēng）電電源控製單元、風電輸出顯示單元、觸摸（mō）屏、風力供電控製（zhì）單元、DSP控製單元、接口單元（yuán）、西門子S7-200PLC、繼電器組、接線排、可調電阻、斷路器、網孔架等組成。
(2)控製方式：風力供電控（kòng）製單元的偏航功能有（yǒu）手動和自動兩個（gè）狀態，可（kě）以進行手動（dòng）或自動可（kě）變風向操作。
可（kě）變風量是由變頻器控製軸流風機實（shí）現。手動（dòng）操作變頻器操作麵板上的有關按鍵，使變頻器的輸（shū）出頻率在0-50Hz之間變化，軸流（liú）風機轉速在0至額定轉速範圍內變化，實現可變風量輸出。
(3)DSP控製單元和（hé）側風偏航：風力發電機風輪葉片在氣流（liú）作用下產生力矩驅（qū）動風輪轉動，通過（guò）輪轂將（jiāng）扭矩輸入到（dào）傳動係統。當風速（sù）增加超過額定風速時，風力發（fā）電機風輪轉速（sù）過快（kuài），發（fā）電機可能因超（chāo）負（fù）荷而燒毀。
對於定槳距風輪，當風速增加超過額定風速時，如果（guǒ）氣流與葉片分離，風輪（lún）葉片將處於“失速”狀態，風力發（fā）電（diàn）機不會因超負荷（hé）而燒毀。
對於變（biàn）槳距風輪，當風速增加時，可根據（jù）風速的變化調整氣（qì）流對葉片的攻角。當風（fēng）速超過額定風速時，輸出功率可穩（wěn）定地保持在額定功率上。特別（bié）是（shì）在大風的情（qíng）況下，風力（lì）機處於順槳（jiǎng）狀態（tài），使槳葉和整機（jī）的（de）受力狀況大（dà）為改善。
小型風力（lì）發（fā）電機多（duō）數是定槳距風輪，在大風的情況下，采用側（cè）風偏航控製（zhì）使氣流與葉片分離，使（shǐ）風輪葉（yè）片處於“失速”狀態，安（ān）全地保護風力發電機。另外（wài），還可以通過側風偏航控製風力發電機保持恒定功率輸出。
5、逆變與負載係統：
(1)逆變與負載係統的組成：逆變與負載係統主要由逆變電源（yuán）控製單元、逆變（biàn）輸出顯示單元、逆變器、逆變器參數（shù）檢測模塊（kuài）、變頻器（qì）、三相交（jiāo）流（liú）電機、發光管舞台燈光模塊、警示燈、接線排、斷路器（qì）、網孔架（jià）等組成。
1)逆變電源控製單元：逆（nì）變電源控（kòng）製單元麵板如圖19所示，逆（nì）變電源控製單元主要由斷（duàn）路器、+24V開（kāi）關電源、AC220V電源插座、指示燈（dēng）、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（shì）單元主要由交流電流表、交流電壓表、接線端子DT16和DT17等（děng）組成。
3)逆變與負載係統主電路：逆變與負載係統主要由逆變器、交流調速係統、逆變器測試模塊（kuài）、發光管舞台燈光模塊和警示燈組（zǔ）成。
逆變器的（de）輸入由光伏發電係統、風（fēng）力發電係統或蓄（xù）電池提供，逆變器輸出單相220V、50Hz的交流電源。交流調速係統由變頻器和三相交流電動（dòng）機組成，逆變器的輸出AC220V電源是變頻器的輸入電源，變頻器將（jiāng）單相AC220V變換為三相（xiàng）AC220V供三相交流電動機使用。逆變電源控製單元（yuán）的AC220V電源（yuán）由逆變器提供，逆變電源（yuán）控製單元輸出（chū）的DC24V供發光管舞台燈光模塊使用（yòng）。逆變器測試模塊用於檢測逆變器的死區、基波、SPWM波（bō）形。
(2)逆（nì）變器：逆變器（qì）是將（jiāng）低壓直流（liú）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（guò）程不盡相同。本實（shí）訓裝置使用的逆變器由DC-DC升壓PWM控製芯片單元、驅動+升壓功率MOS管單元、升壓（yā）變壓器、SPWM芯片單元、高壓驅動芯片單元、全橋逆變功（gōng）率MOS管單元、LC濾波器（qì）組成。
6、監控係統：
(1)監（jiān）控係（xì）統組成（chéng）： 監控係統主要由一體機、鍵盤、鼠標、接線排、電源插座、通信線、微軟（ruǎn）操作係統軟件、力控組態（tài）軟件組成。
(2)監（jiān）控係統（tǒng）功能
1)通信：監控係統（tǒng）與控製器、PLC、儀表進（jìn）行（háng）通信（xìn）。
2)界（jiè）麵
①監控係統具有主界麵，光伏供電（diàn）係統界（jiè）麵，風（fēng）力供電係（xì）統界麵，逆變與負載係統界麵，風光互補能量（liàng）轉（zhuǎn）換（huàn）界麵，分別顯示各自的運行狀態參數。
②光伏供電係統界麵設置相（xiàng）應的（de）按鈕，實現光伏電池方（fāng）陣自動跟蹤。
③風力供（gòng）電係統界麵設（shè）置相應的按鈕，實現風力發電機側風偏航控製。
④具有光伏發電采集報表和風力發電集報表，記錄光伏輸出電（diàn）壓、電流，風（fēng）力發電機的（de）輸出電壓、電流；逆變與負載係統（tǒng）的逆變輸出電壓、電流、功率等數據並打印數據報表。
四、風光互補發電實訓係統,風光（guāng）互補發電實訓裝置,風光互補發電實訓設備實驗（yàn）實訓內容（róng）：
1)離網型風光互（hù）補發電係統規劃（huá）；
2)根據功率要求，光伏（fú）電（diàn）池組件的選擇、安（ān）裝和連接；
3)根據功率要求，風力發電機的選擇、安裝和（hé）連接；
4)基於MCU的（de）光伏電池組件最大功率跟蹤程序設計；
5)基於MCU的風力發電機最大功（gōng）率跟蹤的程序設計（jì）；
6)蓄電池容（róng）量匹配計算與選型；；
7)蓄電池充放電參數（shù）設置（zhì）、保護參數設置；
8)逆變器參數設置（zhì）；
9)監控係統組態及操作；
10)光伏供電係統的調試；
11)風力供電係統的調試；
12)風光（guāng）互補發電係（xì）統的調試；
13)電（diàn）能質量的監測、調試和分析。
2)根據功率要求，光伏（fú）電（diàn）池組件的選擇、安（ān）裝和連接；
3)根據功率要求，風力發電機的選擇、安裝和（hé）連接；
4)基於MCU的（de）光伏電池組件最大功率跟蹤程序設計；
5)基於MCU的風力發電機最大功（gōng）率跟蹤的程序設計（jì）；
6)蓄電池容（róng）量匹配計算與選型；；
7)蓄電池充放電參數（shù）設置（zhì）、保護參數設置；
8)逆變器參數設置（zhì）；
9)監控係統組態及操作；
10)光伏供電係統的調試；
11)風力供電係統的調試；
12)風光（guāng）互補發電係（xì）統的調試；
13)電（diàn）能質量的監測、調試和分析。
