風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)THT-SWP01型

一、風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)THT-SWP01型概述

   主要由光伏供電裝置,、風力供電系統(tǒng),、逆變 與 負載系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)組成,。采用模塊式結(jié)構(gòu),，各裝置和系統(tǒng)具有獨立的功能，可以組合成光伏發(fā)電實訓系統(tǒng),、風力發(fā)電實訓系統(tǒng),。

二、設(shè)備組成

  主要由光伏供電裝置,、光伏供電系統(tǒng),、風力供電裝置,、風力供電系統(tǒng)、逆變與負載系統(tǒng),、監(jiān)控系統(tǒng)組成,，如圖1所示。SYT-SWP01型風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)采用模塊式結(jié)構(gòu),，各裝置和系統(tǒng)具有獨立的功能,，可以組合成光伏發(fā)電實訓系統(tǒng)、風力發(fā)電實訓系統(tǒng),。

（1）設(shè)備尺寸：光伏供電裝置1610×1010×1550mm

風力供電裝置1578×1950×1540mm

實訓柜   3200×650×2000mm

（2）場地面積：20平方米

三,、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構(gòu)、擺桿,、擺桿減速箱,、擺桿支架、單相交流電動機,、電容器,、直流電動機、接近開關(guān),、微動開關(guān),、底座支架等設(shè)備與器件組成。 

    4塊光伏電池組件并聯(lián)組成光伏電池方陣,，光線傳感器安裝在光伏電池方陣中央,。2盞300W的投射燈安裝在擺桿支架上，擺桿底端與減速箱輸出端連接,，減速箱輸入端連接單相交流電動機,。電動機旋轉(zhuǎn)時，通過減速箱驅(qū)動擺桿作圓周擺動,。擺桿底端與底座支架連接部分安裝了接近開關(guān)和微動開關(guān),，用于擺桿位置的限位和保護。水平和俯仰方向運動機構(gòu)由水平運動減速箱,、俯仰運動減速箱,、直流電動機、接近開關(guān)和微動開關(guān)組成,。直流電動機旋轉(zhuǎn)時,，水平運動減速箱驅(qū)動光伏電池方陣作向東方向或向西方向的水平移動,、俯仰運動減速箱驅(qū)動光伏電池方陣作向北方向或向南方向的俯仰移動，接近開關(guān)和微動開關(guān)用于光伏電池方陣位置的限位和保護,。

（2）光伏電池組件

光伏電池組件的主要參數(shù)為：

額定功率  20W

額定電壓  17.2V

額定電流  1.17A

開路電壓  21.4V

短路電流  1.27A

尺寸  430mm×430mm×28mm

2,、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。如圖3所示,。

（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由DSP控制單元,、接口單元及程序完成，蓄電池的放電保護由DSP控制單元,、接口單元及繼電器完成,，當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

3、風力供電裝置

   風力供電裝置主要由葉片,、輪轂,、發(fā)電機,、機艙、尾舵,、側(cè)風偏航控制機構(gòu),、直流電動機、塔架和基礎(chǔ),、測速儀,、測速儀支架、軸流風機,、軸流風機支架,、軸流風機框罩、單相交流電動機,、電容器,、風場運動機構(gòu)箱、護欄,、連桿,、滾輪、萬向輪,、微動開關(guān)和接近開關(guān)等設(shè)備與器件組成,。

    葉片、輪轂,、發(fā)電機,、機艙、尾舵和側(cè)風偏航控制機構(gòu)組裝成水平軸永磁同步風力發(fā)電機,，安裝在塔架上,。風場由軸流風機、軸流風機支架,、軸流風機框罩,、測速儀、測速儀支架,、風場運動機構(gòu)箱體,、傳動齒輪鏈機構(gòu)、單相交流電動機,、滾輪和萬向輪等組成,。軸流風機和軸流風機框罩安裝在風場運動機構(gòu)箱體上部，傳動齒輪鏈機構(gòu),、單相交流電動機,、滾輪和萬向輪組成風場運動機構(gòu)。當風場運動機構(gòu)中的單相交流電動機旋轉(zhuǎn)時,，傳動齒輪鏈機構(gòu)帶動滾輪轉(zhuǎn)動,，風場運動機構(gòu)箱體圍繞風力發(fā)電機的塔架作圓周旋轉(zhuǎn)運動,，當軸流風機輸送可變風量風時，在風力發(fā)電機周圍形成風向和風速可變的風場,。

    在可變風場中,，風力發(fā)電機利用尾舵實現(xiàn)被動偏航迎風，使風力發(fā)電機輸出zui大電能,。測速儀檢測風場的風量,，當風場的風量超過安全值時，側(cè)風偏航控制機構(gòu)動作,，使尾舵?zhèn)蕊L45º,，風力發(fā)電機葉片轉(zhuǎn)速變慢。當風場的風量過大時,，尾舵?zhèn)蕊L90º,，風力發(fā)電機處于制動狀態(tài),。

4,、風力供電系統(tǒng)

（1）、風力供電系統(tǒng)的組成

    風力供電系統(tǒng)主要由風電電源控制單元,、風電輸出顯示單元,、觸摸屏、風力供電控制單元,、DSP控制單元,、接口單元、西門子S7-200PLC,、繼電器組,、接線排、可調(diào)電阻,、斷路器,、網(wǎng)孔架等組成。

（2）,、控制方式

    風力供電控制單元的偏航功能有手動和自動兩個狀態(tài),，可以進行手動或自動可變風向操作。

    可變風量是由變頻器控制軸流風機實現(xiàn),。手動操作變頻器操作面板上的有關(guān)按鍵,，使變頻器的輸出頻率在0-50Hz之間變化，軸流風機轉(zhuǎn)速在0至額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變化,，實現(xiàn)可變風量輸出,。

（3）、DSP控制單元和側(cè)風偏航

    風力發(fā)電機風輪葉片在氣流作用下產(chǎn)生力矩驅(qū)動風輪轉(zhuǎn)動,，通過輪轂將扭矩輸入到傳動系統(tǒng),。當風速增加超過額定風速時,，風力發(fā)電機風輪轉(zhuǎn)速過快，發(fā)電機可能因超負荷而燒毀,。

    對于定槳距風輪,，當風速增加超過額定風速時，如果氣流與葉片分離,，風輪葉片將處于“失速”狀態(tài),，風力發(fā)電機不會因超負荷而燒毀。

    對于變槳距風輪,，當風速增加時,，可根據(jù)風速的變化調(diào)整氣流對葉片的攻角。當風速超過額定風速時,，輸出功率可穩(wěn)定地保持在額定功率上,。特別是在大風的情況下，風力機處于順槳狀態(tài),，使槳葉和整機的受力狀況大為改善,。

   小型風力發(fā)電機多數(shù)是定槳距風輪，在大風的情況下,，采用側(cè)風偏航控制使氣流與葉片分離,，使風輪葉片處于“失速”狀態(tài)，安全地保護風力發(fā)電機,。另外,，還可以通過側(cè)風偏航控制風力發(fā)電機保持恒定功率輸出。

5,、逆變與負載系統(tǒng)

（1）,、逆變與負載系統(tǒng)的組成

    逆變與負載系統(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,、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DT16和DT17等組成,。

3）、逆變與負載系統(tǒng)主電路

逆變與負載系統(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),、風力發(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,。

6,、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、鍵盤,、鼠標,、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，風力供電系統(tǒng)界面,，逆變與負載系統(tǒng)界面,，風光互補能量轉(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)置相應的按鈕,，實現(xiàn)光伏電池方陣自動跟蹤。

風力供電系統(tǒng)界面設(shè)置相應的按鈕,，實現(xiàn)風力發(fā)電機側(cè)風偏航控制,。

具有光伏發(fā)電采集報表和風力發(fā)電集報表，記錄光伏輸出電壓,、電流,，風力發(fā)電機的輸出電壓、電流,；逆變與負載系統(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,。

四,、主要實驗實訓內(nèi)容

1）、離網(wǎng)型風光互補發(fā)電系統(tǒng)規(guī)劃,；

2）,、根據(jù)功率要求，光伏電池組件的選擇,、安裝和連接,；

3）,、根據(jù)功率要求，風力發(fā)電機的選擇,、安裝和連接,；

4）、基于MCU的光伏電池組件zui大功率跟蹤程序設(shè)計,；

5）,、基于MCU的風力發(fā)電機zui大功率跟蹤的程序設(shè)計；

6）,、蓄電池容量匹配計算與選型,；；

7）,、蓄電池充放電參數(shù)設(shè)置,、保護參數(shù)設(shè)置；

8）,、逆變器參數(shù)設(shè)置,；

9）、監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)及操作,；

10）,、光伏供電系統(tǒng)的調(diào)試；

11）,、風力供電系統(tǒng)的調(diào)試,；

12）、風光互補發(fā)電系統(tǒng)的調(diào)試,；

13）,、電能質(zhì)量的監(jiān)測、調(diào)試和分析,。

五,、主要技術(shù)參數(shù)

實驗臺