風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)THT-SWP01型

一、風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)THT-SWP01型概述

   主要由光伏供電裝置,、風(fēng)力供電系統(tǒng),、逆變 與 負(fù)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(dú)立的功能，可以組合成光伏發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng),、風(fēng)力發(fā)電實(shí)訓(xùn)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(fēng)力供電裝置、風(fēng)力供電系統(tǒng),、逆變與負(fù)載系統(tǒng),、監(jiān)控系統(tǒng)組成，如圖1所示,。SYT-SWP01型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)采用模塊式結(jié)構(gòu),，各裝置和系統(tǒng)具有獨(dú)立的功能，可以組合成光伏發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng),、風(fēng)力發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng),。

（1）設(shè)備尺寸：光伏供電裝置1610×1010×1550mm

風(fēng)力供電裝置1578×1950×1540mm

實(shí)訓(xùn)柜   3200×650×2000mm

（2）場(chǎng)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(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),、擺桿,、擺桿減速箱、擺桿支架,、單相交流電動(dòng)機(jī),、電容器,、直流電動(dòng)機(jī)、接近開(kāi)關(guān),、微動(dòng)開(kāi)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(dòng)機(jī),。電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)減速箱驅(qū)動(dòng)擺桿作圓周擺動(dòng),。擺桿底端與底座支架連接部分安裝了接近開(kāi)關(guān)和微動(dòng)開(kāi)關(guān),，用于擺桿位置的限位和保護(hù)。水平和俯仰方向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由水平運(yùn)動(dòng)減速箱,、俯仰運(yùn)動(dòng)減速箱,、直流電動(dòng)機(jī)、接近開(kāi)關(guān)和微動(dòng)開(kāi)關(guān)組成,。直流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí),，水平運(yùn)動(dòng)減速箱驅(qū)動(dòng)光伏電池方陣作向東方向或向西方向的水平移動(dòng)、俯仰運(yùn)動(dòng)減速箱驅(qū)動(dòng)光伏電池方陣作向北方向或向南方向的俯仰移動(dòng),，接近開(kāi)關(guān)和微動(dòng)開(kāi)關(guān)用于光伏電池方陣位置的限位和保護(hù),。

（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(kāi)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(kāi)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(dòng)控制盒自動(dòng)控制兩個(gè)狀態(tài)，可以進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)運(yùn)行光伏電池組件雙軸跟蹤,、燈狀態(tài),、燈運(yùn)動(dòng)操作。

（3）,、DSP控制單元和接口單元

    蓄電池的充電過(guò)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(hào)驅(qū)動(dòng)繼電器工作,，繼電器常閉觸點(diǎn)斷開(kāi),，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(fēng)力供電裝置

   風(fēng)力供電裝置主要由葉片,、輪轂,、發(fā)電機(jī)、機(jī)艙,、尾舵,、側(cè)風(fēng)偏航控制機(jī)構(gòu)、直流電動(dòng)機(jī),、塔架和基礎(chǔ),、測(cè)速儀、測(cè)速儀支架,、軸流風(fēng)機(jī),、軸流風(fēng)機(jī)支架、軸流風(fēng)機(jī)框罩,、單相交流電動(dòng)機(jī),、電容器、風(fēng)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)箱,、護(hù)欄,、連桿、滾輪,、萬(wàn)向輪,、微動(dòng)開(kāi)關(guān)和接近開(kāi)關(guān)等設(shè)備與器件組成。

    葉片,、輪轂,、發(fā)電機(jī),、機(jī)艙、尾舵和側(cè)風(fēng)偏航控制機(jī)構(gòu)組裝成水平軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī),，安裝在塔架上,。風(fēng)場(chǎng)由軸流風(fēng)機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)支架,、軸流風(fēng)機(jī)框罩,、測(cè)速儀、測(cè)速儀支架,、風(fēng)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)箱體,、傳動(dòng)齒輪鏈機(jī)構(gòu)、單相交流電動(dòng)機(jī),、滾輪和萬(wàn)向輪等組成,。軸流風(fēng)機(jī)和軸流風(fēng)機(jī)框罩安裝在風(fēng)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)箱體上部，傳動(dòng)齒輪鏈機(jī)構(gòu),、單相交流電動(dòng)機(jī),、滾輪和萬(wàn)向輪組成風(fēng)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。當(dāng)風(fēng)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的單相交流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí),，傳動(dòng)齒輪鏈機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滾輪轉(zhuǎn)動(dòng),，風(fēng)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)箱體圍繞風(fēng)力發(fā)電機(jī)的塔架作圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)軸流風(fēng)機(jī)輸送可變風(fēng)量風(fēng)時(shí),，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)周圍形成風(fēng)向和風(fēng)速可變的風(fēng)場(chǎng),。

    在可變風(fēng)場(chǎng)中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用尾舵實(shí)現(xiàn)被動(dòng)偏航迎風(fēng),，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出zui大電能,。測(cè)速儀檢測(cè)風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)量，當(dāng)風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)量超過(guò)安全值時(shí),，側(cè)風(fēng)偏航控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作,，使尾舵?zhèn)蕊L(fēng)45º，風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片轉(zhuǎn)速變慢,。當(dāng)風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)量過(guò)大時(shí),，尾舵?zhèn)蕊L(fēng)90º，風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài),。

4,、風(fēng)力供電系統(tǒng)

（1）、風(fēng)力供電系統(tǒng)的組成

    風(fēng)力供電系統(tǒng)主要由風(fēng)電電源控制單元,、風(fēng)電輸出顯示單元,、觸摸屏、風(fēng)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(fēng)力供電控制單元的偏航功能有手動(dòng)和自動(dòng)兩個(gè)狀態(tài),，可以進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)可變風(fēng)向操作。

    可變風(fēng)量是由變頻器控制軸流風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn),。手動(dòng)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(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在0至額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變化,，實(shí)現(xiàn)可變風(fēng)量輸出,。

（3）、DSP控制單元和側(cè)風(fēng)偏航

    風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪葉片在氣流作用下產(chǎn)生力矩驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng),，通過(guò)輪轂將扭矩輸入到傳動(dòng)系統(tǒng),。當(dāng)風(fēng)速增加超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速過(guò)快,，發(fā)電機(jī)可能因超負(fù)荷而燒毀,。

    對(duì)于定槳距風(fēng)輪，當(dāng)風(fēng)速增加超過(guò)額定風(fēng)速時(shí),，如果氣流與葉片分離,，風(fēng)輪葉片將處于“失速”狀態(tài)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)不會(huì)因超負(fù)荷而燒毀,。

    對(duì)于變槳距風(fēng)輪,，當(dāng)風(fēng)速增加時(shí)，可根據(jù)風(fēng)速的變化調(diào)整氣流對(duì)葉片的攻角,。當(dāng)風(fēng)速超過(guò)額定風(fēng)速時(shí),，輸出功率可穩(wěn)定地保持在額定功率上。特別是在大風(fēng)的情況下,，風(fēng)力機(jī)處于順槳狀態(tài),，使槳葉和整機(jī)的受力狀況大為改善。

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

5,、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(cè)模塊、變頻器,、三相交流電機(jī),、發(fā)光管舞臺(tái)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(kāi)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(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(cè)試模塊,、發(fā)光管舞臺(tái)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(fēng)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(dòng)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(dòng)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(tái)燈光模塊使用,。逆變器測(cè)試模塊用于檢測(cè)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(guò)程不盡相同,。本實(shí)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(dòng)+升壓功率MOS管單元,、升壓變壓器、SPWM芯片單元,、高壓驅(qū)動(dòng)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(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(yùn)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(shí)現(xiàn)光伏電池方陣自動(dòng)跟蹤,。

風(fēng)力供電系統(tǒng)界面設(shè)置相應(yīng)的按鈕,，實(shí)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(bào)表和風(fēng)力發(fā)電集報(bào)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(bào)表,。

四,、主要實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容

1）,、離網(wǎng)型風(fēng)光互補(bǔ)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(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jì),；

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

6）,、蓄電池容量匹配計(jì)算與選型；,；

7）,、蓄電池充放電參數(shù)設(shè)置、保護(hù)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(fēng)力供電系統(tǒng)的調(diào)試；

12）、風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的調(diào)試,；

13）,、電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)、調(diào)試和分析,。

五,、主要技術(shù)參數(shù)

實(shí)驗(yàn)臺(tái)