風(fēng)光互補發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng)|風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用實訓(xùn)裝置

設(shè)備組成
BOP-SWP01型風(fēng)光互補發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng)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)、逆變與負載系統(tǒng),、監(jiān)控系統(tǒng)組成,，如圖1所示。DB-SWP01型風(fēng)光互補發(fā)電實訓(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,，可以組合成光伏發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電實訓(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
實訓(xùn)柜   3200×650×2000mm
(2)、 場地面積：20平方米
風(fēng)光互補發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng)|風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用實訓(xùn)裝置
 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(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

3,、 風(fēng)力供電裝置
(1),、 風(fēng)力供電裝置的組成
風(fēng)力供電裝置主要由葉片、輪轂,、發(fā)電機,、機艙、尾舵,、側(cè)風(fēng)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(fēng)機,、軸流風(fēng)機支架,、軸流風(fēng)機框罩、單相交流電動機,、電容器,、風(fēng)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(fēng)偏航控制機構(gòu)組裝成水平軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機,，安裝在塔架上,。風(fēng)場由軸流風(fēng)機、軸流風(fēng)機支架,、軸流風(fēng)機框罩,、測速儀、測速儀支架,、風(fēng)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(fēng)機和軸流風(fēng)機框罩安裝在風(fēng)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(fēng)場運動機構(gòu)。當(dāng)風(fēng)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(fēng)場運動機構(gòu)箱體圍繞風(fēng)力發(fā)電機的塔架作圓周旋轉(zhuǎn)運動，當(dāng)軸流風(fēng)機輸送可變風(fēng)量風(fēng)時,，在風(fēng)力發(fā)電機周圍形成風(fēng)向和風(fēng)速可變的風(fēng)場,。
在可變風(fēng)場中，風(fēng)力發(fā)電機利用尾舵實現(xiàn)被動偏航迎風(fēng),，使風(fēng)力發(fā)電機輸出zui大電能,。測速儀檢測風(fēng)場的風(fēng)量，當(dāng)風(fēng)場的風(fēng)量超過安全值時,，側(cè)風(fēng)偏航控制機構(gòu)動作,，使尾舵?zhèn)蕊L(fēng)45?，風(fēng)力發(fā)電機葉片轉(zhuǎn)速變慢,。當(dāng)風(fēng)場的風(fēng)量過大時,，尾舵?zhèn)蕊L(fēng)90?，風(fēng)力發(fā)電機處于制動狀態(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和自動兩個狀態(tài),，可以進行手動或自動可變風(fēng)向操作,。
可變風(fēng)量是由變頻器控制軸流風(fēng)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(fēng)機轉(zhuǎn)速在0至額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變化，實現(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)電機風(fēng)輪葉片在氣流作用下產(chǎn)生力矩驅(qū)動風(fēng)輪轉(zhuǎn)動，通過輪轂將扭矩輸入到傳動系統(tǒng),。當(dāng)風(fēng)速增加超過額定風(fēng)速時,，風(fēng)力發(fā)電機風(fēng)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(fēng)輪,，當(dāng)風(fēng)速增加超過額定風(fēng)速時，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)電機不會因超負荷而燒毀。
對于變槳距風(fēng)輪,，當(dāng)風(fēng)速增加時,，可根據(jù)風(fēng)速的變化調(diào)整氣流對葉片的攻角。當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)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(fēng)的情況下，風(fēng)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(fēng)力發(fā)電機多數(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),，安全地保護風(fēng)力發(fā)電機。另外,，還可以通過側(cè)風(fēng)偏航控制風(fēng)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(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(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。
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(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,、儀表進行通信。
2),、 界面
①,、 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,，逆變與負載系統(tǒng)界面,，風(fēng)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),。
②,、 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,。
③,、 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)電機側(cè)風(fēng)偏航控制,。
④,、 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(xùn)內(nèi)容
1),、 離網(wǎng)型風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)力供電系統(tǒng)的調(diào)試；
12),、 風(fēng)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,。

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用實訓(xùn)裝置系列產(chǎn)品