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YUY-SWP01風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)|新能源教學(xué)設(shè)備

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)

一,、概述
YUY-SWP01風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)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，
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),。
二、YUY-SWP01風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)|新能源教學(xué)設(shè)備設(shè)備組成
YUY-SWP01型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)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(fù)載系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)組成，如圖1所示。YUY-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)動機(jī)構(gòu),、擺桿、擺桿減速箱,、擺桿支架,、單相交流電動機(jī)、電容器,、直流電動機(jī),、接近開關(guān)、微動開關(guān),、底座支架等設(shè)備與器件組成，如圖2所示,。

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)
圖2 光伏供電裝置

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(jī),。電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，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(hù)。水平和俯仰方向運(yùn)動機(jī)構(gòu)由水平運(yùn)動減速箱,、俯仰運(yùn)動減速箱,、直流電動機(jī)、接近開關(guān)和微動開關(guān)組成,。直流電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí),，水平運(yùn)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(yùn)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(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(gè)狀態(tài),，可以進(jìn)行手動或自動運(yùn)行光伏電池組件雙軸跟蹤,、燈狀態(tài)、燈運(yùn)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(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控制單元輸出信號驅(qū)動繼電器工作，繼電器常閉觸點(diǎn)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(jī),、機(jī)艙,、尾舵、側(cè)風(fēng)偏航控制機(jī)構(gòu),、直流電動機(jī),、塔架和基礎(chǔ)、測速儀,、測速儀支架,、軸流風(fēng)機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)支架,、軸流風(fēng)機(jī)框罩、單相交流電動機(jī),、電容器,、風(fēng)場運(yùn)動機(jī)構(gòu)箱、護(hù)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,，如圖3所示。

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)
圖3 風(fēng)力供電裝置

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)場由軸流風(fēng)機(jī),、軸流風(fēng)機(jī)支架,、軸流風(fēng)機(jī)框罩、測速儀,、測速儀支架、風(fēng)場運(yùn)動機(jī)構(gòu)箱體,、傳動齒輪鏈機(jī)構(gòu),、單相交流電動機(jī)、滾輪和萬向輪等組成,。軸流風(fēng)機(jī)和軸流風(fēng)機(jī)框罩安裝在風(fēng)場運(yùn)動機(jī)構(gòu)箱體上部,，傳動齒輪鏈機(jī)構(gòu)、單相交流電動機(jī),、滾輪和萬向輪組成風(fēng)場運(yùn)動機(jī)構(gòu),。當(dāng)風(fēng)場運(yùn)動機(jī)構(gòu)中的單相交流電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，傳動齒輪鏈機(jī)構(gòu)帶動滾輪轉(zhuǎn)動,，風(fēng)場運(yùn)動機(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,，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,。
在可變風(fēng)場中,，風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用尾舵實(shí)現(xiàn)被動偏航迎風(fēng)，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(shí)，側(cè)風(fēng)偏航控制機(jī)構(gòu)動作,，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)場的風(fēng)量過大時(shí),，尾舵?zhèn)蕊L(fēng)90º,，風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(gè)狀態(tài),，可以進(jìn)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(jī)實(shí)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(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(shí),，風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速過快,，發(fā)電機(jī)可能因超負(fù)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(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)不會因超負(fù)荷而燒毀,。
對于變槳距風(fēng)輪，當(dāng)風(fēng)速增加時(shí),，可根據(jù)風(fēng)速的變化調(diào)整氣流對葉片的攻角,。當(dāng)風(fēng)速超過額定風(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)檢測模塊、變頻器,、三相交流電機(jī),、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(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(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(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)動加升壓功率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(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
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(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),。
②光伏供電系統(tǒng)界面設(shè)置相應(yīng)的按鈕，實(shí)現(xiàn)光伏電池方陣自動跟蹤,。
③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。
④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、調(diào)試和分析,。
主要技術(shù)參數(shù)

一、風(fēng)力供電裝置
序號	名稱	技術(shù)參數(shù)	數(shù)量
1	水平軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)	輸出功率：300W 輸出（整流）電壓：＞ +12V 葉片旋轉(zhuǎn)直徑：1.2m 葉片數(shù)量：3個(gè) 葉片材質(zhì)：玻璃纖維啟動風(fēng)速：1m/s 切入風(fēng)速：1.5m/s 安全風(fēng)速：25 m/s 偏航：程序控制自動偏航偏航電機(jī)：工作電壓（DC 24V）,、轉(zhuǎn)速（25rpm）	1
2	風(fēng)速儀	輸出電壓：0-5V 風(fēng)碗數(shù)：3個(gè)	1
3	軸流通風(fēng)機(jī)	流量：2100m3/h 電壓：380V（由變頻器控制）全壓：215Pa 頻率：50Hz 功率：0.37Kw 轉(zhuǎn)速：1400r/min 軸流風(fēng)機(jī)支架軸流風(fēng)機(jī)框罩	1
4	風(fēng)向控制電機(jī)	減速比：1：40 電壓：AC220V 和運(yùn)動機(jī)構(gòu)的鏈接機(jī)構(gòu)：鏈輪	1
二,、光伏供電裝置
序號	名稱	技術(shù)參數(shù)	數(shù)量
1	電池組件	功率：20W 誤差：±5% 輸出電壓：17.2V 輸出電流：1.17A 開路電壓：21.4V 短路電流：1.27A 工作環(huán)境溫度：45℃±2℃ 尺寸：430×430×28mm	4
2	追日傳感器	輸出電壓：0-5V 跟蹤精度：1度結(jié)構(gòu)：4電橋	1
3	投射燈	擺臂機(jī)構(gòu)：渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)（2個(gè)減速箱）電壓：220V 頻率：50Hz 電流：1.36A zui大功率：300W	2
4	追日機(jī)構(gòu)	結(jié)構(gòu)：渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)（減速箱）驅(qū)動：直流電機(jī) 軸數(shù)：雙軸二維	1
三、風(fēng)力供電系統(tǒng)
序號	名稱	技術(shù)參數(shù)	數(shù)量
1	電源控制單元	含漏電保護(hù)斷路器,，AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈,、電源插座	1
2	風(fēng)電控制電源單元	含漏電保護(hù)斷路器，AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈	1
3	觸摸屏	7",彩色	1
4	功能模塊	DSP核心板2812,，通信控制板,，風(fēng)力發(fā)電主電路板	1
5	直流輸入單元	電流表： DC 0-5A 電壓表： DC 0-500V 接口：RS485	1
6	風(fēng)力供電控制單元	風(fēng)場運(yùn)動方向：順時(shí)、逆時(shí) 軸流風(fēng)機(jī)控制：給風(fēng) 偏航控制：偏航,、停止自動控制：啟動,、急停	1
7	PLC	S7-200 CPU224	1
8	變頻器	MM420-0.37Kw
9	可調(diào)電阻	范圍：0-1000Ω，無級可調(diào)（有刻度）	1
四,、光伏供電系統(tǒng)
序號	名稱	技術(shù)參數(shù)	數(shù)量
1	電源控制單元	含漏電保護(hù)斷路器,，AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈、電源插座	1
2	光伏控制電源單元	含漏電保護(hù)斷路器,，AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈	1
3	觸摸屏	7",彩色	1
4	功能模塊	DSP核心板2812,，通信控制板，光伏發(fā)電主電路板	1
5	直流輸入單元	電流表：PA1951-AK1G,，DC 0-5A 電壓表：PZ195U-AK1G,，DC 0-500V 接口：RS485	1
6	光伏供電控制單元	電池板跟蹤方向：東、南,、西,、北投光燈控制：燈1,、燈2 投光燈運(yùn)動方向：東西、西東,、停止自動控制：啟動,、急停	1
8	PLC	S7-200 CPU226	1
9	可調(diào)電阻	范圍：0-1000Ω，無級可調(diào)（有刻度）	1
五,、逆變與負(fù)載系統(tǒng)
序號	名稱	技術(shù)參數(shù)	數(shù)量
1	逆變輸出顯示單元	電流表：AC 0-5A 電壓表：AC 0-500V 接口：RS485	1
2	逆變控制電源單元	含漏電保護(hù)斷路器,，AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈	1
3	逆變器	輸入電壓：DC12V 輸入電壓范圍：DC9.5V-15.5V 輸出電壓：AC220V±5% 額定輸出電流：1.4A 輸出頻率：50Hz±0.5Hz 額定功率：300VA 輸出波形：正弦波波形失真：＜5% 轉(zhuǎn)換效率：＞85% 實(shí)驗(yàn)?zāi)K：正弦波逆變器原理模塊
4	開關(guān)電源	型號：DR-120-24 輸入電壓：AC 220V 輸出電壓：DC 24V 輸出電流：5A	1
5	變頻器	MM420-0.37Kw	1
6	電機(jī)負(fù)載	功率：40W 電壓：AC220V 轉(zhuǎn)速：1350rpm	1
7	模擬舞臺燈光負(fù)載	二極管字樣為“KNT”的發(fā)光模塊	1
8	閥控密封式鉛酸蓄電池	容量 12V 18Ah/20HR 重量 1.9kg 尺寸 345mm×195mm×20mm	4
六、監(jiān)控系統(tǒng)
序號	名稱	技術(shù)參數(shù)	數(shù)量
1	直流電機(jī)負(fù)載	直流單片機(jī)負(fù)載	1
2	工控機(jī)	6個(gè)串口,，含鍵盤鼠標(biāo)	1
3	組態(tài)軟件	力控	1
4	打印機(jī)	HP Deskjt 1000	1
七,、實(shí)驗(yàn)臺
序號	名稱	技術(shù)參數(shù)	數(shù)量
1	網(wǎng)孔板實(shí)驗(yàn)臺	豎式網(wǎng)孔板基本結(jié)構(gòu)：下方為工具箱+4個(gè)輪子，上方為豎式網(wǎng)孔板尺寸：800(長)×600（寬×2000(高) 外框架構(gòu)成：鋁合金型材,；內(nèi)嵌噴塑鋼板鋼板尺寸：1200mm×820mm 鋼板厚度：2mm 鋼板孔規(guī)格：上方孔尺寸6×10mm,，孔左右間距為6mm，上下間距為6mm且錯(cuò)位8mm,；網(wǎng)孔板配有推拉式抽屜,，抽屜采用型材外框、2mm鋼板底部,；網(wǎng)孔架底部裝有滑輪,。	4
2	微軟操作系統(tǒng)軟件	Window XP	1
	通訊電纜
	實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書	風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書