風(fēng)光互補發(fā)電實(shí)訓系統
設備尺寸：光伏供電裝置1610×1010×1550mm
風(fēng)力供電裝置1578×1950×1540mm
實(shí)訓柜3200×650×2000mm
各單元介紹
光伏供電裝置
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(xiàn)傳感器、光線(xiàn)傳感器控制盒、水平方向和俯仰方向運動(dòng)機構、擺桿、擺桿減速箱、擺桿支架、單相交流電動(dòng)機、電容器、直流電動(dòng)機、接近開(kāi)關(guān)、微動(dòng)開(kāi)關(guān)、底座支架等設備與器件組成。
4塊光伏電池組件并聯(lián)組成光伏電池方陣，光線(xiàn)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。電動(dòng)機旋轉時(shí)，通過(guò)減速箱驅動(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。水平和俯仰方向運動(dòng)機構由水平運動(dòng)減速箱、俯仰運動(dòng)減速箱、直流電動(dòng)機、接近開(kāi)關(guān)和微動(dòng)開(kāi)關(guān)組成。直流電動(dòng)機旋轉時(shí)，水平運動(dòng)減速箱驅動(dòng)光伏電池方陣作向東方向或向西方向的水平移動(dòng)、俯仰運動(dòng)減速箱驅動(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。
光伏電池組件
光伏電池組件的主要參數為：
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
光伏供電系統
光伏供電系統的組成
光伏供電系統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、充/放電控制單元、信號處理單元、西門(mén)子S7-200PLC、繼電器組、接線(xiàn)排、蓄電池組、可調電阻、斷路器、12V開(kāi)關(guān)電源、網(wǎng)孔架等組成。
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)運行光伏電池組件雙軸跟蹤、燈狀態(tài)、燈運動(dòng)操作。
（3）、 充、放電控制單元和信號處理單元
蓄電池的充電過(guò)程及充電保護由充電控制單元、信號處理單元及程序完成，蓄電池的放電保護由放電控制單元、信號處理單元完成，當蓄電池放電電壓低于規定值，放電控制單元輸出信號驅動(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。
蓄電池組
蓄電池組選用4節閥控密封式鉛酸蓄電池，主要參數：
容量 12V 18Ah/20HR
重量 1.9kg
尺寸 345mm×195mm×20mm
風(fēng)力供電裝置
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、側風(fēng)偏航控制機構、直流電動(dòng)機、塔架和基礎、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(dòng)機、電容器、風(fēng)場(chǎng)運動(dòng)機構箱、護欄、連桿、滾輪、萬(wàn)向輪、微動(dòng)開(kāi)關(guān)和接近開(kāi)關(guān)等設備與器件組成。
葉片、輪轂、發(fā)電機、機艙、尾舵和側風(fēng)偏航控制機構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(chǎng)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(chǎng)運動(dòng)機構箱體、傳動(dòng)齒輪鏈機構、單相交流電動(dòng)機、滾輪和萬(wàn)向輪等組成。軸流風(fēng)機和軸流風(fēng)機框罩安裝在風(fēng)場(chǎng)運動(dòng)機構箱體上部，傳動(dòng)齒輪鏈機構、單相交流電動(dòng)機、滾輪和萬(wàn)向輪組成風(fēng)場(chǎng)運動(dòng)機構。當風(fēng)場(chǎng)運動(dòng)機構中的單相交流電動(dòng)機旋轉時(shí)，傳動(dòng)齒輪鏈機構帶動(dòng)滾輪轉動(dòng)，風(fēng)場(chǎng)運動(dòng)機構箱體圍繞風(fēng)力發(fā)電機的塔架作圓周旋轉運動(dòng)，當軸流風(fēng)機輸送可變風(fēng)量風(fēng)時(shí)，在風(fēng)力發(fā)電機周?chē)�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)電機利用尾舵實(shí)現被動(dòng)偏航迎風(fēng)，使風(fēng)力發(fā)電機輸出最大電能。測速儀檢測風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)量，當風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)量超過(guò)安全值時(shí)，側風(fēng)偏航控制機構動(dòng)作，使尾舵側風(fēng)45o，風(fēng)力發(fā)電機葉片轉速變慢。當風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)量過(guò)大時(shí)，尾舵側風(fēng)90o，風(fēng)力發(fā)電機處于制動(dòng)狀態(tài)。
風(fēng)力供電系統
風(fēng)力供電系統的組成
風(fēng)力供電系統主要由風(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、充/放電控制單元、信號處理單元、西門(mén)子S7-200PLC、繼電器組、接線(xiàn)排、可調電阻、斷路器、網(wǎng)孔架等組成。
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)機實(shí)現。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)機轉速在0至額定轉速范圍內變化，實(shí)現可變風(fēng)量輸出。
（3）、充、放電控制單元和信號處理單元
蓄電池的充電過(guò)程及充電保護由充電控制單元、信號處理單元及程序完成，蓄電池的放電保護由放電控制單元、信號處理單元完成，當蓄電池放電電壓低于規定值，放電控制單元輸出信號驅動(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）、測風(fēng)偏航
風(fēng)力發(fā)電機風(fēng)輪葉片在氣流作用下產(chǎn)生力矩驅動(dòng)風(fēng)輪轉動(dòng)，通過(guò)輪轂將扭矩輸入到傳動(dòng)系統。當風(fēng)速增加超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機風(fēng)輪轉速過(guò)快，發(fā)電機可能因超負荷而燒毀。
對于定槳距風(fēng)輪，當風(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)電機不會(huì )因超負荷而燒毀。
對于變槳距風(fēng)輪，當風(fēng)速增加時(shí)，可根據風(fēng)速的變化調整氣流對葉片的攻角。當風(fēng)速超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)，輸出功率可穩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)電機多數是定槳距風(fēng)輪，在大風(fēng)的情況下，采用側風(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(guò)側風(fēng)偏航控制風(fēng)力發(fā)電機保持恒定功率輸出。
逆變與負載系統
逆變與負載系統的組成
逆變與負載系統主要由逆變電源控制單元、逆變輸出顯示單元、逆變控制單元、直流升壓?jiǎn)卧�、全橋逆變單元、逆變器參數檢測模塊、變頻器、三相交流電機、發(fā)光管舞臺燈光模塊、警示燈、接線(xiàn)排、斷路器、網(wǎng)孔架等組成。
逆變電源控制單元
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(xiàn)端子DT14和DT15等組成。
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(xiàn)端子DT16和DT17等組成。
逆變與負載系統主電路
逆變與負載系統主要由逆變器、交流調速系統、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、風(fēng)力發(fā)電系統或蓄電池提供，逆變器輸出單相220V、50Hz的交流電源。交流調速系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，變頻器將單相AC220V變換為三相AC220V供三相交流電動(dòng)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、基波、SPWM波形。
（2）、逆變裝置
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(lèi)很多, 各自的具體工作原理、工作過(guò)程不盡相同。本實(shí)訓裝置使用的逆變裝置由DC-DC升壓?jiǎn)卧�、逆變控制單元、全橋逆變單元組成，逆變的工作過(guò)程是將蓄電池的12V直流電通過(guò)DC-DC和DC-AC變換，轉變成正弦波220/50Hz(可調)的工頻交流電。本逆變器有很多優(yōu)點(diǎn)，升壓部分由SG3525驅動(dòng)兩個(gè)升壓MOS管，SG3525脈寬調試控制器，不僅具有可調整的死區時(shí)間控制功能，而且還具有可編程式軟啟動(dòng)，脈沖控制鎖保護等功能。全橋逆變部分采用具有DSP性能的嵌入式微處理器TMS320F2812實(shí)現SPWM的調制，同時(shí)能夠與上位機的遠程通訊，實(shí)現數據的上載與下載等功能。
監控系統
監控系統組成
監控系統主要由一體機、鍵盤(pán)、鼠標、接線(xiàn)排、電源插座、通信線(xiàn)、微軟操作系統軟件、力控組態(tài)軟件組成。
監控系統功能
通信
監控系統與光伏充、放電控制器，風(fēng)能充、放電控制器，逆變控制器、儀表、PLC、變頻器通信。
界面
監控系統具有主界面，光伏供電系統界面，風(fēng)力供電系統界面，逆變與負載系統界面，風(fēng)光互補能量轉換界面，分別顯示各自的運行狀態(tài)參數。
光伏供電系統界面設置相應的按鈕，實(shí)現光伏電池方陣自動(dòng)跟蹤。
風(fēng)力供電系統界面設置相應的按鈕，實(shí)現風(fēng)力發(fā)電單元變頻器控制和測風(fēng)偏航控制。
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；逆變與負載系統的逆變輸出電壓、電流、功率等數據并打印數據報表。
主要實(shí)驗實(shí)訓內容
單晶硅光伏電池單體的工作原理實(shí)驗
太陽(yáng)能電池組件方陣設計實(shí)驗
光伏供電裝置的組成與控制實(shí)驗
PLC編程手動(dòng)、自動(dòng)控制光伏電池追蹤太陽(yáng)實(shí)驗
光敏電阻、電壓比較器的工作特性實(shí)驗
光線(xiàn)傳感器工作原理實(shí)驗
光伏供電系統電氣控制原理設計
光伏電池的I-U特性測試實(shí)驗
光伏電池的輸出功率特性實(shí)驗
DSP控制器對蓄電池的脈寬調制充電過(guò)程實(shí)驗
DSP控制器對蓄電池的放電保護實(shí)驗
蓄電池實(shí)際充電檢測實(shí)驗
蓄電池模擬充電實(shí)驗
水平軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機的組成安裝實(shí)驗
模擬風(fēng)場(chǎng)的設計與搭建實(shí)驗
風(fēng)力發(fā)電機被動(dòng)偏航與主動(dòng)偏航原理實(shí)驗
水平軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機被動(dòng)偏航中側風(fēng)偏航機構設計
風(fēng)力供電系統的組成及工作原理
可變風(fēng)向和可變風(fēng)量控制實(shí)驗
風(fēng)力供電系統電氣控制原理實(shí)驗
風(fēng)力發(fā)電機偏航手動(dòng)、自動(dòng)控制方式實(shí)驗
風(fēng)力發(fā)電機輸出特性測試
逆變器工作原理實(shí)驗
SG3525實(shí)驗
逆變器基波、SPWM、死區等波形檢測實(shí)驗
上位機下載逆變幾波頻率、死去時(shí)間、調制比等參數實(shí)驗
逆變器不同負載設計連接實(shí)驗
上位機與各單元通信方式與連接實(shí)驗
通信協(xié)議設定實(shí)驗
三維組態(tài)力控軟件的應用實(shí)驗
力控軟件的基本開(kāi)發(fā)流程實(shí)驗
三、主要技術(shù)參數