风光互补发电实训系统

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作者：天威教学

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日期：2015-12-17 17:27:46

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文章摘要

风光互补发电实训系统

风光互补发电实训系统：

（一）、系统主要组成部分：

（1）光伏发电控制柜

（2）风力发电控制柜

（3）太阳能和风能模拟发电装置

（4）监控系统

（二）、系统各组成部分的参数要求：

1、光伏控制柜系统

1）光伏供电系统的组成

光伏供电系统主要由逐日控制单元、光伏输出显示单元、日照电源单元、MPPT控制单元、PLC、继电器组、接线排、蓄电池组、可调电阻、断路器、12V开关电源等组成。

2）控制方式

光伏供电控制单元的追日功能有手动控制和自动控制两个状态，可以进行手动或自动运行光伏电池组件双轴跟踪、灯状态、灯运动操作。

3）MPPT控制器

该控制器采用STM32设计，工业级标准，具有多种充电模式，MPPT控制方式能电池对蓄电池进行智能充电。在太阳电池板和风力发电机所发出的电能超过蓄电池存储容量时，控制系统必须将多余的能量消耗掉，从而保证了最佳的蓄电池充电特性，使得电能得到充分利用。

数字化智能控制，核心器件采用功能强大的STM32进行控制，使得外围电路结构简单，且控制方式和控制策略灵活强大；功率器件则采用优质的进口器件，从而确保了控制器优异的性能和稳定性。配置LabVIEW软件，实时监测与远程控制。提供部分源代码及相关原理图等用于教学研究，投标时提供样品。

技术参数

系统额定电压		24V
光伏组件功率		150W
充电	充电	20A
	均充保护	28.8V±1%
	浮充	27.6V±1%
	均充恢复	26.4V±1%
	温度补偿	-48mV/℃
过放	断开(直流)	21.8V±1%
	恢复(直流)	24.6V±1%
过压	切断(直流)	32V±1%
	恢复(直流)	30V±1%
空载电流(直流)		≤0.1A
电压降落(直流)		≤0.5V
控制方式		最大功率点跟踪-MPPT(充电效率比PWM普通型高出30%)
升压充电		柔性独立升压电路（可选）
显示方式		液晶
显示参数		电压、充电电流，蓄电池电量
保护类型		防雷保护，太阳能电池防反充保护，蓄电池开路保护、蓄电池接反保护、过风速和过电压软自动刹车保护
散热方式		散热器
环境温度		-25℃~+55℃
使用海拔		≤5500m(2000m以上需要降低功率使用)
环境湿度		0~90%，不结露

4）蓄电池组

蓄电池组选用4节阀控密封式铅酸蓄电池，主要参数：容量 12V 14Ah

额定电压		12V	温度对容量的影响(20hr)	40℃	102%
容量(20hr,25℃)		14Ah		25℃	100%
设计寿命		3-5 年		0℃	85%
外型尺寸	长	152mm(5.941inch)		-15℃	65%
	宽	65mm(2.56inch)	自放电 (25℃)	3 月	剩余容量:91%
	高	95mm(3.74inch)		6 月	剩余容量:82%
	总高	97mm(3.98inch)		12 月	剩余容量:65%
近似质量		4.13kg(lbs)	正常工作温度		25℃+3℃
容量(25℃)	20hr rate	14Ah	工作温度范围		-15℃~50℃
	10hr rate	13.16Ah	浮充电压(25℃)		2.27 to 2.30 V
	5hr rate	11.90Ah	均充电压(25℃)		2.42 to 2.48 V
	1hr rate	8.40Ah	最大充电电流		2.1A(0.3C)
电池内阻(25℃))		5.8mΩ	端子材料l		Copper
电池内阻(25℃))		5.8mΩ	最大放电电流		70A(5 sec)(10C)

5）直流电压表

具有通信接口、具有手动自动量程、工业级柜装48mm*96mm、精度：0.5级，1000V档位显示格式：999.99（带2个小数点），显示单位：V；100V档位显示：99.999（带3个小数点），显示单位：V；10V档位显示：9.9999（带4个小数点），显示单位：V；采用透明面板设计。

6）直流电流表

具有通信接口、具有手动自动量程、工业级柜装48mm*96mm、精度：0.5级，5A档位：4999.9（带1个小数点），显示单位：mA；1000mA档位：999.99(带2个小数点)，显示单位：mA；100mA档位：99.999(带3个小数点)，显示单位：mA。采用透明面板设计，全量程内阻10毫欧。

7）创新并离网逆变器（工业级，液晶显示，提供开发部分源代码）

工业级1KW并离网逆变器模块，须具有“新能源并离网逆变器系统实验实训装置”专利证书，投标时提供原件备查。具有低压报警，低压关断，过压关断，过载关断，过热保护等多种功能。采用双CPU控制，可选择STM32。采用OLED液晶显示（尺寸45*25），开放部分核心源代码供老师研究、深入了解并网与离网原理等。

8）逆变及负载系统

负载系统主要由、发光管舞台灯光模块、直流负载（红色警示灯：供电DC24V尺寸直径72mm*高44mm、LED节能灯：AC/DC24V，额定功率：2W，色温：6500K正白）接线排、断路器等组成。

9）详细配置清单

序号	名称	型号/品牌	数量	单位
1	带灯按钮（绿）	NP2 BW3361 24VDC NO 绿/CHNT/或三力	3	套
2	带灯按钮（红）	NP2 BW3462 24VDC NC 红/CHNT/或三力	1	套
3	带灯按钮（黄）	NP2 BW3561 24VDC NO 红/CHNT/或三力	6	套
4	急停按钮	NP2 BS542 NC 红蘑菇头/CHNT/或三力	1	套
5	旋钮开关	NP2 BD25 NO+NC 黑/CHNT/或三力	1	套
6	电源指示灯	ND16-22DS/4 红 220VAC/CHNT/或三力	1	套
7	电流表	ZYX96A-AI/TOONE/HKYB-2	1	只
8	电压表	ZYX96A-AU/TOONE/HKYB-1	1	只
9	微型断路器	NBE7LE 2P 16A/CHNT/或德力西	1	只
10		NBE7 2P 10A/CHNT/或德力西	2	只
11		NBE7 1P 6A/CHNT/或德力西	2	只
12	中间继电器	BXM2LB2BD/Schneider/或德力西	8	只
13	中间继电器底座	BXZE1M2C/Schneider/或德力西	8	只
14	交流接触器	CJX2 1210 220VAC/CHNT/或德力西	1	只
15	熔断器	RTO15 /HUKE/或德力西	5	只
16	数模化插座	10A/德力西	2	只
17	开关稳压电源	SA-200W DC24V/DELIXI	1	只
18	开关稳压电源	SA-100W DC12V/DELIXI	1	只
19	可编程控制器	FX1N-40MR-001/MITSUBISHI	1	台
20	机柜散热风扇	120*120/220VAC 含防尘防水罩	1	只
21	控制器	MPPT跟踪	1	个
22	控制柜	1800800400 /碳钢喷塑	1	套
23	可调电位器	带旋钮/100W 1KΩ	1	个
24	光线感应器	定制	1	只
25	接近开关	LJ8A3-2-Z/EX /沪工	4	只
26	限位开关	XV-155-1C25/XURUI	8	只
27	线槽、导轨、压线端子	DIN、管型、针型	若干	个
28	电缆	RVV	50	米

2、风力控制柜系统

1）系统的组成

风力供电系统主要由风源控制单元、风电输出显示单元、风力供电控制单元、控制器单元、PLC、继电器组、接线排、可调电阻、断路器等组成。

2）控制方式

风力供电控制单元的偏航功能有手动和自动两个状态，可以进行手动或自动可变风向操作。

可变风量是由变频器控制轴流风机实现。手动操作变频器操作面板上的有关按键，使变频器的输出频率在0-50Hz之间变化，轴流风机转速在0至额定转速范围内变化，实现可变风量输出。

3）充、放电控制单元和信号处理单元

蓄电池的充电过程及充电保护由充电控制单元、信号处理单元及程序完成，蓄电池的放电保护由放电控制单元、信号处理单元完成，当蓄电池放电电压低于规定值，放电控制单元输出信号驱动继电器工作，继电器常闭触点断开，切断蓄电池的放电回路。

4）侧风偏航

具有风速、风向测试单元，根据风力大小可控制风能模拟装置的风力发电机尾舵，实现偏航等操作。

5）直流电压表

具有通信接口、具有手动自动量程、工业级柜装48mm*96mm、精度：0.5级，1000V档位显示格式：999.99（带2个小数点），显示单位：V；100V档位显示：99.999（带3个小数点），显示单位：V；10V档位显示：9.9999（带4个小数点），显示单位：V；采用透明面板设计。正反驳接误差不大于5个字。

6）直流电流表

7)功率及功率因数表

具有通信接口、工业级柜装48mm*96mm、精度：0.5级，电压：0.3V-500V,电流：1mA-5A,采用DSP专用芯片设计，具有电能计量，有功功率、无功功率、频率、电压、电流、负载性质等多种功能，采用军工企业生产的电源变压器、通信隔离模块、信号隔离模块等。

8）负载系统

负载系统主要由变频器、三相交流电机（铝合金机壳，外观精美）、发光管舞台灯光模块、直流负载（红色警示灯：供电DC24V尺寸直径72mm*高44mm、LED节能灯：AC/DC24V，额定功率：2W，色温：6500K正白）接线排、断路器等组成。

9）创新并离网逆变器（工业级，液晶显示，开发核心源代码）

工业级1KW并离网逆变器模块，具有“新能源并离网逆变器系统实验实训装置”专利证书。原件备查。具有低压报警，低压关断，过压关断，过载关断，过热保护等多种功能。采用双CPU控制，可选择STM32。采用OLED液晶显示（尺寸45*25），开放核心源代码供学生深入了解并网与离网原理。

10）详细配置清单：

序号	名称	型号/品牌	数量	单位
1	带灯按钮（绿）	NP2 BW3361 24VDC NO 绿/CHNT/或三力	2	套
2	带灯按钮（红）	NP2 BW3462 24VDC NC 红/CHNT/或三力	1	套
3	带灯按钮（黄）	NP2 BW3561 24VDC NO 红/CHNT/或三力	9	套
4	急停按钮	NP2 BS542 NC 红蘑菇头/CHNT/或三力	1	套
5	旋钮开关	NP2 BD25 NO+NC 黑/CHNT/或三力	1	套
6	电源指示灯	ND16-22DS/4 红 220VAC/CHNT/或三力	1	套
7	电流表	ZYX96A-AI/TOONE/HKYB-2	1	只
8	电压表	ZYX96A-AU/TOONE/HKYB-1	1	只
9	微型断路器	NBE7LE 2P 16A/CHNT/或德力西	1	只
10		NBE7 2P 10A/CHNT/或德力西	2	只
11		NBE7 1P 6A/CHNT/或德力西	2	只
12	中间继电器	BXM2LB2BD/Schneider/或德力西	8	只
13	中间继电器底座	BXZE1M2C/Schneider/或德力西	8	只
14	交流接触器	CJX2 1210 220VAC/CHNT/或德力西	1	只
15	熔断器	RTO15 /HUKE/或德力西	5	只
16	数模化插座	10A/德力西	2	只
17	开关稳压电源	SA-200W DC24V/DELIXI	1	只
18	开关稳压电源	SA-100W DC12V/DELIXI	1	只
19	可编程控制器	FX1N-40MR-001/MITSUBISHI	1	台
20	机柜散热风扇	120*120/220VAC 含防尘防水罩	1	只
21	变频器	FR-D720S-0.4K-CHT/MITSUBSHI	1	台
22	控制器	MPPT跟踪	1	个
23	控制柜	1800800400 /碳钢喷塑	1套	套
24	可调电位器	带旋钮/100W 1KΩ	1	个
25	风速仪	0~5V输出	1	个
26	接近开关	LJ8A3-2-Z/EX /沪工	4	只
27	限位开关	XV-155-1C25/XURUI	8	只
28	线槽、导轨、压线端子	DIN、管型、针型	若干	个
29	电缆	RVV	50	米

3、太阳能模拟发电装置、风能模拟发电装置

1）光伏跟踪装置的组成

光伏跟踪装置主要由光伏电池组件（采用铝合金结构）、光线传感器、光线传感器控制盒、水平方向和俯仰方向运动机构、微动开关、底座支架等设备与器件组成。

4块光伏电池组件并联组成光伏电池方阵，模拟光源：采用 1盏500W的投射灯安装在支架上，模拟早、中、晚三个时段（采用涡轮蜗杆结构（0-60CM可调）、电压220V、最大功率300W），使逐日系统运行连续。

2）光伏电池组件的主要参数为：

额定功率 4*20W

开路电压：43.74 V（并联），4*35.50V（串联）

短路电流：4*0.62A（并联），0.56A（串联）

或者为：输出电压17.2V、输出电流1.17A、开路电压21.4V、短路电流1.27A

工作环境温度45℃±2℃。

3）光线传感器、光线传感器控制盒

本控制盒是专用于交流24V云台的太阳跟踪控制，其采用24V交流输入，可输出四个方位的控制电压给云台，一般云台的方位控制是一根公正，左右上下各四个，本控制盒就是依些配置。

控制盒中，方位检测与继电器控制一体集成在电路板内。小巧，美观，质量可靠。跟踪精度可达1度，同时锁定性能良好。技术成熟，属不断改进而形成的最终控制方案。

异步电机的驱动采用DSPTMS320F2808组成的大功率电机智能驱动系统，主板和驱动板、显示板分离设计，通过大屏幕液晶显示或者数码显示调节参数，工作状态灯信息，采用按钮控制驱动系统的正反控制和速度控制等。

4）系统采用整体结构，全部采用铝合金设计，按照需方需求设计。

5）风能模拟发电装置

由风力发电机、鼓风机、变频器、支架等组成，鼓风机采用德东电机SF7-4、变频器采用0.75KW变频器（整批3套0.75KW，1套3KW），模拟风源：流量2100m3/h、相电压220V（由变频器控制）、215Pa、3Kw1400r/min（带轴流风机支架）；风向风速仪各1个（风速仪供电：12VDC，0-30m/s;风向仪供电：12VDC，0-360°）。风向控制电机：减速比1：40,风力发电机参数如下：

型号	300
产品名称
额定电压（V）	12/24
最大功率（W）	300
启动风速（米/秒）	1
有效发电风级	3级风以上
安全风速（米/秒）	45
发电机工作形式	永磁发电机
风轮直径（米）	0.99
叶片数（片）	3或6
叶片材料	玻璃钢
风机寿命（年）	15-20
包装形式	胶合板、纸箱
包装尺寸（mm）	470410330
毛重（kg）	15

6）系统结构

根据要求设计，采用2个驱动电机，2个万向轮，整体美观，转向时平稳可靠，模拟风源装置可左、右、前、后四个方向调节，通过PLC控制来提供任意风向的风源。

7）详细配置清单

序号	名称	型号/品牌	数量	单位
1	工业铝合金型材	20*20	7	米
2		40*40	6	米
3		60*60	1	米
4		30*60	2	米
5		30*30	6	米
6	垂直旋转臂	尺寸定制	2	个
7	水平旋转轴	尺寸定制	1	根
8	摆臂轴	长200mm	1	根
9	水平旋转电机固定板	尺寸定制	1	块
10	水平和垂直方向旋转电机外罩板	尺寸定制	2	块
11	水平和垂直方向旋转电机外罩板	尺寸定制	4	块
12	轴流风机安装板	尺寸定制	1	块
13	风速仪安装板	尺寸定制	1	块
14	带刹车万向脚轮	碳钢框架，聚氨酯轮毂	4	个
15	脚轮	碳钢框架，聚氨酯轮毂	4	个
16	联体双蜗杆减速电机	电机：90W/220V/5.0uF/1350rpm，减速比100*30/其它	1	台
17	单蜗杆减速直流电机	电机：24V，减速比1：80	2	台
18	直流齿轮减速电机	24V	1	台
19	单晶硅太阳能电池板	20W/18V/43043025mm	4	块
20	蓄电池	12V/20Ah/WEIDA/其它	4	块
21	轴流风机	0.75KW，三相220V	1	个
22	偏航减速机构	有机玻璃，尺寸定制	1	个
23	水平轴永磁同步风力发电机	300W/叶片直径120mm*3/启动风速1.5m/s/输出电压>+12V	1	台
24	螺栓	碳钢镀锌	200	套
25	弹簧线	2芯/3芯/4芯/5芯/6芯，定制	各10	米
26	风向驱动电机	24V，减速比1：40	2	台

4、监控系统

1)监控系统组成

监控系统主要由钢制电脑桌、触屏工控机、台式机、键盘、鼠标、接线排、电源插座、通信线、微软操作系统软件、组态软件组成。

2)监控系统功能

通信：触摸屏、PLC之间进行通信，监控自动跟踪过程和主机与PLC、仪表等之间进行通信。

3）详细配置清单

序号	名称	型号规格	数量	单位	厂家品牌
1	触屏工控机	触摸屏:电阻式/17寸 CPU:赛扬双核2.8G 内存：2G 硬盘：固态128G 操作系统：XP 接口：VGA/HDMI/COM6(3个RS485，3个RS232)/并口/USB6/LAN口/PS/2口	1	台	朗歌斯、其它品牌
2	台式机	CPU:Intel i3-4160 内存:4GB DDR3 硬盘容量:500GB 屏幕尺寸:20英寸操作系统：DOS	1	台	联想
3	钢制电脑桌	尺寸:1600700740 桌面和桌体均为钢板一级冷轧钢板/外表静电粉末喷塑/ABS工程塑料拉手	1	张
4	万用表	UT33D	1	台	优利德
5	针型端子压线钳		1	副
6	叉型端子压线钳		1	副
7	小一字螺丝刀	2.4*40	1	副
8	小十字螺丝刀	2.4*40	1	副
9	长柄螺丝刀	PH1*150	1	副
10	剥线钳	0.2-1.2m㎡	1	副
11	剪刀	短口小剪刀	1	副
12	尖嘴钳	6-150	1	副
13	斜口钳	6-150	1	副
14	镊子		1	只
15	电烙铁	60W可调	1	只
16	超强型塑料工具箱	17〃	1	只
17	充电器	12V	1	只