仪器设备名称

风力发电及风光互补实验系统

主要功能

1、开放式双馈风力发电仿真平台实验内容

1、双馈风力发电机平台认知实验

2、三相交流负载实验

3、三相异步电机电动实验

4、三相交流变频输出实验

5、风力机转速变化模拟控制实验

6、双馈电动机电动实验

7、亚同步并网实验

8、同步并网实验

9、超同步并网实验

10、亚同步离网实验

11、风力发电控制策略及编程实验

12、最大风能跟踪实验

13、最大功率跟踪MPPT原理及控制实验

14、有功、无功解耦控制实验

15、并网及功率输送实验

16、电能质量分析实验

风光互补实验系统实验内容：

1、太阳能电池板追日跟踪系统设计调试与编程设计实验；

2、光伏组件伏安特性测试实验；

3、环境对光伏能量转换影响实验；

4、风速与输出功率关系实验；

5、发电机转速与输出电压、电流、功率关系实验；

6、风光互补控制器工作原理及性能测试实验；

7、风光互补控制器手动调节占空比测量光伏和输出电压、电流实验；

8、风光互补最大功率跟踪系统设计实验；

9、风光互补控制器安全保护及设计实验；（包括风机电压、太阳能电池板电压、蓄电池电压、蓄电池充放电电流、蓄电池的荷电状态显示）

10、风光互补控制器通信测量实验 ；

11、PWM输出实验；

12、功率开关MOS管控制负载驱动实验；

13、蓄电池充电控制算法实验；

14、蓄电池过放保护算法实验；

15、蓄电池过充保护算法实验；

16、直流负载输出控制实验；

17、时控负载输出实验；

18、光控负载输出实验；

19、时控+光控负载输出实验；

20、风机自动卸荷保护算法实验；

21、风电变化自动功率跟踪实验；

22、光伏变化自动功率跟踪实验；

23、离网逆变器安装调试与系统设计实验；

24、离网逆变器参数设置与电能质量分析实验；

25、离网逆变器安全保护及设计实验；

26、离网逆变器通信测量实验；

27、并网逆变器安装调试与系统设计实验；

28、并网逆变器参数设置与电能质量分析；

29、并网逆变器安全保护及设计实验；

30、并网逆变器通信测量实验；

31、孤岛效应实验；

32、太阳能发电系统运行与联调实验；  

33、风电场发电系统运行与联调实验；

34、风光互补综合MPPT算法设计实验；

35、风力发电机侧风偏航控制程序设计实验；

36、风光互补发电能源监控管理系统组态设计实验

2、主要的建设内容

随着现代化建设的不断发展，技术标准及施工工艺都在发生变化，不断有新的技术规范出台。社会上急需一大批具备适度基础理论知识，实用技术知识面宽，工程实践能力强，能适应电气领域技术发展需要的高等技术应用型人才。“风力发电和风光互补”技术是现代电气工程技术人员必须掌握的内容之一。

3、建设目标等

    该装置能满足高等院校“电机与电力拖动”、“电力系统分析”等课程的实训教学的要求，同时能够让学生独立自主进行动手实训和毕业设计。

主要技术参数

一、开放式双馈风力发电仿真平台系统要求

3kw双馈模拟风机组技术要求

1、采用一台变频调速三相异步电机带动一台双馈发电机运行。

2、异步电动机功率为3-6kw，异步电机变频器功率：3-6kw。双馈发电机的功率为3-6kw。

3、异步电动机和双馈发电机安装在同一个底座上，使用联轴器相连接。采双馈4极发电机，测速采用增量式光电编码器实时测量电机转速和转子位置。

4、机组采用单独的风机调速器，调速器配合上位机、整流器、变频器用来实现定桨距变速恒频发电机功率最大追踪。须详细描述调速器的工作原理，通讯拓扑结构等。

模拟双馈励磁控制柜（含代码开放）

1、机侧PWM励磁控制柜为转子绕组提供励磁电流，采用DSP控制器，运行电网电压定向矢量控制模型。

2、PWM变换器可以根据需要工作在整流状态或逆变状态，能量可以双向流动，定子侧电流和网侧电流的大小和功率因数都是可调的，整个双PWM变换器可以工作在四象限状态。

3、励磁控制柜通过PWM励磁变频器在电机转子绕组中施加三相低频交流电实现的。调节励磁电流频率，可以确保定子侧输出频率保持恒定；响应文件技术方案中须详细阐述整个机侧控制的实现原理和拓扑结构。

4、励磁控制柜：须提供全套硬件原理图和pcb图纸和底层驱动源代码，CCS主程序工程文件（可直接编译、仿真、烧写等），开放控制DSP仿真接口，可以进行二次开发。提供厂家源代码开放承诺书以及源代码开放列表。

5、柜体采用标准电力柜。

模拟双馈网侧逆变柜（含代码开放）

1、变流柜功率为3-5KW，采用工频隔离变压器设计，保护功能完善，系统可靠性高，模块化设计便于安装维护。

2、需采用32位专用MCU芯片，具备浮点运算功能，技术方案中无功功率可调，功率因数范围超前0.9至滞后0.9。响应文件技术方案中必须详细阐述整个网侧逆变的实现原理和拓扑结构。

3、采用智能功率模块，转换效率高。先进的MPPT控制算法，适时追踪最大输出功率。

4、纯正弦波输出，自动同步并网，电流谐波含量小，对电网无污染、无冲击；主动+被动的双重检测技术，实现反孤岛运行控制，保护和报警功能，配备RS232/RS485等通信接口，实现远程数据采集和监视。

5、逆变柜：必须提供全套硬件原理图和pcb图纸和底层驱动源代码，CCS主程序工程文件（可直接编译、仿真、烧写等），开放控制DSP仿真接口，可以进行二次开发。响应文件须提供厂家源代码开放承诺书以及源代码开放列表。

6、控制界面：主机采用工控机，硬盘不小于500G，内存不小于2G，至少8串口和1个网络接口；显示器采用19英寸以上液晶显示屏；具备统管整个系统的功能，设置总开关、分开关、启动、停止等按键。

7、柜体柜体采用标准电力柜。

双馈式风力能源监控软件

1、主界面，显示系统工作的运行信息以及运行状态、所有实验控件、系统的启停控件、以及实时的电压电流波形控件；
2、实时波形采集界面，显示发电机组输出电流波形、整流器输出直流电压和直流电流波形、逆变器输出交流电压和交流电流波形。
3、SVPWM算法界面，用户在此界面可以进行SVPWM算法验证，同时可以对SVPWM算法结构一目了然。包括对整流测SVPWM算法结构和逆变侧SVPWM算法结构。
4、MPPT实验界面，MPPT实验包括可控整流和不可控整流，用户可以对比二者的区别；
5、历史保存界面，用户可以将波形或者运行信息等数据保存起来，以供后续处理。
6、上位机给出桨距角、叶片半径、转动惯量等值后，调速器会根据最大风能利用系数推到出对应的发电机转速和变频器输出转矩，进而实现MPPT过程。响应文件技术方案必须给出风机模拟上位机界面图片，风机模拟软件的详细使用介绍，并详细阐述如何由这些风能系数推算出需要的电机转速和转矩。
7、采用MODBUS协议，可直接通过监控软件操作系统设备。
8、上位监控软件需要采用QT语言编写，开放所有源程序代码，以便进行二次开发，电能质量分析实验。

二、开放式风光互补发电实验系统 技术要求

1、模拟追日光伏发电系统：

采用接近太阳光光谱的模拟太阳光源追日系统，实现现场白昼仿真实验环境和智能控制，使得实验随时都可以进行，而不需要受天气变化的限制。

1.1光伏电池组件

采用4块光伏电池组件并联组成光伏电池方阵。

额定功率：Pm=4*20W    工作电压：Vmp=18.0V  

开路电压：Voc=22.30V  短路电流：Isc=1.30A

连续过载能力：≥110%

瞬时过载能力：≥150%，10秒

1.2追日装置

模拟光源功率：≥2*300W

追日方式：双轴，俯仰±60°，旋转360°

追日精度：≤ ±0.3°

追日传感器： ≤0.1°，采用PE滤光材料

2、偏航变换风电场系统；（风向、风速变化及控制）

2.1风力发电机

额定功率：不小于300W   

输出（整流）电压：≥ +12V

叶片旋转直径：1.0-1.5m

叶片数量：3个

启动风速：≥1m/s，切入风速：≥1.5m/s ，安全风速：≥25 m/s。

偏航：程序控制自动偏航；

偏航电机：工作电压（DC 12V）、转速（5rpm）

2.2侧风偏航系统

    采用可变尾翼控制，根据风力大小实现侧风偏航，自动实现最优的风力发电角度，0-90°变换。

2.3风源模拟装置

流量：≥2100m³/h

电压： 380V（由变频器控制）

全压：≥200Pa

频率：50Hz

功率：≥0.37Kw

转速：1400r/min

轴流风机支架，轴流风机框罩

3、风电场控制系统：

采用PLC控制器，实现控制整个侧风偏航，控制风场的运动。

4、开放式风光互补控制器系统；

需提供各功能模块详细说明，响应文件附模块图片予以佐证

4.1、RS485通讯功能：

     支持包括MODBUS在内的多种通信协议并能与上位机进行通讯的参考程序，上位机可通过RS485通讯接口从控制器读取当前电池电压、电池输入输出电流、电池电量状况、风电输入电压、风电输入电流、系统时间、风力发电机板温度、风电输入功率、光伏输入电压、光伏输入电流、系统时间、电池板温度、光伏输入功率数据；上位机还可以通过RS485通讯接口对控制器进行一些主要参数的设置如：电池标称容量、过放保护极限电压、过充保护极限电压、系统时间、设备站号等。

4.2、液晶显示和参数设置功能：

     采用独立的控制器系统，配置LCD显示屏，通过按键在屏幕上切换显示电池电压、电池输入输出电流、电池电流状况、风电输入电压、风电输入电流、系统时间、风力发电机板温度、风电输入功率、光伏输入电压、光伏输入电流、系统时间、电池板温度、光伏输入功率数据；实现控制器主要参数的设置如：电池标称容量、过放保护极限电压、过充保护极限电压、系统时间、设备站号等。配置手动改变控制风电和光伏输入的信号的占空比功能，进而改变风电和光伏输入电压电流。提供控制风力发电机制动启停功能。

4.3、系统保护和报警功能：

    配置蓄电池反接保护、蓄电池过充过放保护、充放电过流保护、风力发电机的手动紧急制动功能、系统防雷防浪涌功能、过温保护并提供红灯报警。

    配置系统辅助保护电路功能，采用独立的CPU控制，对控制器系统进行必要的保护。开放控制器核心控制程序进行二次开发时，提供系统的硬件保护。

4.4、开放式独立核心板设计：

      控制器控制单支持DSP、单片机等，可升级的独立核心板模式设计。支持二次开发平台，开放底层硬件结构，软件设计流程。

4.5、丰富的波形测试功能：

    支持PWM波形、功率等测试平台。

5、开放式离网逆变器系统：

需提供各功能模块详细说明，附模块图片予以佐证

5.1、RS485通讯功能：

    具备RS485通讯接口，能支持包括MODUS在内的多种通信协议并能与上位机进行通讯的参考程序，上位机可通过RS485通讯接口从控制器读取当前电池电压、电池输入输出电流、电池电量状况、风电输入电压、风电输入电流、系统时间、风力发电机板温度、风电输入功率数据；上位机也可以通过RS485通讯接口对控制器进行一些主要参数的设置如：电池标称容量、过放保护极限电压、过充保护极限电压、系统时间、设备站号等。

5.2、液晶显示和参数设置功能：

    控制器配置LCD显示屏，通过按键在屏幕上切换显示电池电压、电池输入输出电流、电池电流状况、风电输入电压、风电输入电流、系统时间、风力发电机板温度、风电输入功率数据；实现控制器主要参数的设置如：电池标称容量、过放保护极限电压、过充保护极限电压、系统时间、设备站号等。配置手动改变控制风电输入的信号的占空比功能，进而改变风电输入电压电流。提供控制风力发电机制动启停功能。

5.3、系统保护和报警功能：

    配置蓄电池反接保护、蓄电池过充过放保护、充放电过流保护、风力发电机的手动紧急制动功能、系统防雷防浪涌功能、过温保护并提供红灯报警。

    配置系统辅助保护电路功能，由独立的CPU控制，对控制器系统进行必要的保护。开放控制器核心控制程序进行二次开发时，提供系统的硬件保护。

5.4、开放式独立核心板设计：

控制器控制单支持DSP、单片机等，可升级的独立核心板模式设计。支持二次开发平台，开放底层硬件结构，软件设计流程。

5.5、丰富的波形测试功能：

支持SPWM波形、死区时间、基波等测试平台。

5.6、市电互补功能：

    新能源产生的电(如太阳能,风能产生的电)与市电共同接,多数情形下不使用市电,在另外的一种能源产生的电不能保证使用的情况下自动切换到市电,实现节能功能。

5.7、技术参数：

1）额定输入电压：24V±3%
2）额定输出电压：AC200V-240V，50Hz±3Hz
3）额定输出功率：280-350W
4）保护功能：过载、过压、短路、低压、高温、反接
5）测试点：SPWM波形、死区时间、基波等测试

6、并网逆变器系统：

1）最大输入电压：≥直流 30V；

2）输入电压范围：DC12～28V

3）标准电压范围：180V～260V；

4）频率范围：50H_Z±5%；

5）输出功率：≤200W

6）反相保护，岛效应保护

（以上数据均为最低要求，厂商须提供具体参数）

7、PLC可编程控制模块：

8、数据采集和显示系统：

   面板提供系统原理，配置：直流仪表模块（电压表、电流表、具有通信接口）、交流仪表模块（电压表、电流表、功率表三合一、具有通信接口）、开放式离网逆变器参数独立显示、开放式并网逆变器参数独立显示、开放式风力控制器参数独立显示。

9、电力系统监控系统：

    配置工业级彩色触摸屏，具备发电系统人机通讯界面平台，支持发电模块、输电模块和负载模块的通讯并监控系统各模块的运行过程，实现远程监控系统发电。

10、模拟负载模块：

    直流负载：LED灯12V/3W、 风机12V/3W等

    交流负载：LED灯220V/5W、风机220V/5W等

11、模拟电源模块：输出电压：5V-32V；额定输出功率：≥50 W

12、蓄电池储能模块：12V/17AH×4

13、机柜：采用标准电力柜，后侧为开放式实验区，前侧为控制与显示区。

备注

1、 所有设备必须注明生产厂家、型号和详细技术参数。