風光互補發電實訓係統

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作者：天威教學

來源：

日期：2015-12-17 17:27:46

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文章摘要

風光互補發電實訓係統

風光互補發電實訓係統：

（一）、係統主要組成部分：

（1）光伏發電控製櫃

（2）風力發電控製櫃

（3）太陽能和風能模擬發電裝置

（4）監控係統

（二）、係統各組成部分的參數要求：

1、光伏控製櫃係統

1）光伏供電係統的組成

光伏供電係統主要由逐日控製單元、光伏輸出顯示單元、日照電源單元、MPPT控製單元、PLC、繼電器組、接線排、蓄電池組、可調電阻、斷路器、12V開關電源等組成。

2）控製方式

光伏供電控製單元的追日功能有手動控製和自動控製兩個狀態，可以進行手動或自動運行光伏電池組件雙軸跟蹤、燈狀態、燈運動操作。

3）MPPT控製器

該控製器采用STM32設計，工業級標準，具有多種充電模式，MPPT控製方式能電池對蓄電池進行智能充電。在太陽電池板和風力發電機所發出的電能超過蓄電池存儲容量時，控製係統必須將多餘的能量消耗掉，從而保證了最佳的蓄電池充電特性，使得電能得到充分利用。

數字化智能控製，核心器件采用功能強大的STM32進行控製，使得外圍電路結構簡單，且控製方式和控製策略靈活強大；功率器件則采用優質的進口器件，從而確保了控製器優異的性能和穩定性。配置LabVIEW軟件，實時監測與遠程控製。提供部分源代碼及相關原理圖等用於教學研究，投標時提供樣品。

技術參數

係統額定電壓		24V
光伏組件功率		150W
充電	充電	20A
	均充保護	28.8V±1%
	浮充	27.6V±1%
	均充恢複	26.4V±1%
	溫度補償	-48mV/℃
過放	斷開(直流)	21.8V±1%
	恢複(直流)	24.6V±1%
過壓	切斷(直流)	32V±1%
	恢複(直流)	30V±1%
空載電流(直流)		≤0.1A
電壓降落(直流)		≤0.5V
控製方式		最大功率點跟蹤-MPPT(充電效率比PWM普通型高出30%)
升壓充電		柔性獨立升壓電路（可選）
顯示方式		液晶
顯示參數		電壓、充電電流，蓄電池電量
保護類型		防雷保護，太陽能電池防反充保護，蓄電池開路保護、蓄電池接反保護、過風速和過電壓軟自動刹車保護
散熱方式		散熱器
環境溫度		-25℃~+55℃
使用海拔		≤5500m(2000m以上需要降低功率使用)
環境濕度		0~90%，不結露

4）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 14Ah

額定電壓		12V	溫度對容量的影響(20hr)	40℃	102%
容量(20hr,25℃)		14Ah		25℃	100%
設計壽命		3-5 年		0℃	85%
外型尺寸	長	152mm(5.941inch)		-15℃	65%
	寬	65mm(2.56inch)	自放電 (25℃)	3 月	剩餘容量:91%
	高	95mm(3.74inch)		6 月	剩餘容量:82%
	總高	97mm(3.98inch)		12 月	剩餘容量:65%
近似質量		4.13kg(lbs)	正常工作溫度		25℃+3℃
容量(25℃)	20hr rate	14Ah	工作溫度範圍		-15℃~50℃
	10hr rate	13.16Ah	浮充電壓(25℃)		2.27 to 2.30 V
	5hr rate	11.90Ah	均充電壓(25℃)		2.42 to 2.48 V
	1hr rate	8.40Ah	最大充電電流		2.1A(0.3C)
電池內阻(25℃))		5.8mΩ	端子材料l		Copper
電池內阻(25℃))		5.8mΩ	最大放電電流		70A(5 sec)(10C)

5）直流電壓表

具有通信接口、具有手動自動量程、工業級櫃裝48mm*96mm、精度：0.5級，1000V檔位顯示格式：999.99（帶2個小數點），顯示單位：V；100V檔位顯示：99.999（帶3個小數點），顯示單位：V；10V檔位顯示：9.9999（帶4個小數點），顯示單位：V；采用透明麵板設計。

6）直流電流表

具有通信接口、具有手動自動量程、工業級櫃裝48mm*96mm、精度：0.5級，5A檔位：4999.9（帶1個小數點），顯示單位：mA；1000mA檔位：999.99(帶2個小數點)，顯示單位：mA；100mA檔位：99.999(帶3個小數點)，顯示單位：mA。采用透明麵板設計，全量程內阻10毫歐。

7）創新並離網逆變器（工業級，液晶顯示，提供開發部分源代碼）

工業級1KW並離網逆變器模塊，須具有“新能源並離網逆變器係統實驗實訓裝置”專利證書，投標時提供原件備查。具有低壓報警，低壓關斷，過壓關斷，過載關斷，過熱保護等多種功能。采用雙CPU控製，可選擇STM32。采用OLED液晶顯示（尺寸45*25），開放部分核心源代碼供老師研究、深入了解並網與離網原理等。

8）逆變及負載係統

負載係統主要由、發光管舞台燈光模塊、直流負載（紅色警示燈：供電DC24V尺寸直徑72mm*高44mm、LED節能燈：AC/DC24V，額定功率：2W，色溫：6500K正白）接線排、斷路器等組成。

9）詳細配置清單

序號	名稱	型號/品牌	數量	單位
1	帶燈按鈕（綠）	NP2 BW3361 24VDC NO 綠/CHNT/或三力	3	套
2	帶燈按鈕（紅）	NP2 BW3462 24VDC NC 紅/CHNT/或三力	1	套
3	帶燈按鈕（黃）	NP2 BW3561 24VDC NO 紅/CHNT/或三力	6	套
4	急停按鈕	NP2 BS542 NC 紅蘑菇頭/CHNT/或三力	1	套
5	旋鈕開關	NP2 BD25 NO+NC 黑/CHNT/或三力	1	套
6	電源指示燈	ND16-22DS/4 紅 220VAC/CHNT/或三力	1	套
7	電流表	ZYX96A-AI/TOONE/HKYB-2	1	隻
8	電壓表	ZYX96A-AU/TOONE/HKYB-1	1	隻
9	微型斷路器	NBE7LE 2P 16A/CHNT/或德力西	1	隻
10		NBE7 2P 10A/CHNT/或德力西	2	隻
11		NBE7 1P 6A/CHNT/或德力西	2	隻
12	中間繼電器	BXM2LB2BD/Schneider/或德力西	8	隻
13	中間繼電器底座	BXZE1M2C/Schneider/或德力西	8	隻
14	交流接觸器	CJX2 1210 220VAC/CHNT/或德力西	1	隻
15	熔斷器	RTO15 /HUKE/或德力西	5	隻
16	數模化插座	10A/德力西	2	隻
17	開關穩壓電源	SA-200W DC24V/DELIXI	1	隻
18	開關穩壓電源	SA-100W DC12V/DELIXI	1	隻
19	可編程控製器	FX1N-40MR-001/MITSUBISHI	1	台
20	機櫃散熱風扇	120*120/220VAC 含防塵防水罩	1	隻
21	控製器	MPPT跟蹤	1	個
22	控製櫃	1800800400 /碳鋼噴塑	1	套
23	可調電位器	帶旋鈕/100W 1KΩ	1	個
24	光線感應器	定製	1	隻
25	接近開關	LJ8A3-2-Z/EX /滬工	4	隻
26	限位開關	XV-155-1C25/XURUI	8	隻
27	線槽、導軌、壓線端子	DIN、管型、針型	若幹	個
28	電纜	RVV	50	米

2、風力控製櫃係統

1）係統的組成

風力供電係統主要由風源控製單元、風電輸出顯示單元、風力供電控製單元、控製器單元、PLC、繼電器組、接線排、可調電阻、斷路器等組成。

2）控製方式

風力供電控製單元的偏航功能有手動和自動兩個狀態，可以進行手動或自動可變風向操作。

可變風量是由變頻器控製軸流風機實現。手動操作變頻器操作麵板上的有關按鍵，使變頻器的輸出頻率在0-50Hz之間變化，軸流風機轉速在0至額定轉速範圍內變化，實現可變風量輸出。

3）充、放電控製單元和信號處理單元

蓄電池的充電過程及充電保護由充電控製單元、信號處理單元及程序完成，蓄電池的放電保護由放電控製單元、信號處理單元完成，當蓄電池放電電壓低於規定值，放電控製單元輸出信號驅動繼電器工作，繼電器常閉觸點斷開，切斷蓄電池的放電回路。

4）側風偏航

具有風速、風向測試單元，根據風力大小可控製風能模擬裝置的風力發電機尾舵，實現偏航等操作。

5）直流電壓表

具有通信接口、具有手動自動量程、工業級櫃裝48mm*96mm、精度：0.5級，1000V檔位顯示格式：999.99（帶2個小數點），顯示單位：V；100V檔位顯示：99.999（帶3個小數點），顯示單位：V；10V檔位顯示：9.9999（帶4個小數點），顯示單位：V；采用透明麵板設計。正反駁接誤差不大於5個字。

6）直流電流表

7)功率及功率因數表

具有通信接口、工業級櫃裝48mm*96mm、精度：0.5級，電壓：0.3V-500V,電流：1mA-5A,采用DSP專用芯片設計，具有電能計量，有功功率、無功功率、頻率、電壓、電流、負載性質等多種功能，采用軍工企業生產的電源變壓器、通信隔離模塊、信號隔離模塊等。

8）負載係統

負載係統主要由變頻器、三相交流電機（鋁合金機殼，外觀精美）、發光管舞台燈光模塊、直流負載（紅色警示燈：供電DC24V尺寸直徑72mm*高44mm、LED節能燈：AC/DC24V，額定功率：2W，色溫：6500K正白）接線排、斷路器等組成。

9）創新並離網逆變器（工業級，液晶顯示，開發核心源代碼）

工業級1KW並離網逆變器模塊，具有“新能源並離網逆變器係統實驗實訓裝置”專利證書。原件備查。具有低壓報警，低壓關斷，過壓關斷，過載關斷，過熱保護等多種功能。采用雙CPU控製，可選擇STM32。采用OLED液晶顯示（尺寸45*25），開放核心源代碼供學生深入了解並網與離網原理。

10）詳細配置清單：

序號	名稱	型號/品牌	數量	單位
1	帶燈按鈕（綠）	NP2 BW3361 24VDC NO 綠/CHNT/或三力	2	套
2	帶燈按鈕（紅）	NP2 BW3462 24VDC NC 紅/CHNT/或三力	1	套
3	帶燈按鈕（黃）	NP2 BW3561 24VDC NO 紅/CHNT/或三力	9	套
4	急停按鈕	NP2 BS542 NC 紅蘑菇頭/CHNT/或三力	1	套
5	旋鈕開關	NP2 BD25 NO+NC 黑/CHNT/或三力	1	套
6	電源指示燈	ND16-22DS/4 紅 220VAC/CHNT/或三力	1	套
7	電流表	ZYX96A-AI/TOONE/HKYB-2	1	隻
8	電壓表	ZYX96A-AU/TOONE/HKYB-1	1	隻
9	微型斷路器	NBE7LE 2P 16A/CHNT/或德力西	1	隻
10		NBE7 2P 10A/CHNT/或德力西	2	隻
11		NBE7 1P 6A/CHNT/或德力西	2	隻
12	中間繼電器	BXM2LB2BD/Schneider/或德力西	8	隻
13	中間繼電器底座	BXZE1M2C/Schneider/或德力西	8	隻
14	交流接觸器	CJX2 1210 220VAC/CHNT/或德力西	1	隻
15	熔斷器	RTO15 /HUKE/或德力西	5	隻
16	數模化插座	10A/德力西	2	隻
17	開關穩壓電源	SA-200W DC24V/DELIXI	1	隻
18	開關穩壓電源	SA-100W DC12V/DELIXI	1	隻
19	可編程控製器	FX1N-40MR-001/MITSUBISHI	1	台
20	機櫃散熱風扇	120*120/220VAC 含防塵防水罩	1	隻
21	變頻器	FR-D720S-0.4K-CHT/MITSUBSHI	1	台
22	控製器	MPPT跟蹤	1	個
23	控製櫃	1800800400 /碳鋼噴塑	1套	套
24	可調電位器	帶旋鈕/100W 1KΩ	1	個
25	風速儀	0~5V輸出	1	個
26	接近開關	LJ8A3-2-Z/EX /滬工	4	隻
27	限位開關	XV-155-1C25/XURUI	8	隻
28	線槽、導軌、壓線端子	DIN、管型、針型	若幹	個
29	電纜	RVV	50	米

3、太陽能模擬發電裝置、風能模擬發電裝置

1）光伏跟蹤裝置的組成

光伏跟蹤裝置主要由光伏電池組件（采用鋁合金結構）、光線傳感器、光線傳感器控製盒、水平方向和俯仰方向運動機構、微動開關、底座支架等設備與器件組成。

4塊光伏電池組件並聯組成光伏電池方陣，模擬光源：采用 1盞500W的投射燈安裝在支架上，模擬早、中、晚三個時段（采用渦輪蝸杆結構（0-60CM可調）、電壓220V、最大功率300W），使逐日係統運行連續。

2）光伏電池組件的主要參數為：

額定功率 4*20W

開路電壓：43.74 V（並聯），4*35.50V（串聯）

短路電流：4*0.62A（並聯），0.56A（串聯）

或者為：輸出電壓17.2V、輸出電流1.17A、開路電壓21.4V、短路電流1.27A

工作環境溫度45℃±2℃。

3）光線傳感器、光線傳感器控製盒

本控製盒是專用於交流24V雲台的太陽跟蹤控製，其采用24V交流輸入，可輸出四個方位的控製電壓給雲台，一般雲台的方位控製是一根公正，左右上下各四個，本控製盒就是依些配置。

控製盒中，方位檢測與繼電器控製一體集成在電路板內。小巧，美觀，質量可靠。跟蹤精度可達1度，同時鎖定性能良好。技術成熟，屬不斷改進而形成的最終控製方案。

異步電機的驅動采用DSPTMS320F2808組成的大功率電機智能驅動係統，主板和驅動板、顯示板分離設計，通過大屏幕液晶顯示或者數碼顯示調節參數，工作狀態燈信息，采用按鈕控製驅動係統的正反控製和速度控製等。

4）係統采用整體結構，全部采用鋁合金設計，按照需方需求設計。

5）風能模擬發電裝置

由風力發電機、鼓風機、變頻器、支架等組成，鼓風機采用德東電機SF7-4、變頻器采用0.75KW變頻器（整批3套0.75KW，1套3KW），模擬風源：流量2100m3/h、相電壓220V（由變頻器控製）、215Pa、3Kw1400r/min（帶軸流風機支架）；風向風速儀各1個（風速儀供電：12VDC，0-30m/s;風向儀供電：12VDC，0-360°）。風向控製電機：減速比1：40,風力發電機參數如下：

型號	300
產品名稱
額定電壓（V）	12/24
最大功率（W）	300
啟動風速（米/秒）	1
有效發電風級	3級風以上
安全風速（米/秒）	45
發電機工作形式	永磁發電機
風輪直徑（米）	0.99
葉片數（片）	3或6
葉片材料	玻璃鋼
風機壽命（年）	15-20
包裝形式	膠合板、紙箱
包裝尺寸（mm）	470410330
毛重（kg）	15

6）係統結構

根據要求設計，采用2個驅動電機，2個萬向輪，整體美觀，轉向時平穩可靠，模擬風源裝置可左、右、前、後四個方向調節，通過PLC控製來提供任意風向的風源。

7）詳細配置清單

序號	名稱	型號/品牌	數量	單位
1	工業鋁合金型材	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	垂直旋轉臂	尺寸定製	2	個
7	水平旋轉軸	尺寸定製	1	根
8	擺臂軸	長200mm	1	根
9	水平旋轉電機固定板	尺寸定製	1	塊
10	水平和垂直方向旋轉電機外罩板	尺寸定製	2	塊
11	水平和垂直方向旋轉電機外罩板	尺寸定製	4	塊
12	軸流風機安裝板	尺寸定製	1	塊
13	風速儀安裝板	尺寸定製	1	塊
14	帶刹車萬向腳輪	碳鋼框架，聚氨酯輪轂	4	個
15	腳輪	碳鋼框架，聚氨酯輪轂	4	個
16	聯體雙蝸杆減速電機	電機：90W/220V/5.0uF/1350rpm，減速比100*30/其它	1	台
17	單蝸杆減速直流電機	電機：24V，減速比1：80	2	台
18	直流齒輪減速電機	24V	1	台
19	單晶矽太陽能電池板	20W/18V/43043025mm	4	塊
20	蓄電池	12V/20Ah/WEIDA/其它	4	塊
21	軸流風機	0.75KW，三相220V	1	個
22	偏航減速機構	有機玻璃，尺寸定製	1	個
23	水平軸永磁同步風力發電機	300W/葉片直徑120mm*3/啟動風速1.5m/s/輸出電壓>+12V	1	台
24	螺栓	碳鋼鍍鋅	200	套
25	彈簧線	2芯/3芯/4芯/5芯/6芯，定製	各10	米
26	風向驅動電機	24V，減速比1：40	2	台

4、監控係統

1)監控係統組成

監控係統主要由鋼製電腦桌、觸屏工控機、台式機、鍵盤、鼠標、接線排、電源插座、通信線、微軟操作係統軟件、組態軟件組成。

2)監控係統功能

通信：觸摸屏、PLC之間進行通信，監控自動跟蹤過程和主機與PLC、儀表等之間進行通信。

3）詳細配置清單

序號	名稱	型號規格	數量	單位	廠家品牌
1	觸屏工控機	觸摸屏:電阻式/17寸 CPU:賽揚雙核2.8G 內存：2G 硬盤：固態128G 操作係統：XP 接口：VGA/HDMI/COM6(3個RS485，3個RS232)/並口/USB6/LAN口/PS/2口	1	台	朗歌斯、其它品牌
2	台式機	CPU:Intel i3-4160 內存:4GB DDR3 硬盤容量:500GB 屏幕尺寸:20英寸操作係統：DOS	1	台	聯想
3	鋼製電腦桌	尺寸:1600700740 桌麵和桌體均為鋼板一級冷軋鋼板/外表靜電粉末噴塑/ABS工程塑料拉手	1	張
4	萬用表	UT33D	1	台	優利德
5	針型端子壓線鉗		1	副
6	叉型端子壓線鉗		1	副
7	小一字螺絲刀	2.4*40	1	副
8	小十字螺絲刀	2.4*40	1	副
9	長柄螺絲刀	PH1*150	1	副
10	剝線鉗	0.2-1.2m㎡	1	副
11	剪刀	短口小剪刀	1	副
12	尖嘴鉗	6-150	1	副
13	斜口鉗	6-150	1	副
14	鑷子		1	隻
15	電烙鐵	60W可調	1	隻
16	超強型塑料工具箱	17〃	1	隻
17	充電器	12V	1	隻