TW-SNY52分布式光伏工程實訓係統

一、設備概述

該實訓係統能夠使學生掌握風光互補的發電原理、發電裝置安裝、係統設計、係統聯調、能源信息與互聯、故障排除、情景分析以及職業素養等方麵的團隊協作能力。在緊貼新能源產業發展與需求的同時，培養新能源產業發展技術型人才需求，推動各高職院校開展專業建設，展示相關教學改革和實踐成果。

風光互補發電實訓係統主要由光伏模擬裝置、光伏充放電係統、風力模擬裝置、風力充放電係統、逆變與負載係統、監控係統組成。

風光互補發電實訓係統主要由光伏模擬裝置、光伏充放電係統、風力模擬裝置、風力充放電係統、逆變與負載係統、監控係統組成。風光互補發電實訓係統采用獨立網孔麵板結構、模塊化結構設計，各裝置和係統既可以獨立運行，也可以組成光伏發電實訓係統、風力發電實訓係統或風光互補發電實訓係統。

2.1光伏模擬裝置的組成

光伏模擬與跟蹤裝置主要由光伏電池組件、投射燈、光線傳感器、光線傳感器控製盒、水平方向和俯仰方向運動機構、擺杆、擺杆減速箱、擺杆支架、單相交流電動機、電容器、直流電動機、接近開關、微動開關、底座支架等設備與器件組成，如圖1-1所示

圖1-1

光伏供電係統

光伏供電係統主要由輔助電源控製單元、光伏輸出顯示單元、光伏跟蹤控製單元、光伏彙流單元、控製器模塊、接口單元、西門子PLC、繼電器組、接線端子、蓄電池組、功率可調電阻、斷路器、5V輔助開關電源、網孔麵板、線槽、鋁型材等組成。如圖1-2所示。

圖1-2

風力模擬裝置的組成

風力供電裝置主要由葉片、輪轂、發電機、機艙、尾舵、側風偏航機械傳動機構、直流電動機、塔架和基礎、測速儀、測速儀支架、軸流風機、軸流風機支架、軸流風機框罩、單相交流電動機、電容器、風場運動機構箱、護欄、連杆、滾輪、萬向輪、微動開關和接近開關等設備與器件組成，如圖1-3所示。

圖1-3

風力供電係統

風力供電係統主要由輔助電源控製單元、風機輸出顯示單元、組態觸摸屏、風力模擬控製單元、接口單元、西門子PLC、變頻器、繼電器組、接線端子、功率可調電阻、斷路器、網孔麵板、線槽、鋁型材等組成。如圖1-4所示。

圖1-4

逆變與負載係統

逆變與負載係統主要由控製器輸出單元、逆變輸出顯示單元、逆變器、變頻器、三相交流電機、12V直流風扇、12V LED燈、警示燈、接線排、三孔插座、斷路器、網孔麵板、線槽、鋁型材等組成。如圖1-5所示。

圖1-5

監控係統組成

監控係統主要由計算機、監控軟件組成，如圖1-6所示。監控軟件是基於C#編程軟件開發，通過計算機串口進行遠程通訊，實時監測風光互補發用電信息及環境信息並可進行曲線觀測，光伏跟蹤可通過監控軟件與PLC進行通訊，實現遠程跟蹤控製。監控係統定時將數據存儲到SQLite嵌入式數據庫中，方便對曆史數據的記錄、查詢和報表生成及打印。

監控軟件登陸界麵如圖1-6所示，第一次登陸請點擊“注冊”按鈕，在注冊用戶界麵裏填入默認密碼並注冊新用戶。在登陸界麵填寫用戶名和密碼後，點擊“登陸”按鈕即可進入監控界麵。

係統登陸後進入監控軟件主界麵，如圖1-7所示。在主界麵裏有係統監測的信息和曲線觀測窗口。

係統登陸後需要先設置通訊端口，點擊菜單欄“端口管理”->“串口設置”，打開通訊端口設置對話窗，如圖1-8所示，其中“儀表端口”是與組態觸摸屏連結的串口，“PLC端口”是與光伏跟蹤控製的PLC端口0進行連結的端口。正確設置後點擊“確定”即可。

在主界麵中點擊菜單欄“端口管理”->“打開串口”，正常連結後通訊狀態顯示為“正常通訊”。

遠程跟蹤控製

在主界麵菜單欄點擊“跟蹤控製”按鈕，進入遠程光伏跟蹤控製界麵，如圖1-9所示。

曆史報表查詢

在主界麵菜單欄點擊“曆史數據”->“查詢”按鈕，進入曆史報表數據查詢窗口，如圖1-10所示。選擇查詢的起始時間和結束時間，即可查詢該區間的曆史數據，還可將曆史數據存儲為EXCEL報表形式，方便保存和打印。

三、主要實驗實訓內容

（1）光伏模擬裝置實訓

1）光電池方陣的安裝

2）光伏供電裝置組裝

（2）光伏供電係統實訓

1）光伏供電係統接線

2）光線傳感器原量

3）光伏電池組件光源跟蹤控製程序設計

4）光伏電池的輸出特性

5）蓄電池的充電特性和放電保護

6）光伏供電係統的操作和使用注意事項

（3）風力模擬裝置實訓

1）水平軸永磁同步風力發電機組裝

2）模擬風場裝置組裝

3）側風偏航裝置的組裝

（4）風力供電係統實訓

1）風力供電係統接線

2）模擬風場控製程序設計

3）風力發電機側風偏航控製程序設計

4）風力發電機輸出特性測試

5）風力供電係統的操作和使用注意事項

（5）逆變與負載係統實訓

1）逆變器的負載安裝與調試

2）逆變器的原理與測試

四、技術參數

1)太陽能電池組件：單晶組件，最大輸出功率20W，數量4塊；

2)模擬光源：2盞300W鹵鎢燈，由蝸杆減速機擺動，模擬太陽升起至日落運動；

3)模擬光源拖動電機：交流電機；模擬光源拖動減速機：減速機，減速比3000:1；

4)光伏跟蹤傳感器：采用四象限高精度光敏傳感器結構，6路模擬量信號輸出,跟蹤探頭采用無色透明外殼，方便學生觀察；

5)太陽能跟蹤係統：采用雙軸二維跟蹤方式，水平270±5°，俯仰75±5°，精度±0.5°；

6)跟蹤控製單元：手動/自動模擬光源運動與光伏跟蹤控製采用PLC主控模塊；

7)光照及溫濕度傳感器模塊：光照度0-20K(LUX)，溫度-40-80℃，濕度0-99.9%RH；

8)風力發電機：水平軸永磁同步風力發電機；輸出電壓12V、葉片數量3片；

9)尾舵偏航係統：采用尾舵迎風與側風偏航控製，偏航角度0°-90°；采用DC24V直流同步電機驅動；

10)模擬風源：采用變頻軸流通風機，電壓220V、功率0.37KW、轉速1400rpm；采用變頻器驅動；

11)模擬風場：模擬風源在電機的拖動下繞風力發電機做圓弧運動，運動角度60±5°,風力發電機四周采用隔離網布置，確保學生實訓安全；

12)模擬風場拖動電機：額定輸出功率100W、額定轉速1400rpm、減速比140：1；

13)風速傳感器：測量模擬風源風速，脈衝輸出，電源DC5V，輸出1.5脈衝m/s；

14)光伏彙流單元：2路光伏輸入1路光伏輸出；具有防反、防雷保護等；

15)模擬風場控製單元：手動/自動風場運動與尾舵偏航控製采用PLC主控模塊；

16)儀表單元：直流電壓表DC0-50V；直流電流表DC0-5A；交流電壓表AC0-300V；交流電流表AC0-2A ；

17)蓄電池：鉛酸電池12V/12AH*2；

18)太陽能控製器：DC12V、DC5A、PWM方式充電；電路模塊化開放設計，方便充電波形與電路測試；有充放電、電池狀態指示、溫度補償；蓄電池反接、夜間防反衝、防雷、限流、過充、過放、負載過載、短路等保護；

19)風機控製器：電壓DC12V(整流)、額定電流5A、PWM(脈衝寬度調製)方式充電；電路模塊化開放設計，方便充電波形與相關電路電氣測試；具有風速檢測、偏航控製信號或刹車信號輸出功能；有充放電指示等功能；具有蓄電池反接、防雷、風機限流、過充、過放、負載過載、短路等保護功能；

20)離網逆變器：輸入DC12V；輸出AC220V±10%、50HZ、50VA、純正弦波；工頻變壓器隔離；電路模塊化開放設計，可進行SPWM逆變驅動波形、逆變輸出電壓波形與電路電氣測試；可時行死區按鍵設置；具有軟啟動、過欠壓關斷、短路、過載等保護功能；

21)功率電阻模塊：0-2000歐可調,功率100W；直流阻性、直流感性負載；交流阻性、交流感性負載；

22)觸摸屏：采用一體化觸摸屏；實時監測係統發電、用電與環境參數等信息；具有曆史曲線顯示；

23)工控機：采用觸摸屏工控一體機；

24)監控軟件：實時監測並存儲係統發電、用電與環境參數等信息，實時對模擬光源、光伏跟蹤等進行控製；具有曲線顯示等功能；

五、功能模塊

采用光伏組件、可調直流源、蓄電池為設備供電

光伏供電：光伏組件沿著太陽的運行軌跡追隨太陽,構成一個閉路反饋係統,實現自動跟蹤。係統不需設定基準位置,傳感器永不迷失方向。

可調直流源：高頻調製技術，將開關電源的電壓和電流展寬，實現了電壓0~100V和電流0~10A的大範圍調節

蓄電池：在離網係統中進行能源補償。

數據采集模塊

高精度直/交流電壓電流多功能組合表，和電子式多功能電能表。提供實時數據顯示，本地數據查詢，電流變比可編程設置，支持RS-485通訊，Modbus-RTU協議。

交流電壓電流多功能組合表

直流電壓電流多功能組合表

單相電子式多功能電能表

集中控製模塊 ：通過對繼電器或接觸器的控製從而實現對整個光伏係統穩定、可靠、快速的邏輯控製。並通過光伏控製器控製光伏組件方陣對蓄電池充電以及蓄電池給後端負載供電的自動控製設備。

環境感知模塊：包含光照度傳感器，溫度濕度傳感器。

通訊模塊 ：包含交換機、LoRa通訊模塊、光伏運維終端、智慧運維采集器。

負載模塊：包含直流負載和交流負載。

智能離網微逆變模塊 ：輸出正弦波，具有高可靠性，低故障率的特點，性能優越。

六、分布式光伏並網隔離係統

包含並網逆變器和隔離變壓器，同時與智能離網微逆變模塊集成與一套設備中，可自由將係統在並網模式與離網模式中切換。

並網逆變器：

1)額定功率：700W；

2)最大額定輸出率：800W；

3)啟動電壓：60V；

4)最大輸入直流電流：11A；

5)額定輸出功率：700W；

6)額定輸出電壓：220±5%；

7)頻率：50±0.05Hz；

8)最大輸出電流：4.4A ；

8)最大效率：97.2V；

9)通訊接口：RS485；

10)冷卻方式：自然對冷；

11)工作溫度：-20°C~+60°C；

12)工作濕度：10%~90%RH；

13）產品尺寸：310*373*160mm；

14）重量：7.4kg；

隔離變壓器

1)額定功率：1000VA；

2)輸入電壓：AC220V±10%；

3)絕緣電阻：≥50M歐姆；

4)效率：≥95%；

6) 頻率類型: 50-60HZ；

7)工作溫度：-20°C~+40°C

8)工作濕度：≤90%RH；

七、分布式光伏智能運維係統

1)包含用戶列表、角色列表、權限管理，增加賽事，編輯參賽人員，可以賽程參數設置（起止時間，根據結束時間自動結束賽事），賽事計分。

2)具有賽事控製：能控製單人加時，單人結束和全部結束。

3)地圖上顯示電站位置，點擊後顯示電站概要信息（今日發電；總發電量；更新時間）。

4)界麵顯示包含登錄用戶所管理電站的統計信息、運行狀況，可進行電站維護，采集器維護和設備維護：新增、修改、刪除。

5)擁有至少5種監控參數。

6)卡片形式展示當前用戶所管理的電站概要信息。

7)顯示當前用戶所管理的電站的故障信息，可處理故障，輸入故障原因分析、故障處理方式方法，是否解決。

8)統計節能減排相關數據（減排CO2、節約樹木）。

9)逆變器的數據進行分析：小時發電、實時功率曲線、日、月、年發電柱狀圖。

10)顯示選中電站的網絡拓撲，並監控網絡設備的運行情況，如果網絡設備有故障則直觀顯示網絡中。

11)要求顯示當前功率、今日發電、累計發電、月度發電、年度發電、節能減排6種參數。

八、分布式光伏仿真規劃軟件

可以導入各種現實或模擬地形地貌，以網格形式進行部署和展示係統，具有地形、氣候、成本、收益等功能模擬。培養學生從多方麵角度去綜合考究區域能源規劃的能力。