TW-SNY56風光互補發電與船舶汽油發電機組教學裝置
——並網發電實驗係統
一、概述
能源是國民經濟發展和人民生活必須的重要物質基礎。在過去的200多年裏，建立在煤炭、石油、天然氣等化石燃料基礎上的能源體係極大的推動了人類社會的發展。但是人類在使用化石燃料的同時，也帶來了嚴重的環境汙染和生態係統破壞。近年來，世界各國逐漸認識到能源對人類的重要性，更認識到常規能源利用過程中對環境和生態係統的破壞。各國紛紛開始根據國情，治理和緩解已經惡化的環境，並把可再生、無汙染的新能源的開發利用作為可持續發展的重要內容。風光互補發電係統是利用風能和太陽能資源的互補性，具有較高性價比的一種新型能源發電係統，具有很好的應用前景。
您隻要致電：021-55884001（袁經理）
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二、係統組成
2.1 係統工作過程敘述
風光互補發電與船舶汽（柴）油發電機組並網實驗係統，是利用汽、柴油發電機組為核心，發電機組所發電能經整流、濾波、同頻、同相位處理後接至船舶負載供電。將風力發電機所發電能經風力發電機控製器整流、濾波，卸荷器後把三相交流電變成直流電再經並網同步電源轉換成可與市電（汽/柴油發電機組）接軌的單相或三相交流電；再將太陽能電池組所發電能，經彙流箱彙流後，送至並網逆變器把直流電轉換成與市電（汽/柴油發電機組）接軌的單相或三相交流電，送至電網即並網。
2.2 設計思路
風力發電機並網、光伏發電並網由於當前技術條件相對成熟，並網末端相關標準同樣依據國家電網標準設計入網，條件基本不受限製，不存在技術障礙。
該係統的假想設計初衷是要利用“汽/柴油發電機組”來代替國家電網信號，即要求“汽/柴油發電機組”所發電能可以為負載係統供電，也可將所發電能並至國家電網，還要做為風力發電和光伏發電並網入網檢測信號，還要在其本身功率不足的情況下與風力發電和光伏發電並網，三者共同為負載供電。
永磁同步電機並網發電裝置
因“汽/柴油發電機組”發出的電能是穩定的AC220V/380V，而且存在頻率波動大、電壓不穩定、相位角在同一時刻多次變化，電壓、頻率、相位角等受帶載和帶載成度影響較大，綜上因素，故隻能做為基本交流電能來為負載供電，不能做為並網信號源來使用，這就造成了三者不能相互兼容的局麵。
“汽/柴油發電機組”若要做為並網信號源來供風力發電和光伏發電檢測使用，必須經過AC-DC、DC-AC的轉變過程，使“汽/柴油發電機組”經整流、濾波、變換後，盡量使得電壓、頻率穩定、不受發電機組電壓、頻率波動限製。
功率變換控製結構圖
由於此方案構思為行業內首例，在當前技術市場尚屬技術空白，若要解決這種技術問題那麼我們必須要根據方案摸索並嚐試實施。
2.3 係統組成
係統由2KW汽/柴油發電機組、整流係統、儲能蓄電池、並網逆變器、安全保護開關，蓄電池組、風力發電控製器、卸荷器，風機並網控製器、並網逆變器，光伏組件，彙流箱、光伏並網逆變器，監控儀表、直流屏，交流屏、監控單元等組成。
係統簡要工作原理框圖
三、主要技術規格參數
3.1、係統規格
◆ 係統工作電壓：DC12V，AC220V
◆ 係統工作電流：AC15A
◆ 係統輸出功率：2.2KW（汽油發電機組）
◆ 係統輸出功率：1000W（光伏並網發電）
◆ 係統最大功率：1000W（風力並網發電）
3.2、汽油發電機組
采用新通信用開關電源係統技術，充電電流符合良好充電曲線，能夠參考電流、電壓等信息自動調整均充/浮充、恒流/恒壓等充電方式。同時具有電池容量和負載容量靈活設置功能，可針對不同容量電池和不同大小負載進行智能充電供電，在確保電池充滿的同時保障電池使用壽命。
輸出頻率： 50HZ
額定電壓： 220V
額定功率： 2KW
最大功率： 2.2KW
直流輸出： 12V
額定電流： 9A
相 數： 單相
噪音水平(7M)： 65分貝
起動方式： 手啟動
油箱容積： 15L
淨重(KG)： 44/47
發動機型號： EM168
發動機形式： 四衝程
發動機最大功率： 4.1KW
絕緣等級： F級
排量： 163CC
燃料型號： 90#無鉛汽油
機油容積： 0.6L
燃料 ： 90#無鉛汽油
耗油量： 365g/h
連續工作時間： 15hrs
尺寸(MM)： 600*430*490
3.3、發電機控製係統
3.3.1 技術特點
采用無變壓器設計，轉換效率更高，輕巧美觀，體積小，重量輕。端口采用直插式防水端子，接線方便，安全，可靠。適用於戶用型小型風力發電係統。
具有獨立的MPPT功能，功率跟蹤。
戶外型設計（IP65）完全密封的外殼使之適應苛刻的環境
實時MPPT算法提高風力發電機發電率
麵板散熱器，保證長期的清潔和散熱
無隔離變壓器，效率達到98%
極性接反保護，防止誤接線造成的損壞
高過載能力，在嚴酷的環境條件下可輸出滿功率
正弦波輸出
孤島效應防護
通過並網運行的國際標準認證
LCD麵板液晶顯示，方便監視主要參數
緊湊輕巧和高功率密度設計
功率跟蹤電壓範圍[Vdc]:100~500V
3.3.2 發電機並網技術參數
|
輸 入 |
功率電壓跟蹤範圍 |
DC 100~500V |
|
啟動電壓 |
160VDC |
|
|
MPPT |
1 |
|
|
輸 出 |
功率 |
1000W |
|
電壓範圍 |
單相 AC 185 ~ 264V(可根據不同國家和地區要求調整) |
|
|
額定電壓 |
220VAC |
|
|
頻率 |
電網頻率 50/60Hz（可設置） |
|
|
相數 |
單相 |
|
|
功率因數 |
>0.95 |
|
|
電流 |
4.5A |
|
|
電流失真THD |
在額定功率和正弦波時 <3.5%< span=""> |
|
|
效率 |
98% |
|
|
歐洲效率 |
97% |
|
|
結 構 |
外殼防護等級 |
IP65 (室外) |
|
冷卻方式 |
自然冷卻 |
|
|
可聽噪音 |
<25 db< p=""> |
|
|
數據接口 |
External RS 232C |
|
|
保 護 |
逆變器 |
輸入過壓、輸出短路保護，過載、過熱保護 |
|
電網 |
反孤島效應(IEEE 1547),電網欠壓過壓保護， 電網低頻高頻保護 |
|
|
環 境 |
工作環境溫度 |
空氣流通,-10℃~40℃（50℃） |
|
存放環境溫度 |
-25℃~60℃ |
|
|
相對濕度 |
0~100% |
|
|
環境 |
周圍無可燃氣體，腐蝕氣體，油煙，灰塵等 |
|
|
待機功耗 |
<25, 0mw< p=""> |
|
|
海拔 |
6600 英尺(2000 米) |
|
|
產品尺寸 |
長x寬x高 |
442*380*110mm |
|
產品淨重 |
KG |
17 |
3.3.3 發電機離網技術參數
|
額定輸出容量 |
5kVA |
|
額定蓄電池電壓 |
220VDC |
|
輸入過壓保護點 |
312VDC |
|
輸入過壓恢複點 |
302VDC |
|
蓄電池過放保護點 |
198VDC |
|
蓄電池過放恢複點 |
220VDC |
|
空載電流 |
≤0.2A |
|
輸出波形 |
純正弦波 |
|
顯示方式 |
LCD（液晶屏顯示） |
|
散熱方式 |
風扇散熱 |
|
額定輸出電壓 |
220 VAC |
|
波形畸變率 |
≤4％ |
|
輸出頻率 |
50Hz±0.5Hz |
|
動態響應 |
5% |
|
功率因數 |
≥0.8 |
|
過載能力 |
120% 1分鍾，150% 10秒 |
|
逆變效率 |
最大90% |
|
隔離方式 |
環形變壓器 |
|
噪音（1米） |
≤40dB |
|
絕緣強度 |
1500VAC,1分鍾 |
|
保護功能 |
逆變器輸入過壓保護、蓄電池過放電保護、蓄電池反接保護、輸出過載保護、輸出短路保護、過熱保護 |
|
使用環境溫度 |
-20～+55℃ |
|
使用海拔 |
≤4000m |
|
環境濕度 |
0~90%,不結露 |
|
參考尺寸 |
503×502×192mm |
|
參考重量 |
38kg |
3.4、風力並網係統
3.4.1 風力發電機
◆ 風力發電機額定輸出電壓：96VDC，功率：1000W
◆ 風機類型；永磁同步發電機，上風式
◆ 啟動風速；2.5m/s
◆ 風葉材質：碳光纖化合物
3.4.2 模擬風洞
◆ 風洞調速範圍：0～13 m/s
◆ 風量：32073 mз/h
◆ 風壓：388Pa
◆ 轉速：1450 r/min
◆ 功率：5.5kW
3.4.3 風機並網控製器
產品特性
◆ 本產品參照JB/T6939.1-2004號行業標準，GB/T 19115.1-2003號國家標準生產設計。
◆ 采用兩套控製係統，PWM恒壓係統 + 三相卸荷係統。
◆ PWM恒壓控製是風力發電機額定功率的120%。當超出PWM恒壓功率範圍時，三相卸荷立即自動啟動，運行10-20分鍾三相卸荷停止卸荷，風力發電機重啟，供電恢複輸出，保證風力發電整套係統安全運行。
◆ 在大風、強風情況下，控製器恒壓輸出，提供DC恒壓電源，保證逆變器正常工作。
◆ 在並網逆變器掉線情況下，控製器恒壓輸出，等待逆變器恢複工作。
◆ 當電網停電時，控製器三相卸荷自動啟動，逆變器停止向電網輸出。待網電恢複供電時，控製器停止三相卸荷，逆變器恢複供電。
◆ 控製器根據風力發電機的種類，可增加機械偏航控製、機械折尾控製、機械或液壓、氣壓、電磁，等多種製動控製功能。
◆ 控製器內部設有防雷器。把竄入風力發電機電力線的瞬時過電壓限製在設備或係統所能承受的電壓範圍內，或將強大的雷電流泄流入地，保護設備不受雷電衝擊而損壞。
◆ LED燈狀態指示。前麵板有風力發電機指示、卸荷指示、停機延時指示、欠壓指示、網電指示，及直流輸出電壓指示。
◆ 電壓表指示。指示控製器DC輸出電壓。
◆ 控製器具有急停開關，遇緊急情況時，按下前麵板急停按鈕，控製器全部電源切斷，風力發電機立即三相卸荷。
◆ 控製器具有手動三相卸荷開關，用戶可根據情況使用。使用此開關，風力發電機將強製性三相卸荷。
|
風力發電機額定功率 |
0.5-2KW |
||
|
風力發電機功率 |
4KW |
||
|
太陽能板功率 |
600W |
||
|
功能 |
整流、充電、控製 |
||
|
顯示 |
液晶顯示LCD |
||
|
顯示內容 |
風力發電機電壓，風力發電機電流，風力發電機功率，太陽能板電壓，太陽能板電流，太陽能板功率，直流輸出電壓，直流輸出電流，直流輸出功率 |
||
|
PWM恒壓電壓 |
≥320dc |
≥320dc |
≥380dc |
|
風力發電機三相卸荷動作電壓 |
350±5Vdc |
350±5Vdc |
410±5Vdc |
|
風力發電機三相卸荷延時 |
12-20 min |
12-20 min |
12-20 min |
|
欠壓 |
≤200Vdc |
≤200Vdc |
≤200Vdc |
|
太陽能保險 |
6A |
||
|
PWM卸荷保險 |
10A |
||
|
直流輸出保險 |
10A |
||
|
工作溫度 |
-30-60°C |
||
|
相對濕度 |
＜90% 不結露 ＜90% No condensation |
||
|
噪音 (1m) |
＜40dB |
||
|
防護等級 |
IP20（室內Indoor） |
||
|
製冷方式 |
強製風冷Forced air cooling |
||
|
*遠程通訊（可選） |
RS485/USB/GPRS/Ethernet |
||
|
*溫度補償（可選） |
-4mv/°C/2V,-35°C~+80°C, 精度Accuracy:±1°C |
||
|
控製器尺寸(mm) |
560*430*320 |
||
|
控製器重量 |
18Kg |
||
|
卸荷器尺寸(mm) |
450*410*170 |
||
|
卸荷器重量 |
6Kg |
||
3.4.4 風力並網逆變器
產品特性：
◆ 原裝日本三菱公司智能功率模塊組裝
◆ 數字化DSP控製
◆ 完善的保護和報警功能
◆ MPPT控製，實時追蹤風機的最大輸出功率
◆ 擾動檢出技術，實現反孤島控製
◆ 電路結構緊湊，效率≥94%
◆ 寬電壓輸入範圍
◆ RS232/485通訊，上位機監控功能，實現遠程數據采集和監視
◆ 純正弦波輸出，自動與電網同步跟蹤，功率因數接近1，電流諧波含量低，對電網無汙染、無衝擊
◆ 逆變電流閉環控製，功率可控、可調
技術參數：
|
型 號 |
G1K5D |
|
額定容量 |
1.5 kW |
|
額定交流輸出功率 |
1.5 kW |
|
交流輸出功率 |
1.8 kW |
|
隔離方式 |
工頻變壓器 |
|
推薦風機功率 |
1kW |
|
直流開路電壓 |
400Vdc |
|
MPPT範圍 |
100~400Vdc |
|
直流輸入電流 |
15A |
|
效率 |
94% |
|
歐洲效率 |
92% |
|
允許電網電壓範圍(單相) |
180~265Vac |
|
允許電網頻率範圍 |
47.5Hz-51.5Hz |
|
總電流波形畸變率 |
<3% |
|
功率因數 |
≥0.99 |
|
通訊接口 |
RS485/RS232 |
|
工作溫度 |
-25~+60℃ |
|
相對濕度 |
0~95%，無冷凝 |
|
保護功能 |
極性反接保護、短路保護、孤島效應保護、過熱保護、過載保護、接地故障保護等 |
|
冷卻方式 |
風冷 |
|
防護等級 |
IP20 |
|
寬×深×高（mm） |
300*150*500 |
|
重量（kg） |
10 |
3.5、光伏並網係統
3.5.1 太陽能電池組 單晶/多晶矽
◆ 元件尺寸(L*W*H)：110*670*25mm*10塊
◆ 額定功率：100W
◆ 開路電壓：42.05±0.5V
◆ 工作電流：3.50±0.10A，
◆ 短路電流：2.85±0.10A，
3.5.2 光伏彙流箱
主要特點
◆ 大大簡化了係統布線和不必要的損耗；
◆ 可接入2路光伏串列，單路電流15A；
◆ 寬直流電壓輸入，光伏陣列輸入電壓可達1000VDC；
◆ 光伏專用保險絲；
◆ 光伏專用高壓防雷器；
◆ 滿足室內、室外安裝要求；
◆ 可實現多台機器並聯運行；
◆ 維護簡易、快捷；
◆ 遠程監控（選配）；
◆ 防護等級IP65；
可選配置
◆ RS485/RS232遠程監控；
◆ 內部配置：國產/進口；
◆ 光伏專用高壓防雷；
◆ LED監控各路光伏串列電流；
◆ 可定製二級防雷彙流箱
|
光伏陣列輸入 |
|
|
光伏陣列電壓範圍（Vdc） |
0～1000 |
|
光伏陣列輸入路數（N） |
3路（可定製） |
|
單路陣列電流（A） |
10 |
|
單路陣列防反保護（選配） |
有 |
|
單路陣列過流保護 |
有（10/15A可選） |
|
通信、保護 |
|
|
總輸出斷路器保護 |
有 |
|
防雷保護 |
有 |
|
總輸出過流保護 |
有 |
|
遠程監控（選配） |
RS485（A、B） |
|
機械尺寸、工作環境 |
|
|
機箱尺寸（深 x 寬 x 高） |
400mm X 300mm X 160mm |
|
參考重量（Kg） |
10 |
|
防護等級 |
IP65 |
|
使用海拔（m） |
≤3000 |
|
工作溫度（℃） |
-15～+65 |
|
存儲溫度（℃） |
-25～+85 |
3.5.3 並網逆變器
係統選用的光伏逆變器采用MPPT追蹤，精度達99.9%。使得光伏逆變器能夠更加靈活的工作。內置Wifi卡，PMB能保存傳感器的所有重要數據。逆變器配備RS485、RS232、USB和以太網標準接口，可以選擇使用wifi-kit和GPRS-kit。免費的監控軟件能夠讓您通過電腦及移動終端清晰直觀的查看輸出數據，您可以在任何時候查看光伏電站的太陽能產量和公共電網的供電量情況。
|
直流輸入參數 |
|
|
輸入功率[W] |
1300 |
|
輸入電壓[V] |
500 |
|
額定直流電壓[V] |
360 |
|
MPP電壓範圍[V] |
80-360 |
|
滿載MPP電壓範圍[V] |
150-360 |
|
啟動電壓[V] |
90 |
|
關斷電壓[V] |
80 |
|
輸入電流[A] |
16 |
|
MPP追蹤數量 |
1 |
|
直流輸入路數 |
1 |
|
直流連接類型 |
MC4 端子 |
|
交流輸出參數 |
|
|
輸出功率[W] |
1100 |
|
額定輸出功率[W] |
1000 |
|
額定電網電壓[V] |
220/230/240 |
|
額定電網頻率[Hz] |
50/60 |
|
輸出電流[A] |
5.8 |
|
電網電壓範圍*[V] |
185-276 |
|
電網頻率範圍*[Hz] |
45-55/55-65 |
|
功率因數 |
0.95 capacitive…0.95 inductive |
|
總電流諧波畸變(THD) |
<2% |
|
啟動並網功率[W] |
30 |
|
夜間自消耗[W] |
<1 |
|
待機損耗[W] |
6 |
|
交流連接類型 |
即插即用端子 |
|
效率 |
|
|
效率 |
97.5% |
|
歐洲效率 |
96.3% |
|
MPPT效率 |
99.9% |
|
安全與保護 |
|
|
直流絕緣阻抗監測 |
有 |
|
直流開關 |
可選 |
|
漏電流監控模塊(RCMU) |
內部集成 |
|
電網監控及保護 |
有 |
|
保護等級 |
I (參考 IEC 62103) |
|
過壓等級 |
電池板側 II / 交流側 III (參考 IEC 62109-1) |
|
參考標準 |
|
|
安規標準 |
EN 62109, AS/NZS 3100 |
|
電磁兼容標準 |
EN 61000-6-1, EN 61000-6-2, EN 61000-6-3, EN 61000-6-4, EN 61000-3-2, EN 61000-3-3, EN61000-3-11, EN61000-3-12 |
|
並網標準 |
VDE-AR-N-4105, VDE 0126-1-1, RD1699, CEI0-21, C10/11, G83/2, UTE C15-712-1, AS4777, CEI 0-21, EN50438 |
|
物理結構 |
|
|
尺寸（寬x高x厚）mm] |
343x281x130 |
|
重量[Kg] |
9.6 |
|
防護等級 |
IP 65 (參考 IEC 60529) |
|
散熱方式 |
自然冷卻 |
|
安裝方式 |
壁裝懸掛固定 |
|
一般參數 |
|
|
工作溫度範圍 |
-20°C 至 +60°C(大於45℃降載) |
|
相對濕度 |
0% 至 98%, 無凝露 |
|
最高海拔 |
2000m |
|
噪音等級 |
<40dB |
|
隔離類型 |
無變壓器 |
|
顯示界麵 |
3 LED, 20 x 4字符型LCD背光顯示 |
|
數據通訊接口 |
RS485(WiFi, GPRS 可選) |
|
計算機通訊 |
USB |
3.6、監控係統（工業觸摸屏）可選配
◆ 尺寸(英寸) 10.2
◆ 液晶屏：TFT液晶顯示，LED背光
◆ 顯示顏色：真彩，65535色
◆ 分辨率：800×480
◆ 液晶屏亮度：200cd/㎡
◆ 觸摸屏：電阻式
◆ 供電電源：24VDC
◆ 額定功率：5W
◆ CPU主板：ARM CPU，400MHz
◆ 內存：64M
◆ 存儲設備：128M FLASH
◆ 組態軟件：MCGS嵌入式組態軟件（運行版）
環境條件
◆ 工作溫度：0℃~45℃
◆ 工作濕度：5%~90%
◆ 儲存溫度：-10℃~60℃
◆ 振動頻率：10-57Hz 57-150Hz
◆ 振動加速度：0.075mm 9.8 m/s2
◆ 振動掃頻速率：Oct/min ≤1
產品規格
◆ 結構：工業塑料結構
◆ 顏色：工業灰
◆ 麵板尺寸：226.5mm×163mm
◆ 機櫃開孔：215mm×152mm
外部接口：
◆ 串口：1×RS232、1×RS485
◆ USB ：1主1從
3.7、電表規格
◆ 電流表：× 2個，DC20A， 顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示
◆ 電壓表：× 2個，DC200V，顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示
◆ 電流表：× 2個，AC10A， 顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示
◆ 電壓表：× 2個，AC500V，顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示
◆ 溫度表：× 1個，0～99.9℃
◆ 多功能網絡電參數表：×1個，AC220V，顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示，包含RS485，RS232通訊功能，
3.8、係統外形尺寸
風力發電並網控製櫃：長800×寬600×高1800（㎜）附滾輪方便移動；
光伏發電並網控製櫃：長800×寬800×高1800（㎜）附滾輪方便移動；
直流屏/控製櫃：長800×寬600×高1800（㎜）附滾輪方便移動；
交流屏/控製櫃：長800×寬600×高1800（㎜）附滾輪方便移動；
監控係統：長800×寬600×高1800（㎜）附滾輪方便移動。
