TW-SNY33 風光互補發電測量與控製實訓係統

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。

風光互補發電測量係統主要由風力發電機組、太陽能光伏電池組、控製器、蓄電池、逆變器、交流直流負載、開關控製模塊、環境監測模塊、儀表顯示等部分組成，通過PLC控製、觸摸屏和變頻器作為控製核心，帶有A/D、D/A模塊、模擬量輸入/輸出模塊、交流電機變頻調速係統。係統於風能發電、光伏發電為一體的教學實訓係統；各係統通過連接電纜進行連接，形成一套可完成風力及光伏發電、同步並網、離網電源的實驗及教學演示。幫助學生理解太陽能並網、離網及風力發電係統的原理，從而起到學習工程實際應用技能的作用。

應用範圍：主要麵向職高、大學、研究生、企業技工以風力發電和太陽能離網、並網發電為主課題的研究和培訓。

一、主要技術規格參數：

1、係統規格

• 輸入電源：三相，單相AC220V±10% 50Hz

• 係統最大電壓：DC12V，AC220V/50Hz

• 係統最大電流：50A

• 係統最大功率：600W

  2、太陽能電池板

  太陽能電池板采用陣列組裝形式，主要采用4塊單晶小型太陽能電池板組建，可實現太陽能電池板的並接方式和串接方式，進而提供大電流或大電壓的兩種太陽能電池板組網方式。

• 額定功率 25W

• 額定電壓 17.2V

• 額定電流 1.42A×4

• 開路電壓 21.4V

• 短路電流 1.41A×4

• 尺寸 500mm×450mm×25mm

  3、風力發電機

• 額定功率：400(W)

• 額定電壓：12(V)

• 額定電流：33.3

• 風輪直徑：1.65(m)

• 啟動風速：2.5(m/s)

• 額定風速：9.6(m/s)

• 安全風速：35(m/s)

• 工作形式：永磁同步發電機

• 風葉旋轉方向：順時針

• 風葉數量：3（片）

• 風葉材料：玻璃增強聚丙烯材料

• 電機材料：鋁合金

• 護欄網：鋁型材內夾鋼絲網，高度約1.5米

  4、模擬風洞模塊

• 風量：32073 m^з/h

• 風壓：388Pa

• 轉速：1440 r/min

• 功率：2.2kW

• 可調風速：0～13級連續可調

• 變頻器：采用2.2KW矢量變頻器

  5、風光控製器係統：

• 工作電壓：12/24VDC可選

• 充電功率Pmax ：1000W

• 光伏功率Pmax ：300W

• 風機功率Pmax ：700W

• 充電方式：PWM脈寬調製

• 充電最大電流 35A

• 過放保護電壓 11V

• 過放恢複電壓 12.6V

• 輸出保護電壓 16V

• 卸載開始電壓（出廠值）15.5V

• 卸載開始電流（出廠值） 15A

• 控製器設有蓄電池過充、過放電保護、蓄電池開路保護、負載過電壓保護、夜間防反充電保護、輸出短路保護、電池接反保護、欠壓和過壓防震蕩保護、均衡充電、溫度補償、光控開關功能；

• 負載為100W以下的12V直流負載，控製單元一通道為常開輸出，另一通道為多類定時輸出（光控開、光控關，定時開、定時關，）。

• 使用32們高速單片機，實現智能控製，自動識別12/24V係統。 采用串聯式PWM充電控製方式，使充電回路的電壓損失較原二極管充電方式降低一半，充電效率較非PWM高3－6%;過放恢複的提升充電，正常的直充，浮充自動控製方式有利於提高蓄電池壽命。

• 多種保護功能，包括蓄電池反接、蓄電池過、欠壓保護、太陽能電池組件短路保護，具有自動恢的輸出過流保護功能，輸出短路保護功能。

• 具有豐富的工作模式，如光控，光控＋定時，通用控製等模式。

  5、並網逆變器

• 輸出電壓：AC 180-260V

• 工作電壓：10.8 - 28V，

• 額定輸出功率≥400W

• 輸出波形：正弦波(失真度≤3﹪)

• 輸出頻率：47-55Hz，

• LED方式顯示工作狀態，

• AC標準電壓範圍：90V-140V/180V-260VAC ；

• AC 頻 率 範 圍 ：55Hz~63Hz/45Hz~53Hz；

• 輸出電流總諧波失真：THDIAC<5%；

• 相 位 差：<1%

  並網逆變器具有DC－DC和DC－AC兩級能量變換的結構。DC－DC變換環節調整光伏陣列的工作點使其跟蹤最大功率點；DC－AC逆變環節主要使輸出電流與電網電壓同相位，同時獲得單位功率因數。

  6、離網逆變器

• 直流輸入電壓：9～16VDC 電壓可選

• 額定蔬出功率：300W

• 輸出電壓：110/220VAC

• 輸出波形：純正弦波

• 輸出頻率：50Hz

• 工作效率：85%

• 功率因數：>0.88

• 波形失真率≤5%

• 工作環境：溫度-20℃～50℃

• 相對濕度：﹤90﹪（25℃）

• 保護功能：極性反接、短路、過熱、過載保護

  具有輸出短路、過溫、過載、欠壓保護及保護具有自動恢複功能，采用風機冷卻方式，輸入輸出完全隔離設計，能快速並行啟動電容、電感負載，三色指示燈顯示，輸入電壓,輸出電壓，負載水準和故障情形，負載控製風扇冷卻，過壓/欠壓/短路/過載/超溫保護

  7、PLC控製係統

  采用S7-1200 PLC是模擬式中小型PLC，電源、CPU和其他模塊都是獨立的，可以通過U形總線把電源（PS）、CPU和其他模塊緊密固定在西門子S7-1200的標準軌道上。每個模塊都有一個總線連接器，後者插在各模塊的背後。電源模塊總是安裝在機架的最左邊，CPU模塊緊靠電源模塊。CPU的右邊是可以選擇的IM接口模塊，如果隻用主架導軌而沒有使用擴展支架可以不選擇IM接口模塊。

  S7編程軟件組態主架導軌硬件時，電源，CPU和IM分別放在導軌的1號槽、2號槽和3號槽上。一條導軌共有11個槽號：1號槽至11號槽，其中4號槽至11號槽可以隨意放置除電源、CPU和IM以外的其他模塊。如：DI（數字量輸入）、DO（數字量輸出）、AI（模擬量輸入）、AO（模擬量輸出）、FM（功能模塊）和CP（通信模塊）等

  8、監控係統（工業觸摸屏）

• 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

  9、其它

• 係統實驗時的備用電源（2路0-30V/2A直流可調穩壓電源）；

• 有市電互補切換

• LED恒流驅動

• 提供並網、離網逆變器實套件

• 設置電壓模塊，確保實驗過程的安全；

• 可變電阻，電阻值調整範圍為0～999kΩ

• DC/DC：5個DC/DC電源模塊

• 支援外接PC計算機量測太陽能電池I-V特性曲線(VB軟件or LabView)

  10、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，DC50V，顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示

• 電流表：× 2個，AC5A， 顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示

• 電壓表：× 2個，AC220V，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，

  11、負載：

  直流負載

• 風扇：×1個，額定電壓：12V，工作電流：0.25A，功率：3W

• 交通燈：2組(R,G,B)，額定電壓：12V，工作電流：0.25A，功率：3W

• LED燈：1組

  交流負載

• 節能燈：×1個，額定電壓：220V，工作電流：0.15 A

• 馬達：×1個，額定電壓：220V，工作電流：0.2

  12、測風係統模塊：

• 測量風速範圍：0～60m/s

• 風向：0～360°

• 精 度： ±0.1m/s±3°

• 工作電源：AC 220V±20% 50HZ， DC24V、12V、5V或其他供電

• 記錄間隔：1分鍾～240分鍾連續可設置

• 內部存儲：4M bit

• 通訊接口： RS-232/485/USB通訊

• 環境溫度：-40℃～50℃

• 轉速傳感器：0～5000 風力發電機轉速檢測顯示

  13、電池：

• 太陽能專用閥控式密封膠體蓄電池，額定電壓：12V，額定容量(100Ah),充電方法（恒壓）；

• 具有如下特點：自放電率低，使用壽命長，深放電能力強，充電效率高，工作溫度範圍寬。

1. 係統外形尺寸；長1200×寬780×高1800（㎜）附滾輪方便推動至戶外教學。

   15、智慧教室綜合測控係統

   該係統采用一體化設計，要求以上功能集中在一塊核心控製器上，禁止采用多種模塊拚裝，確保使用人員的人身安全及設備安全的性能指標：
   （一）、虛擬示波器所需實現的功能：
   50MHz   2路波形測量功能；
   （二）2路邏輯分析儀功能；
   （三）1路任意波形信號發生器輸出；
   200MSa/s高速實時采樣，50MHz帶寬，波形測量完全滿足教學實驗要求，波形平滑不失真。
   （四）2路PWM脈衝信號發生器：可設置頻率、占空比。
   （五）、萬用表功能
   1、萬用表的電阻測量功能；
   2、萬用表的直流電壓測量功能；
   3、萬用表的交流電壓測量功能；
   4、萬用表的交流電流測量功能；
   （六）、人機界麵功能
   *1、人機界麵顯示所測量的波形，並顯示相應的量測值；
   *2、可通過點擊界麵按鈕，將所測量的波形插入實驗報告模板中；
   *3、學生的實驗報告結果可通過點擊界麵按鈕，統一上傳到指定的教師電腦文件夾下；
   （七）、實驗室安全監控功能
   1、環境參數測量：可同時測量顯示溫濕度、CO2濃度和PM2.5；
   2、電氣參數測量：可測量控製台電壓電流，並計算出功率；
   3、過流、過壓、欠壓（閥值可設置）報警跳閘保護；
   4、安全防護：實驗室環境安全監控裝置（PM2.5、煙霧、可燃氣體、溫濕度及CO2濃度異常（火警）報警）；
   5、節電功能：長期無人實驗時，自動關閉總閘開關，實現安全和節電效果；

   二、實訓內容

   1、太陽光電實習教學模塊實驗內容：

   實驗一 太陽能電池發電原理實驗

   實驗1-1 太陽能光電板能量轉換實驗

   實驗1-2 環境對光電轉換影響實驗

   實驗二 太陽能電池光電係統直接負載實驗

   實驗三 光電控製型太陽能係統發電實驗

   實驗3-1 光電型控製單元工作原理實驗

   實驗3-2 光電型控製單元充放電保護實驗

   實驗四 交通警示燈模塊設計實驗

   實驗五 太陽能係統負載實驗

   實驗六 綜合實驗

   實驗七 太陽能電池基本特性測試實驗

   實驗八 外部擴充DC轉AC外接電器實驗

   實驗九 單晶太陽能電池I-V特性曲線實驗

   實驗十 離網逆變器設計實驗

   實驗十一 離網逆變器工作特性實驗

   實驗十二 離網逆變器帶載及保護實驗

   實驗十三 並網逆變器設計實驗

   實驗十四 並網實驗

   2、風力電實習教學模塊實驗內容：

   實驗一、風力發電基礎理論原理性實驗

   實驗二、風力發電係統設計實驗

   實驗三、風力發電控製技術實驗

   實驗四、風力發電相關測量技術實驗

   實驗五、風力發電基礎理論與應用技術仿真實驗

   實驗六、發電機轉速與輸出電壓關係實驗

   實驗七、發電機轉速與輸出電流關係實驗

   實驗八、發電機轉速與輸出頻率關係實驗

   實驗九、風速即轉速與與出功率關係實驗

   3、PLC實訓內容

   實驗一 STEP 7軟件安裝及注意事項

   實驗二 SIMATIC管理器

   實驗三 SIMATIC Manager自定義

   實驗四 PG/PC接口設置

   實驗五 用PLC控製三相交流異步電動機起/停

   實驗六 PLC係統的硬件組態及程序編製

   實驗七 基本邏輯指令的應用

   實驗八 定時器、計數器的應用

   實驗九 技能訓練，人行橫道控製

   實驗十 模擬量的控製

   實驗十一 順序控製係統控製方法的設計

   實驗十二 步與步的動作

   實驗十三 PLC通信

   4、觸摸屏實訓內容

   實驗一 組態軟件應用及界麵設計

   實驗二 上傳、下載文件

   實驗三 曲線圖、柱狀圖、圓形圖、動態圖

   實驗四 數字輸入和文數字顯示

   實驗五 曆史資料顯示

   實驗六 係統控製讀寫

   實驗七 控製係統中觸摸屏的畫麵

   實驗八 狀態圖

   實驗九 控製係統中PLC的程序

   三、係統基本配置單