ZRXNY-W10風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)實訓(xùn)平臺

1、中人ZRXNY-W10風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)實訓(xùn)平、 概述風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實訓(xùn)平臺主要由模擬光源跟蹤裝置、模擬風(fēng)能裝置、模擬能源控制系統(tǒng)、能源轉(zhuǎn)換儲存控制系統(tǒng)、并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)和能源監(jiān)控管理系統(tǒng)六個部分組成，各部分通過電纜連接，可組成一套既能演示又能動手設(shè)計、安裝、調(diào)試的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng)。二、 設(shè)備組成ZRXNY-W10型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實訓(xùn)平臺主要由模擬光源跟蹤裝置、模擬風(fēng)能裝置、模擬能源控制系統(tǒng)、能源轉(zhuǎn)換儲存控制系統(tǒng)、并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)和能源監(jiān)控管理系統(tǒng)六個部分組成，如圖1所示。ZRXNY-W10型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實訓(xùn)平臺采用模塊式結(jié)構(gòu)，各裝置和系統(tǒng)具有獨(dú)立的功能，可以組合成光

2、伏發(fā)電實訓(xùn)平臺、風(fēng)力發(fā)電實訓(xùn)平臺。(1)、 設(shè)備尺寸： 模擬光源跟蹤裝置 2000mm×1500mm×2000mm模擬風(fēng)能裝置 1300mm×1100mm×2600mm 實訓(xùn)柜（4個） 3200mm×650mm×2000mm(2)、 場地面積：25平方米圖1 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng)（圖片僅供參考）三、 各單元介紹1、 模擬光源跟蹤裝置(1)、 模擬光源跟蹤裝置的組成模擬光源跟蹤裝置主要由光伏電池組件、投射燈、光線傳感器、光線傳感器控制盒、水平方向和俯仰方向運(yùn)動機(jī)構(gòu)、擺桿、擺桿減速箱、擺桿支架、單相交流電動機(jī)、電容器、直流電動機(jī)、接近開關(guān)

3、、微動開關(guān)、底座支架等設(shè)備與器件組成，如圖2所示。4塊光伏電池組件并聯(lián)組成光伏電池方陣，光線傳感器安裝在光伏電池方陣中央。2盞300W的投射燈安裝在擺桿支架上，擺桿底端與減速箱輸出端連接，減速箱輸入端連接單相交流電動機(jī)。電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時，通過減速箱驅(qū)動擺桿作圓周擺動。擺桿底端與底座支架連接部分安裝了接近開關(guān)和微動開關(guān)，用于擺桿位置的限位和保護(hù)。水平和俯仰方向運(yùn)動機(jī)構(gòu)由水平運(yùn)動減速箱、俯仰運(yùn)動減速箱、直流電動機(jī)、接近開關(guān)和微動開關(guān)組成。直流電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時，水平運(yùn)動減速箱驅(qū)動光伏電池方陣作向東方向或向西方向的水平移動、俯仰運(yùn)動減速箱驅(qū)動光伏電池方陣作向北方向或向南方向的俯仰移動，接近開關(guān)和微動開關(guān)用于光

4、伏電池方陣位置的限位和保護(hù)。(2)、 光伏電池組件光伏電池組件的主要參數(shù)為：額定功率 10W額定電壓 17.2V額定電流 1.17A開路電壓 21.4V短路電流 1.27A尺寸 320mm×320mm×28mm2、 模擬風(fēng)能裝置(1)、 模擬風(fēng)能裝置的組成模擬風(fēng)能裝置主要由葉片、輪轂、發(fā)電機(jī)、機(jī)艙、尾舵、側(cè)風(fēng)偏航控制機(jī)構(gòu)、直流電動機(jī)、塔架和基礎(chǔ)、測速儀、測速儀支架、軸流風(fēng)機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)支架、軸流風(fēng)機(jī)框罩、單相交流電動機(jī)、電容器、連桿、滾輪、萬向輪、微動開關(guān)和接近開關(guān)等設(shè)備與器件組成。葉片、輪轂、發(fā)電機(jī)、機(jī)艙、尾舵和側(cè)風(fēng)偏航控制機(jī)構(gòu)組裝成水平軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，安裝在塔架上。

5、軸流風(fēng)機(jī)支架、軸流風(fēng)機(jī)框罩、測速儀、測速儀支架、傳動齒輪鏈機(jī)構(gòu)、單相交流電動機(jī)、滾輪和萬向輪等組成。軸流風(fēng)機(jī)和軸流風(fēng)機(jī)框罩安裝在風(fēng)場運(yùn)動機(jī)構(gòu)箱體上部，傳動齒輪鏈機(jī)構(gòu)、單相交流電動機(jī)、滾輪和萬向輪組成風(fēng)場運(yùn)動機(jī)構(gòu)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用尾舵實現(xiàn)被動偏航迎風(fēng)，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出最大電能。測速儀檢測風(fēng)場的風(fēng)量，當(dāng)風(fēng)場的風(fēng)量超過安全值時，側(cè)風(fēng)偏航控制機(jī)構(gòu)動作，使尾舵?zhèn)蕊L(fēng)45º，風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片轉(zhuǎn)速變慢。當(dāng)風(fēng)場的風(fēng)量過大時，尾舵?zhèn)蕊L(fēng)90º，風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于制動狀態(tài)。3、 模擬能源控制系統(tǒng)2.1 光伏供電單元(1)、 系統(tǒng)的組成模擬能源控制系統(tǒng)主要由光伏電源控制單元、光伏輸出顯示單元、觸摸屏、光伏供

6、電控制單元、ARM控制單元、接口單元、西門子S7-200PLC、繼電器組、接線排、蓄電池組、可調(diào)電阻、斷路器、12V開關(guān)電源、網(wǎng)孔架等組成。如圖3所示。(2)、 控制方式光伏供電控制單元的追日功能有手動控制盒自動控制兩個狀態(tài)，可以進(jìn)行手動或自動運(yùn)行光伏電池組件雙軸跟蹤、燈狀態(tài)、燈運(yùn)動操作。(3)、 ARM控制單元和接口單元蓄電池的充電過程及充電保護(hù)由ARM控制單元、接口單元及程序完成，蓄電池的放電保護(hù)由ARM控制單元、接口單元及繼電器完成，當(dāng)蓄電池放電電壓低于規(guī)定值，ARM控制單元輸出信號驅(qū)動繼電器工作，繼電器常閉觸點(diǎn)斷開，切斷蓄電池的放電回路。 2.2 風(fēng)力供電單元(1)、 風(fēng)力供電單元的組

7、成風(fēng)力供電單元主要由風(fēng)電電源控制單元、風(fēng)電輸出顯示單元、觸摸屏、風(fēng)力供電控制單元、ARM控制單元、接口單元、西門子S7-200PLC、繼電器組、接線排、可調(diào)電阻、斷路器、網(wǎng)孔架等組成。(2)、 控制方式風(fēng)力供電控制單元的偏航功能有手動和自動兩個狀態(tài)，可以進(jìn)行手動或自動可變風(fēng)向操作?？勺冿L(fēng)量是由變頻器控制軸流風(fēng)機(jī)實現(xiàn)。手動操作變頻器操作面板上的有關(guān)按鍵，使變頻器的輸出頻率在0-50Hz之間變化，軸流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在0至額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變化，實現(xiàn)可變風(fēng)量輸出。(3)、 ARM控制單元和側(cè)風(fēng)偏航風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪葉片在氣流作用下產(chǎn)生力矩驅(qū)動風(fēng)輪轉(zhuǎn)動，通過輪轂將扭矩輸入到傳動系統(tǒng)。當(dāng)風(fēng)速增加超過額定風(fēng)速時，風(fēng)力發(fā)

8、電機(jī)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速過快，發(fā)電機(jī)可能因超負(fù)荷而燒毀。對于定槳距風(fēng)輪，當(dāng)風(fēng)速增加超過額定風(fēng)速時，如果氣流與葉片分離，風(fēng)輪葉片將處于“失速”狀態(tài)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)不會因超負(fù)荷而燒毀。對于變槳距風(fēng)輪，當(dāng)風(fēng)速增加時，可根據(jù)風(fēng)速的變化調(diào)整氣流對葉片的攻角。當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速時，輸出功率可穩(wěn)定地保持在額定功率上。特別是在大風(fēng)的情況下，風(fēng)力機(jī)處于順槳狀態(tài)，使槳葉和整機(jī)的受力狀況大為改善。小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)多數(shù)是定槳距風(fēng)輪，在大風(fēng)的情況下，采用側(cè)風(fēng)偏航控制使氣流與葉片分離，使風(fēng)輪葉片處于“失速”狀態(tài)，安全地保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)。另外，還可以通過側(cè)風(fēng)偏航控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)保持恒定功率輸出。 2.3 風(fēng)力供電單元（1） 風(fēng)力供電單元的組成風(fēng)

9、力供電單元主要由風(fēng)電電源控制單元、風(fēng)電輸出顯示單元、觸摸屏、風(fēng)力供電控制單元、ARM控制單元、接口單元、西門子S7-200PLC、繼電器組、接線排、可調(diào)電阻、斷路器、網(wǎng)孔架等組成。（2） 控制方式風(fēng)力供電控制單元的偏航功能有手動和自動兩個狀態(tài)，可以進(jìn)行手動或自動可變風(fēng)向操作?？勺冿L(fēng)量是由變頻器控制軸流風(fēng)機(jī)實現(xiàn)。手動操作變頻器操作面板上的有關(guān)按鍵，使變頻器的輸出頻率在0-50Hz之間變化，軸流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在0至額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變化，實現(xiàn)可變風(fēng)量輸出。（3） ARM控制單元和側(cè)風(fēng)偏航風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪葉片在氣流作用下產(chǎn)生力矩驅(qū)動風(fēng)輪轉(zhuǎn)動，通過輪轂將扭矩輸入到傳動系統(tǒng)。當(dāng)風(fēng)速增加超過額定風(fēng)速時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪

10、轉(zhuǎn)速過快，發(fā)電機(jī)可能因超負(fù)荷而燒毀。對于定槳距風(fēng)輪，當(dāng)風(fēng)速增加超過額定風(fēng)速時，如果氣流與葉片分離，風(fēng)輪葉片將處于“失速”狀態(tài)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)不會因超負(fù)荷而燒毀。對于變槳距風(fēng)輪，當(dāng)風(fēng)速增加時，可根據(jù)風(fēng)速的變化調(diào)整氣流對葉片的攻角。當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速時，輸出功率可穩(wěn)定地保持在額定功率上。特別是在大風(fēng)的情況下，風(fēng)力機(jī)處于順槳狀態(tài)，使槳葉和整機(jī)的受力狀況大為改善。小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)多數(shù)是定槳距風(fēng)輪，在大風(fēng)的情況下，采用側(cè)風(fēng)偏航控制使氣流與葉片分離，使風(fēng)輪葉片處于“失速”狀態(tài)，安全地保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)。另外，還可以通過側(cè)風(fēng)偏航控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)保持恒定功率輸出。2.4 蓄電池組蓄電池組選用4節(jié)閥控密封式鉛酸蓄電池，主要

11、參數(shù)：容量 12V 24Ah重量 1.9kg尺寸 345mm×195mm×20mm4、 并網(wǎng)逆變、負(fù)載控制系統(tǒng)(1)、 系統(tǒng)的組成逆變與負(fù)載系統(tǒng)主要由逆變電源控制單元、逆變輸出顯示單元、逆變器、逆變器參數(shù)檢測模塊、變頻器、三相交流電機(jī)、發(fā)光管舞臺燈光模塊、警示燈、接線排、斷路器、網(wǎng)孔架等組成。1)、 逆變電源控制單元逆變電源控制單元主要由斷路器、+24V開關(guān)電源、AC220V電源插座、指示燈、接線端子等組成。2)、 逆變輸出顯示單元逆變輸出顯示單元主要由交流電流表、交流電壓表、接線端等組成。3)、 逆變與負(fù)載系統(tǒng)主電路逆變與負(fù)載系統(tǒng)主要由逆變器、交流調(diào)速系統(tǒng)、逆變器測試模塊

12、、發(fā)光管舞臺燈光模塊和警示燈組成。逆變器的輸入由光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)或蓄電池提供，逆變器輸出單相220V、50Hz的交流電源。交流調(diào)速系統(tǒng)由變頻器和三相交流電動機(jī)組成，逆變器的輸出AC220V電源是變頻器的輸入電源，變頻器將單相AC220V變換為三相AC220V供三相交流電動機(jī)使用。逆變電源控制單元的AC220V電源由逆變器提供，逆變電源控制單元輸出的DC24V供發(fā)光管舞臺燈光模塊使用。逆變器測試模塊用于檢測逆變器的死區(qū)、基波、SPWM波形。(2)、 逆變器逆變器是將低壓直流電源變換成高壓交流電源的裝置，逆變器的種類很多, 各自的具體工作原理、工作過程不盡相同。本實訓(xùn)裝置使用的逆變器由D

13、C-DC升壓PWM控制芯片單元、驅(qū)動+升壓功率MOS管單元、升壓變壓器、SPWM芯片單元、高壓驅(qū)動芯片單元、全橋逆變功率MOS管單元、LC濾波器組成。5、 能源監(jiān)控管理系統(tǒng)(1)、 能源監(jiān)控管理系統(tǒng)能源監(jiān)控與管理系統(tǒng)主要由一體機(jī)、鍵盤、鼠標(biāo)、接線排、電源插座、通信線、微軟操作系統(tǒng)軟件、力控組態(tài)軟件組成。(2)、 監(jiān)控系統(tǒng)功能1)、 通信監(jiān)控系統(tǒng)與控制器、PLC、儀表進(jìn)行通信。2)、 界面、 監(jiān)控系統(tǒng)具有主界面，模擬能源控制系統(tǒng)界面，風(fēng)力供電單元界面，逆變與負(fù)載系統(tǒng)界面，風(fēng)光互補(bǔ)能量轉(zhuǎn)換界面，分別顯示各自的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。、 模擬能源控制系統(tǒng)界面設(shè)置相應(yīng)的按鈕，實現(xiàn)光伏電池方陣自動跟蹤。、 風(fēng)力供

14、電單元界面設(shè)置相應(yīng)的按鈕，實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)側(cè)風(fēng)偏航控制。、 具有光伏發(fā)電采集報表和風(fēng)力發(fā)電集報表，記錄光伏輸出電壓、電流，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出電壓、電流；逆變與負(fù)載系統(tǒng)的逆變輸出電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)并打印數(shù)據(jù)報表。四、 主要實驗實訓(xùn)內(nèi)容4.1太陽能電池板追日跟蹤系統(tǒng) 4.2光伏組件伏安特性測試 4.3太陽能電池組件與蓄電池選擇 4.4風(fēng)力機(jī)特性仿真 4.5光伏陣列最大功率跟蹤算法 4.6并網(wǎng)逆變器工作原理實訓(xùn) 4.7并網(wǎng)逆變器參數(shù)設(shè)置與電能質(zhì)量分析 4.8太陽能發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)試 4.9風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)試 4.10能源監(jiān)控管理系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計 五、 主要技術(shù)參數(shù)一、模擬風(fēng)能裝置序號名稱技術(shù)參數(shù)

15、數(shù)量1水平軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率：300W輸出（整流）電壓： +12V葉片旋轉(zhuǎn)直徑：1.2m葉片數(shù)量：3個葉片材質(zhì)：玻璃纖維啟動風(fēng)速：2.5m/s切入風(fēng)速：1.5m/s安全風(fēng)速：25 m/s12風(fēng)速儀輸出電壓：0-5V風(fēng)碗數(shù)：3個13風(fēng)力模擬裝置電機(jī)功率：0.75KW額定電壓：AC220V傳動方式：皮帶/鏈條安全防護(hù)框罩：有機(jī)玻璃/鐵皮1二、光伏供電、模擬光源跟蹤裝置序號名稱技術(shù)參數(shù)數(shù)量1電池組件功率：10W誤差：±5%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(huán)境溫度：45±2尺寸：320×320×28m

16、m42追日傳感器輸出電壓：0-5V跟蹤精度：1度結(jié)構(gòu)：4電橋13投射燈擺臂機(jī)構(gòu)：渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)（2個減速箱）電壓：220V頻率：50Hz電流：1.36A最大功率：300W24追日機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)：渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)（減速箱）驅(qū)動：直流電機(jī)軸數(shù)：雙軸二維1三、模擬能源控制系統(tǒng) 序號名稱技術(shù)參數(shù)數(shù)量1電源控制單元含漏電保護(hù)斷路器，AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈、電源插座22風(fēng)電控制電源單元含漏電保護(hù)斷路器，AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈23觸摸屏7",彩色24功能模塊ARM核心板2812，通信控制板，風(fēng)力發(fā)電主電路板25直流輸入單元電流表： DC 0-5A電壓表： DC 0-500V接口：RS4

17、8526風(fēng)力供電控制單元風(fēng)場運(yùn)動方向：順時、逆時軸流風(fēng)機(jī)控制：給風(fēng)偏航控制：偏航、停止自動控制：啟動、急停17光伏供電控制單元電池板跟蹤方向：東、南、西、北投光燈控制：燈1、燈2投光燈運(yùn)動方向：東西、西東、停止自動控制：啟動、急停8PLCS7-200 CPU22429變頻器MM420-0.37Kw10可調(diào)電阻范圍：0-1000，無級可調(diào)（有刻度）2四、并網(wǎng)逆變負(fù)載、控制系統(tǒng)序號名稱技術(shù)參數(shù)數(shù)量1逆變輸出顯示單元電流表：AC 0-5A電壓表：AC 0-500V接口：RS48512逆變控制電源單元含漏電保護(hù)斷路器，AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈13離網(wǎng)逆變器輸入電壓：DC12V輸入電壓范圍：D

18、C9.5V-15.5V輸出電壓：AC220V±5%額定輸出電流：1.4A輸出頻率：50Hz±0.5Hz額定功率：300VA輸出波形：正弦波波形失真：5%轉(zhuǎn)換效率：85%實驗?zāi)K：正弦波逆變器原理模塊4并網(wǎng)逆變器輸出功率：400Watt輸入工作電壓范圍：1028VDC最大輸出功率因數(shù)：0.99輸入反壓保護(hù)：FUSE輸出電壓范圍：（80260VAC）應(yīng)用頻率范圍：45-53Hz/55Hz63Hz輸出總諧波失真：THDIAC <5%交流電相位差：<0.5%孤島效應(yīng)保護(hù)：VAC；f AC輸出短路保護(hù):電流限制LED顯示方式:功率指示；電壓指示；AC頻率指示；過壓指示待機(jī)功耗:<1W夜間功率:<1W環(huán)境溫度范圍:-25 6015開關(guān)電源型號：DR-120-24輸入電壓：AC 220V輸出電壓：DC 24V輸出電流：5A16變頻器MM420-0.37Kw17電機(jī)負(fù)載功率：40W電壓：AC220V轉(zhuǎn)速：1350rpm18模擬舞臺燈光負(fù)載采用LED球泡燈代替19閥控密封式鉛酸蓄電池容量 12V 24Ah重量 1.9kg尺寸 345mm×195mm×20mm4六、能源監(jiān)控管理系統(tǒng)序號名稱技術(shù)參數(shù)數(shù)量1直流電機(jī)負(fù)載直流單片機(jī)負(fù)載12工控機(jī)6個串口