風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)(圣威科技)王鑫

1、風(fēng) 光 互 補(bǔ) 發(fā) 電 系 統(tǒng) 實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書第一版2013年目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc359680118 實(shí)驗(yàn)一 光伏發(fā)電系統(tǒng)基本認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn) PAGEREF _Toc359680118 h 3 HYPERLINK l _Toc359680119 實(shí)驗(yàn)二 光伏發(fā)電基本原理實(shí)驗(yàn) PAGEREF _Toc359680119 h 6 HYPERLINK l _Toc359680120 實(shí)驗(yàn)三 太陽能發(fā)電基本要素對(duì)光伏發(fā)電的影響實(shí)驗(yàn) PAGEREF _Toc359680120 h 12 HYPERLINK l _Toc359680121 實(shí)驗(yàn)四 太陽能光伏

2、對(duì)蓄電池的充放電實(shí)驗(yàn) PAGEREF _Toc359680121 h 16 HYPERLINK l _Toc359680122 實(shí)驗(yàn)五 利用控制器進(jìn)行最大功率點(diǎn)的跟蹤實(shí)驗(yàn) PAGEREF _Toc359680122 h 19 HYPERLINK l _Toc359680123 實(shí)驗(yàn)六 太陽能發(fā)電逆變?cè)韺?shí)驗(yàn) PAGEREF _Toc359680123 h 22 HYPERLINK l _Toc359680124 實(shí)驗(yàn)七 太陽能不同負(fù)載發(fā)電試驗(yàn) PAGEREF _Toc359680124 h 25 HYPERLINK l _Toc359680125 實(shí)驗(yàn)八 光伏發(fā)電系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) PAGERE

3、F _Toc359680125 h 29 HYPERLINK l _Toc359680126 實(shí)驗(yàn)九 風(fēng)力發(fā)電原理及組成部分基本認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn) PAGEREF _Toc359680126 h 32 HYPERLINK l _Toc359680127 實(shí)驗(yàn)十 風(fēng)力發(fā)電充放電試驗(yàn) PAGEREF _Toc359680127 h 35 HYPERLINK l _Toc359680128 實(shí)驗(yàn)十一 風(fēng)力發(fā)電最大功率點(diǎn)追蹤實(shí)驗(yàn) PAGEREF _Toc359680128 h 37 HYPERLINK l _Toc359680129 實(shí)驗(yàn)十二 PLC控制實(shí)驗(yàn) PAGEREF _Toc359680129 h 39

4、 HYPERLINK l _Toc359680130 實(shí)驗(yàn)十三 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電逆變?cè)韺?shí)驗(yàn) PAGEREF _Toc359680130 h 42 HYPERLINK l _Toc359680131 實(shí)驗(yàn)十四 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電負(fù)載實(shí)驗(yàn) PAGEREF _Toc359680131 h 45實(shí)驗(yàn)一 光伏發(fā)電系統(tǒng)基本認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、對(duì)此系統(tǒng)如何模擬太陽光的運(yùn)行有所了解；2、對(duì)太陽循跡系統(tǒng)的工作方式有所認(rèn)識(shí)；3、熟悉一下實(shí)驗(yàn)裝置的具體組成部分。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備太陽光模擬系統(tǒng)、光控循跡系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)柜三、實(shí)驗(yàn)原理（1）太陽光模擬系統(tǒng)及循跡系統(tǒng)的組成如下圖所示：圖1-1 實(shí)驗(yàn)外觀圖圖1-1 實(shí)驗(yàn)外觀圖光伏供電裝置

5、主要由光伏電池組件、投射燈、水平方向和俯仰方向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、水平運(yùn)動(dòng)和俯仰運(yùn)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)、限位開關(guān)、底座支架等設(shè)備與器件組成。光伏電池方陣由4塊光伏電池組件串聯(lián)組成，照度計(jì)安裝在光伏電池方陣中央。3盞300W的投射燈安裝在絲杠支架上。當(dāng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過減速箱驅(qū)動(dòng)絲杠做直線運(yùn)動(dòng)。絲杠兩端與模擬光源連接部分安裝了限位開關(guān)，用于模擬光源位置的限位和保護(hù)。水平和俯仰方向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由水平運(yùn)動(dòng)和俯仰運(yùn)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)、接近開關(guān)和微動(dòng)開關(guān)組成。水平運(yùn)動(dòng)和俯仰運(yùn)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，水平運(yùn)動(dòng)減速箱驅(qū)動(dòng)光伏電池方陣作向東方向或向西方向的水平移動(dòng)、俯仰運(yùn)動(dòng)減速箱驅(qū)動(dòng)光伏電池方陣作向北方向或向南方向的俯仰移動(dòng)，接近開關(guān)和微動(dòng)

6、開關(guān)用于光伏電池方陣位置的限位和保護(hù)。（2）光伏發(fā)電系統(tǒng)組成部分太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)是利用以光生伏打效應(yīng)原理制成的太陽能電池將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)。它由太陽能電池方陣、控制器、蓄電池組、直流/交流逆變器等部分組成，其系統(tǒng)組成如圖12所示。圖12 太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)示意圖依據(jù)上圖，對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。1、太陽能電池組件：太陽能電池組件是太陽能供電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能供電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能量轉(zhuǎn)換為電能或送往蓄電池中存儲(chǔ)起來，或推動(dòng)負(fù)載工作。它的質(zhì)量和成本將直接決定整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量好壞。2、太陽能控制器：太陽能控制器的作用是控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并

7、對(duì)蓄電池起到過充電保護(hù)、過放電保護(hù)的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償?shù)墓δ?。其他附加功能如光控開關(guān)、時(shí)控開關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制器的可選項(xiàng)。3、蓄電池組：一般為鉛酸電池，其作用是在有光照時(shí)將太陽能電池組件所供出的電能存儲(chǔ)起來，到需要的時(shí)候再釋放出來。4、逆變器：太陽能的直接輸出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。為能向220VAC的電器提供電能。需要將太陽能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，因此需要DCAC逆變器。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對(duì)于光源模擬系統(tǒng)有兩種調(diào)節(jié)方式：手動(dòng)調(diào)節(jié)和自動(dòng)調(diào)節(jié)。手動(dòng)調(diào)節(jié)是通過存放在絲杠下方的控制柜來調(diào)節(jié)的，按動(dòng)其內(nèi)部的開關(guān)，可是模擬光源進(jìn)行水平，豎直，

8、以及斜向運(yùn)動(dòng)。自動(dòng)調(diào)節(jié)是單片機(jī)（或PLC）進(jìn)行編程，以使模擬光源按照時(shí)間的變化進(jìn)行自動(dòng)的移動(dòng)，以模仿太陽能的東升西落。而太陽能循跡系統(tǒng)則會(huì)根據(jù)光源的移動(dòng)，通過其所配置的電機(jī)來控制太陽能電池板的移動(dòng)，以使輻射面積和電池功率達(dá)到最大。具體步驟如下：1、將相關(guān)設(shè)備連接好后，用手動(dòng)方式將絲杠上的模擬光源調(diào)到左下方2、啟動(dòng)兩個(gè)設(shè)備的工作開關(guān)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，看電池板能否很好地跟蹤光源進(jìn)行移動(dòng)。3、了解行程開關(guān)的作用，當(dāng)光源行駛到絲杠邊緣時(shí)，遇到行程開關(guān)后，看其能否向反方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。五、實(shí)驗(yàn)要求使同學(xué)們能夠?qū)μ柲苣M系統(tǒng)，循跡系統(tǒng)以及發(fā)電系統(tǒng)有一個(gè)總體的印象和大致的了解，以便開展以下的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)二 光伏發(fā)

9、電基本原理實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成和原理；2、了解光伏電池的開路電壓及短路電流的測(cè)試方法；3、了解太陽能電池板的伏安特性及最大功率點(diǎn)的尋找方式。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備太陽能電池板、光伏實(shí)驗(yàn)柜、直流LED燈等。三、實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)物體受到光照時(shí)，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)和電流，這種現(xiàn)象稱為光生伏打效應(yīng)。太陽能電池是一種利用光生伏打效應(yīng)把光能轉(zhuǎn)換為電能的器件，當(dāng)太陽光照射到半導(dǎo)體P-N結(jié)時(shí)，就會(huì)在P-N結(jié)兩邊產(chǎn)生電壓，使P-N結(jié)短路，從而產(chǎn)生電流。這個(gè)電流隨著光強(qiáng)度的加大而增大，當(dāng)接受的光強(qiáng)度達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，就可以將太陽能電池看成恒流電源。太陽能電池板通常定義為封裝和連接在

10、一起的一個(gè)以上電池。太陽能電池板有不同的電壓和電流范圍，但功率產(chǎn)生能力一般為50W至300W。太陽能電池和圖 2-1 太陽能電池I-V曲線電池板有許多相同的需要測(cè)試參數(shù)，如,和最大功率點(diǎn)。太陽能電池在工作時(shí)，隨著日照強(qiáng)度、環(huán)境溫度的不同，其端電壓將發(fā)生變化，使輸出功率也發(fā)生很大變化，故太陽能電池本身是一種不穩(wěn)定的電源。因此需要在不同日照、溫度的條件下輸出盡可能多的電能，提高系統(tǒng)的效率。本次實(shí)驗(yàn)就是通過太陽能電池板在固定的環(huán)境，固定的光照下，測(cè)出當(dāng)前環(huán)境的太陽能電池板的伏安特性，找出當(dāng)前環(huán)境下太陽能電池板的最大輸出功率點(diǎn)。通常自然光的輻射強(qiáng)度及大氣的透光率均處于動(dòng)態(tài)變化中，為了在相同日照強(qiáng)度和電

11、池結(jié)溫下獲得盡可能多的電能，就存在最大功率輸出點(diǎn)跟蹤的問題。因此，需要對(duì)太陽能電池板進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤控制 (MPPT)。MPPT實(shí)質(zhì)是一個(gè)自尋優(yōu)過程。通過控制電池板的特定參數(shù)或控制DC/DC變換器開關(guān)管的開通時(shí) 間使電池板能在各種不同的日照和溫度環(huán)境下智能化地輸出最大功率。其原理圖如下：圖2-2最大功率跟蹤原理圖圖2-2最大功率跟蹤原理圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2.1 太陽能電池板能量轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)如圖1-1所示，打開模擬光源，使照在電池板上的光照強(qiáng)度較為充分，觀察外設(shè)的LED燈是否變亮，驗(yàn)證太陽能是否轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。模擬太陽光模擬太陽光圖 2-3 太陽能光伏板能量轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)接線圖指示燈圖 2-3 太陽能光伏板能量

12、轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)接線圖指示燈2.2 光伏電池的開路電壓和短路電流特性的測(cè)試以下首先介紹一下實(shí)驗(yàn)過程中比較重要的幾個(gè)概念（1）短路電流():在給定溫度日照條件下所能輸出的最大電流。（2）開路電壓():在給定溫度日照條件下所能輸出的最大電壓。（3）最大功率點(diǎn)電流():在給定溫度日照條件下最大功率點(diǎn)上的電流。（4）最大功率點(diǎn)電壓():在給定溫度日照條件下最大功率點(diǎn)上的電壓。（5）最大功率點(diǎn)功率():在給定溫度日照下所能輸出的最大功率，因此，我們可以給定一定的光照強(qiáng)度來測(cè)量電池板的開路電壓與短路電流。2.2.1、太陽能電池板短路電流特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)圖 2-4 太陽能電池板短路電流特性實(shí)驗(yàn)按照?qǐng)D2-4所示，將電流表

13、A直接接在太陽能電池組件的正負(fù)極。光源的發(fā)光方向?qū)χ柲茈姵亟M件，打開光源電源，等光源發(fā)光亮度穩(wěn)定后開始測(cè)量，并記錄其短路電流。2.2.2、太陽能電池板開路電壓特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置原理框圖如圖2-5所示，將電壓表V直接接在太陽能電池組件的正負(fù)極圖2-5太陽能電池板開路電壓特性實(shí)驗(yàn)光源的發(fā)光方向?qū)χ柲茈姵亟M件，打開光源電源，等光源發(fā)光亮度穩(wěn)定后開始測(cè)量，記錄其開路電壓。2.3 太陽能電池板負(fù)載伏安特性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置原理框圖如圖2-6所示圖 2-6 負(fù)載伏安特性測(cè)試按照?qǐng)D2-6所示設(shè)計(jì)測(cè)量電路圖，并連接電路。光源的發(fā)光方向?qū)χ柲茈姵亟M件，打開光源電源，等光源發(fā)光亮度穩(wěn)定后開始測(cè)量。將太陽能

14、光伏組件，電壓表，電流表，負(fù)載電阻按照?qǐng)D2-6連接成回路，改變電阻阻值，測(cè)量流經(jīng)電阻的電流I和電阻上的電壓V，即可得到該光伏組件的伏安特性曲線。測(cè)量過程中輻射光源與光伏組件的距離要保持不變，輻照面積與角度不變化，以保證整個(gè)測(cè)量過程是在相同條件下進(jìn)行的。記錄伏安特性曲線并繪制當(dāng)前太陽能電池板的功率曲線，找出當(dāng)前太陽能電池板的最大輸出功率。表2-1 電池板負(fù)載電壓與電流的伏安特性表電阻光生電壓（V）光生電流（A）相應(yīng)功率根據(jù)測(cè)量結(jié)果求短路電流和開路電壓。2.4 最大功率點(diǎn)跟蹤實(shí)驗(yàn)測(cè)試 為實(shí)現(xiàn)MPPT功能,采用輸出功率比較法(電壓擾動(dòng)法)。原則是電壓的變化是始終讓太陽能輸出功率朝大的方向改變。即首先

15、讓太陽能電池以某個(gè)電壓輸出,測(cè)得其輸出功率,然后在這個(gè)電壓基礎(chǔ)上增加或減少一定幅值,再測(cè)量輸出功率,比較測(cè)得的兩個(gè)功率值,按照以上原則決定下次輸出電壓是增加或是減少。圖圖 2-7 最大功率點(diǎn)搜索示意圖 記錄下每次所測(cè)得的電壓值和與之對(duì)應(yīng)的功率值，根據(jù)2-7圖的原理對(duì)所測(cè)得的值進(jìn)行分析。表 2-2 負(fù)載功率表電壓值（V）電流值（A）功率值（W）而功率數(shù)值可由觸摸屏上讀數(shù)而得，請(qǐng)及時(shí)的記錄下電壓和功率隨著負(fù)載變化而變化的值，并畫出以電壓值為橫軸，以功率值為縱軸的圖形，并找出太陽能電池板的最大功率點(diǎn)。（實(shí)驗(yàn)伏安特性效果圖如2-1所示，最大功率與電壓的輸出圖如圖2-7所示。）2、太陽能電池板填充因子計(jì)

16、算實(shí)驗(yàn)。填充因子，F(xiàn)F，是太陽能電池品質(zhì)（串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻）的量度。其定義為實(shí)際的最大輸出功率除以理想目標(biāo)的輸出功率。即由上述實(shí)驗(yàn)已知：太陽能電池板的短路電流和開路電壓。因此，上式中的變量?jī)H為實(shí)際輸出的電壓和電流值。在實(shí)驗(yàn)過程中，可根據(jù)測(cè)出的電壓值和電流值，計(jì)算出變化的填充因子，填入表中,以記錄用手動(dòng)調(diào)節(jié)法來跟蹤最大功率點(diǎn)的過程。電壓值（V）電流值（A）填充因子（FF）4、光伏轉(zhuǎn)化效率 太陽電池的轉(zhuǎn)換效率定義為太陽電池的最大輸出功率與照射到太陽電池的總輻射能之比，即五、實(shí)驗(yàn)要求（1）觀察現(xiàn)象，看是否能將太陽能轉(zhuǎn)換成需要的電能。（2）測(cè)試出太陽能電池板的開路電壓及短路電流（3）根據(jù)已經(jīng)得到的數(shù)

17、據(jù)，畫出電池板的伏安特性圖和電壓功率圖，并用圖將最大功率點(diǎn)表示出來。實(shí)驗(yàn)三 太陽能發(fā)電基本要素對(duì)光伏發(fā)電的影響實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成和原理；2、了解太陽能電池板受到的光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度、太陽入射角度以及輻照面積等因素對(duì)電池特性（主要是開路電壓和短路電流）的不同影響。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備照度表、太陽能電池板、數(shù)字萬用表、電壓表、電流表、溫度表、導(dǎo)線三、實(shí)驗(yàn)原理光伏電池工作環(huán)境的多種外部因素，如光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度、粒子輻射等都會(huì)對(duì)電池的性能指標(biāo)帶來影響，而且溫度的影響和光照強(qiáng)度的影響還常常同時(shí)存在. 為了保證光伏電池具有較高的工作效率和較穩(wěn)定的性能，其制造工藝、組合安裝，以及在設(shè)

18、計(jì)配套的控制系統(tǒng)時(shí)，都要考慮改善光伏電池外特性的問題。 分析光伏電池的光譜響應(yīng)，通常是討論它的相對(duì)光譜響應(yīng)，其定義是，當(dāng)各種波長(zhǎng)一定等量的輻射光子束人射到光伏電池上，所產(chǎn)生的短路電流與其中最大短路電流相比較，按波長(zhǎng)的分布求其比值變化曲線即為相對(duì)光譜響應(yīng)。而絕對(duì)光譜響應(yīng)指的是，當(dāng)各種波長(zhǎng)的單位輻射光能或?qū)?yīng)的光子人射到光伏電池上，將產(chǎn)生不同的短路電流，按波長(zhǎng)的分布求出對(duì)應(yīng)的短路電流變化曲線。圖3-1 光譜曲線對(duì)短路電流的影響圖3-1 光譜曲線對(duì)短路電流的影響除此之外，溫度和光強(qiáng)以及輻照面積等都會(huì)對(duì)此電池的工作特性造成一定的影響。因此，我們以下的實(shí)驗(yàn)主要考量一下這些因素對(duì)其工作特性的影響。四、實(shí)驗(yàn)

19、內(nèi)容（1）研究光照強(qiáng)度對(duì)太陽能電池工作特性的影響（注意：此時(shí)的光源入射角度，輻照面積以及電池板溫度應(yīng)保持不變）cdbacdba圖3-2 實(shí)驗(yàn)原理圖按照?qǐng)D3-2所示連接并測(cè)量相應(yīng)的數(shù)據(jù)。去掉A,C段之間的電流表和電阻，測(cè)量其在不同的光照強(qiáng)度變化下的開路電壓的值。表3-1 光強(qiáng)與開路電壓光照強(qiáng)度（Lx）光生電壓（V） 同理，將電流表短接在太陽能電池板上的輸出端，對(duì)短路電流進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試，并繪制出短路電流與光強(qiáng)和溫度之間的關(guān)系曲線。同時(shí)將數(shù)據(jù)填入下表。表3-2 光強(qiáng)與短路電流光照強(qiáng)度（Lx）光生電流（A） （2）研究電池板溫度對(duì)太陽能電池工作特性的影響保持整個(gè)測(cè)量過程其他的影響因素一定，對(duì)溫度（特指

20、太陽能電池板的溫度）進(jìn)行相應(yīng)的變化，將值填入下表表3-3溫度與開路電壓電池板溫度（）光生電壓（V） 同理，將電流表短接在太陽能電池板上的輸出端，對(duì)短路電流進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試，并繪制出短路電流與光強(qiáng)和溫度之間的關(guān)系曲線。同時(shí)將數(shù)據(jù)填入下表。表3-4 溫度與短路電流溫度（）光生電流（A） （3）研究不同的入射角度對(duì)太陽能電池工作特性的影響保持整個(gè)測(cè)量過程其他的影響因素一定，對(duì)入射角度進(jìn)行相應(yīng)的變化，將值填入下表表3-5溫度與開路電壓電池板入射角度（）光生電壓（V） 同理，將電流表短接在太陽能電池板上的輸出端，對(duì)短路電流進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試，并繪制出短路電流與光強(qiáng)和入射角度之間的關(guān)系曲線。同時(shí)將數(shù)據(jù)填入下表。

21、表3-6 溫度與短路電流電池板入射角度（）光生電流（A） （4）研究電池板輻照面積對(duì)太陽能電池工作特性的影響保持整個(gè)測(cè)量過程其他的影響因素一定，對(duì)輻照面積進(jìn)行相應(yīng)的變化，將值填入下表表3-7 溫度與開路電壓電池板輻照面積（）光生電壓（V） 同理，將電流表短接在太陽能電池板上的輸出端，對(duì)短路電流進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試，并繪制出短路電流與光強(qiáng)和溫度之間的關(guān)系曲線。同時(shí)將數(shù)據(jù)填入下表。表3-8 溫度與短路電流電池板輻照面積（）光生電流（A） 五、實(shí)驗(yàn)要求1、記錄下不同的因素對(duì)太陽能電池板工作特性的影響，并找出最突出的影響因素2、實(shí)驗(yàn)過程中一定要保持唯一變量，以準(zhǔn)確的測(cè)試不同因素的影響。實(shí)驗(yàn)四 太陽能光伏對(duì)蓄

22、電池的充放電實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解在對(duì)蓄電池的充放電過程中的不同階段的特點(diǎn)；2、對(duì)蓄電池的保護(hù)及過充過放方面有初步的認(rèn)識(shí)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備照度表、太陽能電池板、數(shù)字萬用表、導(dǎo)線三、實(shí)驗(yàn)原理為保證發(fā)電系統(tǒng)供電的連續(xù)性和穩(wěn)定性，獨(dú)立的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)選取了蓄電池為儲(chǔ)能裝置。作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，蓄電池在風(fēng)力、日照充足的條件下可存儲(chǔ)供給負(fù)載后多余的電能；在風(fēng)力、日照不佳的情況下輸出電能給負(fù)載。因此，蓄電池在系統(tǒng)中同時(shí)起到能量調(diào)節(jié)和平衡負(fù)載的作用，若對(duì)運(yùn)行中的蓄電池充放電的控制、保護(hù)方法不當(dāng)，極易損壞蓄電池，縮短使用壽命。而蓄電池使用壽命的長(zhǎng)短也直接影響發(fā)電系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性及發(fā)電成本。因此，蓄電池充放電控制、過

23、充過放保護(hù)控制是風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行控制的又一重要部分。蓄電池的充電控制主要有二段式和三段式。（1）二段式充電控制 先以恒定電流充電至預(yù)定的電壓值，再改為以恒定的電壓進(jìn)行充電。一般情況下，兩階段之間的轉(zhuǎn)換電壓即為第2階段的恒電壓值。 采用二段式控制，蓄電池在初期不會(huì)出現(xiàn)很大的電流，后期也不會(huì)出現(xiàn)蓄電池電壓過高，避免了析氣的發(fā)生。三段式充電控制主要有2種充電方式（1）大電流充電-限流充電- 浮充控制方法的主充電階段，對(duì)蓄電池進(jìn)行大電流充電，使電池電壓快速上升，至均充電壓閾值時(shí)（ 一般在電池容量達(dá)到80% 左右），進(jìn)入第2 階段進(jìn)行限流充電。此時(shí)，蓄電池仍未充滿，需要利用限流充 電方式進(jìn)行補(bǔ)充充電

24、，逐漸降低充電電流，至浮充電壓時(shí)電池基本充滿，此時(shí)轉(zhuǎn)入第3階段繼續(xù)以小電流進(jìn)行充電（即 浮 充），以彌補(bǔ)蓄電池的自放電。（2）恒流充電-恒壓充電-浮充控制方法 首先，對(duì)蓄電池采用恒流充電方式充電，蓄電池充電到達(dá)一定容量后，采用恒壓方式進(jìn)行充電。在兩階段充電完畢即蓄電池容量到達(dá)其額定容量的80%90%時(shí)，對(duì)蓄電池進(jìn)行浮充，且這一階段的充電電壓要比恒壓階段的低。三段式控制既可以充分利用能源，提高蓄電池的充電效率又不會(huì)損壞蓄電池。在充電過程中，電池充滿后，充電控制器終止太陽能電池板對(duì)蓄電池的充電。以達(dá)到對(duì)蓄電池的保護(hù)。 而在放電過程中，當(dāng)模擬電壓低于控制器的過放電壓時(shí)，會(huì)停止對(duì)負(fù)載的供電，以保護(hù)蓄電

25、池。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、對(duì)蓄電池的充電實(shí)驗(yàn)（1）實(shí)驗(yàn)裝置圖如下圖4-1所示，按照?qǐng)D將連線連接好。（2）打開模擬光源，使其照射到太陽能電池板（3）調(diào)節(jié)占空比，已知模擬電池電壓為24V，觀察直流電流表，看是否有電流流過，并分析原因.圖4-1 過充保護(hù)實(shí)驗(yàn)連線圖圖4-1 過充保護(hù)實(shí)驗(yàn)連線圖2、欠壓保護(hù)實(shí)驗(yàn)（1）如圖所示，將線連接好，圖中模擬電池電壓為5V,圖4-2 過放保護(hù)實(shí)驗(yàn)接線圖圖4-2 過放保護(hù)實(shí)驗(yàn)接線圖觀察電流表，分析此時(shí)控制器對(duì)蓄電池的工作方式，指出發(fā)生這種現(xiàn)象的原因。3、夜間防反充實(shí)驗(yàn)（1）按下圖連接好線圖4-3實(shí)驗(yàn)原理圖圖4-3實(shí)驗(yàn)原理圖（2）現(xiàn)用模擬光源對(duì)太陽能電池板進(jìn)行普通的照射,控制

26、器進(jìn)入開環(huán)給定，再選擇降壓控制，觀察電流表上會(huì)否有電流流過。（3）用遮擋布將太陽能電池板遮住，關(guān)掉模擬光源，電流表應(yīng)該無電流流過，則說明此裝置具有夜間防反充功能。請(qǐng)大家自行驗(yàn)證。五、實(shí)驗(yàn)要求太陽能充電控制器主要功能是：防止太陽能電池板對(duì)蓄電池的過充電以及負(fù)載對(duì)蓄電池的過放電。它還有一些輔助功能，比如說可以通過光線強(qiáng)度來控制負(fù)載的工作。也可以體現(xiàn)出光控加延時(shí)等功能。實(shí)驗(yàn)五 利用控制器進(jìn)行最大功率點(diǎn)的跟蹤實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)會(huì)利用其阻抗變換的特點(diǎn)來完成對(duì)電池板最大功率點(diǎn)的追蹤；2、與實(shí)驗(yàn)一中尋找功率點(diǎn)的方式相互比較，找尋不同之處。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)柜的控制單元，電壓表，電流表，導(dǎo)線等三、實(shí)驗(yàn)原理在

27、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能電池是最基本的環(huán)節(jié)，若要提高整個(gè)系統(tǒng)的效率必須要提高太陽能光伏電池的轉(zhuǎn)換效率，使其輸出功率為最大功率。然而，太陽能光伏電池的-IV特性具有非線性，并且它隨著外界環(huán)境(溫度、日照強(qiáng)度)的變化而變化，所以不好控制。但是，在某一特定的溫度或日照強(qiáng)度總存在著一個(gè)最大功率點(diǎn)。因此，最大功率點(diǎn)跟蹤的研究是至關(guān)重要的。最大功率點(diǎn)跟蹤的過程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)尋優(yōu)過程，即通過控制太陽能電池端電壓來控制最大功率的輸出。圖6-1為太陽能電池陣列的輸出功率特性曲線，由圖可知，當(dāng)太陽能電池工作于最大功率點(diǎn)電壓Vmax左側(cè)時(shí)，其輸出功率隨電池端電壓的上升而增加;當(dāng)太陽能電池工作于最大功率點(diǎn)電壓Vma

28、x右側(cè)時(shí)，其輸出功率隨電池端電壓的上升而減少。此外，MPPT控制也可以先根據(jù)采集到的太陽能電壓、電流值以及功率值來判斷其運(yùn)行在哪個(gè)工作區(qū)，然后根據(jù)不同的工作區(qū)采取不同的工作指令進(jìn)行跟蹤控制。但要注意日照強(qiáng)度和溫度環(huán)境對(duì)太陽電池陣列的開路電壓和短路電流的影響。圖 5-1 太陽能光伏電池的輸出功率特性對(duì)于最大功率點(diǎn)的跟蹤方法有很多，在實(shí)驗(yàn)一中，我們利用的是擾動(dòng)觀察法。它是目前實(shí)現(xiàn)MPPT常用的方法，它通過不斷擾動(dòng)太陽能光伏系統(tǒng)的工作點(diǎn)來尋找最大功率點(diǎn)的方向。其原理是先擾動(dòng)輸出電壓值，然后測(cè)其功率變化，與擾動(dòng)之前的功率值相比，如果功率值增加，則表示擾動(dòng)方向正確，繼續(xù)朝同一方向擾動(dòng);如果擾動(dòng)后功率值小

29、于擾動(dòng)前的值，則往相反的方向擾動(dòng)。這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，擾動(dòng)參數(shù)少。但它仍需要眾多的改進(jìn)之處：(1)減小功率損失:由于存在著誤差，因此在最大功率點(diǎn)跟蹤的過程中將必有部分功率損失;(2)提高跟蹤精度及速度:這與初始值及跟蹤步長(zhǎng)的設(shè)定有很大關(guān)系;(3)防止“誤判”，所謂的“誤判”，即當(dāng)日照強(qiáng)度增加時(shí)，導(dǎo)致擾動(dòng)后的功率值大于擾動(dòng)前的功率值，從而也使擾動(dòng)方向繼續(xù)朝同一方向擾動(dòng)，反之同樣。因此，在本次試驗(yàn)中，我們是利用DC/DC變換器來對(duì)最大功率點(diǎn)進(jìn)行跟蹤。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)際電路中，由于DC/DC變換器連接太陽能電池板與負(fù)載(或蓄電池)，因而通過改變DC/DC變換器開關(guān)的PWM占空比使負(fù)載與太陽

30、能電池板相匹配，即可達(dá)到調(diào)節(jié)太陽能電池板工作點(diǎn)的目的，使其工作在最大功率點(diǎn)處。這一方法，既克服了擾動(dòng)觀察法中存在的誤差及誤判的問題，又降低了整個(gè)系統(tǒng)的成本，即使外界環(huán)境發(fā)生變化，仍能實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的跟蹤。如圖所示圖 5-2 實(shí)驗(yàn)原理圖在上一個(gè)試驗(yàn)中，我們已經(jīng)完成了對(duì)DC/DC變換器阻抗作用的研究，在這里我們就運(yùn)用已得到的結(jié)論，即：從上式可以看出，當(dāng)Rout固定不變時(shí)，通過調(diào)節(jié)占空比D就可以調(diào)節(jié)Rin的值，從而也就實(shí)現(xiàn)了調(diào)節(jié)太陽能電池工作點(diǎn)的功能。此時(shí)，一邊調(diào)節(jié)占空比，一邊記錄負(fù)載率兩端的電壓和電流值，并計(jì)算出相應(yīng)的功率值，填入下表，并找出最大功率點(diǎn)。表 5-1 負(fù)載功率表占空比電壓值（V）電流

31、值（A）功率值（W）根據(jù)上述記錄的值，畫出IV伏安特性曲線以及VW功率電壓曲線，并在圖中標(biāo)出最大功率點(diǎn)。五、實(shí)驗(yàn)要求1、對(duì)此種通過控制器及阻抗變換來尋找電池板的最大功率點(diǎn)的方式有所了解；2、與實(shí)驗(yàn)一中的結(jié)果進(jìn)行比較，找出兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并通過找尋其他的資料來思考其他的更好的方法。實(shí)驗(yàn)六 太陽能發(fā)電逆變?cè)韺?shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、理解太陽能發(fā)電逆變過程的基本原理；2、通過觀察相應(yīng)波形，對(duì)逆變形式有更形象的認(rèn)識(shí)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)柜，示波器，電壓表，電流表等三、實(shí)驗(yàn)原理 SPWM技術(shù)目前已經(jīng)在實(shí)際中得到普遍應(yīng)用，尤其在逆變器電路中的應(yīng)用最為廣泛，經(jīng)過長(zhǎng)期的發(fā)展，大致可分為電壓SPWM、電流SPWM和電

32、壓矢量SPWM。 PWM控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，即通過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要的波形。SPWM波形就是脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化和正弦波等效的PWM波形。產(chǎn)生SPWM波的原理是，用一組等腰三角形與一個(gè)正弦波進(jìn)行比較，其相交的時(shí)刻(即）交點(diǎn)作為開關(guān)管“開”或“關(guān)”的時(shí)刻，這組等腰波形稱為載波，而正弦波稱為調(diào)制波。正弦波的頻率和幅值是可控的，改變正弦波的頻率，就可以改變電源輸出電壓的頻率，改變正弦波的幅值，也就改變了正弦波與載波的交點(diǎn)，使輸出脈沖序列寬度發(fā)生變化，從而改變電源輸出電壓大小。 SPWM分單極性和雙極性脈寬調(diào)制，雙極性SPWM控制波形如圖2.2，由對(duì)稱于

33、橫坐標(biāo)的三角波相交后進(jìn)行比較，得到控制開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在雙極性控制方式中，在同一橋臂上的控制兩個(gè)開關(guān)元件的信號(hào)在相位上總是互補(bǔ)的。由于輸出電壓u0在其半個(gè)周期內(nèi)電壓極性在兩個(gè)極性間變化，所以稱為“雙極性控制”。 面積等效原理是PWM控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。而SPWM的波形是脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的波形。原理圖如下：圖6圖6-1 單相橋式PWM逆變電路原理圖它可以由正弦波和三角波調(diào)制，決定脈沖的時(shí)刻。三角波的底點(diǎn)位置對(duì)正弦波采樣形成階梯波，此階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬在一個(gè)采樣周期內(nèi)的位置是對(duì)稱的。圖6-2 是正弦脈寬調(diào)制SPWM波形示意圖。圖6-2 正弦脈寬調(diào)制SPWM

34、波形四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如圖所示，按以下步驟進(jìn)行試驗(yàn)。圖6-3 負(fù)載控制柜1.將能量轉(zhuǎn)換柜上蓄電池的232口與負(fù)載控制柜上201口相連，233口與202口相連，測(cè)量端口201與202之間的電壓值，并記錄下來；2.將示波器的探頭一端接于DC/DC信號(hào)地203口，另一個(gè)探頭端接在204口，觀察PWM波，并記錄下來；3.將示波器探頭的一端接入逆變信號(hào)地210口上，另一個(gè)探頭端接在213口，打開逆變開關(guān)和輸出開關(guān)，觀察信號(hào)波，并記錄下來，接著，將另一個(gè)探頭端接在214口，觀察載波，并記錄下來。五、實(shí)驗(yàn)要求1.測(cè)量蓄電池兩端的電壓，通過多功能諧波表測(cè)量逆變后的電壓；2.畫出上述三個(gè)波形，理解PWM調(diào)制技術(shù)的基本

35、原理，分析出其調(diào)制過程。 實(shí)驗(yàn)七 太陽能不同負(fù)載發(fā)電試驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、對(duì)阻性負(fù)載、感性負(fù)載的概念有所了解；2、了解有功功率、無功功率以及視在功率的概念，以及它們之間的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)柜、多功能諧波表、導(dǎo)線等三、實(shí)驗(yàn)原理在具體介紹這三種負(fù)載之前，我們首先要對(duì)以下三個(gè)概念有所了解。1、有功功率在交流電路中，凡是消耗在電阻元件上、功率不可逆轉(zhuǎn)換的那部分功率（如轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋⒐饽芑驒C(jī)械能）稱為有功功率，簡(jiǎn)稱“有功”，用“P”表示，單位是瓦（W）或千瓦（KW）。它反映了交流電源在電阻元件上做功的能力大小，或單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌芰啃问降碾娔軘?shù)值。實(shí)際上它是交流電在一個(gè)周期內(nèi)瞬時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌芰啃问降?/p>

36、電能數(shù)值。實(shí)際上它是交流電在一個(gè)周期內(nèi)瞬時(shí)功率的平均值，故又稱平均功率。它的大小等于瞬時(shí)功率最大值的1/2，就是等于電阻元件兩端電壓有效值與通過電阻元件中電流有效值的乘積。2、無功功率在交流電路中，凡是具有電感性或電容性的元件，在通過后便會(huì)建立起電感線圈的磁場(chǎng)或電容器極板間的電場(chǎng)。因此，在交流電每個(gè)周期內(nèi)的上半部分（瞬時(shí)功率為正值）時(shí)間內(nèi)，它們將會(huì)從電源吸收能量用建立磁場(chǎng)或電場(chǎng)；而下半部分（瞬時(shí)功率為負(fù)值）的時(shí)間內(nèi)，其建立的磁場(chǎng)或電場(chǎng)能量又返回電源。因此，在整個(gè)周期內(nèi)這種功率的平均值等于零。就是說，電源的能量與磁場(chǎng)能量或電場(chǎng)能量在進(jìn)行著可逆的能量轉(zhuǎn)換，而并不消耗功率。為了反映以上事實(shí)并加以表示

37、，將電感或電容元件與交流電源往復(fù)交換的功率稱之為無功功率，簡(jiǎn)稱“無功”，用“Q”表示。單位是乏（Var）或千乏(KVar)。無功功率是交流電路中由于電抗性元件（指純電感或純電容）的存在，而進(jìn)行可逆性轉(zhuǎn)換的那部分電功率，它表達(dá)了交流電源能量與磁場(chǎng)或電場(chǎng)能量交換的最大速率。實(shí)際工作中，凡是有線圈和鐵芯的感性負(fù)載，它們?cè)诠ぷ鲿r(shí)建立磁場(chǎng)所消耗的功率即為無功功率。如果沒有無功功率，電動(dòng)機(jī)和變壓器就不能建立工作磁場(chǎng)。3、視在功率交流電源所能提供的總功率，稱之為視在功率或表現(xiàn)功率，在數(shù)值上是交流電路中電壓與電流的乘積。視在功率用S表示。單位為伏安（VA）或千伏安（KVA）。它通常用來表示交流電源設(shè)備（如變壓

38、器）的容量大小。視在功率即不等于有功功率，又不等于無功功率，但它既包括有功功率，又包括無功功率。能否使視在功率100KVA的變壓器輸出100KW的有功功率，主要取決于負(fù)載的功率因數(shù)。4、功率因數(shù)在交流電路中，電壓與電流之間的相位差()的余弦叫做功率因數(shù)，用符號(hào)cos表示，在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值，即cos=P/S 下面，我們介紹著重介紹一下我們實(shí)驗(yàn)中要用到的兩種負(fù)載：阻性負(fù)載和感性負(fù)載。阻性負(fù)載：電流電壓的關(guān)系符合基本歐母定律,I=U/R。 即和電源相比當(dāng)負(fù)載電流負(fù)載電壓沒有相位差時(shí)負(fù)載為阻性(如負(fù)載為白幟燈、電爐等）通俗一點(diǎn)的講，僅是通過電阻類的元件進(jìn)行工作的純阻性負(fù)載稱

39、為阻性負(fù)載。感性負(fù)載：通常情況下，一般把負(fù)載帶電感參數(shù)的負(fù)載，即符合和電源相比負(fù)載電流滯后負(fù)載電壓一個(gè)相位差的特性的負(fù)載為感性(如負(fù)載為電動(dòng)機(jī);變壓器;)。通俗地說，即應(yīng)用電磁感應(yīng)原理制作的大功率電器產(chǎn)品，如電動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)、繼電器、日光燈等等。這類產(chǎn)品在啟動(dòng)時(shí)需要一個(gè)比維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需電流大得多（大約在3-7倍）的啟動(dòng)電流。例如，一臺(tái)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)耗電150瓦左右的電冰箱，其啟動(dòng)功率可高達(dá)1000瓦以上。此外，由于感性負(fù)載在接通電源或者斷開電源的一瞬間，會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)電壓，這種電壓的峰值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于車載交流供電器所能承受的電壓值，很容易引起車用逆變器的瞬時(shí)超載，影響逆變器的使用壽命。因此，這類電器對(duì)

40、供電波形的要求較高。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、太陽能發(fā)電阻性負(fù)載實(shí)驗(yàn)與上個(gè)實(shí)驗(yàn)的連線相同，即將能量轉(zhuǎn)換柜上蓄電池的232口與負(fù)載控制柜上201口相連，233口與202口相連。然后，打開逆變開關(guān)和輸出開關(guān)，再打開電阻性負(fù)載開關(guān)，觀察多功能諧波表上的示數(shù)，并記錄下流過負(fù)載的逆變電流值、電壓值、有功功率等，并觀察隨著時(shí)間變化時(shí)各個(gè)示數(shù)有無變化。太陽能發(fā)電感性負(fù)載實(shí)驗(yàn)首先關(guān)閉電阻性開關(guān)，然后打開交流電機(jī)開關(guān)，觀察多功能表的有功功率、無功功率、視在功率以及功率因數(shù)的示數(shù)，并記錄下來。3、驗(yàn)證S、P、Q之間的關(guān)系視在功率（S）、有功功率（P）及無功功率（Q）之間的關(guān)系，可以用功率三角形來表示，如下圖所示。它是一個(gè)直

41、角三角形，兩直角邊分別為Q與P，斜邊為S。S與P之間的夾角為功率因數(shù)角，它反映了該交流電路中電壓與電流之間的相位差（角）。圖7-1 S、P、Q關(guān)系圖各種功率之間有如下關(guān)系式：可以通過實(shí)驗(yàn)過程中的值，畫出相應(yīng)的功率三角形，已驗(yàn)證所得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。五、實(shí)驗(yàn)要求1、學(xué)會(huì)比較阻性負(fù)載以及感性負(fù)載之間的區(qū)別。2、明白各種不同功率的含義及功率三角形中它們的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)八 光伏發(fā)電系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解升壓和降壓電路的原理；2、了解并聯(lián)模塊的工作原理和作用。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備模擬光源，轉(zhuǎn)臺(tái)，太陽能電池板，實(shí)驗(yàn)裝置柜三、實(shí)驗(yàn)原理DC/DC變換器，亦稱直流斬波器，其工作原理是通過調(diào)節(jié)控制開關(guān)，將一種持續(xù)的

42、直流電壓變換成另一種(固定或可調(diào)的)直流電壓，其中二極管起續(xù)流的作用，LC電路用來濾波。DC/DC轉(zhuǎn)換電路可以分多種，從工作方式的角度可分為:升壓式(Boost)、降壓式(Buck)、升降壓式(Buck-Boost)、庫克式(Cuk)。下面就簡(jiǎn)單介紹一下幾種常用的變換器(降壓式變換器、升壓式變換器）以此來分析一下DC/DC轉(zhuǎn)換電路的工作原理。 降壓式變換器圖8-1所示為降壓式變換電路，其輸出電壓平均值VO總是小于輸入電壓Vin，為在開關(guān)S關(guān)斷時(shí)給負(fù)載中的電感電流提供通道，圖中設(shè)置了續(xù)流二極管D。當(dāng)開關(guān)S導(dǎo)通時(shí)，電源Vin向負(fù)載供電，電流流經(jīng)電感L一部分向電容充電，另一部分流向負(fù)載，此時(shí)電路輸出

43、電壓為VO;當(dāng)開關(guān)S關(guān)斷時(shí)，電容放電，電流經(jīng)二極管D續(xù)流，二極管兩端電壓近似為零。通過電感的電流il是否連續(xù)，取決于開關(guān)頻率、濾波電感L和電容C的數(shù)值，通常串接L值較大的電感.這種變換器適合用于太陽能光伏陣列輸出端電壓高而蓄電池電壓低的情況，當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸出電壓平均值為 : 其中，稱為占空比。 圖8-1降壓式變換器電路圖（2）升壓式變換器圖8-2所示為升壓式變換電路，當(dāng)開關(guān)S導(dǎo)通時(shí)，電源向電感儲(chǔ)存能量，電感電流增加，二極管截止，電容C向負(fù)載供電，此時(shí)Vl=Vin 。當(dāng)開關(guān)S截止時(shí)，電感電流減小，釋放能量，由于電感電流不能突變，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)左負(fù)右正，迫使二極管導(dǎo)通，并與電源

44、一起經(jīng)二極管向負(fù)載供電，同時(shí)向電容充電，此時(shí)Vl=Vin-Vo。所以，輸出電壓大于輸入電壓。這種變換器適用于蓄電池電壓高而太陽能光伏輸出電壓低的情況。 圖 8-2 升壓式變換器電路圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、首先，將光伏板引出的兩根線接到能量轉(zhuǎn)換柜的201口、202口，203口接到205口，204口接到206口，209口接到211口，210口接到212口；PWM引出端中的PWM1接到207口，G1接到208口，PWM2接到224，G2接到226， PWM3接到225，G3接到227；2、將并聯(lián)模塊并聯(lián)到209和210兩端，即222口接到209口，223口接到210口；3、打開電源，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)量負(fù)載兩

45、端的電壓，以及蓄電池兩端的電壓，并記錄下來。五、實(shí)驗(yàn)要求1、理解升壓和降壓電路的原理；2、通過測(cè)量的電壓值，試著分析蓄電池的升壓放電和降壓充電過程。實(shí)驗(yàn)九 風(fēng)力發(fā)電原理及組成部分基本認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、對(duì)風(fēng)力發(fā)電的基本原理有所了解；2、了解風(fēng)速對(duì)風(fēng)力發(fā)電裝置的影響；3、對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的構(gòu)成有初步的認(rèn)識(shí)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備風(fēng)力供電裝置、風(fēng)光互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)柜三、實(shí)驗(yàn)原理風(fēng)能供電裝置風(fēng)力供電裝置主要由葉片、輪轂、發(fā)電機(jī)、機(jī)艙、尾舵、側(cè)風(fēng)偏航機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、塔架和基礎(chǔ)、風(fēng)速儀、風(fēng)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(dòng)機(jī)、護(hù)欄、連桿、滾輪、萬向輪、微動(dòng)開關(guān)和接近開關(guān)等設(shè)備與器件組成，如圖9-1所

46、示。圖圖9-1風(fēng)力供電裝置葉片、輪轂、發(fā)電機(jī)、機(jī)艙、尾舵和側(cè)風(fēng)偏航機(jī)械傳動(dòng)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。風(fēng)場(chǎng)由軸流風(fēng)機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)支架、軸流風(fēng)機(jī)框罩、風(fēng)速儀、風(fēng)速儀支架、風(fēng)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)箱體、傳動(dòng)齒輪鏈機(jī)構(gòu)、單相交流電動(dòng)機(jī)、滾輪和萬向輪等組成。風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用尾舵實(shí)現(xiàn)被動(dòng)偏航迎風(fēng)，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)正對(duì)來風(fēng)方向，實(shí)現(xiàn)輸出最大電能。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的工作原理及風(fēng)速的影響風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，主要由風(fēng)力機(jī)(風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能)、發(fā)電機(jī)(機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能)、控制器、電力變換等部分組成。圖92為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)示意圖。圖9-2 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)示意圖從能量轉(zhuǎn)換的角度來看，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組包括兩大部

47、分，一部分是風(fēng)力機(jī)，由它將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能;另一部分是發(fā)電機(jī)，由它將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。一切在氣流中能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)都是風(fēng)能轉(zhuǎn)換的形式，可用于這類機(jī)械轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)就叫風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為特征的風(fēng)力機(jī)得到了最廣泛的應(yīng)用。由于風(fēng)能是隨機(jī)性的，風(fēng)力的大小時(shí)刻變化，必須根據(jù)風(fēng)力大小及電能需要量的變化及時(shí)通過控制裝置來實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)、調(diào)節(jié)(轉(zhuǎn)速、電壓、頻率)、停機(jī)、故障保護(hù)(超速、振動(dòng)、過負(fù)荷等)以及對(duì)電能用戶所接負(fù)荷的接通、調(diào)整及斷開等操作。而且，風(fēng)力機(jī)的實(shí)際輸出功率受到一些條件的限制。風(fēng)力機(jī)啟動(dòng)時(shí)，需要一定的最低扭矩，風(fēng)力機(jī)的啟動(dòng)扭矩不能小于這一最低扭矩，而啟動(dòng)扭矩主要與葉

48、輪安裝角和風(fēng)速有關(guān)，因此風(fēng)力機(jī)有一個(gè)最低工作風(fēng)速。當(dāng)風(fēng)速超過技術(shù)上規(guī)定的最高值時(shí)，基于安全方面的考慮(主要是塔架安全和風(fēng)輪強(qiáng)度)，風(fēng)力機(jī)應(yīng)立即停車，所以每一風(fēng)力機(jī)都要規(guī)定最高風(fēng)速。風(fēng)力機(jī)達(dá)到標(biāo)稱功率輸出時(shí)的風(fēng)速稱為額定風(fēng)速。如果增大發(fā)電機(jī)的額定功率，可以更有效的利用含能量大的高風(fēng)速:如果提高風(fēng)力機(jī)的工作風(fēng)速，在轉(zhuǎn)速變化的情況下，功率按速度的三次方增加，但受發(fā)電機(jī)額定功率的限制，不可增加太多。為使供電頻率穩(wěn)定和出于安全方面的考慮，風(fēng)力機(jī)應(yīng)盡可能以穩(wěn)定的或變化很小的轉(zhuǎn)速工作。所以風(fēng)力機(jī)就不可能在任何風(fēng)速下都以最佳的功率系數(shù)和葉尖速比工作。因此，風(fēng)力機(jī)的額定工作風(fēng)速直接影響風(fēng)力機(jī)的年輸出能量，應(yīng)根據(jù)

49、風(fēng)力機(jī)安裝位置處的年平均可利用風(fēng)速合理確定額定工作風(fēng)速，以達(dá)到最佳的能量生成。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容熟悉風(fēng)能供電裝置及實(shí)驗(yàn)柜上的接口功能，打開風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)風(fēng)速，驗(yàn)證風(fēng)機(jī)的自動(dòng)偏航系統(tǒng)。五、實(shí)驗(yàn)要求對(duì)風(fēng)能發(fā)電裝置的原理有大致了解，并對(duì)風(fēng)速在發(fā)電過程中的作用有一定的認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)十 風(fēng)力發(fā)電充放電試驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解風(fēng)力發(fā)電機(jī)的充放電過程；2、對(duì)蓄電池充電的三個(gè)階段加深認(rèn)識(shí)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備風(fēng)光互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)柜、導(dǎo)線等三、實(shí)驗(yàn)原理風(fēng)機(jī)充電控制部分工作過程如下:正常充電情況下斷給蓄電池充電，當(dāng)蓄電池端電壓充到均充電壓時(shí)，裝置會(huì)進(jìn)入脈寬調(diào)制狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)調(diào)整充電電壓，避免蓄電池過充;而當(dāng)風(fēng)速過大時(shí)，風(fēng)機(jī)端電壓會(huì)變得很高，此時(shí)

50、控制器將發(fā)出脈沖使風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的電能一部分消耗在卸荷裝置上，從而保護(hù)蓄電池，即失速保護(hù)。蓄電池在使用時(shí)根據(jù)所需電壓和電流的要求，進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)組成電池組投入運(yùn)行。蓄電池組一般有三種運(yùn)行方式:充放電制、浮充制、帶有循環(huán)成分的浮充方式。充放電制即循環(huán)制，該工作方式下蓄電池通常是完全放電，然后充電，再完全放電、再充電如此循環(huán)。這種工作方式多用于移動(dòng)型、小容量便攜式蓄電池，如蓄電池車、礦燈等;浮充工作方式下的蓄電池組同整流設(shè)備并聯(lián)安裝在負(fù)載回路上。平時(shí)用電設(shè)備所需的電流全部由整流設(shè)備供給。蓄電池保持少量的充電電流，同時(shí)在負(fù)載上起平滑濾波的作用，只要蓄電池電壓低于直流供電外電源，外電源就會(huì)給蓄電池充

51、電。當(dāng)整流設(shè)備故障或外電源電力不足時(shí)，再啟用蓄電池對(duì)負(fù)荷供電，直至整流設(shè)備恢復(fù)正?；蛲怆娫措娏Τ渥銜r(shí)為止，這樣就保證了對(duì)負(fù)荷的不間斷供電。浮充制用于固定蓄電池組，可進(jìn)行直流供電，或者作為直流升壓、事故照明、信號(hào)指示、遙控遙供以及需要不間斷供電的通信設(shè)備;另外有一些蓄電池的運(yùn)行制度不太典型，例如汽車、摩托車、內(nèi)燃機(jī)車用起動(dòng)型蓄電池，就是帶有循環(huán)成分的浮充方式。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、利用風(fēng)力發(fā)電向蓄電池進(jìn)行充電實(shí)驗(yàn)（1）實(shí)驗(yàn)裝置圖如下圖所示，按照?qǐng)D將連線連接好；（2）打開軸流風(fēng)機(jī)，使其產(chǎn)生風(fēng)能；（3）已知模擬電池電壓為12V，觀察直流電流表，看是否有現(xiàn)象，并分析原因.圖11-1充放保護(hù)實(shí)驗(yàn)接線圖圖11-

52、1充放保護(hù)實(shí)驗(yàn)接線圖2、欠壓保護(hù)實(shí)驗(yàn)如圖所示，將線連接好,圖中模擬電池電壓為5V,圖11-2 過放保護(hù)實(shí)驗(yàn)接線圖圖11-2 過放保護(hù)實(shí)驗(yàn)接線圖觀察電流表，分析此時(shí)控制器對(duì)蓄電池的工作方式，指出發(fā)生這種現(xiàn)象的原因。實(shí)驗(yàn)十一 風(fēng)力發(fā)電最大功率點(diǎn)追蹤實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解在風(fēng)力發(fā)電過程中最大功率點(diǎn)的基本的追蹤方法；2、對(duì)風(fēng)力發(fā)電過程中的功率控制策略有所認(rèn)識(shí)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備風(fēng)光互補(bǔ)裝置柜、導(dǎo)線、風(fēng)力供電裝置三、實(shí)驗(yàn)原理與太陽能電池板一樣，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出也存在一個(gè)最大功率點(diǎn)，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)若要捕獲最大的風(fēng)能必須根據(jù)風(fēng)速的變化對(duì)風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，即實(shí)現(xiàn)MPPT控制，這就產(chǎn)生了變速發(fā)電的運(yùn)行模式

53、。而變速發(fā)電的實(shí)質(zhì)是在風(fēng)速隨機(jī)變動(dòng)時(shí)又要獲得最大的風(fēng)能。因此，MPPT控制在風(fēng)力發(fā)電中具有舉足輕重的地位。 由風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電動(dòng)原理可知，當(dāng)輸入的機(jī)械功率大于其輸出電 功率時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速將要增加。反之，轉(zhuǎn)速下降。因此，可通過控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率完成對(duì)輸出電功率的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)控制電路驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比就可實(shí)現(xiàn)輸出功率控制，從而間接達(dá)到控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。目前應(yīng)用于獨(dú)立風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制技術(shù)主要有最大功率給定法、擾動(dòng)觀察法以及電導(dǎo)增量法。在這里，我們對(duì)最大功率給定法及擾動(dòng)觀察法進(jìn)行一下基本的介紹。最大功率給定法其基本原理是通過測(cè)量風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速來推測(cè)風(fēng)力機(jī)的最佳葉尖速比，根

54、據(jù) 與風(fēng)機(jī)的最大輸出功率 的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可得到 ，將 作為發(fā)電機(jī)功率的給定 ，與系統(tǒng)輸出的實(shí)際功率進(jìn)行比較，其誤差通過PID 調(diào)節(jié)后產(chǎn)生 PWM信號(hào)來調(diào)節(jié)DC/DC變換器的占空比而實(shí)現(xiàn)MPPT控制,最大功率給定法控制 框如下圖所示。圖11-1最大功率給定法控制框圖 與有如下關(guān)系： 式中： 為空氣密度； 為最大風(fēng)能利用系數(shù)；R為風(fēng)輪機(jī)半徑； 為風(fēng)輪機(jī)的角速度?？刂七^程中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速可以根據(jù)輸出交流電壓頻率與轉(zhuǎn)速之間關(guān)系獲得。整個(gè)系統(tǒng)無需機(jī)械傳感器，提高了可靠性。擾動(dòng)觀察法基本原理與太陽能電池板的擾動(dòng)法原理大致相同。方法實(shí)現(xiàn)上可以周期性地增加或減少發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，或者周期性地改變DC/DC變換電路驅(qū)動(dòng)信

55、號(hào)的占空比，然后比較輸出功率的變化，再進(jìn)行下一周期控制對(duì)象的增減動(dòng)作。 這種方法優(yōu)點(diǎn)有自動(dòng)跟隨與自適應(yīng)的能力；不需測(cè)風(fēng)速儀器；不必知道風(fēng)力發(fā)電機(jī)確切的參數(shù)及功率特性。缺點(diǎn)：即使在風(fēng)速穩(wěn)定時(shí)，輸出功率也會(huì)有小幅度的波動(dòng)。但由于風(fēng)力發(fā)電部分受風(fēng)速的隨機(jī)性影響，其輸出沒有必要也不可能保證高的精度與穩(wěn)定，因此適用范圍不會(huì)受太大影響，總體來說是一種效果較好的控制方案。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容五、實(shí)驗(yàn)要求掌握風(fēng)能發(fā)電裝置最大功率點(diǎn)的尋找方式，并與光能發(fā)電裝置的最大功率點(diǎn)的跟蹤方法進(jìn)行比較，也可以查閱相關(guān)資料，了解其他的跟蹤功率點(diǎn)的方式。實(shí)驗(yàn)十二 PLC控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解PLC的結(jié)構(gòu)和原理；2.了解PLC對(duì)光

56、源、光伏板自動(dòng)和手動(dòng)以及鼓風(fēng)機(jī)來回移動(dòng)的控制功能。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)柜、導(dǎo)線等三、實(shí)驗(yàn)原理S7-200 PLC的實(shí)物圖如下：圖12-1 PLC實(shí)物圖PLC組成部分圖12-2 s7-200 PLC系統(tǒng)組成S7-200 PLC的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有：輸出信號(hào)類型、電源輸出、基本I/O、存儲(chǔ)安全、高速反應(yīng)、模擬電位器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘。（2）s7-200 PLC的工作原理。S7-200在掃描循環(huán)中完成一系列任務(wù)。任務(wù)循環(huán)執(zhí)行一次稱為一個(gè)掃描周期。S7-200的工作過程如圖4所示。在一個(gè)掃描周期中，S7-200主要執(zhí)行下列五個(gè)部分的操作：（）讀輸入：S7-200從輸入單元讀取輸入狀態(tài)，并存入輸入映像寄存器中。（）執(zhí)行

57、程序：CPU根據(jù)這些輸入信號(hào)控制相應(yīng)邏輯，當(dāng)程序執(zhí)行時(shí)刷新相關(guān)數(shù)據(jù)。程序執(zhí)行后，S7-200將程序邏輯結(jié)果寫到輸出映像寄存器中。（）處理通訊請(qǐng)求：S7-200執(zhí)行通訊處理。（）執(zhí)行CPU自診斷：S7-200檢查固件、程序存儲(chǔ)器和擴(kuò)展模塊是否工作正常（）寫輸出：在程序結(jié)束時(shí)，S7-200將數(shù)據(jù)從輸出映像寄存器中寫入把輸出鎖存器，最后復(fù)制到物理輸出點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。（3）S7-200 CPU的擴(kuò)展模塊 當(dāng)主機(jī)的I/O點(diǎn)數(shù)不夠用或需要進(jìn)行特殊功能的控制時(shí)，通常要進(jìn)行I/O的擴(kuò)展。I/O擴(kuò)展包括I/O點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展和功能模塊的擴(kuò)展。不同的CPU有不同的擴(kuò)展規(guī)范， 它主要受CPU的尋址能力限制。在使用時(shí)可參

58、考西門子S7-200的系統(tǒng)手冊(cè)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、控制光源（1）首先，將I0.4口接到燈光控制模塊的自動(dòng)，I0.0接到手動(dòng)，I0.1接到燈1開關(guān)，I0.2接到燈2開關(guān)，I0.3接到燈3開關(guān)；Q0.1接到燈1指示，Q0.2接到燈2指示，Q0.3接到燈3指示。（2）打開總電源開關(guān)和PLC電源開關(guān)，輸入PLC程序，將燈光控制模式選擇撥到手動(dòng)，通過按按鈕，觀察燈的變化情況；然后將燈光控制模式選擇撥到自動(dòng)，觀察燈的變化情況。2、控制光伏板自動(dòng)和手動(dòng)（1）首先，光源方面接線如上面所示。（2）其次，將I0.5口接到光伏板控制模塊的手動(dòng)，I0.6接到自動(dòng)，I0.7接到向上，I1.0接到向下，I1.1接到向左，I1.

59、2接到向右；I1.7接到上-下，I 2.0接到下-上，I2.1接到東-西， I2.2接到西-東；I1.3接到上，I1.4接到下，I1.5接到左，I1.6接到右；Q0.7接到光伏電機(jī)控制信號(hào)的上-下，Q1.0接到下-上，Q1.1接到東-西，Q1.2接到西-東。（3）打開總電源開關(guān)和PLC電源開關(guān)，輸入PLC程序，將光伏板控制模式選擇撥到手動(dòng)，分別按向上、向下、向左、向右按鈕，并觀察光伏板的移動(dòng)方向；然后將光源開關(guān)打開，光伏板控制模式選擇撥到自動(dòng)，觀察光伏板跟蹤光源的靈敏情況。3、控制鼓風(fēng)機(jī)來回移動(dòng) （1）首先，將I2.3接到左，I2.4接到右；Q1.3接到向左，Q1.4接到向右。 （2）打開總電

60、源開關(guān)和PLC電源開關(guān)，輸入PLC程序，按向左、向右按鈕，觀察鼓風(fēng)機(jī)的移動(dòng)過程，并測(cè)試一下行程開關(guān)。實(shí)驗(yàn)十三 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電逆變?cè)韺?shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、理解風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電逆變過程的基本原理；2、通過觀察相應(yīng)波形，對(duì)逆變形式有更形象的認(rèn)識(shí)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)柜，示波器，電壓表，電流表等三、實(shí)驗(yàn)原理 SPWM技術(shù)目前已經(jīng)在實(shí)際中得到普遍應(yīng)用，尤其在逆變器電路中的應(yīng)用最為廣泛，經(jīng)過長(zhǎng)期的發(fā)展，大致可分為電壓SPWM、電流SPWM和電壓矢量SPWM。 PWM控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，即通過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要的波形。SPWM波形就是脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化和正弦波等效的P