ZR-PV25風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)
（參考圖） 一、風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)-概述： 風光互補發(fā)電實訓裝置主要由模擬光源跟蹤裝置、模擬風能裝置、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計、安裝、調(diào)試的風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)。
二、設備組成：
實訓設備主要由模擬光源跟蹤裝置、模擬風能裝置、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，
該設備采用模塊式結(jié)構(gòu)，各裝置和系統(tǒng)具有獨立的功能，可以組合成光伏發(fā)電實訓平臺、風力發(fā)電實訓平臺。
（1）設備尺寸： 模擬光源跟蹤裝置： 2000mm×1500mm×2000mm
模擬風能裝置： 1300mm×1100mm×2600mm
實訓柜（4個）： 3200mm×650mm×2000mm
（2）場地面積：25平方米
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動機構(gòu)、擺桿、擺桿減速箱、擺桿支架、單相交流電動機、電容器、直流電動機、接近開關(guān)、微動開關(guān)、底座支架等設備與器件組成，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。電動機旋轉(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。水平和俯仰方向運動機構(gòu)由水平運動減速箱、俯仰運動減速箱、直流電動機、接近開關(guān)和微動開關(guān)組成。直流電動機旋轉(zhuǎn)時，水平運動減速箱驅(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)用于光伏電池方陣位置的限位和保護。
（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×28mm
2、模擬風能裝置
（1）、模擬風能裝置的組成
模擬風能裝置主要由葉片、輪轂、發(fā)電機、機艙、尾舵、側(cè)風偏航控制機構(gòu)、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、連桿、滾輪、萬向輪、微動開關(guān)和接近開關(guān)等設備與器件組成。
葉片、輪轂、發(fā)電機、機艙、尾舵和側(cè)風偏航控制機構(gòu)組裝成水平軸永磁同步風力發(fā)電機，安裝在塔架上。軸流風機支架、軸流風機框罩、測速儀、測速儀支架、傳動齒輪鏈機構(gòu)、單相交流電動機、滾輪和萬向輪等組成。軸流風機和軸流風機框罩安裝在風場運動機構(gòu)箱體上部，傳動齒輪鏈機構(gòu)、單相交流電動機、滾輪和萬向輪組成風場運動機構(gòu)。
風力發(fā)電機利用尾舵實現(xiàn)被動偏航迎風，使風力發(fā)電機輸出最大電能。測速儀檢測風場的風量，當風場的風量超過安全值時，側(cè)風偏航控制機構(gòu)動作，使尾舵?zhèn)蕊L45º，風力發(fā)電機葉片轉(zhuǎn)速變慢。當風場的風量過大時，尾舵?zhèn)蕊L90º，風力發(fā)電機處于制動狀態(tài)。
3、模擬能源控制系統(tǒng)
3.1 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)，可以進行手動或自動運行光伏電池組件雙軸跟蹤、燈狀態(tài)、燈運動操作。
（3）ARM控制單元和接口單元
蓄電池的充電過程及充電保護由ARM控制單元、接口單元及程序完成，蓄電池的放電保護由ARM控制單元、接口單元及繼電器完成，當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，繼電器常閉觸點斷開，切斷蓄電池的放電回路。
3.2 風力供電單元
（1）風力供電單元的組成
風力供電單元主要由風電電源控制單元、風電輸出顯示單元、觸摸屏、風力供電控制單元、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)，可以進行手動或自動可變風向操作。
可變風量是由變頻器控制軸流風機實現(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，軸流風機轉(zhuǎn)速在0至額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變化，實現(xiàn)可變風量輸出。
（3）ARM控制單元和側(cè)風偏航
風力發(fā)電機風輪葉片在氣流作用下產(chǎn)生力矩驅(qū)動風輪轉(zhuǎn)動，通過輪轂將扭矩輸入到傳動系統(tǒng)。當風速增加超過額定風速時，風力發(fā)電機風輪轉(zhuǎn)速過快，發(fā)電機可能因超負荷而燒毀。
對于定槳距風輪，當風速增加超過額定風速時，如果氣流與葉片分離，風輪葉片將處于"失速"狀態(tài)，風力發(fā)電機不會因超負荷而燒毀。
對于變槳距風輪，當風速增加時，可根據(jù)風速的變化調(diào)整氣流對葉片的攻角。當風速超過額定風速時，輸出功率可穩(wěn)定地保持在額定功率上。特別是在大風的情況下，風力機處于順槳狀態(tài)，使槳葉和整機的受力狀況大為改善。
小型風力發(fā)電機多數(shù)是定槳距風輪，在大風的情況下，采用側(cè)風偏航控制使氣流與葉片分離，使風輪葉片處于"失速"狀態(tài)，安全地保護風力發(fā)電機。另外，還可以通過側(cè)風偏航控制風力發(fā)電機保持恒定功率輸出。
3.3 風力供電單元
（1） 風力供電單元的組成
風力供電單元主要由風電電源控制單元、風電輸出顯示單元、觸摸屏、風力供電控制單元、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)，可以進行手動或自動可變風向操作。
可變風量是由變頻器控制軸流風機實現(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，軸流風機轉(zhuǎn)速在0至額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變化，實現(xiàn)可變風量輸出。
（3） ARM控制單元和側(cè)風偏航
風力發(fā)電機風輪葉片在氣流作用下產(chǎn)生力矩驅(qū)動風輪轉(zhuǎn)動，通過輪轂將扭矩輸入到傳動系統(tǒng)。當風速增加超過額定風速時，風力發(fā)電機風輪轉(zhuǎn)速過快，發(fā)電機可能因超負荷而燒毀。
對于定槳距風輪，當風速增加超過額定風速時，如果氣流與葉片分離，風輪葉片將處于"失速"狀態(tài)，風力發(fā)電機不會因超負荷而燒毀。
對于變槳距風輪，當風速增加時，可根據(jù)風速的變化調(diào)整氣流對葉片的攻角。當風速超過額定風速時，輸出功率可穩(wěn)定地保持在額定功率上。特別是在大風的情況下，風力機處于順槳狀態(tài)，使槳葉和整機的受力狀況大為改善。
小型風力發(fā)電機多數(shù)是定槳距風輪，在大風的情況下，采用側(cè)風偏航控制使氣流與葉片分離，使風輪葉片處于"失速"狀態(tài)，安全地保護風力發(fā)電機。另外，還可以通過側(cè)風偏航控制風力發(fā)電機保持恒定功率輸出。
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，主要參數(shù)：
容量 12V 24Ah
重量 1.9kg
尺寸 345mm×195mm×20mm
4、并網(wǎng)逆變、負載控制系統(tǒng)
（1）系統(tǒng)的組成
逆變與負載系統(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、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）逆變與負載系統(tǒng)主電路
逆變與負載系統(tǒng)主要由逆變器、交流調(diào)速系統(tǒng)、逆變器測試模塊、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。本實訓裝置使用的逆變器由DC-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、鍵盤、鼠標、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
a) 通信
監(jiān)控系統(tǒng)與控制器、PLC、儀表進行通信。
b) 界面
(1)、 監(jiān)控系統(tǒng)具有主界面，模擬能源控制系統(tǒng)界面，風力供電單元界面，逆變與負載系統(tǒng)界面，風光互補能量轉(zhuǎn)換界面，分別顯示各自的運行狀態(tài)參數(shù)。
(2)、 模擬能源控制系統(tǒng)界面設置相應的按鈕，實現(xiàn)光伏電池方陣自動跟蹤。
(3)、 風力供電單元界面設置相應的按鈕，實現(xiàn)風力發(fā)電機側(cè)風偏航控制。
(4)、 具有光伏發(fā)電采集報表和風力發(fā)電集報表，記錄光伏輸出電壓、電流，風力發(fā)電機的輸出電壓、電流；逆變與負載系統(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、風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)-主要實驗實訓內(nèi)容 1、太陽能電池板追日跟蹤系統(tǒng)
2、光伏組件伏安特性測試
3、太陽能電池組件與蓄電池選擇
4、風力機特性仿真
5、光伏陣列最大功率跟蹤算法
6、逆變器工作原理實訓
7、逆變器參數(shù)設置與電能質(zhì)量分析
8、太陽能發(fā)電系統(tǒng)運行與調(diào)試
9、風光互補發(fā)電系統(tǒng)運行與調(diào)試
10、能源監(jiān)控管理系統(tǒng)組態(tài)設計