風光互補發電實訓系統平臺

一、產品要求
風光互補發電實訓系統平臺要求采用單元化獨立網孔面板結構，模塊化功能設計，既可以組成獨立的光伏發電系統或風力發電系統，也可以組成風光互補發電系統，成為學習光伏發電和風力發電的綜合性實訓平臺。風力發電由模擬風場與帶有尾舵偏航裝置的風力發電機組成，尾舵偏航控制與風場運動均由三菱PLC自動化控制實現。光伏發電由模擬光源與跟蹤系統組成，模擬光源采用擺臂式，手動或自動化模擬太陽從升起到日落過程，電池板采用4塊獨立單晶電池組件組成，跟蹤裝置采用雙軸二維跟蹤系統，既可手動跟蹤，也可PLC自動傳感器跟蹤，使光伏組件正對光源輸出最大功率；環境采集模塊可以實時采集電池組件表面的光照強度、溫度及濕度，方便測試環境變化對光伏發電性能的影響；儀表單元實時采集系統發用電信息，并傳遞給組態觸摸屏，進行綜合監測；匯流單元將電池組件串并后匯成一路輸出，并具有防反、過流與防雷功能；光伏控制器、風機控制器與離網逆變器采用原理與結構外露的形式，核心驅動板采用STM32F103ZET6的高性能ARM處理器進行控制，控制器采用先進的PWM充電技術，逆變器采用高頻隔離的全橋正弦逆變拓撲結構，所有驅動信號波形可在線進行測試，方便學生更加深入了解控制器和逆變器的結構與原理。上位機采用17寸的工業控制計算機，通過上位機軟件對系統發用電數據進行報表存儲、查詢和打印。
二、系統主要參數要求
（1）系統供電電源：AC220V±10%、50HZ、<1.2KVA；帶電源指示，急停控制及漏電保護。
（2）系統輔助電源：明緯DC24V/3A×2；明緯DC5V/2A×2。
（3）太陽能電池組件：單晶組件，最大輸出功率20W，工作電壓17.6V，工作電流1.14A，數量4塊，尺寸(450×430×25mm）。
（4）模擬光源：飛利浦500W鹵鎢燈×2，由紫光蝸桿減速機擺動，模擬太陽升起至日落運動，運動角度110±5°。
（5）模擬光源拖動電機：紫光交流電機，電源AC220V±10%、50HZ；額定輸出功率90W、額定轉速1350rpm。
（6）模擬光源拖動減速機：紫光減速機，減速比3000:1。
（7）光伏跟蹤傳感器：采用四象限高精度光敏傳感器結構，6路模擬量信號輸出，輸出電壓0-5V。跟蹤傳感器探頭采用無色透明外殼，方便學生觀察學習。
（8）太陽能跟蹤系統：采用雙軸二維跟蹤方式，水平270±5°，俯仰75±5°，精度±0.5°；DC24V直流同步電機驅動，額定轉速10rpm。
（9）太陽能跟蹤控制單元：手動/自動模擬光源運動與光伏跟蹤控制采用三菱PLC主控模塊。
（10）光照及溫濕度傳感器模塊：光照度0-20K(LUX)、精度1%，溫度-40-80℃、精度±0.5℃，濕度0-99.9%RH、精度±3%RH，隔離RS485信號輸出。
（11）水平軸永磁同步風力發電機：最大輸出功率310W、輸出電壓12V、葉片直徑1.3m、葉片數量3片、啟動風速2m/s、額定風速13m/s、安全風速40m/s。
（12）尾舵偏航系統：風力發電機采用尾舵迎風與側風偏航控制，偏航角度為45°和90°；偏航采用DC24V直流同步電機驅動，額定轉速10rpm。
（13）模擬風源：采用變頻軸流通風機，額定電壓380V、額定頻率50HZ、額定功率0.37KW、額定轉速1400rpm；電機采用三菱FR-D720S-0.4K-CHT變頻器驅動。
（14）模擬風場：模擬風源在電機拖動下繞風力發電機做圓弧運動，運動角度60±5°。
（15）模擬風場拖動電機：電源AC220V±10%、額定頻率50HZ、額定輸出功率100W、額定轉速1400rpm、減速比140：1。
（16）模擬風場控制單元：手動/自動風場運動與尾舵偏航控制采用三菱PLC主控模塊。
（17）風速傳感器：測量模擬風源風速，脈沖輸出，電源DC5V，輸出1.5脈沖m/s。
（18）光伏匯流單元：2路光伏輸入1路光伏輸出；具有防反、防雷、過載保護等。
（19）儀表顯示單元：2個直流電壓表DC0-50V；2個直流電流表DC0-5A；1個交流電壓表AC0-300V；1個交流電流表AC0-2A；隔離RS485信號輸出。
（20）蓄電池組：天能鉛酸電池12V/12AH ×2（塊）。
（21）太陽能控制器：額定電壓DC12V、額定電流DC5A、PWM(脈沖寬度調制)方式充電；微控制器采用ARM內核32位高性能大容量STM32F103ZET6芯片；軟件基于C語言嵌入式實時操作系統（RTOS）開發，電路模塊化開放設計，方便進行充電波形與電路電氣測試；具有充放電指示、電池狀態指示、溫度補償等功能；具有蓄電池反接、夜間防反沖、防雷、光伏限流、過充、過放、負載過載、短路等保護功能；具有RS485隔離通訊和RS232通訊功能。
（22）風機控制器：額定電壓DC12V(整流)、最大電流25A、PWM(脈沖寬度調制)方式充電；微控制器采用ARM內核32位高性能大容量STM32F103ZET6芯片；軟件基于C語言嵌入式實時操作系統（RTOS）開發，電路模塊化開放設計，方便進行充電波形與相關電路電氣測試；具有風速檢測、偏航控制信號或剎車信號輸出功能；具有充放電指示、電池狀態指示、溫度補償等功能；具有蓄電池反接、防雷、風機限流、過充、過放、負載過載、短路等保護功能；具有RS485隔離通訊和RS232通訊功能。
（23）離網逆變器：輸入電壓DC12V；輸出AC220V±10%、50HZ、300VA、純正弦波；輸入輸出采用高頻變壓器隔離；微控制器采用ARM內核32位高性能大容量STM32F103ZET6芯片；軟件基于C語言嵌入式實時操作系統（RTOS）開發，電路模塊化開放設計，方便進行升壓驅動波形、SPWM逆變驅動波形、逆變輸出電壓電流波形與相關電路電氣測試；具有過欠壓關斷、過載等保護功能。具有RS485隔離通訊和RS232通訊功能。
（24）負載
直流阻性負載：3W高亮度LED燈。
直流感性負載：2.8W直流風扇。
交流阻性負載：15W交流警示燈。
交流感性負載：三菱FR-D720S-0.4K-CHT變頻器驅動25W交流調速電機。
功率電阻模塊：0-2000歐連續可調,功率120W,帶刻度盤，數量2個。
（25）組態觸摸屏：采用三菱觸摸屏GT2310-VTBA；實時監測系統發電、用電與環境參數等信息；具有歷史曲線顯示。
（26）工控機：采用臺灣威強電17〞電阻式觸摸屏工控一體機；1.6G主頻、1G內存、300G硬盤、內置無線WiFi、WindowsXP/Windows7操作系統；具有4路USB輸出、2路RS232接口、1路RS232/RS485接口。
（27）工控機監控軟件：基于C#語言開發，采用嵌入式SQLite數據庫實時存儲數據；實時監測并存儲系統發電、用電與環境參數等信息，實時對模擬光源、光伏跟蹤、模擬風場與側風偏航進行遙控；具有曲線顯示、歷史報表查詢、EXCEL文檔輸出、打印等功能。
電源分析系統：
光伏電池模塊和風力輪機產生的能量通過功率調節器后直流電將轉換為交流電。蓄電池的充電控制單元對電能進行轉換，最大限度降低這些轉換中的損耗可以提升整個能源系統的效率。能夠提供多個通道的功率輸入，可以測量每個轉換器之前和之后的電壓、電流、功率和( 交流) 頻率，以及轉換器效率和充電效率。
（27）系統安全：具有漏電、過載、短路、接地等保護功能。
（28）外形尺寸：158×110×155mm(光伏跟蹤裝置)/ 2700×1800×1600mm（模擬風場裝置）/940×620×1940mm（網孔單元裝置×4組)
三、主要實驗實訓內容
（1) 離網型風光互補發電系統規劃；
（2) 根據功率要求，光伏電池組件的選擇、安裝和連接；
（3) 根據功率要求，風力發電機的選擇、安裝和連接；
（4) 光伏電池組件最大功率跟蹤程序設計；
（5) 風力發電機最大功率跟蹤的程序設計；
（6) 蓄電池容量匹配計算與選型；；
（7) 蓄電池充放電參數設置、保護參數設置；
（8) 逆變器參數設置；
（9) 監控系統組態及操作；
（10)光伏供電系統的調試；
（11)風力供電系統的調試；
（12)風光互補發電系統的調試；
（13)電能質量的監測、調試和分析。