风光互补发电教学实验实训平台是集于太阳能发电及风力发电为一体的新型教学实验系统。可完成风力发电和太阳能发电及基站的供电及并网逆变电源系统集成的相关实验及教学演示。可以帮助学生,进一步理解风力发电及太阳能光伏发电系统的理念、系统集成原理、单元组成、部件认知等方面的学习和工程实际应用技能。
一、产品特点
◆ 系统实验平台集成了室内温/湿度仪,风速测量、光照度测量系统,让使用者操作起来更直观。
◆ 系统采用32位数字化DSP技术,对蓄电池充放电进行全智能化的管理。
◆ 系统DC-AC并网同步电源,采用高频脉冲调制技术。具有小体积、高效率及高功率因数输出。
◆ 系统面板上采用直观的数字表和液晶显示,让用户了解当前系统工作状态。
◆ 系统上的离网电源可以为用户提供交流110V/220V纯正弦波交流电能。
◆ 风光互补并网发电实训系统,可以让实训学生自行拆装移动,使用简便、无噪音、无污染。
◆ 系统增加市电与风光互补发电切换模块,让实验更具操作性。
◆ 增加分布式供电原理与实验电路,让学生增加对新知识的理解
二、 技术规格参数
1、系统规格
◆ 系统工作电压:12/24V DC 220VAC
◆ 系统最大电流:10A
◆ 系统最大功率:500W
2、单晶硅太阳能电池规格
◆ 组件尺寸(L*W*H):536*477*28mm×4
◆ 最佳功率:25W
◆ 最佳工作电压:17.05±0.5V
◆ 最佳工作电流:1.43±0.10A,
◆ 短路电流:1.6±0.10A,
◆ 开路电压:21.0±0.5V
太阳能电池
3、风机力发电机参数
◆ 额定功率:400(W)
◆ 额定电压:12/24(V)
◆ 额定电流:33.3/16.7(A)
◆ 风轮直径:1.5(m)
◆ 启动风速:2.5(m/s)
◆ 额定风速:9.6(m/s)
◆ 安全风速:35(m/s)
◆ 发电机工作形式:永磁同步发电机
◆ 风叶旋转方向:顺时针
◆ 风叶数量:3(片)
◆ 风叶材料:玻璃增强聚丙烯材料
◆ 电机材料:铝合金&不锈钢
永磁同步风力发电机
4、模拟风洞模块
◆ 风量:32073 mз/h
◆ 风压:388Pa
◆ 转速:1450 r/min
◆ 功率:5.0kW
模拟风洞
5、风光互补控制器规格
◆ 工作电压:12VAC
◆ 充电功率:400W
◆ 充电方式:PWM脉宽调制
◆ 充电最大电流 35A
◆ 过放保护电压 11V
◆ 过放恢复电压 12.6V
◆ 输出保护电压 16V
◆ 卸载开始电压(出厂值)15.5V
◆ 卸载开始电流(出厂值) 15A
◆ 控制器设有蓄电池过充、过放电保护、蓄电池开路保护、负载过电压保护、夜间防反充电保护、输出短路保护、电池接反保护、欠压和过压防震荡保护、均衡充电、温度补偿、光控开关功能;
◆ 负载为100W以下的12V/24V直流负载,控制单元一通道为常开输出,另一通道为多类定时输出(光控开、光控关,定时开、定时关,)。
风光互补控制器
6、离网逆变电源
◆ 直流输入电压:10.8~16.8VDC
◆ 额定蔬出功率:300W
◆ 输出电压:110VAC
◆ 输出波形:纯正弦波
◆ 输出频率:50Hz
◆ 工作效率:85%
◆ 功率因数:>0.88
◆ 波形失真率≤5%
◆ 工作环境:温度-20℃~50℃
◆ 相对湿度:﹤90﹪(25℃)
◆ 保护功能:极性反接、短路、过热、过载保护
离网逆变电源
7、并网同步逆变电源
◆ AC标准电压范围: 90V-140V/180V-260VAC
◆ AC频率范围: 55Hz~63Hz/45Hz~53Hz
◆ 输出电流总谐波失真: THDIAC <5%
◆ 相 位 差: <1%
◆ 岛效应保护: VAC;f AC
◆ 输出短路保护: 限流
◆ 显示方式: LED
◆ 待机功耗: <2W
◆ 夜间功耗: <1W
◆ 环境温度范围: -25 ℃~60℃
◆ 环境湿度: 0~99%(Indoor Type Design)
并网同步逆变电源
8、太阳能电池自动跟踪模块
◆ 跟踪方式:双轴全自动跟踪
◆ 跟踪精度:±1°
◆ 水平回转角度:360°
◆ 俯仰角度:180°
◆ 传动机构自重:8Kg (不含支架与电池板)
◆ 最大承重:25Kg(可装120W以下的电池板)
◆ 电机供电电源:DC 12V
◆ 控制器供电电源:DC 12V
◆ 系统年平均耗电量:0.1W
◆ 抗风等级:10级
◆ 工作高度1695㎜,最低工作高度1500㎜,承载8㎏,净重1.8㎏,
◆ 模拟小太阳模块:220VAC 150W金卤灯或500W自然色投光灯
双轴跟踪支架
9、测风系统模块
◆ 测量范围 风速:0~60m/s 风向:0~360°
◆ 精 度 ±0.1m/s ± 3°
◆ 工作电源:AC 220V±20% 50HZ, DC24V、12V、5V或其他供电。
◆ 记录间隔: 1分钟~240分钟连续可设置
◆ 内部存储: 4M bit
◆ 通讯接口: RS-232/485/USB通讯
◆ 环境温度: -40℃~50℃
◆ 转速传感器:0~5000 风力发电机转速检测显示(室内)
测风系统
10、电表规格
◆ 电流表:× 3个,2A, 显示模式︰0.5”LED
◆ 电压表:× 3个,20V,显示模式︰0.5”LED
◆ 温度表:× 1个,0~99.9℃
11、负载:
◆ 风扇:×1个,额定电压:12/24V,工作电流:0.25A,功率:3W
◆ 交通灯:2组(R,G,B),额定电压:12V,工作电流:0.25A,功率:3W
◆ 蜂鸣器:×1个
◆ 马达:×1个,额定电压:12/24V,工作电流:0.25A,功率:3W
◆ 交流线性电阻负载:3~15~120W
◆ 直流模拟负载:12V/24V/28WLED路灯板
12、电池:阀控式密封铅酸蓄电池
◆ 额定电压:12V
◆ 额定容量:100Ah
◆ 充电方法(恒压),循环︰最大充电电流为5.6A
13、无线监控:
高性能风光互补智能控制器,含PC端Zigbee无线监控模块,与太阳能教学模块Zigbee发射模块,透过IEEE802.15.4标准无线协定截取I(电流)V(电压)值至PC端显示以便监控。
14、系统外形尺寸;长1400×宽550×高1700(㎜)附滚轮方便推动至户外教学。
15、监控软件
◆ PC监控模块:监控主机、监控软件。
◆ 显示内容:蓄电池电压、风机电压、光伏电压、风机电流、光伏电流、风机功率、光伏功率,能量模拟图,当前风速(米/秒),当前风向(度),当前风力资源平估。
三、 教学及研究实训项目
1、永磁同步风力发电机系统运行过程风能量变换演示和实验
实验1、 风速即转速与与出功率关系实验
实验2、发电机转速与输出电压关系实验
实验3、发电机转速与输出电流关系实验
实验4、发电机转速与输出电压频率关系实验
实验5、风速即转速与与出功率关系实验
实验6、发电机转速与输出电压关系实验
实验7、发电机转速与输出电流关系实验
实验8、发电机转速与输出电压频率关系实验
2、太阳能电池控制运行过程光能量变换演示和实验
实验1、光伏电池的伏安特性;
实验2、光伏发电的负载特性测试;
实验3、光伏电池输出功率与入射角的关系;
实验4、输出功率与光照强度的关系;
实验5、最大功率点跟踪实验测试;
实验6、控制器原理实验;
实验7、蓄电池充放电控制实验;
实验8、蓄电池保护实验;
实验9、光伏阵列设计实验;
实验10、太阳能照明系统设计;
实验11、太阳能系统电器负载实验;
实验12、综合实验;
实验13、追日实验;
四、 风光互补发电测量与控制实训系统主要设备清单
序号 |
名 称 |
型 号 |
数 量 |
单 位 |
价 格 |
1 |
风光互补实训系统主操作台 |
|
1 |
台 |
|
2 |
400W永磁同步发电机 |
|
1 |
台 |
|
3 |
模拟风洞系统 |
|
1 |
只 |
|
4 |
风速仪(含支架) |
|
1 |
台 |
|
5 |
风向仪(含支架) |
|
1 |
台 |
|
6 |
5.0KW矢量变频器 |
|
1 |
台 |
|
7 |
100W太阳能电池组件模块 |
|
1 |
套 |
|
8 |
蓄电池组100Ah |
|
4 |
组 |
|
9 |
实验附件 |
|
1 |
套 |
|
10 |
上位软件 |
|
1 |
套 |
|
KH-T15光伏发电设备安装与调试实训系统
一、概述
设备由光源模拟跟踪装置、光源模拟跟踪控制系统、能量转换控制存储系统、离网逆变负载系统、监控系统五个部分组成,各功能部分通过通讯电缆和连接电缆进行连接,形成一套能够展示并动手设计、安装、调试的太阳能光伏发电工厂应用的设备。
二、技术参数:
1、设备尺寸:4500×800×2000mm
2、占用场地面积:16平方米
3、设备组成部分:光源模拟跟踪装置、光源模拟控制系统、能量转换控制存储系统、离网逆变负载系统、监控系统、辅助仪器设备。
(1)光源模拟跟踪装置
光源模拟跟踪装置及控制系统由光源模拟跟踪装置和光源模拟跟踪控制系统组成,如图2所示。该系统由太阳能电池组件、模拟太阳光灯、太阳能模拟追日跟踪传感器、太阳能板二维运动机构、直流电动机、减速箱、GE可编程序控制器、按钮和继电器等低压电器等组成。
光源模拟跟踪装置
技术参数:
太阳能电池规格: 20W/18V*4
模拟光源功率:300W*3
跟踪方式:单轴,俯仰180°
跟踪精度:< ±1.5°
日跟踪驱动功耗:< 1W(根据光照强度工作)
工作电压:DC24V
抗风等级:10级
机械寿命:>25年
外形尺寸: 1100mm*1240mm*1710mm
(2)光源模拟跟踪控制系统
光源模拟跟踪控制系统控制灯光来模拟太阳光源(晨日太阳、午日太阳、夕日太阳)的运行轨迹以及太阳光的入射角度,太阳能电池板上的模拟追日跟踪传感器采集模拟太阳光照度信息及位置信息,控制两维运动机构,使太阳能电池板始终正对着模拟太阳光源,以提高太阳能电池的发电效率。如图3所示。
光源模拟跟踪控制系统
技术参数:
GE-PLC :IC200UDR020
PLC额定电压:24V
工作环境:温度 -10-40℃ 湿度≤80%
外形尺寸: 800mm*780mm*2000mm
(3)能量转换控制存储系统
图4是能量转换控制存储系统。该系统主要由直流电压采集模块、温度采集模块、IGBT驱动模块、直流电流采集模块、继电器驱动模块、蓄电池组、直流负载、通信模块、人机界面、空气开关、直流电压表、直流电流表等模块组成。
能量转换控制存储系统是将太阳能电池板发出的电量提供给直流负载和蓄电池,或者输送给逆变器使用。该系统具有温度检测,充、放电检测、PWM脉宽调制、最大功率点跟踪(MPPT)功能以及过冲、过放等保护功能。
能量转换控制存储系统
技术参数:
功率:200W
蓄电池容量:12V20AH,4节
控制器额定输出电压、电流:24V/10A
工作环境:温度 -10-40℃ 湿度≤80%
外形尺寸: 800mm*610mm*2000mm
(4)离网逆变负载系统
离网逆变负载系统如图5所示。该系统由直流电压采集模块、直流电流采集模块、IGBT驱动模块、继电器驱动模块、LCD人机对话模块、通信模块、单相逆变器-主电路单元模块、频率采集模块、直流电压表、直流电流表、交流电压表、交流电流表、交流谐波表、空气开关、低压电器、交流负载等组成。
该系统将太阳能电池板产生的直流电或蓄电池释放的直流电通过逆变器SPWM调制转化为单相220V交流电,供交流负载使用。系统具有输入过、欠压保护,输出过载、短路保护,过热保护等功能。具有逆变输出的电压幅度、频率、功率因数、谐波检测和调整功能。
离网逆变负载系统
技术参数:
额定输入电压:DC24V;
额定输出电压:220V±10%、50Hz±1Hz;
额定功率:200VA;
输出功率因数:≥0.80(感性负载、容性负载);
逆变效率:≥80%;
电压调整率:线性负载≤3%,非线性负载≤5%。
外形尺寸: 800mm*610mm*2000mm
(5)监控系统
图6是监控系统,由通讯管理机、显示器、打印机、组态软件等组成。
主要功能:
显示充电电压、充电电流、功率、运行状态;
显示蓄电池电压、蓄电池放电电流、蓄电池放电功率、蓄电池运行状态;
显示负载电压、负载电流、负载功率、负载状态;
显示当前温度、温度补偿系数,各种参数保护、实时数据显示与处理、详细的事故记录、报警参数设定、对用户提供权限管理、密码登录等。
监控系统
技术参数:
组态软件:POWER9000
外形尺寸: 800mm*900mm*2000mm
1、光伏发电实训系统竞赛内容描述1、系统设计与制图
根据大赛提供的相关设备和任务书中的功能要求,在计算机上利用CAD等相关软件完成设计任务。
▲ 相关理论计算;
▲ 系统整体设计;
▲ 各组件单元参数配置;
▲ 系统组件的接线;
▲ 系统组件的接线编号图。
2、系统的安装与调试
1)光伏电池单元的安装与调试
安装
▲ 根据任务书选择适当组数的电池主件,搭建成最合适的电池组件方阵;
▲ 根据任务书要求安装最合适的光伏电池组件方阵的支架;
▲ 根据任务书要求安装模拟光源。
调试
▲ 根据根据任务书要求,编程控制PLC实现模拟太阳的运动轨迹;
▲ 编程控制PLC完成太阳能电池板追日功能,使得输出功率最大;
2)光伏控制单元的安装与调试
安装
▲ 根据任务书要求,进行控制开关、仪表的安装与接线;
▲ 根据任务书要求,进行汇流单元的安装与接线;
▲ 根据任务书要求,进行光伏控制器的安装与接线;
调试
▲ 根据任务书要求,进行控制器的参数设置与调试;
▲ 实现对蓄电池的充放电控制;
▲ 完成太阳能电池板的伏安特性曲线测试和绘制;
▲ 完成恒电压(CVT)跟踪和最大功率点跟踪(MPPT);
▲ 进行对蓄电池的过冲、过放、过流等保护调试;
▲ 根据任务书要求,提供直流负载电源。
3)储能单元的安装与调试
选型
▲ 根据任务书要求,进行蓄电池参数的选型
安装
▲ 根据任务书要求,进行控制开关、仪表的安装与接线;
▲ 根据任务书要求,进行蓄电池的安装与接线;
▲ 根据任务书要求,分析蓄电池的保护电路并调试。
4)单相离网逆变单元的安装与调试
安装
▲ 根据任务书要求,进行控制开关、仪表的安装与接线;
▲ 根据任务书要求,进行单相离网逆变器的安装与接线;
调试
▲ 根据任务书要求,单相正弦波离网逆变器控制方式调试;
▲ 根据任务书要求,输出过载、短路保护调试;
▲ 离网逆变器输出电压、电流检测与调整;
▲ 离网逆变器输出的功率因数检测与调整;
▲ 离网逆变器输出的频率检测与调整;
▲ 离网逆变器输出的谐波检测与调整;
5)负载单元的安装与调试
安装
▲ 根据任务书要求,进行控制开关、仪表的安装与接线;
▲ 根据任务书要求,进行直流负载、单相交流负载的安装与接线;
运行与测试
▲ 直流负载的电流、电压检测;
▲ 交流负载的电流、电压检测;
▲ 负载运行状况测试。
6)监控单元的安装与调试
安装
▲ 根据任务书要求,进行监控单元的安装与接线;
▲ 根据任务书要求,进行监控单元与其他单元之间的通讯安装与接线;
调试
▲ 根据任务书要求,在监控单元上实现组态界面绘制、参数配置;
▲ 完成监控单元与各监控单元的通信调试。
三、设备清单
序号 |
类别 |
名称 |
型号规格 |
数量 |
单位 |
|
|
1 |
光伏发电实训系统 |
光源模拟跟踪装置 |
KH-T15 |
1 |
套 |
|
|
光源模拟控制系统 |
1 |
套 |
能量转换控制存储系统 |
1 |
套 |
离网逆变负载系统 |
1 |
套 |
监控系统 |
1 |
套 |
打印机 |
HP Deskjet 1000 |
1 |
台 |
惠普 |
PLC编程软件 |
Proficy Machine Edition |
1 |
套 |
GE |
组态软件 |
Power9000 |
1 |
套 |
|
2 |
安装调试工具 |
笔记本电脑 |
联想E46L T3500 |
1 |
台 |
|
|
CAD软件 |
中望CAD2011教育版 |
1 |
套 |
中望 |
手持数字示波表, |
UTD1025C |
1 |
台 |
优利德 |
万用表 |
UT33D |
1 |
台 |
优利德 |
压线钳 |
通用工具 |
1 |
副 |
|
小一字螺丝刀 |
通用工具 |
1 |
副 |
小十字螺丝刀 |
通用工具 |
1 |
副 |
长柄螺丝刀 |
通用工具 |
1 |
副 |
剖线钳 |
通用工具 |
1 |
副 |
剪刀 |
通用工具 |
1 |
副 |
尖嘴钳 |
通用工具 |
1 |
副 |
斜口钳 |
通用工具 |
1 |
副 |
电烙铁 |
通用工具 |
1 |
只 |
3 |
耗材 |
电缆 |
通用耗材 |
100 |
米 |
|
|
|
|
两芯屏蔽电缆 |
通用耗材 |
10 |
米 |
|
|
压接头 |
通用耗材 |
1 |
包 |
线套管 |
通用耗材 |
5 |
米 |
焊锡丝 |
通用耗材 |
1 |
卷 |
吸锡带 |
通用耗材 |
1 |
卷 |
标签纸 |
通用耗材 |
1 |
本 |
热缩套管 |
通用耗材 |
10 |
米 |
直流熔丝 |
690V/10A/3W |
5 |
个 |
合计 |
|
|
注:1、表中第1项(光伏发电实训系统)为设备主体,为标准配置表中第2-3项为附件和耗材,学校可自行购置。