SB-FG02风光互补发电测量与控制实训系统
能源是国民经济发展和人民生活必须的重要物质基础。在过去的200多年里，建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体系极大的推动了人类社会的发展。但是人类在使用化石燃料的同时，也带来了严重的环境污染和生态系统破坏。近年来，世界各国逐渐认识到能源对人类的重要性，更认识到常规能源利用过程中对环境和生态系统的破坏。各国纷纷开始根据国情，治理和缓解已经恶化的环境，并把可再生、无污染的新能源的开发利用作为可持续发展的重要内容。风光互补发电系统是利用风能和太阳能资源的互补性，具有较高性价比的一种新型能源发电系统，具有很好的应用前景。
风光互补发电测量系统主要由风力发电机组、太阳能光伏电池组、控制器、蓄电池、逆变器、交流直流负载、开关控制模块、环境监测模块、仪表显示等部分组成，通过PLC控制、触摸屏和变频器作为控制核心，带有A/D、D/A模块、模拟量输入/输出模块、交流电机变频调速系统。系统于风能发电、光伏发电为一体的教学实训系统；各系统通过连接电缆进行连接，形成一套可完成风力及光伏发电、同步并网、离网电源的实验及教学演示。帮助学生理解太阳能并网、离网及风力发电系统的原理，从而起到学习工程实际应用技能的作用。
应用范围：主要面向职高、大学、研究生、企业技工以风力发电和太阳能离网、并网发电为主课题的研究和培训。
一、主要技术规格参数：
1、系统规格
Ø 输入电源：三相，单相AC220V±10% 50Hz
Ø 系统最大电压：DC12V，AC220V/50Hz
Ø 系统最大电流：50A
Ø 系统最大功率：600W
2、太阳能电池板
太阳能电池板采用阵列组装形式，主要采用4块单晶小型太阳能电池板组建，可实现太阳能电池板的并接方式和串接方式，进而提供大电流或大电压的两种太阳能电池板组网方式。
Ø 额定功率 25W
Ø 额定电压 17.2V
Ø 额定电流 1.42A×4
Ø 开路电压 21.4V
Ø 短路电流 1.41A×4
Ø 尺寸 500mm×450mm×25mm
3、风力发电机
Ø 额定功率：400(W)
Ø 额定电压：12(V)
Ø 额定电流：33.3
Ø 风轮直径：1.65(m)
Ø 启动风速：2.5(m/s)
Ø 额定风速：9.6(m/s)
Ø 安全风速：35(m/s)
Ø 工作形式：永磁同步发电机
Ø 风叶旋转方向：顺时针
Ø 风叶数量：3（片）
Ø 风叶材料：玻璃增强聚丙烯材料
Ø 电机材料：铝合金
Ø 护栏网：铝型材内夹钢丝网，高度约1.5米
4、模拟风洞模块
Ø 风量：32073 mз/h
Ø 风压：388Pa
Ø 转速：1440 r/min
Ø 功率：5.5kW
Ø 可调风速：0～13级连续可调
Ø 变频器：采用5.5KW矢量变频器
5、风光控制器系统：
Ø 工作电压：12/24VDC可选
Ø 充电功率Pmax ：1000W
Ø 光伏功率Pmax ：300W
Ø 风机功率Pmax ：700W
Ø 充电方式：PWM脉宽调制
Ø 充电最大电流 35A
Ø 过放保护电压 11V
Ø 过放恢复电压 12.6V
Ø 输出保护电压 16V
Ø 卸载开始电压（出厂值）15.5V
Ø 卸载开始电流（出厂值） 15A
Ø 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；
Ø 负载为100W以下的12V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，）。
Ø 使用32们高速单片机，实现智能控制，自动识别12/24V系统。 采用串联式PWM充电控制方式，使充电回路的电压损失较原二极管充电方式降低一半，充电效率较非PWM高3－6%;过放恢复的提升充电，正常的直充，浮充自动控制方式有利于提高蓄电池寿命。
Ø 多种保护功能，包括蓄电池反接、蓄电池过、欠压保护、太阳能电池组件短路保护，具有自动恢的输出过流保护功能，输出短路保护功能。
Ø 具有丰富的工作模式，如光控，光控＋定时，通用控制等模式。
5、并网逆变器
Ø 输出电压：AC 180-260V
Ø 工作电压：10.8 - 28V，
Ø 额定输出功率≥400W
Ø 输出波形：正弦波(失真度≤3﹪)
Ø 输出频率：47-55Hz，
Ø LED方式显示工作状态，
Ø AC标准电压范围：90V-140V/180V-260VAC ；
Ø AC 频 率 范 围 ：55Hz~63Hz/45Hz~53Hz；
Ø 输出电流总谐波失真：THDIAC<5%；
Ø 相 位 差：<1%
并网逆变器具有DC－DC和DC－AC两级能量变换的结构。DC－DC变换环节调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点；DC－AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位，同时获得单位功率因数。
6、离网逆变器
Ø 直流输入电压：9～16VDC 电压可选
Ø 额定蔬出功率：300W
Ø 输出电压：110/220VAC
Ø 输出波形：纯正弦波
Ø 输出频率：50Hz
Ø 工作效率：85%
Ø 功率因数：>0.88
Ø 波形失真率≤5%
Ø 工作环境：温度-20℃～50℃
Ø 相对湿度：﹤90﹪（25℃）
Ø 保护功能：极性反接、短路、过热、过载保护
具有输出短路、过温、过载、欠压保护及保护具有自动恢复功能，采用风机冷却方式，输入输出完全隔离设计，能快速并行启动电容、电感负载，三色指示灯显示，输入电压,输出电压，负载水准和故障情形，负载控制风扇冷却，过压/欠压/短路/过载/超温保护
7、PLC控制系统
采用海为公司32点位PLC，性能稳定运行速率快，扩展灵活，PLC采用24V电源供电，该PLC是小型PLC，电源、CPU和其他模块都是独立的，可以通过U形总线把电源（PS）、CPU和其他模块紧密固定在标准轨道上。每个模块都有一个总线连接器，后者插在各模块的背后。电源模块总是安装在机架的最左边，CPU模块紧靠电源模块。CPU的右边是可以选择的IM接口模块，如果只用主架导轨而没有使用扩展支架可以不选择IM接口模块。
8、监控系统（工业触摸屏）
Ø 尺寸(英寸) 10.2
Ø 液晶屏：TFT液晶显示，LED背光
Ø 显示颜色：真彩，65535色
Ø 分辨率：800×480
Ø 液晶屏亮度：200cd/㎡
Ø 触摸屏：电阻式
Ø 供电电源：24VDC
Ø 额定功率：5W
Ø CPU主板：ARM CPU，400MHz
Ø 内存：64M
Ø 存储设备：128M FLASH
Ø 组态软件：MCGS嵌入式组态软件（运行版）
环境条件
Ø 工作温度：0℃~45℃
Ø 工作湿度：5%~90%
Ø 储存温度：-10℃~60℃
Ø 振动频率：10-57Hz 57-150Hz
Ø 振动加速度：0.075mm 9.8 m/s2
Ø 振动扫频速率：Oct/min ≤1
产品规格
Ø 结构：工业塑料结构
Ø 颜色：工业灰
Ø 面板尺寸：226.5mm×163mm
Ø 机柜开孔：215mm×152mm
外部接口：
Ø 串口：1×RS232、1×RS485
Ø USB ：1主1从
9、其它
Ø 系统实验时的备用电源（2路0-30V/2A直流可调稳压电源）；
Ø 有市电互补切换
Ø LED恒流驱动
Ø 提供并网、离网逆变器实套件
Ø 设置电压模块，确保实验过程的安全；
Ø 可变电阻，电阻值调整范围为0～999kΩ
Ø DC/DC：5个DC/DC电源模块
Ø 支援外接PC计算机量测太阳能电池I-V特性曲线(VB软件or LabView)
10、电表规格：
Ø 电流表：× 2个，DC20A， 显示模式︰0.5”LCD液晶显示
Ø 电压表：× 2个，DC50V，显示模式︰0.5”LCD液晶显示
Ø 电流表：× 2个，AC5A， 显示模式︰0.5”LCD液晶显示
Ø 电压表：× 2个，AC220V，显示模式︰0.5”LCD液晶显示
Ø 温度表：× 1个，0～99.9℃
Ø 多功能网络电参数表：×1个，AC220V，显示模式︰0.5”LCD液晶显示，包含RS485，RS232通讯功能，
11、负载：
直流负载
Ø 风扇：×1个，额定电压：12V，工作电流：0.25A，功率：3W
Ø 交通灯：2组(R,G,B)，额定电压：12V，工作电流：0.25A，功率：3W
Ø LED灯：1组
交流负载
Ø 节能灯：×1个，额定电压：220V，工作电流：0.15 A
Ø 马达：×1个，额定电压：220V，工作电流：0.2
12、测风系统模块：
Ø 测量风速范围：0～60m/s
Ø 风向：0～360°
Ø 精 度： ±0.1m/s±3°
Ø 工作电源：AC 220V±20% 50HZ， DC24V、12V、5V或其他供电
Ø 记录间隔：1分钟～240分钟连续可设置
Ø 内部存储：4M bit
Ø 通讯接口： RS-232/485/USB通讯
Ø 环境温度：-40℃～50℃
Ø 转速传感器：0～5000 风力发电机转速检测显示
13、电池：
Ø 太阳能专用阀控式密封胶体蓄电池，额定电压：12V，额定容量(100Ah),充电方法（恒压）；
Ø 具有如下特点：自放电率低，使用寿命长，深放电能力强，充电效率高，工作温度范围宽。
14、系统外形尺寸；长1200×宽780×高1800（㎜）附滚轮方便推动至户外教学。
15、智慧教室综合测控系统
该系统采用一体化设计，要求以上功能集中在一块核心控制器上，禁止采用多种模块拼装，确保使用人员的人身安全及设备安全的性能指标：
（一）、虚拟示波器所需实现的功能：
50MHz 2路波形测量功能；
（二）2路逻辑分析仪功能；
（三）1路任意波形信号发生器输出；
200MSa/s高速实时采样，50MHz带宽，波形测量完全满足教学实验要求，波形平滑不失真。
（四）2路PWM脉冲信号发生器：可设置频率、占空比。
（五）、万用表功能
1、万用表的电阻测量功能；
2、万用表的直流电压测量功能；
3、万用表的交流电压测量功能；
4、万用表的交流电流测量功能；
（六）、人机界面功能
*1、人机界面显示所测量的波形，并显示相应的量测值；
*2、可通过点击界面按钮，将所测量的波形插入实验报告模板中；
*3、学生的实验报告结果可通过点击界面按钮，统一上传到指定的教师电脑文件夹下；
（七）、实验室安全监控功能
1、环境参数测量：可同时测量显示温湿度、CO2浓度和PM2.5；
2、电气参数测量：可测量控制台电压电流，并计算出功率；
3、过流、过压、欠压（阀值可设置）报警跳闸保护；
4、安全防护：实验室环境安全监控装置（PM2.5、烟雾、可燃气体、温湿度及CO2浓度异常（火警）报警）；
5、节电功能：长期无人实验时，自动关闭总闸开关，实现安全和节电效果；
二、实训内容
1、太阳光电实习教学模块实验内容：
实验一 太阳能电池发电原理实验
实验1-1 太阳能光电板能量转换实验
实验1-2 环境对光电转换影响实验
实验二 太阳能电池光电系统直接负载实验
实验三 光电控制型太阳能系统发电实验
实验3-1 光电型控制单元工作原理实验
实验3-2 光电型控制单元充放电保护实验
实验四 交通警示灯模块设计实验
实验五 太阳能系统负载实验
实验六 综合实验
实验七 太阳能电池基本特性测试实验
实验八 外部扩充DC转AC外接电器实验
实验九 单晶太阳能电池I-V特性曲线实验
实验十 离网逆变器设计实验
实验十一 离网逆变器工作特性实验
实验十二 离网逆变器带载及保护实验
实验十三 并网逆变器设计实验
实验十四 并网实验
2、风力电实习教学模块实验内容：
实验一、风力发电基础理论原理性实验
实验二、风力发电系统设计实验
实验三、风力发电控制技术实验
实验四、风力发电相关测量技术实验
实验五、风力发电基础理论与应用技术仿真实验
实验六、发电机转速与输出电压关系实验
实验七、发电机转速与输出电流关系实验
实验八、发电机转速与输出频率关系实验
实验九、风速即转速与与出功率关系实验
3、PLC实训内容
实验一 STEP 7软件安装及注意事项
实验二 SIMATIC管理器
实验三 SIMATIC Manager自定义
实验四 PG/PC接口设置
实验五 用PLC控制三相交流异步电动机起/停
实验六 PLC系统的硬件组态及程序编制
实验七 基本逻辑指令的应用
实验八 定时器、计数器的应用
实验九 技能训练，人行横道控制
实验十 模拟量的控制
实验十一 顺序控制系统控制方法的设计
实验十二 步与步的动作
实验十三 PLC通信
4、触摸屏实训内容
实验一 组态软件应用及界面设计
实验二 上传、下载文件
实验三 曲线图、柱状图、圆形图、动态图
实验四 数字输入和文数字显示
实验五 历史资料显示
实验六 系统控制读写
实验七 控制系统中触摸屏的画面
实验八 状态图
实验九 控制系统中PLC的程序
三、系统基本配置单
|
序号 |
名 称 |
型 号 |
数量 |
单位 |
|
1 |
风光互补实验台 |
|
1 |
台 |
|
2 |
追日支架 |
|
1 |
套 |
|
3 |
太阳能电池组件25W |
|
4 |
块 |
|
4 |
风力供电装置 |
|
1 |
套 |
|
5 |
S7-200 32点位PLC |
|
1 |
台 |
|
6 |
10寸 触摸屏 |
|
1 |
台 |
|
7 |
模拟风洞 5.5KW |
|
1 |
台 |
|
8 |
蓄电池组100Ah |
|
4 |
组 |
|
9 |
实验附件 |
|
1 |
套 |
|
10 |
实训指导书 |
|
1 |
本 |
