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風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)
設備尺寸：光伏供電裝置1610×1010×1550mm
風力供電裝置1578×1950×1540mm
實訓柜3200×650×2000mm
各單元介紹
光伏供電裝置
光伏供電裝置的組成
光伏供電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、微動開關、底座支架等設備與器件組成。
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和微動開關，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、接近開關和微動開關組成。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，接近開關和微動開關用于光伏電池方陣位置的限位和保護。
光伏電池組件
光伏電池組件的主要參數(shù)為：
額定功率 20W
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 430mm×430mm×28mm
光伏供電系統(tǒng)
光伏供電系統(tǒng)的組成
光伏供電系統(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、充/放電控制單元、信號處理單元、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開關電源、網(wǎng)孔架等組成。
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）、 充、放電控制單元和信號處理單元
蓄電池的充電過程及充電保護由充電控制單元、信號處理單元及程序完成，蓄電池的放電保護由放電控制單元、信號處理單元完成，當蓄電池放電電壓低于規(guī)定值，放電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。
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 18Ah/20HR
重量 1.9kg
尺寸 345mm×195mm×20mm
風力供電裝置
風力供電裝置的組成
風力供電裝置主要由葉片、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、風場運動機構(gòu)箱、護欄、連桿、滾輪、萬向輪、微動開關和接近開關等設備與器件組成。
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。風場由軸流風機、軸流風機支架、軸流風機框罩、測速儀、測速儀支架、風場運動機構(gòu)箱體、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)。當風場運動機構(gòu)中的單相交流電動機旋轉(zhuǎn)時，傳動齒輪鏈機構(gòu)帶動滾輪轉(zhuǎn)動，風場運動機構(gòu)箱體圍繞風力發(fā)電機的塔架作圓周旋轉(zhuǎn)運動，當軸流風機輸送可變風量風時，在風力發(fā)電機周圍形成風向和風速可變的風場。
在可變風場中，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)。
風力供電系統(tǒng)
風力供電系統(tǒng)的組成
風力供電系統(tǒng)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、充/放電控制單元、信號處理單元、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。
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）、充、放電控制單元和信號處理單元
蓄電池的充電過程及充電保護由充電控制單元、信號處理單元及程序完成，蓄電池的放電保護由放電控制單元、信號處理單元完成，當蓄電池放電電壓低于規(guī)定值，放電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。
（4）、測風偏航
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。
逆變與負載系統(tǒng)
逆變與負載系統(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、逆變控制單元、直流升壓單元、全橋逆變單元、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。
逆變電源控制單元
逆變電源控制單元主要由斷路器、+24V開關電源、AC220V電源插座、指示燈、接線端子DT14和DT15等組成。
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、接線端子DT16和DT17等組成。
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）、逆變裝置
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裝置由DC-DC升壓單元、逆變控制單元、全橋逆變單元組成，逆變的工作過程是將蓄電池的12V直流電通過DC-DC和DC-AC變換，轉(zhuǎn)變成正弦波220/50Hz(可調(diào))的工頻交流電。本逆變器有很多優(yōu)點，升壓部分由SG3525驅(qū)動兩個升壓MOS管，SG3525脈寬調(diào)試控制器，不僅具有可調(diào)整的死區(qū)時間控制功能，而且還具有可編程式軟啟動，脈沖控制鎖保護等功能。全橋逆變部分采用具有DSP性能的嵌入式微處理器TMS320F2812實現(xiàn)SPWM的調(diào)制，同時能夠與上位機的遠程通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的上載與下載等功能。
監(jiān)控系統(tǒng)
監(jiān)控系統(tǒng)組成
監(jiān)控系統(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。
監(jiān)控系統(tǒng)功能
通信
監(jiān)控系統(tǒng)與光伏充、放電控制器，風能充、放電控制器，逆變控制器、儀表、PLC、變頻器通信。
界面
監(jiān)控系統(tǒng)具有主界面，光伏供電系統(tǒng)界面，風力供電系統(tǒng)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)。
光伏供電系統(tǒng)界面設置相應的按鈕，實現(xiàn)光伏電池方陣自動跟蹤。
風力供電系統(tǒng)界面設置相應的按鈕，實現(xiàn)風力發(fā)電單元變頻器控制和測風偏航控制。
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。
主要實驗實訓內(nèi)容
單晶硅光伏電池單體的工作原理實驗
太陽能電池組件方陣設計實驗
光伏供電裝置的組成與控制實驗
PLC編程手動、自動控制光伏電池追蹤太陽實驗
光敏電阻、電壓比較器的工作特性實驗
光線傳感器工作原理實驗
光伏供電系統(tǒng)電氣控制原理設計
光伏電池的I-U特性測試實驗
光伏電池的輸出功率特性實驗
DSP控制器對蓄電池的脈寬調(diào)制充電過程實驗
DSP控制器對蓄電池的放電保護實驗
蓄電池實際充電檢測實驗
蓄電池模擬充電實驗
水平軸永磁同步風力發(fā)電機的組成安裝實驗
模擬風場的設計與搭建實驗
風力發(fā)電機被動偏航與主動偏航原理實驗
水平軸永磁同步風力發(fā)電機被動偏航中側(cè)風偏航機構(gòu)設計
風力供電系統(tǒng)的組成及工作原理
可變風向和可變風量控制實驗
風力供電系統(tǒng)電氣控制原理實驗
風力發(fā)電機偏航手動、自動控制方式實驗
風力發(fā)電機輸出特性測試
逆變器工作原理實驗
SG3525實驗
逆變器基波、SPWM、死區(qū)等波形檢測實驗
上位機下載逆變幾波頻率、死去時間、調(diào)制比等參數(shù)實驗
逆變器不同負載設計連接實驗
上位機與各單元通信方式與連接實驗
通信協(xié)議設定實驗
三維組態(tài)力控軟件的應用實驗
力控軟件的基本開發(fā)流程實驗
三、主要技術參數(shù)
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