ZRXNYFH风光互补发电系统.docx

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ZRXNYFH风光互补发电系统

中人ZRXNY-FH风光互补发电系统

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一、概述

本实训系统主要是针对职业院校对风光互补综合实验仿真装置教学要求而研制的，系统包括了太阳能电池板（含支架），风力发电机（含支架）智能控制器（带数据通讯），免维护蓄电池、离网逆变器、电气实训柜等部件，以帮助学生理解风光互补发电原理，掌握系统配置、结构、组成等工程应用能力。

计算机监控装置通过接口将“风光互补发电”的各种运行参数传送到计算机，通过实时数据显示、趋势曲线、历史数据查询、历史趋势曲线等多种方式显示和记录数据，供实验教学使用。

二、系统功能

1、系统构成原理

2、系统功能说明

上图包括“风力发电及太阳能互补发电”、和计算机监控装置三部分。

400W风机和180W太阳能电池板构成风光互补发电系统。

二路电能通过“智能充电控制器”向蓄电池充电。

该控制器能同时控制风力发电机和太阳能电池对蓄电池进行安全高效的充电。

控制器采用PWM方式控制风机和太阳能电池对蓄电池进行限流限压充电，即在蓄电池电量较低时，采用限流充电。

也就是当风机和太阳能总充电电流小于限流点时，风机和太阳能的能量全部给蓄电池充电。

当风机和太阳能总电流大于限流点时，以限流点的电流给蓄电池充电，多余的能量通过PWM方式卸载。

在蓄电池电量较高时，采用限压充电。

也就是当蓄电池电压低于限压点时，风机和太阳能的能量全部给蓄电池充电。

当蓄电池电压达到限压点时，风机和太阳能会以限压点对蓄电池充电，多余的能量通过PWM方式卸载。

蓄电池电量正常时通过逆变器向交流母线供电。

该逆变器具有较高的逆变效率，同时具有蓄电池过放电保护功能。

计算机监控装置通过接口将“风光互补发电”的各种运行参数传送到计算机，通过实时数据显示、趋势曲线、历史数据查询、历史趋势曲线等多种方式显示和记录数据，供实验教学使用。

三）系统构成

A．光伏系统

光伏供电装置主要由光伏电池组件、投射灯、光线传感器、光线传感器控制盒、水平方向和俯仰方向运动机构、摆杆、摆杆减速箱、摆杆支架、单相交流电动机、电容器、直流电动机、接近开关、微动开关、底座支架等设备与器件组成，4块光伏电池组件并联组成光伏电池方阵，太阳能光伏支架采用工业铝合金型材光线传感器安装在光伏电池方阵中央。

2盏500W的投射灯安装在摆杆支架上，（支架和摆杆采用工业铝合金型材，采用专用结构件连接方便大赛学生拆装练习）摆杆底端与减速箱输出端连接，减速箱输入端连接单相交流电动机。

电动机旋转时，通过减速箱驱动摆杆作圆周摆动。

摆杆底端与底座支架连接部分安装了接近开关和微动开关，用于摆杆位置的限位和保护。

（摆杆底座支架采用工业铝合金型材，采用专用结构件连接方便大赛学生拆装）水平和俯仰方向运动机构由水平运动减速箱、俯仰运动减速箱、直流电动机、接近开关和微动开关组成。

直流电动机旋转时，水平运动减速箱驱动光伏电池方阵作向东方向或向西方向的水平移动、俯仰运动减速箱驱动光伏电池方阵作向北方向或向南方向的俯仰移动，接近开关和微动开关用于光伏电池方阵位置的限位和保护。

1）系统构成：

光伏供电系统主要由光伏电源控制单元、光伏输出显示单元、触摸屏、光伏供电控制单元、DSP控制单元、接口单元、西门子S7-200PLC、继电器组、接线排、蓄电池组、可调电阻、断路器、12V开关电源、24V开关电源，网孔、柜体组成。

光伏供电控制单元的追日功能有手动控制盒自动控制两个状态，可以进行手动或自动运行光伏电池组件双轴跟踪、可手动自动控制投射灯运动状态。

2）控制单元和接口单元

蓄电池的充电过程及充电保护由控制单元、接口单元及程序完成，蓄电池的放电保护由控制单元、接口单元及继电器完成，当蓄电池电压低于规定值，控制单元输出信号驱动继电器工作，继电器常闭触点断开，切断蓄电池的放电回路。

3）蓄电池组

蓄电池组选用4节阀控密封式铅酸蓄电池，主要参数：

容量12V18Ah/20HR

重量1.9kg

尺寸345mm×195mm×20mm

4）追日传感器

输入电压：

DC24V

输出：

继电器5A;

跟踪精度：

1度

结构：

4相限传感

5）投射灯

摆臂机构：

涡轮蜗杆结构（2个减速箱）

电压：

220V

频率：

50Hz

电流：

2.36A

最大功率：

500W

6）追日机构

结构：

涡轮蜗杆结构（减速箱）

驱动：

直流电机24V

轴数：

双轴二维

7）太阳能电池板

标称功率（Wp）：

共180W每块45WP/12V

最佳工作电压（Vmp）：

17.0±0.5V

最佳工作电流（Imp）：

1.20±0.10A

短路电流（Isc）：

1.34±0.10A

开路电压（Voc）：

21.0±0.5V

B．风力发电系统

风力供电装置主要由叶片、轮毂、发电机、机舱、尾舵、侧风偏航控制机构、直流电动机、塔架和基础、测速仪、测速仪支架、轴流风机、轴流风机支架、轴流风机框罩、单相交流电动机、电容器、风场运动机构箱、护栏、连杆、滚轮、万向轮、微动开关和接近开关等设备与器件组成叶片、轮毂、发电机、机舱、尾舵和侧风偏航控制机构组装成水平轴永磁同步风力发电机，安装在塔架上。

风场由轴流风机、轴流风机支架、轴流风机框罩、测速仪、测速仪支架、风场运动机构箱体、传动齿轮链机构、单相交流电动机、滚轮和万向轮等组成。

轴流风机和轴流风机框罩安装在风场运动机构箱体上部，传动齿轮链机构、单相交流电动机、滚轮和万向轮组成风场运动机构。

当风场运动机构中的单相交流电动机旋转时，传动齿轮链机构带动滚轮转动，风场运动机构箱体围绕风力发电机的塔架作圆周旋转运动，当轴流风机输送可变风量风时，在风力发电机周围形成风向和风速可变的风场。

在可变风场中，风力发电机利用尾舵实现被动偏航迎风，使风力发电机输出最大电能。

测速仪检测风场的风量，当风场的风量超过安全值时，侧风偏航控制机构动作，使尾舵侧风45º，风力发电机叶片转速变慢。

当风场的风量过大时，尾舵侧风90º，风力发电机处于制动状态。

1）风力供电系统的组成

风力供电系统主要由风电电源控制单元、风电输出显示单元、触摸屏、风力供电控制单元、DSP控制单元、接口单元、西门子S7-200PLC、继电器组、接线排、可调电阻、断路器、网孔架等组成。

2）控制方式

风力供电控制单元的偏航功能有手动和自动两个状态，可以进行手动或自动可变风向操作。

可变风量是由变频器控制轴流风机实现。

手动操作变频器操作面板上的有关按键，使变频器的输出频率在0-50Hz之间变化，轴流风机转速在0至额定转速范围内变化，实现可变风量输出。

3）控制单元和侧风偏航

风力发电机，在大风的情况下，风机自动刹车和手动刹车功能。

另外，还可以通过侧风偏航控制风力发电机保持恒定功率输出。

4）控制单元和接口单元

蓄电池的充电过程及充电保护由控制单元、接口单元及程序完成，蓄电池的放电保护由控制单元、接口单元及继电器完成，当蓄电池放电电压低于规定值，控制单元输出信号驱动继电器工作，继电器常闭触点断开，切断蓄电池的放电回路。

5）逆变与负载系统的组成

逆变与负载系统主要由逆变电源控制单元、逆变输出显示单元、逆变器、逆变器参数检测模块、变频器、三相交流电机、发光管舞台灯光模块、警示灯、接线排、断路器、网孔架等组成。

逆变与负载系统主要由逆变器、交流调速系统、逆变器测试模块、直流LED彩灯、警示灯组成。

逆变器的输入由光伏发电系统、风力发电系统或蓄电池提供，逆变器输出单相220V、50Hz的交流电源。

交流调速系统由变频器和三相交流电动机组成，逆变器的输出AC220V电源是变频器的输入电源，变频器将单相AC220V变换为三相AC220V供三相交流电动机使用。

逆变电源控制单元的AC220V电源由逆变器提供，逆变电源控制单元输出的DC24V供发光管舞台灯光模块使用。

逆变器测试模块用于检测逆变器的死区、基波、SPWM波形。

6）逆变器

逆变器是将低压直流电源变换成高压交流电源的装置，逆变器的种类很多,各自的具体工作原理、工作过程不尽相同。

本实训装置使用的逆变器由DC-DC升压PWM控制芯片单元、驱动+升压功率MOS管单元、升压变压器、SPWM芯片单元、高压驱动芯片单元、全桥逆变功率MOS管单元、LC滤波器组成。

输入电压：

DC12V

输入电压范围：

DC9.5V-15.5V

输出电压：

AC220V±5%

额定输出电流：

1.4A

输出频率：

50Hz±0.5Hz

额定功率：

300VA

输出波形：

正弦波

波形失真：

＜5%

转换效率：

＞85%

7）风力发电机：

功率（Wp）400，

叶轮直径：

1.65m，

启动风速：

2.3m/s，切入风速：

3m/s，额定风速：

12m/s

电输出电压：

24V

8）风速风向传感器：

风速：

0～60M/S，风向：

0～360°，精度±0.3M/S±3°，工作电源：

AC220V50HZ。

9）风源

可调速的变频鼓风机：

4670m3/h，1275Pa-2138Pa，5.5kW，变频调速控制器：

风速调解范围：

0-13m/s,调整角度：

±65°，保证提供不同速度的风，供实验使用

C．测试仪表系统：

包含数显直流电压表，数显直流电流表，数显交流电压表，数显交流电流表，实时显示电流电压、蓄电池等技术指标。

各仪表都带RS485接口支持MODBUSRTU标准协议。

1、输入交流电源：

三相AC3800V50Hz具有漏电保护

2、输出直流电源：

2路0~38V可调电流0~1.5A，可限流保护

3、数显直流电压表：

0~50V

4、数显直流电流表：

0~2A

5、数显交流电压表：

0~450V

6、数显交流电流表：

0~2A

7、电流电压表：

三位半数显，±（0.2%读数+2个字）

D监控软件

配有工业组态监控软件，对整个系统进行监控与数据采集。

计算机检测及控制软件功能：

实时检测风速，风向，、用电量、电流、电压、有功、无功等数据并通过投影幕墙播放显示。

能控制风机转速、充放电、及其他设备。

图形显示、数据记录存储、实时曲线、历史曲线、历史数据库等

画面图

E试验柜体

采用两面标准C型材柜体，柜体尺寸为800*600*18000mm表面喷塑处理，柜门采用透明玻璃门，柜体配不锈钢网孔板安装版，厚度为2mm。

四）成的实训项目

实训一：

风力发电、太阳能发电相关测量技术实训

实训二：

风力发电、太阳能发电相关控制技术实训

实训三：

太阳能发电基础理论原理性实训

实训四：

太阳能发电系统设计实训

实训五：

太阳能发电相关应用技术与工程实训

实训六：

风力发电基础理论与应用技术仿真实训

实训七：

分布式风力发电、太阳能发电互补供电系统控制技术实训仿真

实训八：

太阳能发电系统用逆变器课程设计仿真实训

实训九：

负载用电实训

实训十：

电能量计量实训