风光互补竞赛注意事项包括理论知识解读.docx

风光互补竞赛注意事项包括理论知识解读.docx

《风光互补竞赛注意事项包括理论知识解读.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《风光互补竞赛注意事项包括理论知识解读.docx（29页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

风光互补竞赛注意事项包括理论知识解读

2014风光互补竞赛注意事项（包括理论知识）

1、什么是风光互补？

风光互补是一套发电应用系统，该系统是利用太阳能电池方阵、风力发电机（将交流电转化为直流电）将发出的电能存储到蓄电池组中，当用户需要用电时，逆变器将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电，通过输电线路送到用户负载处。

是风力发电机和太阳电池方阵两种发电设备共同发电。

2、组态界面主要以功能实现为主，界面好看为次要。

3、工作过程：

在竞赛过程中，三名同学要协同工作，以光伏系统为例，安装光伏组件、光伏系统接线、上位机编程分别有三名同学完成，工作过程同时进行，这样的话，整个系统会同时完成，同时调试。

4、注意：

每次要是拆除逆变板的高压电源时，要用万用表二极管档接DC-H，DC-L端（315V）进行放电。

5、对于继电器KA1-KA8继电器的接线来说，不但要会在软件上进行互锁，也要会在硬件上进行互锁。

6、风力发电系统中的变频器作用：

一个是用来把AC220V变为3相AC220V电源供给风场的轴流风机。

二是用来改变输出频率，调整风速。

7、光伏电池单体的工作电压约为0.5V（电压与面积无关），工作电流约为20~25mA/cm2。

光伏电池单体不能单独作为光源使用，将光伏电池单体进行串、并联封装后，构成光伏电池组件，其功率一般为几瓦至几十瓦，是单独作为光伏电源使用的最小单元。

光伏电池组件的光伏电池的标准数量是36片（10cm×10cm），大约能产生17V左右的电源，能为额定电压为12V的蓄电池进行有效充电。

（问题：

如何测量光伏电池单体工作电压约为0.5V？

答：

测量光伏电池组件的开路电压约为18V左右，整个光伏电池组件为36个光伏电池单体串联结构，因此光伏电池单体工作电压约为18V÷36=0.5V）

8、绘制光伏电池的输出特性曲线：

I-V曲线和输出功率曲线。

输出功率曲线：

将I-V曲线上各工作点所对应的光伏电池的输出电压值和电流值相乘，就得到输出功率曲线。

可以看出，光伏电池是一个既非恒压源又费恒流源的非线性直流电源。

9、1.实际充电波形

（1）关闭投射灯1和投射灯2，光伏电池组件输出电压低于蓄电池电压，无法给蓄电池充电。

将示波器的A通道（或是B通道）检测探头分别接到接口底板上的T2P和GND上，得到如图2-12所示的波形，该波形表示不充电。

（2）打开投射灯1和投射灯2，光伏电池组件输出电压约为19V左右，蓄电池的电压低于13.5V。

将示波器的A通道（或是B通道）检测探头分别接到接口底板上的T2P和GND上，得到如图2-13所示的波形，该波形表示MPPT充电。

2.模拟充电波形

在MCGS触摸屏上进入“模拟实验”界面，通过调节“光伏模拟电压设定值”和“蓄电池模拟电压设定值”，将示波器的A通道（或是B通道）检测探头分别接到接口底板上的PWM7和GND上，观察在模拟不同电压条件下的控制器输出斩波波形，如图2-14所示

（a）

（B）

（C）

（D）

图2-14模拟实验充电波形

（a）条件不符，不进行充电

（b）满足条件，太阳能电压15V，蓄电池12V

（c）满足条件，太阳能电压25V，蓄电池12V

（d）满足条件，太阳能电压30V，蓄电池12V

也有可能由上述波形，来判断蓄电池的工作状态！

9、对于风力供电装置，不能考试风力输出特性曲线，是因为风场不够，最高风速为6M/S，达不到风力发电机的额定风速。

10、侧风偏航控制系统的工作原理：

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，侧风偏航机械传动机构动作，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。

测速仪检测风场的风量，当风场的风量超过安全值时，DSP控制单元通过光电耦合器给PLC信号，控制风力放电机作侧风偏航运动，其控制电路为：

11、逆变与负载系统中，对于全桥逆变电路中，有关死区的概念：

逆变器是通过半导体功率开关的开通和关断作用，把直流电能转变成交流电能的一种变换装置，是整流变换的逆过程。

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，有电压型全桥逆变、电流型全桥逆变等，各自的具体工作原理、工作过程不尽相同。

电压型全桥逆变电路由两个半桥电路组成，VT1和VT4一对，VT2和VT3为另一对。

成对的桥臂同时导通，两桥臂交替导通180º。

在关断某一对VT管时，由于器件本身有一定的关断延时，因此在开通另外一对VT管时，就要有一定时间延时，这段时间称为死区时间。

（测量是，用示波器的双通道，分别放在DSP板的PWM1和PWM2测量）

12、逆变系统中采用的调制方式为：

正弦脉宽调制SPWM。

其中的正弦波为参考波形，三角波为基波，调制成方波。

（用示波器测量波形）

13、升压原理：

DC-DC升压电路，直流输出电压的平均值高于输入电压的变换电路称为升压变换电路，又叫Boost电路。

原理图如图3-4所示

工作原理：

ton工作期间：

二极管反偏截止，电感L储能，电容C给负载R提供能量。

toff工作期间：

二极管Ｄ导通，电感L经二极管Ｄ给电容充电，并向负载RL提供能量。

可得：

。

式中占空比D=ton/TS，当D=0时，U0=Ud，但D不能为1，因此0≤D＜1的变化范围内Uo≥Uin。

在本系统中，蓄电池12V电压首先经过DC-DC升压PWM控制芯片，然后加上驱动+升压功率MOS管，变为脉动的直流电源，然后加在升压变压器上，之后才能升压，因为变压器对直流无效。

14、控制器对蓄电池的充放电控制：

太阳能光伏电池最大功率点跟踪（MPPT）：

光伏阵列输出特性具有非线性特征，并且其输出受太阳辐照度、环境温度负载情况影响。

只有在某一输出电压值时，光伏阵列的输出功率才能达到最大值，这时光伏阵列的工作点就达到了输出功率电压曲线的最高点，称之为最大功率点。

由于目前光伏电池的光电转换效率比较低，为了有效利用光伏电池，对光伏发电进行最大功率跟踪（theMaximumPowerPointTracking，MPPT）显得非常重要。

目前文献己提出的自寻优算法主要包括扰动观察法增量电导法、恒定电压法、短路电流法以及基于爬山法或扰动观测法的改进自适应算法。

滞环比较法消除了由于太阳光辐射度的不确定性、太阳能电池工作温度的变化、负载的变化以及太阳能电池输出特性强烈的非线性特征而在成的影响，当通过DSP执行时，能够获得比较理想的效果。

因此本系统采用滞环比较法来实现MPPT充电过程。

滞环比较法：

在外界环境并不时常快速变化的系统中，常用滞环比较法实现太阳能电池的MPPT，它能避免一旦外界环境快速变化时引起控制器的“误判”现象。

滞环比较法控制原理在于使系统的工作点不随外界环境快速改变而变化，而是等其变化缓慢后再跟踪太阳能电池的最大功率。

15、DSP控制系统充电原理：

光伏充电系统原理图本文设计的光伏充电系统的主电路采用BUCK电路拓扑，主要由光伏电池、功率器件、滤波电感、电容、续流二极管、蓄电池组成，控制电路核心采用的是TI公司DSP芯片TMS320F2812，主电路拓扑如图2-4所示。

控制电路设计：

如图2-5所示，光伏电池由“WS+”、“WS-”接入，通过改变PWM信号的占空比调节MOSFEETIRF2807的导通/关断时间，输出电压经过电感、电容滤波后给蓄电池充电。

控制电路采用电流、电压的双闭环控制，通过DSP输出PWM波形实现系统MMPT充电，对负载波动具有很好的抗扰作用。

过充保护电路设计：

为了防止蓄电池过充电，损坏蓄电池的性能，影响蓄电池的使用寿命，在蓄电池充满后控制电路进入过冲保护，当蓄电池检测电压达到设定值（13.5V）之后，充电电路停止工作。

蓄电池过流保护：

为了防止充电池发生过流、短路等严重故障，在电路中加入了过流保护，防止过流对蓄电池造成损坏，发生过流保护之后DSP输出脉冲被锁定，系统停止工作。

蓄电池过放保护：

为了防止充电池深度放电，影响蓄电池寿命，在电路中加入了过放保护，当蓄电池检测电压小于设定值（11V）之后之后DSP输出信号将继电器K1由常闭状态改为断开状态，蓄电池停止放电，如图2-7所示。

继电器作用:

KA1至继电器KA8的线圈使用+24V电源。

KA1、KA2：

摆杆偏转电动机是单相交流电动机，正、反转由继电器KA1和继电器KA2分别完成。

KA3、KA4、KA5、KA6：

光伏电池方阵分别向东偏转或向西偏转是由水平运动直流电动机控制，正、反转由继电器KA3和继电器KA4通过接插座CON4向直流电动机提供不同极性的直流24V电源，实现直流电动机的正、反转。

光伏电池方阵分别向北偏转或向南偏转是由另俯仰运动直流电动机控制，正、反转由继电器KA5和继电器KA6完成。

KA7、KA8：

继电器KA7和继电器KA8将单相AC220V通过接插座CON3分别提供给投射灯1和投射灯2。

KA9、KA10：

继电器KA9和继电器KA10将单相AC220V通过接插座CON9提供给风场运动机构的单相交流电动机，单相交流电动机正、反转由继电器KA9和继电器KA10分别完成。

KA11、KA12：

风力发电机的侧风偏航是由直流电动机控制，直流电动机的工作电压为+24V。

继电器KA11和继电器KA12通过接插座CON10向直流电动机提供不同极性的直流电源，实现直流电动机的正、反转。

AC220V电源通过开关QF03作为变频器的输入电源，接插座CON12将变频器输出的3φAC220V电源供给风场的轴流风机。

变频器调试方法

IMICROMASTER420变频器在标准供货方式时装有状态显示板SDP（参看图1），对于很多用户来说，利用SDP和制造厂的缺省设置值，就可以使变频器成功地投入运行。

如果工厂的缺省设置值不适合您的设备情况，您可以利用基本操作板（BOP）（参看图1）或高级操作板（AOP）（参看图1）修改参数，使之匹配起来。

BOP和AOP是作为可选件供货的。

您也可以用PCIBN工具“DriveMonitor”或“STARTER”来调整工厂的设置值。

相关的软件在随变频器供货的CDROM中可以找到。

SDPBOPAOP

状态显示板基本操作板高级操作板

图1MICROMASTER420变频器的操作面板

本文只针对基本操作板（BOP）进行讲解

提示

缺省的电源频率设置值（工厂设置值）可以用SDP下的DIP开关加以改变；变频器交货时的设置情况如下：

Ø

DIP开关2：

◆Off位置：

DIP开关

欧洲地区缺省值

（50Hz,功率单位:

kW）

◆On位置

北美地区缺省值

（60Hz,功率单位:

hp）

ØDIP开关1

不供用户使用。

四、用BOP进行调试的简要说明

前提条件：

机械和电气安装已经完成：

提示

我们建议您按照上面的框图进行调试。

用基本操作板（BOP）进行调试

利用基本操作面板（BOP）可以改变变频器的各个参数，为了利用BOP设定参数，必须首先拆下SDP，并装上BOP。

BOP具有7段显示的五位数字，可以显示参数的序号和数值，报警和故障信息，以及设定值和实际值。

参数的信息不能用BOP存储。

提示

◆在缺省设置时，用BOP控制电动机的功能是被禁止的。

如果要用BOP进行控制，参数P0700应设置为1，参数P1000也应设置为1。

◆变频器加上电源时，也可以把BOP装到变频器上，或从变频器上将BOP拆卸下来。

◆如果BOP已经设置为I/O控制（P0700=1）在拆卸BOP时变频器驱动装置将自动停车。

表1用BOP操作时的缺省设置值

参数

说明

缺省值，欧洲（或北美）地区

P0100

运行方式，欧洲/北美

50Hz,kW（60Hz,hp）

P0307

功率（电动机额定值）

kW（Hp）

P0310

电动机的额定功率

50Hz（60Hz）

P0311

电动机的额定速度

1395（1680）rpm[决定变量]

P1082

最大电动机频率

50Hz（60Hz）

基本操作面板（BOP）上的按钮

显示/按钮

功能

功能的说明

状态显示

LCD显示变频器当前的设定值

启动变频器

按此键起动变频器。

缺省值运行时此键是被封锁的。

为了使此键的操作有效，应设定P0700=1

停止变频器

OFF1：

按此键，变频器将按选定的斜坡下降速率减速停车，缺省值运行时此键被封锁；为了允许此键操作，应设定P0700=1。

OFF2：

按此键两次（或一次，但时间较长）电动机将在惯性作用下自由停车。

此功能总是“使能”的。

改变电动机的转动方向

按此键可以改变电动机的转动方向电动机的反向用负号表示或用闪

烁的小数点表示缺省值运行时此键是被封锁的为了使此键的操作有效

应设定P0700=1

电动机点动

在变频器无输出的情况下按此键，将使电动机起动，并按预设定的点动频率运行。

释放此键时，变频器停车。

如果变频器/电动机正在运行，按此键将不起作用。

功能

此键用于浏览辅助信息。

变频器运行过程中，在显示任何一个参数时按下此键并保持不动2秒钟，将显示以下参数值（在变频器运行中从任何一个参数开始）：

1.直流回路电压（用d表示–单位：

V）

2.输出电流A

3.输出频率（Hz）

4.输出电压（用o表示–单位V）

5.由P0005选定的数值（如果P0005选择显示上述参数中的任何一个（3，4或5），这里将不再显示）。

连续多次按下此键将轮流显示以上参数。

跳转功能

在显示任何一个参数（rXXXX或PXXXX）时短时间按下此键，将立即跳转到r0000,如果需要的话，您可以接着修改其它的参数。

跳转到r0000后，按此键将返回原来的显示点。

访问参数

按此键即可访问参数。

增加数值

按此键即可增加面板上显示的参数数值。

减少数值

按此键即可减少面板上显示的参数数值。

图2基本操作面板BOP上的按钮

快速调试的流程图（仅适用于第1访问级）

1）与电动机有关的参数-请参看电动机的铭牌。

2）表示该参数包含有更详细的设定值表，可用于特定的应用场合。

请参看CD上的“参考手册”和“操作说明书”

图3典型的电动机铭牌举例

提示

Ø如果P00032，参数P0308或P0309。

是仅供查看的究竟可以看到其中的哪一个参数，决定于P0100的设定值。

ØP0307所显示的单位是kW或HP，决定于P0100的设定值。

详细的资料请参看参数表。

Ø除非P0010=1否则是不能更改电动机参数的。

Ø确信变频器已按电动机的铭牌数据正确地进行配置，即在上面的例子中，电动机为Δ形接线时端子电压应接230V。

将变频器复位为工厂的缺省设定值

为了把变频器的全部参数复位为工厂的缺省设定值应按照下面的数值设定参数（用BOP，AOP或必要的通讯选件）：

1.设定P0010=30

2.设定P0970=1

说明

完成复位过程至少要3分钟。

六、常规操作

有关变频器标准参数和扩展参数的全面说明，请参看参数表。

提示

Ø变频器没有主电源开关，因此，当电源电压接通时变频器就已带电。

在按下运行（RUN）键或者在数字输入端5出现“ON”信号（正向旋转）之前，变频器的输出一直被封锁，处于等待状态。

Ø如果装有BOP或AOP并且已选定要显示输出频率（P0005=21），那么，在变频器减速停车时，相应的设定值大约每一秒钟显示一次。

Ø变频器出厂时已按相同额定功率的西门子四极标准电动机的常规应用对象进行编程。

如果用户采用的是其它型号的电动机，就必须输入电动机铭牌上的规格数据。

关于如何读取电动机铭牌数据的细节，请参看图3。

Ø除非P0010=1，否则是不能修改电动机参数的。

Ø为了使电动机开始运行，必须将P0010返回“0”值。

用BOP/AOP进行的基本操作

先决条件

P0010=0（为了正确地进行运行命令的初始化）。

P0700=1（使能BOP操作板上的起动/停止按钮）。

P1000=1（使能电动电位计的设定值）。

按下绿色按钮，起动电动机。

按下“数值增加”按钮，电动机转动速度逐渐增

加到50Hz。

当变频器的输出频率达到50Hz时，按下“数值降低”按钮，电动机的速度

及其显示值逐渐下降，用按钮，可以改变电动机的转动方向。

按下红色按钮，电

动机停车。

外接的电动机热过载保护

电动机在额定速度以下运行时，按装在电动

机轴上的风扇的冷却效果降低。

因此，如果

要在低频下长时间连续运行，大多数电动机

必须降低额定功率使用。

为了保护电动机在

这种情况下不致过热而损坏，电动机应安装

PTC度传感器，并把它的输出信号连接到变

频器的相应控制端，同时使能P0601。

图4电动机过载保护的PTC接线

CON口接线详细解释

（1）接插座CON1：

定义为光伏组件输出接插座，有2个接线端口。

4块光伏电池组件并联，通过CON1输出到光伏供电系统接线排的XT1.1和XT1.2端口。

如图1-15所示。

（2）接插座CON2：

定义为摆杆偏转电动机输出接插座，CON2有3个接线端口。

继电器KA1和继电器KA2将单相AC220V通过接插座CON2提供给摆杆偏转电动机，电动机旋转时，安装在摆杆上的投射灯由东向西方向或由西向东方向移动。

摆杆偏转电动机是单相交流电动机，正、反转由继电器KA1和继电器KA2分别完成。

（3）接插座CON3：

定义为投射灯接插座，接插座CON3有4个接线端口，只是用到3个，从投射灯引来4条线，其中2个接在一起。

继电器KA7和继电器KA8将单相AC220V通过接插座CON3分别提供给投射灯1和投射灯2。

（4）接插座CON4：

定义为光伏电池方阵分别向东偏转或向西偏转的直流电机输出接插座，接插座CON4有5个接线端口，用到其中的4个。

光伏电池方阵分别向东偏转或向西偏转是由水平运动直流电动机控制，正、反转由继电器KA3和继电器KA4通过接插座CON4向直流电动机提供不同极性的直流24V电源，实现直流电动机的正、反转。

光伏电池方阵分别向北偏转或向南偏转是由另俯仰运动直流电动机控制，正、反转由继电器KA5和继电器KA6完成。

（5）接插座CON5：

CON5定义为摆杆限位接插座，有7个接线端口，实际上只用了4个。

如图1-16所示。

垂直限位接近开关是用于提供摆杆的垂直位置的信号，通过CON5连接到光伏供电系统接线排的XT1.12端口。

东西向微动开关和西东向微动开关是用于保护，提供摆杆的东、西限位的位置信号，通过CON5连接到光伏供电系统接线排的XT1.13和XT1.14端口。

（6）接插座CON6：

CON6定义为:

光线传感器接插座，有8个接线端口，如图1-17所示。

光线传感器中的东向、西向、北向、南向光敏电阻接受到不同光照强度时，分别产生“高”或“低”的开关信号。

通过CON6连接到接线排XT1.15、XT1.16、T1.17、XT1.18端口，分别被PLC输入端I2.2、I2.3、I2.4、I2.5接收。

CON6的1、2端口连接到接线排+12V电源，供给光线传感器控制盒中的继电器线圈。

（7）接插座CON7：

CON7定义为:

光伏组件偏转限位接插座，有6个接线端口，实际用了5个，如图1-18所示。

东、西向限位接近开关、北向限位微动开关、南向限位微动开关安装在光伏供电装置的水平和俯仰方向运动机构中，用于光伏电池方阵的偏移限位，通过CON7与接线排XT1.19、XT1.21、XT1.22端口连接，分别被PLC输入端I1.6、I2.0、I2.1接收。

（8）接插座CON8：

CON8:

定义为风力发电机接插座，有2个接线端口。

风力发电机输出通过CON8输送到风力供电系统接线排的XT2.1和XT2.2端口，如图1-32所示。

（9）接插座CON9：

定义为风向控制电动机接口插座。

CON9有4个接线端口，实际只用到3个。

继电器KA9和继电器KA10将单相AC220V通过接插座CON9提供给风场运动机构的单相交流电动机，单相交流电动机正、反转由继电器KA9和继电器KA10分别完成。

（10）接插座CON10：

CON10除了在风力供电主电路使用外，其主要功能是作为侧风偏航控制的电气连接。

CON10有9个接线端口，实际只用到6个，如图1-33所示。

CON10的2、3接线端口是与风力供电系统接线排XT2.7和XT2.8相连接，用于控制侧风偏航控制直流电动机。

CON10的4、5、6接线端口分别与风力供电系统接线排XT2.9、XT2.10、XT2.11相连接，侧风偏航初始位信号、侧风偏航45°位置信号、侧风偏航90°位置信号分别被PLC的输入端口I1.1、I1.2、I1.3接收。

（11）接插座CON11：

CON11有5个接线端口，如图1-34所示，其主要功能是作为风场运动限位和风速仪信号检测的电气连接。

CON11的3、4接线端口分别与风力供电系统接线排XT2.14、XT2.15相连接，分别被PLC的输入端口I1.4、I1.5接收。

（12）接插座CON12：

CON12有3个接线端口。

AC220V电源通过开关QF03作为变频器的输入电源，接插座CON12将变频器输出的3φAC220V电源供给风场的轴流风机。

（13）接插座CON14-CON18：

这5个CON口是监控系统上位机与各单元的通信接口。

1CON14有7个接线端口。

位于光伏供电系统和风力供电系统之间。

P1A、P1B：

光伏供电系统的PLC通讯接线，通过2芯屏蔽线和接插座CON14、CON15、

CON17，将光伏供电系统PLC的Port0和上位机COM1接口的“A”、“B”端连接起来。

B1A、B1B：

光伏供电系统智能数显仪表（电压表和电流表）的通讯接线端口。

B1A、B1B通过CON14接到风力供电系统中，B1A与B2A并联，B1B与B2B并联，然后通过CON15连接到逆变与负载系统中，B2A与B3A并联，B2B与B3B并联，再通过CON17与上位机COM3接口的“A”、“B”端连接起来。

C1A、C1B、C1G：

光伏供电系统充电控制器与上位机接线方式。

通过3芯屏蔽线和接插座CON14、CON16、CON18,将光伏供电系统充电控制器的发送端TXD与上位机COM4接收端RXD连接，光伏供电系统充电控制器的接收端RXD与上位机COM4发送端TXD连接，光伏供电系统充电控制器的信号地与上