ZR-PV25風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)
（參考圖） 一、風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)-概述： 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)裝置主要由模擬光源跟蹤裝置、模擬風(fēng)能裝置、模擬能源控制系統(tǒng)、能源轉(zhuǎn)換儲(chǔ)存控制系統(tǒng)、并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)和能源監(jiān)控管理系統(tǒng)六個(gè)部分組成，各部分通過電纜連接，可組成一套既能演示又能動(dòng)手設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。
二、設(shè)備組成：
實(shí)訓(xùn)設(shè)備主要由模擬光源跟蹤裝置、模擬風(fēng)能裝置、模擬能源控制系統(tǒng)、能源轉(zhuǎn)換儲(chǔ)存控制系統(tǒng)、并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)和能源監(jiān)控管理系統(tǒng)六個(gè)部分組成，
該設(shè)備采用模塊式結(jié)構(gòu)，各裝置和系統(tǒng)具有獨(dú)立的功能，可以組合成光伏發(fā)電實(shí)訓(xùn)平臺(tái)、風(fēng)力發(fā)電實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。
（1）設(shè)備尺寸： 模擬光源跟蹤裝置： 2000mm×1500mm×2000mm
模擬風(fēng)能裝置： 1300mm×1100mm×2600mm
實(shí)訓(xùn)柜（4個(gè)）： 3200mm×650mm×2000mm
（2）場(chǎng)地面積：25平方米
三、各單元介紹
1、模擬光源跟蹤裝置
（1）、模擬光源跟蹤裝置的組成
模擬光源跟蹤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(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、擺桿、擺桿減速箱、擺桿支架、單相交流電動(dòng)機(jī)、電容器、直流電動(dòng)機(jī)、接近開關(guān)、微動(dòng)開關(guān)、底座支架等設(shè)備與器件組成，如圖2所示。
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(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過減速箱驅(qū)動(dòng)擺桿作圓周擺動(dòng)。擺桿底端與底座支架連接部分安裝了接近開關(guān)和微動(dòng)開關(guān)，用于擺桿位置的限位和保護(hù)。水平和俯仰方向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由水平運(yùn)動(dòng)減速箱、俯仰運(yùn)動(dòng)減速箱、直流電動(dòng)機(jī)、接近開關(guān)和微動(dòng)開關(guān)組成。直流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，水平運(yùn)動(dòng)減速箱驅(qū)動(dòng)光伏電池方陣作向東方向或向西方向的水平移動(dòng)、俯仰運(yùn)動(dòng)減速箱驅(qū)動(dòng)光伏電池方陣作向北方向或向南方向的俯仰移動(dòng)，接近開關(guān)和微動(dòng)開關(guān)用于光伏電池方陣位置的限位和保護(hù)。
（2）、光伏電池組件
光伏電池組件的主要參數(shù)為：
額定功率 10W
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 320mm×320mm×28mm
2、模擬風(fēng)能裝置
（1）、模擬風(fēng)能裝置的組成
模擬風(fēng)能裝置主要由葉片、輪轂、發(fā)電機(jī)、機(jī)艙、尾舵、側(cè)風(fēng)偏航控制機(jī)構(gòu)、直流電動(dòng)機(jī)、塔架和基礎(chǔ)、測(cè)速儀、測(cè)速儀支架、軸流風(fēng)機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)支架、軸流風(fēng)機(jī)框罩、單相交流電動(dòng)機(jī)、電容器、連桿、滾輪、萬(wàn)向輪、微動(dòng)開關(guān)和接近開關(guān)等設(shè)備與器件組成。
葉片、輪轂、發(fā)電機(jī)、機(jī)艙、尾舵和側(cè)風(fēng)偏航控制機(jī)構(gòu)組裝成水平軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，安裝在塔架上。軸流風(fēng)機(jī)支架、軸流風(fēng)機(jī)框罩、測(cè)速儀、測(cè)速儀支架、傳動(dòng)齒輪鏈機(jī)構(gòu)、單相交流電動(dòng)機(jī)、滾輪和萬(wàn)向輪等組成。軸流風(fēng)機(jī)和軸流風(fēng)機(jī)框罩安裝在風(fēng)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)箱體上部，傳動(dòng)齒輪鏈機(jī)構(gòu)、單相交流電動(dòng)機(jī)、滾輪和萬(wàn)向輪組成風(fēng)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用尾舵實(shí)現(xiàn)被動(dòng)偏航迎風(fēng)，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出最大電能。測(cè)速儀檢測(cè)風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)量，當(dāng)風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)量超過安全值時(shí)，側(cè)風(fēng)偏航控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使尾舵?zhèn)蕊L(fēng)45º，風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片轉(zhuǎn)速變慢。當(dāng)風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)量過大時(shí)，尾舵?zhèn)蕊L(fēng)90º，風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)。
3、模擬能源控制系統(tǒng)
3.1 光伏供電單元
（1）系統(tǒng)的組成
模擬能源控制系統(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、ARM控制單元、接口單元、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(guān)電源、網(wǎng)孔架等組成。如圖3所示。
（2）控制方式
光伏供電控制單元的追日功能有手動(dòng)控制盒自動(dòng)控制兩個(gè)狀態(tài)，可以進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)運(yùn)行光伏電池組件雙軸跟蹤、燈狀態(tài)、燈運(yùn)動(dòng)操作。
（3）ARM控制單元和接口單元
蓄電池的充電過程及充電保護(hù)由ARM控制單元、接口單元及程序完成，蓄電池的放電保護(hù)由ARM控制單元、接口單元及繼電器完成，當(dāng)蓄電池放電電壓低于規(guī)定值，ARM控制單元輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)繼電器工作，繼電器常閉觸點(diǎn)斷開，切斷蓄電池的放電回路。
3.2 風(fēng)力供電單元
（1）風(fēng)力供電單元的組成
風(fēng)力供電單元主要由風(fēng)電電源控制單元、風(fēng)電輸出顯示單元、觸摸屏、風(fēng)力供電控制單元、ARM控制單元、接口單元、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。
（2）控制方式
風(fēng)力供電控制單元的偏航功能有手動(dòng)和自動(dòng)兩個(gè)狀態(tài)，可以進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)可變風(fēng)向操作。
可變風(fēng)量是由變頻器控制軸流風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)。手動(dòng)操作變頻器操作面板上的有關(guān)按鍵，使變頻器的輸出頻率在0-50Hz之間變化，軸流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在0至額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變化，實(shí)現(xiàn)可變風(fēng)量輸出。
（3）ARM控制單元和側(cè)風(fēng)偏航
風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪葉片在氣流作用下產(chǎn)生力矩驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過輪轂將扭矩輸入到傳動(dòng)系統(tǒng)。當(dāng)風(fēng)速增加超過額定風(fēng)速時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速過快，發(fā)電機(jī)可能因超負(fù)荷而燒毀。
對(duì)于定槳距風(fēng)輪，當(dāng)風(fēng)速增加超過額定風(fēng)速時(shí)，如果氣流與葉片分離，風(fēng)輪葉片將處于"失速"狀態(tài)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)不會(huì)因超負(fù)荷而燒毀。
對(duì)于變槳距風(fēng)輪，當(dāng)風(fēng)速增加時(shí)，可根據(jù)風(fēng)速的變化調(diào)整氣流對(duì)葉片的攻角。當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速時(shí)，輸出功率可穩(wěn)定地保持在額定功率上。特別是在大風(fēng)的情況下，風(fēng)力機(jī)處于順槳狀態(tài)，使槳葉和整機(jī)的受力狀況大為改善。
小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)多數(shù)是定槳距風(fēng)輪，在大風(fēng)的情況下，采用側(cè)風(fēng)偏航控制使氣流與葉片分離，使風(fēng)輪葉片處于"失速"狀態(tài)，安全地保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)。另外，還可以通過側(cè)風(fēng)偏航控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)保持恒定功率輸出。
3.3 風(fēng)力供電單元
（1） 風(fēng)力供電單元的組成
風(fēng)力供電單元主要由風(fēng)電電源控制單元、風(fēng)電輸出顯示單元、觸摸屏、風(fēng)力供電控制單元、ARM控制單元、接口單元、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。
（2） 控制方式
風(fēng)力供電控制單元的偏航功能有手動(dòng)和自動(dòng)兩個(gè)狀態(tài)，可以進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)可變風(fēng)向操作。
可變風(fēng)量是由變頻器控制軸流風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)。手動(dòng)操作變頻器操作面板上的有關(guān)按鍵，使變頻器的輸出頻率在0-50Hz之間變化，軸流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在0至額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變化，實(shí)現(xiàn)可變風(fēng)量輸出。
（3） ARM控制單元和側(cè)風(fēng)偏航
風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪葉片在氣流作用下產(chǎn)生力矩驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過輪轂將扭矩輸入到傳動(dòng)系統(tǒng)。當(dāng)風(fēng)速增加超過額定風(fēng)速時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速過快，發(fā)電機(jī)可能因超負(fù)荷而燒毀。
對(duì)于定槳距風(fēng)輪，當(dāng)風(fēng)速增加超過額定風(fēng)速時(shí)，如果氣流與葉片分離，風(fēng)輪葉片將處于"失速"狀態(tài)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)不會(huì)因超負(fù)荷而燒毀。
對(duì)于變槳距風(fēng)輪，當(dāng)風(fēng)速增加時(shí)，可根據(jù)風(fēng)速的變化調(diào)整氣流對(duì)葉片的攻角。當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速時(shí)，輸出功率可穩(wěn)定地保持在額定功率上。特別是在大風(fēng)的情況下，風(fēng)力機(jī)處于順槳狀態(tài)，使槳葉和整機(jī)的受力狀況大為改善。
小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)多數(shù)是定槳距風(fēng)輪，在大風(fēng)的情況下，采用側(cè)風(fēng)偏航控制使氣流與葉片分離，使風(fēng)輪葉片處于"失速"狀態(tài)，安全地保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)。另外，還可以通過側(cè)風(fēng)偏航控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)保持恒定功率輸出。
2.4 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 24Ah
重量 1.9kg
尺寸 345mm×195mm×20mm
4、并網(wǎng)逆變、負(fù)載控制系統(tǒng)
（1）系統(tǒng)的組成
逆變與負(fù)載系統(tǒng)主要由逆變電源控制單元、逆變輸出顯示單元、逆變器、逆變器參數(shù)檢測(cè)模塊、變頻器、三相交流電機(jī)、發(fā)光管舞臺(tái)燈光模塊、警示燈、接線排、斷路器、網(wǎng)孔架等組成。
1）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(guān)電源、AC220V電源插座、指示燈、接線端子等組成。
2）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、接線端等組成。
3）逆變與負(fù)載系統(tǒng)主電路
逆變與負(fù)載系統(tǒng)主要由逆變器、交流調(diào)速系統(tǒng)、逆變器測(cè)試模塊、發(fā)光管舞臺(tái)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(fēng)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(tái)燈光模塊使用。逆變器測(cè)試模塊用于檢測(cè)逆變器的死區(qū)、基波、SPWM波形。
（2）、逆變器
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(shí)訓(xùn)裝置使用的逆變器由DC-DC升壓PWM控制芯片單元、驅(qū)動(dòng)+升壓功率MOS管單元、升壓變壓器、SPWM芯片單元、高壓驅(qū)動(dòng)芯片單元、全橋逆變功率MOS管單元、LC濾波器組成。
5、能源監(jiān)控管理系統(tǒng)
（1）、能源監(jiān)控管理系統(tǒng)
能源監(jiān)控與管理系統(tǒng)主要由一體機(jī)、鍵盤、鼠標(biāo)、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。
（2）、監(jiān)控系統(tǒng)功能
a) 通信
監(jiān)控系統(tǒng)與控制器、PLC、儀表進(jìn)行通信。
b) 界面
(1)、 監(jiān)控系統(tǒng)具有主界面，模擬能源控制系統(tǒng)界面，風(fēng)力供電單元界面，逆變與負(fù)載系統(tǒng)界面，風(fēng)光互補(bǔ)能量轉(zhuǎn)換界面，分別顯示各自的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。
(2)、 模擬能源控制系統(tǒng)界面設(shè)置相應(yīng)的按鈕，實(shí)現(xiàn)光伏電池方陣自動(dòng)跟蹤。
(3)、 風(fēng)力供電單元界面設(shè)置相應(yīng)的按鈕，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)側(cè)風(fēng)偏航控制。
(4)、 具有光伏發(fā)電采集報(bào)表和風(fēng)力發(fā)電集報(bào)表，記錄光伏輸出電壓、電流，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出電壓、電流；逆變與負(fù)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(bào)表。
四、風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)-主要實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容 1、太陽(yáng)能電池板追日跟蹤系統(tǒng)
2、光伏組件伏安特性測(cè)試
3、太陽(yáng)能電池組件與蓄電池選擇
4、風(fēng)力機(jī)特性仿真
5、光伏陣列最大功率跟蹤算法
6、逆變器工作原理實(shí)訓(xùn)
7、逆變器參數(shù)設(shè)置與電能質(zhì)量分析
8、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)試
9、風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)試
10、能源監(jiān)控管理系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)