YUY-SWP01風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)|新能源教學設備

一、概述
YUY-SWP01風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)主要由光伏供電裝置、風力供電系統(tǒng)、逆變 與 負載系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)組成，
風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)采用模塊式結構，各裝置和系統(tǒng)具有獨立的功能，可以組合成光伏發(fā)電實訓系統(tǒng)、風力發(fā)電實訓系統(tǒng)。
二、YUY-SWP01風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)|新能源教學設備設備組成
YUY-SWP01型風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)主要由光伏供電裝置、光伏供電系統(tǒng)、風力供電裝置、風力供電系統(tǒng)、逆變與負載系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)組成，如圖1所示。YUY-SWP01型風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)采用模塊式結構，各裝置和系統(tǒng)具有獨立的功能，可以組合成光伏發(fā)電實訓系統(tǒng)、風力發(fā)電實訓系統(tǒng)。
(1)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
(2)場地面積：20平方米
三、各單元介紹
1、光伏供電裝置
(1)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、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，如圖2所示。   

圖2  光伏供電裝置

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。
(2)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
2、光伏供電系統(tǒng)
(1)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、DSP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)DSP控制單元和接口單元
蓄電池的充電過程及充電保護由DSP控制單元、接口單元及程序完成，蓄電池的放電保護由DSP控制單元、接口單元及繼電器完成，當蓄電池放電電壓低于規(guī)定值，DSP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)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
3、風力供電裝置
(1)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、側風偏航控制機構、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，如圖3所示。               

圖3  風力供電裝置

葉片、輪轂、發(fā)電機、機艙、尾舵和側風偏航控制機構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、風場運動機構箱體、傳動齒輪鏈機構、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箱體上部，傳動齒輪鏈機構、單相交流電動機、滾輪和萬向輪組成風場運動機構。當風場運動機構中的單相交流電動機旋轉時，傳動齒輪鏈機構帶動滾輪轉動，風場運動機構箱體圍繞風力發(fā)電機的塔架作圓周旋轉運動，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zui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，側風偏航控制機構動作，使尾舵?zhèn)蕊L45º，風力發(fā)電機葉片轉速變慢。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)。
4、風力供電系統(tǒng)
(1)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、DSP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，軸流風機轉速在0至額定轉速范圍內(nèi)變化，實現(xiàn)可變風量輸出。
(3)DSP控制單元和側風偏航
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，還可以通過側風偏航控制風力發(fā)電機保持恒定功率輸出。
5、逆變與負載系統(tǒng)
(1)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、逆變器、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。
1)逆變電源控制單元
逆變電源控制單元面板如圖19所示，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。
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、接線端子DT16和DT17等組成。
3)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。本實訓裝置使用的逆變器由DC-DC升壓PWM控制芯片單元、驅(qū)動加升壓功率MOS管單元、升壓變壓器、SPWM芯片單元、高壓驅(qū)動芯片單元、全橋逆變功率MOS管單元、LC濾波器組成。
6、監(jiān)控系統(tǒng)
(1)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。
(2)監(jiān)控系統(tǒng)功能
1)通信
監(jiān)控系統(tǒng)與控制器、PLC、儀表進行通信。
2)界面
①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，風光互補能量轉換界面，分別顯示各自的運行狀態(tài)參數(shù)。
②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。
③風力供電系統(tǒng)界面設置相應的按鈕，實現(xiàn)風力發(fā)電機側風偏航控制。
④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。
四、主要實驗實訓內(nèi)容
1) 離網(wǎng)型風光互補發(fā)電系統(tǒng)規(guī)劃；
2) 根據(jù)功率要求，光伏電池組件的選擇、安裝和連接；
3) 根據(jù)功率要求，風力發(fā)電機的選擇、安裝和連接；
4) 基于MCU的光伏電池組件zui大功率跟蹤程序設計；
5) 基于MCU的風力發(fā)電機zui大功率跟蹤的程序設計；
6) 蓄電池容量匹配計算與選型；；
7) 蓄電池充放電參數(shù)設置、保護參數(shù)設置；
8) 逆變器參數(shù)設置；
9) 監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)及操作；
10) 光伏供電系統(tǒng)的調(diào)試；
11) 風力供電系統(tǒng)的調(diào)試；
12) 風光互補發(fā)電系統(tǒng)的調(diào)試；
13) 電能質(zhì)量的監(jiān)測、調(diào)試和分析。
主要技術參數(shù)

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