TW-SNY33 風光互補發(fā)電測量與控制實訓系統(tǒng)

能源是國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活必須的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。在過去的200多年里，建立在煤炭、石油、天然氣等化石燃料基礎(chǔ)上的能源體系極大的推動了人類社會的發(fā)展。但是人類在使用化石燃料的同時，也帶來了嚴重的環(huán)境污染和生態(tài)系統(tǒng)破壞。近年來，世界各國逐漸認識到能源對人類的重要性，更認識到常規(guī)能源利用過程中對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的破壞。各國紛紛開始根據(jù)國情，治理和緩解已經(jīng)惡化的環(huán)境，并把可再生、無污染的新能源的開發(fā)利用作為可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。風光互補發(fā)電系統(tǒng)是利用風能和太陽能資源的互補性，具有較高性價比的一種新型能源發(fā)電系統(tǒng)，具有很好的應(yīng)用前景。

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風光互補發(fā)電測量系統(tǒng)主要由風力發(fā)電機組、太陽能光伏電池組、控制器、蓄電池、逆變器、交流直流負載、開關(guān)控制模塊、環(huán)境監(jiān)測模塊、儀表顯示等部分組成，通過PLC控制、觸摸屏和變頻器作為控制核心，帶有A/D、D/A模塊、模擬量輸入/輸出模塊、交流電機變頻調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)于風能發(fā)電、光伏發(fā)電為一體的教學實訓系統(tǒng)；各系統(tǒng)通過連接電纜進行連接，形成一套可完成風力及光伏發(fā)電、同步并網(wǎng)、離網(wǎng)電源的實驗及教學演示。幫助學生理解太陽能并網(wǎng)、離網(wǎng)及風力發(fā)電系統(tǒng)的原理，從而起到學習工程實際應(yīng)用技能的作用。

應(yīng)用范圍：主要面向職高、大學、研究生、企業(yè)技工以風力發(fā)電和太陽能離網(wǎng)、并網(wǎng)發(fā)電為主課題的研究和培訓。

一、主要技術(shù)規(guī)格參數(shù)：

1、系統(tǒng)規(guī)格

• 輸入電源：三相，單相AC220V±10% 50Hz

• 系統(tǒng)最大電壓：DC12V，AC220V/50Hz

• 系統(tǒng)最大電流：50A

• 系統(tǒng)最大功率：600W

  2、太陽能電池板

  太陽能電池板采用陣列組裝形式，主要采用4塊單晶小型太陽能電池板組建，可實現(xiàn)太陽能電池板的并接方式和串接方式，進而提供大電流或大電壓的兩種太陽能電池板組網(wǎng)方式。

• 額定功率 25W

• 額定電壓 17.2V

• 額定電流 1.42A×4

• 開路電壓 21.4V

• 短路電流 1.41A×4

• 尺寸 500mm×450mm×25mm

  3、風力發(fā)電機

• 額定功率：400(W)

• 額定電壓：12(V)

• 額定電流：33.3

• 風輪直徑：1.65(m)

• 啟動風速：2.5(m/s)

• 額定風速：9.6(m/s)

• 安全風速：35(m/s)

• 工作形式：永磁同步發(fā)電機

• 風葉旋轉(zhuǎn)方向：順時針

• 風葉數(shù)量：3（片）

• 風葉材料：玻璃增強聚丙烯材料

• 電機材料：鋁合金

• 護欄網(wǎng)：鋁型材內(nèi)夾鋼絲網(wǎng)，高度約1.5米

  4、模擬風洞模塊

• 風量：32073 mз/h

• 風壓：388Pa

• 轉(zhuǎn)速：1440 r/min

• 功率：2.2kW

• 可調(diào)風速：0～13級連續(xù)可調(diào)

• 變頻器：采用2.2KW矢量變頻器

  5、風光控制器系統(tǒng)：

• 工作電壓：12/24VDC可選

• 充電功率Pmax ：1000W

• 光伏功率Pmax ：300W

• 風機功率Pmax ：700W

• 充電方式：PWM脈寬調(diào)制

• 充電最大電流 35A

• 過放保護電壓 11V

• 過放恢復電壓 12.6V

• 輸出保護電壓 16V

• 卸載開始電壓（出廠值）15.5V

• 卸載開始電流（出廠值） 15A

• 控制器設(shè)有蓄電池過充、過放電保護、蓄電池開路保護、負載過電壓保護、夜間防反充電保護、輸出短路保護、電池接反保護、欠壓和過壓防震蕩保護、均衡充電、溫度補償、光控開關(guān)功能；

• 負載為100W以下的12V直流負載，控制單元一通道為常開輸出，另一通道為多類定時輸出（光控開、光控關(guān)，定時開、定時關(guān)，）。

• 使用32們高速單片機，實現(xiàn)智能控制，自動識別12/24V系統(tǒng)。 采用串聯(lián)式PWM充電控制方式，使充電回路的電壓損失較原二極管充電方式降低一半，充電效率較非PWM高3－6%;過放恢復的提升充電，正常的直充，浮充自動控制方式有利于提高蓄電池壽命。

• 多種保護功能，包括蓄電池反接、蓄電池過、欠壓保護、太陽能電池組件短路保護，具有自動恢的輸出過流保護功能，輸出短路保護功能。

• 具有豐富的工作模式，如光控，光控＋定時，通用控制等模式。

  5、并網(wǎng)逆變器

• 輸出電壓：AC 180-260V

• 工作電壓：10.8 - 28V，

• 額定輸出功率≥400W

• 輸出波形：正弦波(失真度≤3﹪)

• 輸出頻率：47-55Hz，

• LED方式顯示工作狀態(tài)，

• AC標準電壓范圍：90V-140V/180V-260VAC ；

• AC 頻 率 范 圍 ：55Hz~63Hz/45Hz~53Hz；

• 輸出電流總諧波失真：THDIAC<5%；

• 相 位 差：<1%

  并網(wǎng)逆變器具有DC－DC和DC－AC兩級能量變換的結(jié)構(gòu)。DC－DC變換環(huán)節(jié)調(diào)整光伏陣列的工作點使其跟蹤最大功率點；DC－AC逆變環(huán)節(jié)主要使輸出電流與電網(wǎng)電壓同相位，同時獲得單位功率因數(shù)。

  6、離網(wǎng)逆變器

• 直流輸入電壓：9～16VDC 電壓可選

• 額定蔬出功率：300W

• 輸出電壓：110/220VAC

• 輸出波形：純正弦波

• 輸出頻率：50Hz

• 工作效率：85%

• 功率因數(shù)：>0.88

• 波形失真率≤5%

• 工作環(huán)境：溫度-20℃～50℃

• 相對濕度：﹤90﹪（25℃）

• 保護功能：極性反接、短路、過熱、過載保護

  具有輸出短路、過溫、過載、欠壓保護及保護具有自動恢復功能，采用風機冷卻方式，輸入輸出完全隔離設(shè)計，能快速并行啟動電容、電感負載，三色指示燈顯示，輸入電壓,輸出電壓，負載水準和故障情形，負載控制風扇冷卻，過壓/欠壓/短路/過載/超溫保護

  7、PLC控制系統(tǒng)

  采用S7-1200 PLC是模擬式中小型PLC，電源、CPU和其他模塊都是獨立的，可以通過U形總線把電源（PS）、CPU和其他模塊緊密固定在西門子S7-1200的標準軌道上。每個模塊都有一個總線連接器，后者插在各模塊的背后。電源模塊總是安裝在機架的最左邊，CPU模塊緊靠電源模塊。CPU的右邊是可以選擇的IM接口模塊，如果只用主架導軌而沒有使用擴展支架可以不選擇IM接口模塊。

  S7編程軟件組態(tài)主架導軌硬件時，電源，CPU和IM分別放在導軌的1號槽、2號槽和3號槽上。一條導軌共有11個槽號：1號槽至11號槽，其中4號槽至11號槽可以隨意放置除電源、CPU和IM以外的其他模塊。如：DI（數(shù)字量輸入）、DO（數(shù)字量輸出）、AI（模擬量輸入）、AO（模擬量輸出）、FM（功能模塊）和CP（通信模塊）等

  8、監(jiān)控系統(tǒng)（工業(yè)觸摸屏）

• 尺寸(英寸) 10.2

• 液晶屏：TFT液晶顯示，LED背光

• 顯示顏色：真彩，65535色

• 分辨率：800×480

• 液晶屏亮度：200cd/㎡

• 觸摸屏：電阻式

• 供電電源：24VDC

• 額定功率：5W

• CPU主板：ARM CPU，400MHz

• 內(nèi)存：64M

• 存儲設(shè)備：128M FLASH

• 組態(tài)軟件：MCGS嵌入式組態(tài)軟件（運行版）

  環(huán)境條件

• 工作溫度：0℃~45℃

• 工作濕度：5%~90%

• 儲存溫度：-10℃~60℃

• 振動頻率：10-57Hz 57-150Hz

• 振動加速度：0.075mm 9.8 m/s2

• 振動掃頻速率：Oct/min ≤1

  產(chǎn)品規(guī)格

• 結(jié)構(gòu)：工業(yè)塑料結(jié)構(gòu)

• 顏色：工業(yè)灰

• 面板尺寸：226.5mm×163mm

• 機柜開孔：215mm×152mm

  外部接口：

• 串口：1×RS232、1×RS485

• USB ：1主1從

  9、其它

• 系統(tǒng)實驗時的備用電源（2路0-30V/2A直流可調(diào)穩(wěn)壓電源）；

• 有市電互補切換

• LED恒流驅(qū)動

• 提供并網(wǎng)、離網(wǎng)逆變器實套件

• 設(shè)置電壓模塊，確保實驗過程的安全；

• 可變電阻，電阻值調(diào)整范圍為0～999kΩ

• DC/DC：5個DC/DC電源模塊

• 支援外接PC計算機量測太陽能電池I-V特性曲線(VB軟件or LabView)

  10、電表規(guī)格：

• 電流表：× 2個，DC20A， 顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示

• 電壓表：× 2個，DC50V，顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示

• 電流表：× 2個，AC5A， 顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示

• 電壓表：× 2個，AC220V，顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示

• 溫度表：× 1個，0～99.9℃

• 多功能網(wǎng)絡(luò)電參數(shù)表：×1個，AC220V，顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示，包含RS485，RS232通訊功能，

  11、負載：

  直流負載

• 風扇：×1個，額定電壓：12V，工作電流：0.25A，功率：3W

• 交通燈：2組(R,G,B)，額定電壓：12V，工作電流：0.25A，功率：3W

• LED燈：1組

  交流負載

• 節(jié)能燈：×1個，額定電壓：220V，工作電流：0.15 A

• 馬達：×1個，額定電壓：220V，工作電流：0.2

  12、測風系統(tǒng)模塊：

• 測量風速范圍：0～60m/s

• 風向：0～360°

• 精 度： ±0.1m/s±3°

• 工作電源：AC 220V±20% 50HZ， DC24V、12V、5V或其他供電

• 記錄間隔：1分鐘～240分鐘連續(xù)可設(shè)置

• 內(nèi)部存儲：4M bit

• 通訊接口： RS-232/485/USB通訊

• 環(huán)境溫度：-40℃～50℃

• 轉(zhuǎn)速傳感器：0～5000 風力發(fā)電機轉(zhuǎn)速檢測顯示

  13、電池：

• 太陽能專用閥控式密封膠體蓄電池，額定電壓：12V，額定容量(100Ah),充電方法（恒壓）；

• 具有如下特點：自放電率低，使用壽命長，深放電能力強，充電效率高，工作溫度范圍寬。

1. 系統(tǒng)外形尺寸；長1200×寬780×高1800（㎜）附滾輪方便推動至戶外教學。

   15、智慧教室綜合測控系統(tǒng)

   該系統(tǒng)采用一體化設(shè)計，要求以上功能集中在一塊核心控制器上，禁止采用多種模塊拼裝，確保使用人員的人身安全及設(shè)備安全的性能指標： 
   （一）、虛擬示波器所需實現(xiàn)的功能：
   50MHz   2路波形測量功能；
   （二）2路邏輯分析儀功能；
   （三）1路任意波形信號發(fā)生器輸出；
   200MSa/s高速實時采樣，50MHz帶寬，波形測量完全滿足教學實驗要求，波形平滑不失真。
   （四）2路PWM脈沖信號發(fā)生器：可設(shè)置頻率、占空比。
   （五）、萬用表功能
   1、萬用表的電阻測量功能；
   2、萬用表的直流電壓測量功能；
   3、萬用表的交流電壓測量功能；
   4、萬用表的交流電流測量功能；
   （六）、人機界面功能
   *1、人機界面顯示所測量的波形，并顯示相應(yīng)的量測值；
   *2、可通過點擊界面按鈕，將所測量的波形插入實驗報告模板中；
   *3、學生的實驗報告結(jié)果可通過點擊界面按鈕，統(tǒng)一上傳到指定的教師電腦文件夾下；
   （七）、實驗室安全監(jiān)控功能
   1、環(huán)境參數(shù)測量：可同時測量顯示溫濕度、CO2濃度和PM2.5；
   2、電氣參數(shù)測量：可測量控制臺電壓電流，并計算出功率；
   3、過流、過壓、欠壓（閥值可設(shè)置）報警跳閘保護；
   4、安全防護：實驗室環(huán)境安全監(jiān)控裝置（PM2.5、煙霧、可燃氣體、溫濕度及CO2濃度異常（火警）報警）；
   5、節(jié)電功能：長期無人實驗時，自動關(guān)閉總閘開關(guān)，實現(xiàn)安全和節(jié)電效果；

   二、實訓內(nèi)容

   1、太陽光電實習教學模塊實驗內(nèi)容：

   實驗一 太陽能電池發(fā)電原理實驗

   實驗1-1 太陽能光電板能量轉(zhuǎn)換實驗

   實驗1-2 環(huán)境對光電轉(zhuǎn)換影響實驗

   實驗二 太陽能電池光電系統(tǒng)直接負載實驗

   實驗三 光電控制型太陽能系統(tǒng)發(fā)電實驗

   實驗3-1 光電型控制單元工作原理實驗

   實驗3-2 光電型控制單元充放電保護實驗

   實驗四 交通警示燈模塊設(shè)計實驗

   實驗五 太陽能系統(tǒng)負載實驗

   實驗六 綜合實驗

   實驗七 太陽能電池基本特性測試實驗

   實驗八 外部擴充DC轉(zhuǎn)AC外接電器實驗

   實驗九 單晶太陽能電池I-V特性曲線實驗

   實驗十 離網(wǎng)逆變器設(shè)計實驗

   實驗十一 離網(wǎng)逆變器工作特性實驗

   實驗十二 離網(wǎng)逆變器帶載及保護實驗

   實驗十三 并網(wǎng)逆變器設(shè)計實驗

   實驗十四 并網(wǎng)實驗

   2、風力電實習教學模塊實驗內(nèi)容：

   實驗一、風力發(fā)電基礎(chǔ)理論原理性實驗

   實驗二、風力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計實驗

   實驗三、風力發(fā)電控制技術(shù)實驗

   實驗四、風力發(fā)電相關(guān)測量技術(shù)實驗

   實驗五、風力發(fā)電基礎(chǔ)理論與應(yīng)用技術(shù)仿真實驗

   實驗六、發(fā)電機轉(zhuǎn)速與輸出電壓關(guān)系實驗

   實驗七、發(fā)電機轉(zhuǎn)速與輸出電流關(guān)系實驗

   實驗八、發(fā)電機轉(zhuǎn)速與輸出頻率關(guān)系實驗

   實驗九、風速即轉(zhuǎn)速與與出功率關(guān)系實驗

   3、PLC實訓內(nèi)容

   實驗一 STEP 7軟件安裝及注意事項

   實驗二 SIMATIC管理器

   實驗三 SIMATIC Manager自定義

   實驗四 PG/PC接口設(shè)置

   實驗五 用PLC控制三相交流異步電動機起/停

   實驗六 PLC系統(tǒng)的硬件組態(tài)及程序編制

   實驗七 基本邏輯指令的應(yīng)用

   實驗八 定時器、計數(shù)器的應(yīng)用

   實驗九 技能訓練，人行橫道控制

   實驗十 模擬量的控制

   實驗十一 順序控制系統(tǒng)控制方法的設(shè)計

   實驗十二 步與步的動作

   實驗十三 PLC通信

   4、觸摸屏實訓內(nèi)容

   實驗一 組態(tài)軟件應(yīng)用及界面設(shè)計

   實驗二 上傳、下載文件

   實驗三 曲線圖、柱狀圖、圓形圖、動態(tài)圖

   實驗四 數(shù)字輸入和文數(shù)字顯示

   實驗五 歷史資料顯示

   實驗六 系統(tǒng)控制讀寫

   實驗七 控制系統(tǒng)中觸摸屏的畫面

   實驗八 狀態(tài)圖

   實驗九 控制系統(tǒng)中PLC的程序

   三、系統(tǒng)基本配置單