TW-SNY52B風光互補工程實訓系統(tǒng)
一、設備概述
該實訓系統(tǒng)能夠使學生掌握風光互補的發(fā)電原理、發(fā)電裝置安裝、系統(tǒng)設計、系統(tǒng)聯(lián)調、能源信息與互聯(lián)、故障排除、情景分析以及職業(yè)素養(yǎng)等方面的團隊協(xié)作能力。在緊貼新能源產業(yè)發(fā)展與需求的同時，培養(yǎng)新能源產業(yè)發(fā)展技術型人才需求，推動各高職院校開展專業(yè)建設，展示相關教學改革和實踐成果。
風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)主要由光伏模擬裝置、光伏充放電系統(tǒng)、風力模擬裝置、風力充放電系統(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)(參考圖片)
二、系統(tǒng)組成
風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)主要由光伏模擬裝置、光伏充放電系統(tǒng)、風力模擬裝置、風力充放電系統(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)采用獨立網(wǎng)孔面板結構、模塊化結構設計，各裝置和系統(tǒng)既可以獨立運行，也可以組成光伏發(fā)電實訓系統(tǒng)、風力發(fā)電實訓系統(tǒng)或風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)。
2.1光伏模擬裝置的組成
光伏模擬與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1-1所示
圖1-1
2.2光伏供電系統(tǒng)
光伏供電系統(tǒng)主要由輔助電源控制單元、光伏輸出顯示單元、光伏跟蹤控制單元、光伏匯流單元、控制器模塊、接口單元、西門子PLC、繼電器組、接線端子、蓄電池組、功率可調電阻、斷路器、5V輔助開關電源、網(wǎng)孔面板、線槽、鋁型材等組成。如圖1-2所示。
圖1-2
2.3風力模擬裝置的組成
風力供電裝置主要由葉片、輪轂、發(fā)電機、機艙、尾舵、側風偏航機械傳動機構、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1-3所示。
圖1-3
2.4風力供電系統(tǒng)
風力供電系統(tǒng)主要由輔助電源控制單元、風機輸出顯示單元、組態(tài)觸摸屏、風力模擬控制單元、接口單元、西門子PLC、變頻器、繼電器組、接線端子、功率可調電阻、斷路器、網(wǎng)孔面板、線槽、鋁型材等組成。如圖1-4所示。
圖1-4
2.5逆變與負載系統(tǒng)
逆變與負載系統(tǒng)主要由控制器輸出單元、逆變輸出顯示單元、逆變器、變頻器、三相交流電機、12V直流風扇、12V LED燈、警示燈、接線排、三孔插座、斷路器、網(wǎng)孔面板、線槽、鋁型材等組成。如圖1-5所示。
圖1-5
2.6監(jiān)控系統(tǒng)組成
監(jiān)控系統(tǒng)主要由計算機、監(jiān)控軟件組成，如圖1-6所示。監(jiān)控軟件是基于C#編程軟件開發(fā)，通過計算機串口進行遠程通訊，實時監(jiān)測風光互補發(fā)用電信息及環(huán)境信息并可進行曲線觀測，光伏跟蹤可通過監(jiān)控軟件與PLC進行通訊，實現(xiàn)遠程跟蹤控制。監(jiān)控系統(tǒng)定時將數(shù)據(jù)存儲到SQLite嵌入式數(shù)據(jù)庫中，方便對歷史數(shù)據(jù)的記錄、查詢和報表生成及打印。
監(jiān)控軟件登陸界面如圖1-6所示，第一次登陸請點擊“注冊”按鈕，在注冊用戶界面里填入默認密碼并注冊新用戶。在登陸界面填寫用戶名和密碼后，點擊“登陸”按鈕即可進入監(jiān)控界面。
系統(tǒng)登陸后進入監(jiān)控軟件主界面，如圖1-7所示。在主界面里有系統(tǒng)監(jiān)測的信息和曲線觀測窗口。
系統(tǒng)登陸后需要先設置通訊端口，點擊菜單欄“端口管理”->“串口設置”，打開通訊端口設置對話窗，如圖1-8所示，其中“儀表端口”是與組態(tài)觸摸屏連結的串口，“PLC端口”是與光伏跟蹤控制的PLC端口0進行連結的端口。正確設置后點擊“確定”即可。
在主界面中點擊菜單欄“端口管理”->“打開串口”，正常連結后通訊狀態(tài)顯示為“正常通訊”。
2.7遠程跟蹤控制
在主界面菜單欄點擊“跟蹤控制”按鈕，進入遠程光伏跟蹤控制界面，如圖1-9所示。
歷史報表查詢
在主界面菜單欄點擊“歷史數(shù)據(jù)”->“查詢”按鈕，進入歷史報表數(shù)據(jù)查詢窗口，如圖1-10所示。選擇查詢的起始時間和結束時間，即可查詢該區(qū)間的歷史數(shù)據(jù)，還可將歷史數(shù)據(jù)存儲為EXCEL報表形式，方便保存和打印。
三、主要實驗實訓內容
（1）光伏模擬裝置實訓
1）光電池方陣的安裝
2）光伏供電裝置組裝
（2）光伏供電系統(tǒng)實訓
1）光伏供電系統(tǒng)接線
2）光線傳感器原量
3）光伏電池組件光源跟蹤控制程序設計
4）光伏電池的輸出特性
5）蓄電池的充電特性和放電保護
6）光伏供電系統(tǒng)的操作和使用注意事項
（3）風力模擬裝置實訓
1）水平軸永磁同步風力發(fā)電機組裝
2）模擬風場裝置組裝
3）側風偏航裝置的組裝
（4）風力供電系統(tǒng)實訓
1）風力供電系統(tǒng)接線
2）模擬風場控制程序設計
3）風力發(fā)電機側風偏航控制程序設計
4）風力發(fā)電機輸出特性測試
5）風力供電系統(tǒng)的操作和使用注意事項
（5）逆變與負載系統(tǒng)實訓
1）逆變器的負載安裝與調試
2）逆變器的原理與測試
四、技術參數(shù)
1)太陽能電池組件：單晶組件，最大輸出功率20W，數(shù)量4塊；
2)模擬光源：2盞300W鹵鎢燈，由蝸桿減速機擺動，模擬太陽升起至日落運動；
3)模擬光源拖動電機：交流電機；模擬光源拖動減速機：減速機，減速比3000:1；
4)光伏跟蹤傳感器：采用四象限高精度光敏傳感器結構，6路模擬量信號輸出,跟蹤探頭采用無色透明外殼，方便學生觀察；
5)太陽能跟蹤系統(tǒng)：采用雙軸二維跟蹤方式，水平270±5°，俯仰75±5°，精度±0.5°；
6)跟蹤控制單元：手動/自動模擬光源運動與光伏跟蹤控制采用PLC主控模塊；
7)光照及溫濕度傳感器模塊：光照度0-20K(LUX)，溫度-40-80℃，濕度0-99.9%RH；
8)風力發(fā)電機：水平軸永磁同步風力發(fā)電機；輸出電壓12V、葉片數(shù)量3片；
9)尾舵偏航系統(tǒng)：采用尾舵迎風與側風偏航控制，偏航角度0°-90°；采用DC24V直流同步電機驅動；
10)模擬風源：采用變頻軸流通風機，電壓220V、功率0.37KW、轉速1400rpm；采用變頻器驅動；
11)模擬風場：模擬風源在電機的拖動下繞風力發(fā)電機做圓弧運動，運動角度60±5°,風力發(fā)電機四周采用隔離網(wǎng)布置，確保學生實訓安全；
12)模擬風場拖動電機：額定輸出功率100W、額定轉速1400rpm、減速比140：1；
13)風速傳感器：測量模擬風源風速，脈沖輸出，電源DC5V，輸出1.5脈沖m/s；
14)光伏匯流單元：2路光伏輸入1路光伏輸出；具有防反、防雷保護等；
15)模擬風場控制單元：手動/自動風場運動與尾舵偏航控制采用PLC主控模塊；
16)儀表單元：直流電壓表DC0-50V；直流電流表DC0-5A；交流電壓表AC0-300V；交流電流表AC0-2A ；
17)蓄電池：鉛酸電池12V/12AH*2；
18)太陽能控制器：DC12V、DC5A、PWM方式充電；電路模塊化開放設計，方便充電波形與電路測試；有充放電、電池狀態(tài)指示、溫度補償；蓄電池反接、夜間防反沖、防雷、限流、過充、過放、負載過載、短路等保護；
19)風機控制器：電壓DC12V(整流)、額定電流5A、PWM(脈沖寬度調制)方式充電；電路模塊化開放設計，方便充電波形與相關電路電氣測試；具有風速檢測、偏航控制信號或剎車信號輸出功能；有充放電指示等功能；具有蓄電池反接、防雷、風機限流、過充、過放、負載過載、短路等保護功能；
20)離網(wǎng)逆變器：輸入DC12V；輸出AC220V±10%、50HZ、50VA、純正弦波；工頻變壓器隔離；電路模塊化開放設計，可進行SPWM逆變驅動波形、逆變輸出電壓波形與電路電氣測試；可時行死區(qū)按鍵設置；具有軟啟動、過欠壓關斷、短路、過載等保護功能；
21)功率電阻模塊：0-2000歐可調,功率100W；直流阻性、直流感性負載；交流阻性、交流感性負載；
22)觸摸屏：采用一體化觸摸屏；實時監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)電、用電與環(huán)境參數(shù)等信息；具有歷史曲線顯示；
23)工控機：采用觸摸屏工控一體機；
24)監(jiān)控軟件：實時監(jiān)測并存儲系統(tǒng)發(fā)電、用電與環(huán)境參數(shù)等信息，實時對模擬光源、光伏跟蹤等進行控制；具有曲線顯示等功能；
五、配置清單
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序號
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名稱
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技術參數(shù)
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數(shù)量
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|
1
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光伏供電裝置臺架
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長×寬×高:1800mm×1700mm×1600mm（運行安全占地尺寸）
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1臺
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|
2
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電池組件
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額定功率：20W
誤差：±5%
額定電壓：17.6V
額定電流：1.14A
開路電壓：21.7V
短路電流：1.26A
工作環(huán)境溫度：45℃±2℃
尺寸：450*430*25mm
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4個
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|
3
|
追日傳感器
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采用四象限高精度光敏傳感器結構，
6路模擬量信號輸出,
跟蹤探頭采用無色透明外殼，
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1套
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|
4
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光照度傳感器
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工作電源：DC 3.3V-5V；
工作電流：＜5ma；
光照度范圍：0-200000Lux；
分辨率：0.01 Lux；
精度：±5%；
工作環(huán)境：溫度-40°c-60°c
支持Modbus-RTU協(xié)議
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1套
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|
5
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投射燈
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電壓：220V
頻率：50Hz
電流：1.36A
最大功率：300W
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2個
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|
6
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追日機構
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結構：渦輪蝸桿結構（減速箱）
驅動：直流電機
軸數(shù)：雙軸二維
減速電機：DC24V rpm:10
減速比：80:1
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1套
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|
7
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單相交流鍵槽感應電動機
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輸入電壓：AC220V
輸出功率：90W
額定轉速：1350r/min
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1個
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8
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匯流箱
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參考尺寸：205*170*90mm；
輸入電池組數(shù)：2路；
輸出組數(shù)：1路；
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1套
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9
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接近開關
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介質耐壓：1000VAC
振動：10-55Hz
防護等級：IP40
使用溫度、濕度：-25℃- +80℃；＜80%
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2個
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二、風力供電裝置
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序號
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名稱
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技術參數(shù)
|
數(shù)量
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|
1
|
風力供電裝置臺架
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長×寬×高：2000mm×1700mm×1500mm（運行安全占地尺寸）
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1臺
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|
2
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水平軸永磁同步風力發(fā)電機
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輸出功率：300W
輸出（整流）電壓：＞ +12V
葉片旋轉直徑：1m
葉片數(shù)量：3個
葉片材質：玻璃纖維
啟動風速：1m/s
切入風速：1.5m/s
安全風速：25 m/s
偏航：程序控制自動偏航
偏航電機：工作電壓（DC 24V）、轉速（15rpm）
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1個
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|
3
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風速儀
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輸出電壓：0~5V
風碗數(shù)：3個
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1個
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4
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軸流通風機
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電壓：380V（由變頻器控制）
額定頻率：50Hz
額定功率：0.37Kw
額定電流：1.92/1.11A
防護等級：IP55
轉速：1400r/min
軸流風機支架
軸流風機框罩
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1個
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|
5
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風向控制電機
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減速比：140：1
電壓：AC220V
額定電流：0.8A
額定頻率：50Hz
防護等級：IP20
和運動機構的鏈接機構：鏈輪
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1套
|
|
6
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接近開關
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工作電源：DC 3線式6-36VDC
檢測距離：30mm
輸出類型：PNP
控制輸出：常開
防護等級：IP65
工作溫度：-20℃- +70℃
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1個
|
|
三、光伏供電系統(tǒng)
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序號
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名稱
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技術參數(shù)
|
數(shù)量
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|
1
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光伏供電系統(tǒng)臺架
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長×寬×高:945mm×610mm×1900mm
|
1臺
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|
2
|
光伏電源控制單元
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含漏電保護斷路器，AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈、AC220V電源插座，接線端子排
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1套
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|
3
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光伏輸出顯示單元
|
含顯示單元面板、顯示單元盒體、控制盒側邊型材、直流電流表、直流電壓表、接線端子排等
1)精度等級：0.5級
2)顯示方式：LED
3)相數(shù)：單相
4)輸入方式：直流信號輸入
5)通信接口：RS485（Modbus RTU協(xié)議）
6）準確度：電壓電流0.5%；
7）接線方式：單相
8）電壓：DC 0~30V；
9) 電流：DC 0~5A；
10）電源工作范圍：AC、DC 80-270V；頻率50/60Hz；功率≤5VA
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1套
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4
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光伏供電控制單元
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電池板跟蹤方向：東、南、西、北
投光燈控制：燈1、燈2
投光燈運動方向：東西、西東、停止
自動控制：啟動、急停
|
1套
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|
5
|
充、放電控制器
|
含核心板，接口底板，充電板
額定電壓DC12V、額定電流DC5A、PWM脈沖寬度調制）方式充電；微控制器采用ARM內核32位高性能大容量芯片；軟件基于C語言嵌入式實時操作系統(tǒng)RTOS開發(fā)，電路模塊化開放設計，方便進行充電波形與電路電氣測試；具有充放電指示、電池狀態(tài)指示、溫度補償?shù)裙δ?；具有蓄電池反接、夜間防反沖、防雷、光伏限流、過充、過放、負載過載、短路等保護功能。
|
1套
|
|
6
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可調電阻
|
可調范圍：0~2000歐姆，連續(xù)可調
額定功率：100W
允許偏差：±5%
外型：圓盤
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1個
|
|
7
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繼電器組
|
線圈額定電壓：DC24V；
常開觸點：2路；
常閉觸點：2路；
帶有繼電器底座；
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11個
|
|
8
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鉛酸蓄電池
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容量：12V/12Ah
單個重量：4kg
尺寸：150mm*100mm*100mm
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2節(jié)
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四、風力供電系統(tǒng)
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序號
|
名稱
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技術參數(shù)
|
數(shù)量
|
|
1
|
風力供電系統(tǒng)臺架
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長×寬×高:945mm×610mm×1900mm
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1臺
|
|
2
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風力電源控制單元
|
含漏電保護斷路器，AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈、電源插座
|
1套
|
|
3
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風力輸出顯示單元
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含顯示單元面板、顯示單元盒體、控制盒側邊型材、直流電流表、直流電壓表、接線端子排等
1)精度等級：0.5級
2)顯示方式：LED
3)相數(shù)：單相
4)輸入方式：直流信號輸入
5)通信接口：RS485（Modbus RTU協(xié)議）
6）準確度：電壓電流0.5%；
7）接線方式：單相
8）電壓：DC 0~30V；
9) 電流：DC 0~5A；
10）電源工作范圍：AC、DC 80-270V；頻率50/60Hz；功率≤5VA
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1套
|
|
4
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風力供電控制單元
|
風場運動方向：順時、逆時
偏航控制：偏航、恢復
自動控制：啟動、急停
|
1套
|
|
5
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觸摸屏
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7",彩色；
通訊接口：RS485；
以太網(wǎng)；
|
1個
|
|
6
|
充、放電控制器
|
含核心板，接口底板，充電板
額定電壓DC12V、額定電流DC5A、PWM脈沖寬度調制）方式充電；微控制器采用ARM內核32位高性能大容量芯片；軟件基于C語言嵌入式實時操作系統(tǒng)RTOS開發(fā)，電路模塊化開放設計，方便進行充電波形與電路電氣測試；具有充放電指示、電池狀態(tài)指示、溫度補償?shù)裙δ?；具有蓄電池反接、夜間防反沖、防雷、光伏限流、過充、過放、負載過載、短路等保護功能。
|
1套
|
|
7
|
變頻器
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工作電源：AC 220V；
額定功率：0.37kw；
控制方式：電壓/頻率控制方式；
柔性PWM控制、
線性V/f控制、
磁通電流控制方式：FCC；
有模擬量輸入、模擬量輸出;
有數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出；
保護與報警功能；
環(huán)境溫度：-10℃- +50℃（不結冰）
|
1個
|
|
8
|
可調電阻
|
可調范圍：0~2000歐姆，連續(xù)可調
額定功率：100W
允許偏差：±5%
外型：圓盤
|
1個
|
|
9
|
繼電器組
|
線圈額定電壓：DC24V；
常開觸點：2路；
常閉觸點：2路；
帶有繼電器底座；
|
4個
|
|
五、逆變與負載系統(tǒng)
|
|
序號
|
名稱
|
技術參數(shù)
|
數(shù)量
|
|
1
|
逆變與負載系統(tǒng)臺架
|
長×寬×高:945mm×610mm×1900mm
|
1臺
|
|
2
|
逆變輸出顯示單元
|
含顯示單元面板、顯示單元盒體、控制盒側邊型材、交流電流表、交流電壓表、接線端子排等
精度等級：0.5級
顯示方式：LED
相數(shù)：單相
輸入方式：交流信號輸入
通信接口：RS485（Modbus RTU協(xié)議）
1)精度等級：0.5級
2)顯示方式：LED
3)相數(shù)：單相
4)輸入方式：交流信號輸入
5)通信接口：RS485（Modbus RTU協(xié)議）
6）準確度：電壓電流0.5%；
7）電壓： AC0-300V；
9) 電流：AC0-3A；
10）電源工作范圍：AC、DC 80-270V；頻率50/60Hz；功率≤5VA
|
1套
|
|
3
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報警燈
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工作電壓：AC220V
功率：15W
顏色：紅色
工作方式：閃亮
安裝方式：螺桿安裝
防護等級：IP55防塵、防水
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1個
|
|
4
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逆變控制器
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包含接口底板、核心板、升壓板、逆變板
輸入電壓DC12V；輸出AC220V±10%、50HZ、50VA、輸出純正弦波；輸出采用工頻隔離；微控制器采用ARM內核32位高性能大容量芯片；軟件基于C語言嵌入式實時操作系統(tǒng)RTOS開發(fā)，電路模塊化開放設計，方便進行SPWM逆變驅動波形、逆變輸出電壓波形與相關電路電氣測試；可時行死區(qū)按鍵設置；具有軟啟動、過欠壓關斷、短路、過載等保護功能。
|
1套
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六、監(jiān)控系統(tǒng)
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序號
|
名稱
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技術參數(shù)
|
數(shù)量
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|
1
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組態(tài)軟件
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MCGS昆侖組態(tài)
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1個
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八、新能源光伏系統(tǒng)設計軟件
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|
1
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新能源光伏系統(tǒng)設計軟件
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軟件主要功能：光伏電站和光伏發(fā)電應用系統(tǒng)的的輔助設計
1.1多樣化的光伏系統(tǒng)設計
能夠建立不同類型的光伏系統(tǒng)，主要包含：光伏路燈、光伏水泵、離網(wǎng)、并網(wǎng)等系統(tǒng)。
1.2完善的地理信息數(shù)據(jù)
選定某城市后，軟件能自動給出所選城市的經(jīng)緯度、海拔、當?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)等。
1.3強大的數(shù)據(jù)信息管理
預留了自定義更改數(shù)據(jù)庫權限，可手動更改已知某地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)庫內容。
1.4豐富的選型體系結構
提供知名廠商的選型資料庫，自動展示該產品的詳細技術參數(shù)。
1.5節(jié)能減排環(huán)保性能分析
提供詳細的環(huán)保效益分析，并給出溫室氣體減排量以及標準煤節(jié)約量等。
1.6全面的方案報告分析
根據(jù)所填參數(shù)，自動生成系統(tǒng)方案報告（支持輸出.doc文檔）。
1.7電站性能分析
根據(jù)給定信息計算出光伏電站的發(fā)電量與整體收益，并對電站的整體投資價值進行估算。
1.8提供中文版軟件界面，該軟件界面友好、操作簡單、數(shù)據(jù)結果可信、運行穩(wěn)定可靠，可作為高校教學或相關研發(fā)人員的光伏電站設計與仿真工具，仿真及優(yōu)化結果與國際主流光伏仿真軟件的差異較小。
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