TW-SNY56風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電與船舶汽油發(fā)電機(jī)組教學(xué)裝置

——并網(wǎng)發(fā)電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

一、概述

能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活必須的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。在過(guò)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(dòng)了人類社會(huì)的發(fā)展。但是人類在使用化石燃料的同時(shí)，也帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)系統(tǒng)破壞。近年來(lái)，世界各國(guó)逐漸認(rèn)識(shí)到能源對(duì)人類的重要性，更認(rèn)識(shí)到常規(guī)能源利用過(guò)程中對(duì)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的破壞。各國(guó)紛紛開(kāi)始根據(jù)國(guó)情，治理和緩解已經(jīng)惡化的環(huán)境，并把可再生、無(wú)污染的新能源的開(kāi)發(fā)利用作為可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是利用風(fēng)能和太陽(yáng)能資源的互補(bǔ)性，具有較高性價(jià)比的一種新型能源發(fā)電系統(tǒng)，具有很好的應(yīng)用前景。

二、系統(tǒng)組成

2.1 系統(tǒng)工作過(guò)程敘述

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電與船舶汽（柴）油發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，是利用汽、柴油發(fā)電機(jī)組為核心，發(fā)電機(jī)組所發(fā)電能經(jīng)整流、濾波、同頻、同相位處理后接至船舶負(fù)載供電。將風(fēng)力發(fā)電機(jī)所發(fā)電能經(jīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制器整流、濾波，卸荷器后把三相交流電變成直流電再經(jīng)并網(wǎng)同步電源轉(zhuǎn)換成可與市電（汽/柴油發(fā)電機(jī)組）接軌的單相或三相交流電；再將太陽(yáng)能電池組所發(fā)電能，經(jīng)匯流箱匯流后，送至并網(wǎng)逆變器把直流電轉(zhuǎn)換成與市電（汽/柴油發(fā)電機(jī)組）接軌的單相或三相交流電，送至電網(wǎng)即并網(wǎng)。

2.2 設(shè)計(jì)思路

風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)、光伏發(fā)電并網(wǎng)由于當(dāng)前技術(shù)條件相對(duì)成熟，并網(wǎng)末端相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)同樣依據(jù)國(guó)家電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)入網(wǎng)，條件基本不受限制，不存在技術(shù)障礙。

該系統(tǒng)的假想設(shè)計(jì)初衷是要利用“汽/柴油發(fā)電機(jī)組”來(lái)代替國(guó)家電網(wǎng)信號(hào)，即要求“汽/柴油發(fā)電機(jī)組”所發(fā)電能可以為負(fù)載系統(tǒng)供電，也可將所發(fā)電能并至國(guó)家電網(wǎng)，還要做為風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)入網(wǎng)檢測(cè)信號(hào)，還要在其本身功率不足的情況下與風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)，三者共同為負(fù)載供電。

永磁同步電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電裝置

因“汽/柴油發(fā)電機(jī)組”發(fā)出的電能是穩(wěn)定的AC220V/380V，而且存在頻率波動(dòng)大、電壓不穩(wěn)定、相位角在同一時(shí)刻多次變化，電壓、頻率、相位角等受帶載和帶載成度影響較大，綜上因素，故只能做為基本交流電能來(lái)為負(fù)載供電，不能做為并網(wǎng)信號(hào)源來(lái)使用，這就造成了三者不能相互兼容的局面。

“汽/柴油發(fā)電機(jī)組”若要做為并網(wǎng)信號(hào)源來(lái)供風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電檢測(cè)使用，必須經(jīng)過(guò)AC-DC、DC-AC的轉(zhuǎn)變過(guò)程，使“汽/柴油發(fā)電機(jī)組”經(jīng)整流、濾波、變換后，盡量使得電壓、頻率穩(wěn)定、不受發(fā)電機(jī)組電壓、頻率波動(dòng)限制。

功率變換控制結(jié)構(gòu)圖

由于此方案構(gòu)思為行業(yè)內(nèi)首例，在當(dāng)前技術(shù)市場(chǎng)尚屬技術(shù)空白，若要解決這種技術(shù)問(wèn)題那么我們必須要根據(jù)方案摸索并嘗試實(shí)施。

2.3 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由2KW汽/柴油發(fā)電機(jī)組、整流系統(tǒng)、儲(chǔ)能蓄電池、并網(wǎng)逆變器、安全保護(hù)開(kāi)關(guān)，蓄電池組、風(fēng)力發(fā)電控制器、卸荷器，風(fēng)機(jī)并網(wǎng)控制器、并網(wǎng)逆變器，光伏組件，匯流箱、光伏并網(wǎng)逆變器，監(jiān)控儀表、直流屏，交流屏、監(jiān)控單元等組成。

系統(tǒng)簡(jiǎn)要工作原理框圖

三、主要技術(shù)規(guī)格參數(shù)

3.1、系統(tǒng)規(guī)格

◆ 系統(tǒng)工作電壓：DC12V，AC220V

◆ 系統(tǒng)工作電流：AC15A

◆ 系統(tǒng)輸出功率：2.2KW（汽油發(fā)電機(jī)組）

◆ 系統(tǒng)輸出功率：1000W（光伏并網(wǎng)發(fā)電）

◆ 系統(tǒng)最大功率：1000W（風(fēng)力并網(wǎng)發(fā)電）

3.2、汽油發(fā)電機(jī)組

采用新通信用開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)技術(shù)，充電電流符合良好充電曲線，能夠參考電流、電壓等信息自動(dòng)調(diào)整均充/浮充、恒流/恒壓等充電方式。同時(shí)具有電池容量和負(fù)載容量靈活設(shè)置功能，可針對(duì)不同容量電池和不同大小負(fù)載進(jìn)行智能充電供電，在確保電池充滿的同時(shí)保障電池使用壽命。

輸出頻率：    50HZ

額定電壓：    220V

額定功率：   2KW

最大功率：   2.2KW

直流輸出：    12V

額定電流：    9A

相    數(shù)：    單相

噪音水平(7M)：    65分貝

起動(dòng)方式：    手啟動(dòng)

油箱容積：    15L

凈重(KG)：    44/47

發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)：    EM168

發(fā)動(dòng)機(jī)形式：    四沖程

發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率： 4.1KW

絕緣等級(jí)：       F級(jí)

排量：          163CC

燃料型號(hào)：      90#無(wú)鉛汽油

機(jī)油容積：      0.6L

燃料 ：         90#無(wú)鉛汽油

耗油量：        365g/h

連續(xù)工作時(shí)間：  15hrs

尺寸(MM)：     600*430*490

3.3、發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)

3.3.1 技術(shù)特點(diǎn)

采用無(wú)變壓器設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)換效率更高，輕巧美觀，體積小，重量輕。端口采用直插式防水端子，接線方便，安全，可靠。適用于戶用型小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。

具有獨(dú)立的MPPT功能，功率跟蹤。

戶外型設(shè)計(jì)（IP65）完全密封的外殼使之適應(yīng)苛刻的環(huán)境

實(shí)時(shí)MPPT算法提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電率

面板散熱器，保證長(zhǎng)期的清潔和散熱

無(wú)隔離變壓器，效率達(dá)到98%

極性接反保護(hù)，防止誤接線造成的損壞

高過(guò)載能力，在嚴(yán)酷的環(huán)境條件下可輸出滿功率

正弦波輸出

孤島效應(yīng)防護(hù)

通過(guò)并網(wǎng)運(yùn)行的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證

LCD面板液晶顯示，方便監(jiān)視主要參數(shù)

緊湊輕巧和高功率密度設(shè)計(jì)

功率跟蹤電壓范圍[Vdc]:100~500V

3.3.2 發(fā)電機(jī)并網(wǎng)技術(shù)參數(shù)

3.3.3 發(fā)電機(jī)離網(wǎng)技術(shù)參數(shù)

3.4、風(fēng)力并網(wǎng)系統(tǒng)

3.4.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)

◆ 風(fēng)力發(fā)電機(jī)額定輸出電壓：96VDC，功率：1000W

◆ 風(fēng)機(jī)類型；永磁同步發(fā)電機(jī)，上風(fēng)式

◆ 啟動(dòng)風(fēng)速；2.5m/s

◆ 風(fēng)葉材質(zhì)：碳光纖化合物

3.4.2 模擬風(fēng)洞

◆ 風(fēng)洞調(diào)速范圍：0～13 m/s

◆ 風(fēng)量：32073 mз/h

◆ 風(fēng)壓：388Pa

◆ 轉(zhuǎn)速：1450 r/min

◆ 功率：5.5kW

3.4.3 風(fēng)機(jī)并網(wǎng)控制器

產(chǎn)品特性

◆ 本產(chǎn)品參照J(rèn)B/T6939.1-2004號(hào)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，GB/T 19115.1-2003號(hào)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)設(shè)計(jì)。

◆ 采用兩套控制系統(tǒng)，PWM恒壓系統(tǒng) + 三相卸荷系統(tǒng)。

◆ PWM恒壓控制是風(fēng)力發(fā)電機(jī)額定功率的120%。當(dāng)超出PWM恒壓功率范圍時(shí)，三相卸荷立即自動(dòng)啟動(dòng)，運(yùn)行10-20分鐘三相卸荷停止卸荷，風(fēng)力發(fā)電機(jī)重啟，供電恢復(fù)輸出，保證風(fēng)力發(fā)電整套系統(tǒng)安全運(yùn)行。

◆ 在大風(fēng)、強(qiáng)風(fēng)情況下，控制器恒壓輸出，提供DC恒壓電源，保證逆變器正常工作。

◆ 在并網(wǎng)逆變器掉線情況下，控制器恒壓輸出，等待逆變器恢復(fù)工作。

◆ 當(dāng)電網(wǎng)停電時(shí)，控制器三相卸荷自動(dòng)啟動(dòng)，逆變器停止向電網(wǎng)輸出。待網(wǎng)電恢復(fù)供電時(shí)，控制器停止三相卸荷，逆變器恢復(fù)供電。

◆ 控制器根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的種類，可增加機(jī)械偏航控制、機(jī)械折尾控制、機(jī)械或液壓、氣壓、電磁，等多種制動(dòng)控制功能。

◆ 控制器內(nèi)部設(shè)有防雷器。把竄入風(fēng)力發(fā)電機(jī)電力線的瞬時(shí)過(guò)電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)?qiáng)大的雷電流泄流入地，保護(hù)設(shè)備不受雷電沖擊而損壞。

◆ LED燈狀態(tài)指示。前面板有風(fēng)力發(fā)電機(jī)指示、卸荷指示、停機(jī)延時(shí)指示、欠壓指示、網(wǎng)電指示，及直流輸出電壓指示。

◆ 電壓表指示。指示控制器DC輸出電壓。

◆ 控制器具有急停開(kāi)關(guān)，遇緊急情況時(shí)，按下前面板急停按鈕，控制器全部電源切斷，風(fēng)力發(fā)電機(jī)立即三相卸荷。

◆ 控制器具有手動(dòng)三相卸荷開(kāi)關(guān)，用戶可根據(jù)情況使用。使用此開(kāi)關(guān)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)將強(qiáng)制性三相卸荷。

3.4.4 風(fēng)力并網(wǎng)逆變器

產(chǎn)品特性：

◆ 原裝日本三菱公司智能功率模塊組裝

◆ 數(shù)字化DSP控制

◆ 完善的保護(hù)和報(bào)警功能

◆  MPPT控制，實(shí)時(shí)追蹤風(fēng)機(jī)的最大輸出功率

◆ 擾動(dòng)檢出技術(shù)，實(shí)現(xiàn)反孤島控制

◆ 電路結(jié)構(gòu)緊湊，效率≥94%

◆ 寬電壓輸入范圍

◆ RS232/485通訊，上位機(jī)監(jiān)控功能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視

◆ 純正弦波輸出，自動(dòng)與電網(wǎng)同步跟蹤，功率因數(shù)接近1，電流諧波含量低，對(duì)電網(wǎng)無(wú)污染、無(wú)沖擊

◆ 逆變電流閉環(huán)控制，功率可控、可調(diào)

技術(shù)參數(shù)：

3.5、光伏并網(wǎng)系統(tǒng)

3.5.1 太陽(yáng)能電池組  單晶/多晶硅

◆ 元件尺寸(L*W*H)：110*670*25mm*10塊

◆ 額定功率：100W

◆ 開(kāi)路電壓：42.05±0.5V

◆ 工作電流：3.50±0.10A，

◆ 短路電流：2.85±0.10A，

3.5.2 光伏匯流箱

主要特點(diǎn)

◆ 大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)布線和不必要的損耗；

◆ 可接入2路光伏串列，單路電流15A；

◆ 寬直流電壓輸入，光伏陣列輸入電壓可達(dá)1000VDC；

◆ 光伏專用保險(xiǎn)絲；

◆ 光伏專用高壓防雷器；

◆ 滿足室內(nèi)、室外安裝要求；

◆ 可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)機(jī)器并聯(lián)運(yùn)行；

◆ 維護(hù)簡(jiǎn)易、快捷；

◆ 遠(yuǎn)程監(jiān)控（選配）；

◆ 防護(hù)等級(jí)IP65；

可選配置

◆ RS485/RS232遠(yuǎn)程監(jiān)控；

◆ 內(nèi)部配置：國(guó)產(chǎn)/進(jìn)口；

◆ 光伏專用高壓防雷；

◆ LED監(jiān)控各路光伏串列電流；

◆ 可定制二級(jí)防雷匯流箱

3.5.3 并網(wǎng)逆變器

系統(tǒng)選用的光伏逆變器采用MPPT追蹤，精度達(dá)99.9%。使得光伏逆變器能夠更加靈活的工作。內(nèi)置Wifi卡，PMB能保存?zhèn)鞲衅鞯乃兄匾獢?shù)據(jù)。逆變器配備RS485、RS232、USB和以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)接口，可以選擇使用wifi-kit和GPRS-kit。免費(fèi)的監(jiān)控軟件能夠讓您通過(guò)電腦及移動(dòng)終端清晰直觀的查看輸出數(shù)據(jù)，您可以在任何時(shí)候查看光伏電站的太陽(yáng)能產(chǎn)量和公共電網(wǎng)的供電量情況。

3.6、監(jiān)控系統(tǒng)（工業(yè)觸摸屏）可選配

◆ 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(chǔ)設(shè)備：128M FLASH

◆ 組態(tài)軟件：MCGS嵌入式組態(tài)軟件（運(yùn)行版）

環(huán)境條件

◆ 工作溫度：0℃~45℃

◆ 工作濕度：5%~90%

◆ 儲(chǔ)存溫度：-10℃~60℃

◆ 振動(dòng)頻率：10-57Hz 57-150Hz

◆ 振動(dòng)加速度：0.075mm 9.8 m/s2

◆ 振動(dòng)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(jī)柜開(kāi)孔：215mm×152mm

外部接口：

◆ 串口：1×RS232、1×RS485

◆ USB ：1主1從

3.7、電表規(guī)格

◆ 電流表：× 2個(gè)，DC20A， 顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示

◆ 電壓表：× 2個(gè)，DC200V，顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示

◆ 電流表：× 2個(gè)，AC10A， 顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示

◆ 電壓表：× 2個(gè)，AC500V，顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示

◆ 溫度表：× 1個(gè)，0～99.9℃

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

3.8、系統(tǒng)外形尺寸

風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)控制柜：長(zhǎng)800×寬600×高1800（㎜）附滾輪方便移動(dòng)；

光伏發(fā)電并網(wǎng)控制柜：長(zhǎng)800×寬800×高1800（㎜）附滾輪方便移動(dòng)；

直流屏/控制柜：長(zhǎng)800×寬600×高1800（㎜）附滾輪方便移動(dòng)；

交流屏/控制柜：長(zhǎng)800×寬600×高1800（㎜）附滾輪方便移動(dòng)；

監(jiān)控系統(tǒng)：長(zhǎng)800×寬600×高1800（㎜）附滾輪方便移動(dòng)。