風光互補并網(wǎng)發(fā)電與機電實訓系統(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。

風光互補并網(wǎng)發(fā)電與機電實訓系統(tǒng)由太陽能光伏電板、雙軸跟蹤控制模塊、蓄電池模塊、太陽能控制器模塊、太陽能逆變器模塊、模擬風洞發(fā)電模塊、開關(guān)控制模塊、環(huán)境監(jiān)測模塊、上位機監(jiān)控模塊，儀表顯示部分,（各功能轉(zhuǎn)換接口模塊）等組成；各控制系統(tǒng)集成于風能發(fā)電、光伏發(fā)電為一體的教學實訓臺；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。
各部件接口采用安全插口式設(shè)計，各模塊通過實驗線纜連接，實驗方便、操作靈活。

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
? 系統(tǒng)電壓：DC12V，AC220V
? 系統(tǒng)電流：10A
? 系統(tǒng)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（或更多）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。
? 電池板：單晶硅/多晶硅
? 輸出功率：4*10W
? 開路電壓：21.24V（并聯(lián)），4*21.24V（串聯(lián)）
短路電流：4*0.75A（并聯(lián)），0.57A（串聯(lián)）
3、風力發(fā)電機
? 額定功率：400(W)
? 額定電壓：12/24(V)
? 額定電流：33.3/16.7（A）
? 風輪直徑：1.65(m)
? 啟動風速：1.5(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
4、模擬風洞模塊
? 風量：32073 mз/h
? 風壓：388Pa
? 轉(zhuǎn)速：1440 r/min
? 功率：5.5kW
可調(diào)風速：0～13級連續(xù)可調(diào)
5、風光互補控制器：
? 工作電壓：12/24V
? 充電功率Pmax ：1000W
? 光伏功率Pmax ：350W
? 風機功率Pmax ：550W
? 充電方式：PWM脈寬調(diào)制
? 充電大電流 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/24V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＋延時，通用控制等模式。
? 具有直流輸出或1Hz頻閃輸出2種輸出選擇，頻閃輸出特別適用于LED交通警示燈等。在頻閃輸出模式，負載可以使用感性負載。浮充電溫度補償功能。使用數(shù)字LED顯示及設(shè)置，采用一鍵式操作完成所有設(shè)置。
? 大屏幕LCD顯示，太陽能電池、蓄電池、負載電流、電壓等電參數(shù)。
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)，
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/功率根據(jù)客戶要求訂制
? 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*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、西門子S7-200 PLC
S7-200 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S7-200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、電池：
? 太陽能閥控式密封膠體蓄電池，額定電壓：12V，額定容量(18-20Ah),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。
13、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。
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
實驗十五 追日原理與追日過程實驗
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