SB-FG02風光互補發(fā)電測量與控制實訓系統(tǒng)
風光互補發(fā)電測量與控制實訓系統(tǒng)，能源是國民經濟發(fā)展和人民生活必須的重要物質基礎。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。各國紛紛開始根據國情，治理和緩解已經惡化的環(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)，具有很好的應用前景。
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、離網電源的實驗及教學演示。幫助學生理解太陽能并網、離網及風力發(fā)電系統(tǒng)的原理，從而起到學習工程實際應用技能的作用。
應用范圍：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、并網發(fā)電為主課題的研究和培訓。
一、主要技術規(guī)格參數：
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方式。
?額定功率 20W
?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：1.24(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
?風葉旋轉方向：順時針
?風葉數量：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：鋁型材內夾鋼絲網，高度約1.5米
4、模擬風洞模塊
?風量：32073 mз/h
?風壓：388Pa
?轉速：1440 r/min
?功率：2.2kW
?可調風速：0～13級連續(xù)可調
?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，定時開、定時關，）。
?使用32們高速單片機，實現智能控制，自動識別12/24V系統(tǒng)。 采用串聯式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%并網逆變器具有DC－DC和DC－AC兩級能量變換的結構。DC－DC變換環(huán)節(jié)調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電壓同相位，同時獲得單位功率因數。
6、離網逆變器
?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：>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 S7-200SMART PLC，該機搭載西門子專用高速處理器芯片，基本指令執(zhí)行時間可達0.15us，這一強大"芯"臟，在處理繁瑣程序邏輯和復雜工藝要求時從容不迫，確保設備高效穩(wěn)定運行。CPU模塊本體標配以太網接口，程序下載和通信變得方便快捷，通過一根普通網線，即可將程序下載到PLC省去專用編程電纜麻煩，以太網接口支持與其他CPU模塊、觸摸屏、計算機進行通信，輕松實現組網功能。
?S7-200 SMART CPU模塊本體集成1 個以太網接口和1 個RS485 接口，通過擴展CM01 信號板，其通信端口數量最多可增至3個?？蓾M足小型自動化設備連接觸摸屏、變頻器等第三方設備的眾多需求。
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
?內存：64M
?存儲設備：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
產品規(guī)格
結構：工業(yè)塑料結構
?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直流可調穩(wěn)壓電源）；
?有市電互補切換
?LED恒流驅動
?提供并網、離網逆變器實套件
?設置電壓模塊，確保實驗過程的安全；
?可變電阻，電阻值調整范圍為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，DC200V，顯示模式︰0.5"LCD液晶顯示
?電流表：× 1個，AC5A， 顯示模式︰0.5"LCD液晶顯示
?電壓表：× 1個，AC220V，顯示模式︰0.5"LCD液晶顯示
?溫度表：× 1個，0～99.9℃
?多功能網絡電參數表：×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：
?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
?馬達：×1個，額定電壓：12V，工作電流：0.35A，功率：5W 轉速：30rmp/min
?LED燈：1組，額定電壓：DC12-60V
?蜂鳴器：1個
交流負載
?交流線性電阻負載：0～50Ω連續(xù)可調
?交流模擬負載：AC220V LED燈，白熾燈，AC220V交流風扇
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)可設置
?內部存儲：4M bit
?通訊接口： RS-232/485/USB通訊
?環(huán)境溫度：-40℃～50℃
?轉速傳感器：0～5000 風力發(fā)電機轉速檢測顯示
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(55Ah),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。
14、系統(tǒng)外形尺寸；長1240×寬750×高1800（㎜）附滾輪方便推動至戶外教學。
15、實驗室智慧用電安全控制系統(tǒng)智能電源管理系統(tǒng)具有過溫、短路、過流、過壓、欠壓、失壓、功率限定7大保護功能；電源具有一鍵鎖定功能，處理故障時，防止漏電保護器合閘，造成觸電危險；電源具有故障鎖定功能，發(fā)生故障導致跳閘時，不能人為上電，只能通過遠程清除故障后，才能上電成功；能通過無線4G和有線以太網與手機APP和PC端云平臺通訊，沒有網絡的情況下，教室整套智能電源管理系統(tǒng)可離線獨立運行。
1、智能終端：智能電源管理系統(tǒng)以32位ARM為核心，采用4.3寸彩色觸摸屏為人機交互界面，實時監(jiān)控設備運行情況，提供Zigbee、CAN等多種通信模式，具備語音播報功能。能實時監(jiān)測三相電壓、電流、功率，功率因數、頻率、電能等參數，液晶觸摸屏監(jiān)測數值。能監(jiān)控實驗室電源的故障類型和故障次數；設備時間管理包含年月日時間的顯示；用戶通過刷卡方式請求開啟設備，PC端進行授權之后，設備可啟動使用，PC端可分時預約設備的啟動和停止！
2、手機APP：用電狀態(tài)界面實時顯示當前電壓、電流、有無功功率、電能、設備溫度、漏電電流值等；用電數據界面能智能查找近2年用電數據，設置界面能設置限定電能值、負載值、設備超溫值、過欠壓值、過欠壓恢復時間值等。后臺查看報警日志、操作日志、故障日志等?？刂疲嚎稍谖⑿判〕绦蛑羞h程控制智能開關的通斷。
3、PC端軟件：每個設備狀態(tài)信息顯示，具有多個子界面，具有故障分析，用電能效分析、集中管理、個人中心資料管理、用戶報警定位跟蹤與信息統(tǒng)計；具有管理員信息修改與權限管理等功能?？梢绘I開啟和關閉所有設備，可單獨控制每臺設備的開關！
4、后臺系統(tǒng)：包含賬號管理、設備管理、報修管理、用戶管理，設備管理：①、包含監(jiān)控管理：實時視頻監(jiān)控每個教室，可一鍵預覽所有設備的在線和運行情況，分析設備使用率及運行時間！②、包含設備節(jié)點：可顯示設備所在位置、編碼名稱、掛載情況、用戶編輯、用戶查詢等。
5、報修管理：用戶可進行遠程報修，反應設備故障信息，編輯報修情況，后臺可進行遠程維護，及時跟進，以有效解決用戶設備維護。
6、用戶管理：可連通手機號，對賬戶進行一對一的安全加密，實名認證，防止賬戶泄密、防盜，現場數據連接云平臺后臺數據庫管理。
16、多媒體教學軟件
1、通過該軟件可以系統(tǒng)性學習太陽能光伏硅材料、電池片、光伏組件、光伏組件附屬材料、光伏應用產品等全部系列光伏知識內容。
2、配備文字與動畫展示并介紹從原材料至成品包括中間環(huán)節(jié)加工工藝等與使用方法。
3、多媒體系統(tǒng)自帶語音講解，圖、文、聲并茂展示講解、與系統(tǒng)所述文字同步播放，幫助教師對光伏發(fā)電課程教案的快速編寫，提高學生對新能源專業(yè)知識快速掌握和快速學習。
4、多媒體軟件組成
(1)太陽能光伏硅材料講解與展示系統(tǒng)
主要功能
1、可以展示各種太陽能光伏電池使用的硅材料實物；
2、配備文字與動畫展示各種材料的生產工藝與使用方法
3、目錄（約11課時）
?光伏硅產品基本情況介紹
?硅單質性質：包括硅的物理性質、化學性質、硅的分類與應用
?硅化合物性質：包括二氧化硅、一氧化硅、硅的鹵化物、三氯氫硅、硅烷等
?硅的生長原理及定型
?硅的提純方法：包括化學提純與物理提純方法
?多晶硅的制備及其缺陷和雜質：包括冶金硅級制備、高純多晶硅制備、鑄造多晶硅制備
?單晶硅的制備及其缺陷和雜質：包括單晶硅生長、單晶硅的雜質與缺陷
?單晶硅與多晶硅加工方法
?硅薄膜材料：包括非晶硅薄膜材料、多晶硅薄膜材料
?硅材料的測試與分析方法：包括導電型號測量、電阻率測量、少子壽命測量、霍爾系數的測定、遷移率的測量、化學性能分析、晶體結構分析等
?硅材料測試與分析依據標準（GB標準、UL標準、IEC標準、SEMI標準）
(2)太陽能光伏電池片講解與展示系統(tǒng)
主要功能
1、可以展示各種太陽能光伏電池片；
2、配備文字與動畫展示各種電池片的生產工藝與使用方法
3、目錄（約9課時）
?太陽能電池片基本情況介紹
?太陽能電池片基本結構分析
?太陽能電池片分類
?晶體硅太陽能電池片生產工藝：包括生產方法與生產設備介紹
?晶體硅太陽能電池片生產主要原材料
?太陽能電池片測試技術與方法：包括測試方法與測試設備介紹
?太陽能電池片測試依據標準
(3)太陽能光伏組件講解與展示系統(tǒng)
1、可以展示各種太陽能光伏光伏組件；
2、配備文字與動畫展示各種光伏組件的生產工藝與使用方法
3、目錄（約10課時）
?太陽能電池組件基本介紹
?太陽能電池組件的分類及各種組件的優(yōu)缺點
?太陽能電池組件的生產工藝介紹及相關設備
?太陽電池組件的評定標準
?太陽能電池組件的測試方法與測試設備
?太陽能電池組件的發(fā)展方向
(4)太陽能光伏組件附屬材料講解與展示系統(tǒng)
主要功能
1、可以展示各種太陽能光伏光伏組件附屬材料；
2、配備文字與動畫展示各種光伏組件附屬材料的生產工藝與使用方法
3、目錄（約7課時）
?太陽能組件附屬設施情況介紹
?太陽能組件對鋼化玻璃的具體要求
?太陽能組件對支架鋁型材的具體要求
?太陽能組件對EVA封膠的具體要求
?太陽能組件對TPT背板的具體要求
?太陽能組件附屬設施檢測方法
?太陽能組件附屬設施測試標準
* 二、展示與講解內容目錄（圖、文、聲并茂）：
2.1 太陽能光伏應用產品講解與展示系統(tǒng)（約5課時）
2.1.1 太陽能發(fā)電系統(tǒng)：
2.1.2 家用太陽能發(fā)電機直流系統(tǒng)多媒體電視機
2.1.3 太陽能便攜電源：
2.1.4 太陽能殺蟲燈
2.1.5 太陽能警示燈
2.1.6 太陽能野營燈
2.2 太陽能光伏發(fā)電基本原理
2.3 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)組成部分介紹
2.4 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設計方法
2.5 太陽能光伏電站施工建設方法
2.5.1、項目前期考察
2.5.2、項目建設前期資料及批復文件
第一階段：可研階段
第二階段：獲得省級/市級相關部門的批復文件
第三階段：獲得開工許可
2.5.3、項目施工圖設計
2.5.4、項目實施建設
2.5.5、帶電前的必備條件
2.6太陽能光伏并網電站介紹
2.6.1、光伏并網電站簡要描述
2.6.2、光伏并網電站設備組成
2.6.2、光伏并網電站設備功能
2.7 家用型太陽能電站建設方案
2.7.1、項目概述
2.7.2、方案設計 （附詳細方案設計）
（一）用戶負載信息
（二）系統(tǒng)方案設計
（三）效益計算：
2.8 逆變器基本原理介紹
2.9 控制器基本原理介紹
主要作用：
在小型光伏系統(tǒng)中，用來保護蓄電池；在大中型系統(tǒng)中，起平衡光伏系統(tǒng)能量、保護蓄電池及整個系統(tǒng)正常運行等；
光伏控制器應具有以下功能：
①防止蓄電池過充電和過放電，延長蓄電池壽命；
②防 止太陽能電池板或電池方陣、蓄電池極性接反；
③防止負載、控制器、逆變器和其他設備內 部短路；
④具有防雷擊引起的擊穿保護；
⑤具有溫度補償的功能
⑥顯示光伏發(fā)電系統(tǒng)的 各種工作狀態(tài)，包括：蓄電池（組）電壓、負載狀態(tài)、電池方陣工作狀態(tài)、輔助電源狀態(tài)、 環(huán)境溫度狀態(tài)、故障報警等。
?光伏控制器按電路方式的不同，可分為并聯型、串聯型、脈寬調制型、多路控制型等；
?按組件輸入功率分：小功率型、 中功率型、大功率型及專用控制器（如草坪燈控制器）等；
光伏控制器性能特點：
1.小功率光伏控制器
?控制器的主要開關器件；
?運用脈沖寬度調制（PWM)控制技術；
?具有單路、雙路負載輸出和多種工作模式；
?具有多種保護功能；
?系統(tǒng)工作狀況、蓄電池的剩余電量等的變化；
?具有溫度補償功能
2、中功率光伏控制器
?負載電流大于15A的控制器為中功率控制器。
?系統(tǒng)狀態(tài)顯示；
?可編程設定負載的控制方式；
?多種保護功能；
?浮充電壓的溫度補償功能；
?具有快速充電功能；
?普通充放電工作模式、光控開/關、光控開/時控關工作模式
3、大功率光伏控制器大功率光伏控制器采用微電腦芯片控制系統(tǒng)，控制功能更強，可實現復雜過程控制。
?光伏控制器主要技術參數：系統(tǒng)電壓、最大充電電流、太陽電池方陣輸入路數、電路自身損耗、充滿斷開或過壓關斷電壓（HVD) 、欠壓斷開或欠壓關斷電壓（LVD)、蓄電池充電浮充電壓、溫度補償、使用或工作環(huán)境溫度范圍、其他保護功能
?控制器的額定負載電流：即控制器輸出到直流負載或逆變器的直流輸出電流。該數據要滿足負載或逆變器的輸入要求。
二、可完成實訓內容
1、太陽光電實習教學模塊實驗內容：
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換實驗
實驗1-2 環(huán)境對光電轉換影響實驗
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 離網逆變器設計實驗
實驗十一 離網逆變器工作特性實驗
實驗十二 離網逆變器帶載及保護實驗
實驗十三 并網逆變器設計實驗
實驗十四 并網實驗
2、風力電實習教學模塊實驗內容：
實驗一、風力發(fā)電基礎理論原理性實驗
實驗二、風力發(fā)電系統(tǒng)設計實驗
實驗三、風力發(fā)電控制技術實驗
實驗四、風力發(fā)電相關測量技術實驗
實驗五、風力發(fā)電基礎理論與應用技術仿真實驗
實驗六、發(fā)電機轉速與輸出電壓關系實驗
實驗七、發(fā)電機轉速與輸出電流關系實驗
實驗八、發(fā)電機轉速與輸出頻率關系實驗
實驗九、風速即轉速與與出功率關系實驗
3、觸摸屏實訓內容
實驗一 組態(tài)軟件應用及界面設計
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 數字輸入和文數字顯示
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
三、系統(tǒng)基本配置單
序號 | 名 稱 | 數量 | 單位 |
1 | 風光互補實驗臺 | 1 | 臺 |
2 | 追日支架 | 1 | 套 |
3 | 太陽能電池組件20W | 4 | 塊 |
4 | 風力供電裝置 | 1 | 套 |
5 | SMART S7-200 PLC | 1 | 臺 |
6 | 10寸 觸摸屏 | 1 | 臺 |
7 | 模擬風洞 2.2KW | 1 | 臺 |
8 | 蓄電池組55Ah | 1 | 組 |
9 | 實驗附件 | 1 | 套 |
10 | 實訓指導書 | 1 | 本 |
