圖1(圖片僅供參考)
設(shè)備組成
TW-SWP01風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng)主要由光伏供電裝置、風(fēng)力供電系統(tǒng)、逆變 與 負(fù)載系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)組成,風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)采用模塊式結(jié)構(gòu),各裝置和系統(tǒng)具有獨(dú)立的功能,可以組合成光伏發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng)。
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設(shè)備尺寸:
光伏供電裝置:1610×1010×1550mm
風(fēng)力供電裝置:1578×1950×1540mm
實訓(xùn)柜:3200×650×2000mm
場地面積:20平方米
各單元介紹
1、光伏供電裝置
光伏供電裝置的組成
光伏供電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(yùn)動機(jī)構(gòu)、擺桿、擺桿減速箱、擺桿支架、單相交流電動機(jī)、電容器、直流電動機(jī)、接近開關(guān)、微動開關(guān)、底座支架等設(shè)備與器件組成,如圖2所示。
圖2 光伏供電裝置
4塊光伏電池組件并聯(lián)組成光伏電池方陣,光線傳感器安裝在光伏電池方陣中央。2盞300W的投射燈安裝在擺桿支架上,擺桿底端與減速箱輸出端連接,減速箱輸入端連接單相交流電動機(jī)。電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時,通過減速箱驅(qū)動擺桿作圓周擺動。擺桿底端與底座支架連接部分安裝了接近開關(guān)和微動開關(guān),用于擺桿位置的限位和保護(hù)。水平和俯仰方向運(yùn)動機(jī)構(gòu)由水平運(yùn)動減速箱、俯仰運(yùn)動減速箱、直流電動機(jī)、接近開關(guān)和微動開關(guān)組成。直流電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時,水平運(yùn)動減速箱驅(qū)動光伏電池方陣作向東方向或向西方向的水平移動、俯仰運(yùn)動減速箱驅(qū)動光伏電池方陣作向北方向或向南方向的俯仰移動,接近開關(guān)和微動開關(guān)用于光伏電池方陣位置的限位和保護(hù)。
光伏電池組件
光伏電池組件的主要參數(shù)為:
額定功率 20W
額定電壓 17.2V
額定電流 1.17A
開路電壓 21.4V
短路電流 1.27A
尺寸 430mm×430mm×28mm
2.光伏供電系統(tǒng)
光伏供電系統(tǒng)的組成
光伏供電系統(tǒng)主要由光伏電源控制單元、光伏輸出顯示單元、觸摸屏、光伏供電控制單元、DSP控制單元、接口單元、西門子S7-200PLC、繼電器組、接線排、蓄電池組、可調(diào)電阻、斷路器、12V開關(guān)電源、網(wǎng)孔架等組成。如圖3所示。
控制方式
光伏供電控制單元的追日功能有手動控制盒自動控制兩個狀態(tài),可以進(jìn)行手動或自動運(yùn)行光伏電池組件雙軸跟蹤、燈狀態(tài)、燈運(yùn)動操作。
DSP控制單元和接口單元
蓄電池的充電過程及充電保護(hù)由DSP控制單元、接口單元及程序完成,蓄電池的放電保護(hù)由DSP控制單元、接口單元及繼電器完成,當(dāng)蓄電池放電電壓低于規(guī)定值,DSP控制單元輸出信號驅(qū)動繼電器工作,繼電器常閉觸點(diǎn)斷開,切斷蓄電池的放電回路。
蓄電池組
蓄電池組選用4節(jié)閥控密封式鉛酸蓄電池,主要參數(shù):
容量 12V 18Ah/20HR
重量 1.9kg
尺寸 345mm×195mm×20mm
3.風(fēng)力供電裝置
風(fēng)力供電裝置的組成
風(fēng)力供電裝置主要由葉片、輪轂、發(fā)電機(jī)、機(jī)艙、尾舵、側(cè)風(fēng)偏航控制機(jī)構(gòu)、直流電動機(jī)、塔架和基礎(chǔ)、測速儀、測速儀支架、軸流風(fēng)機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)支架、軸流風(fēng)機(jī)框罩、單相交流電動機(jī)、電容器、風(fēng)場運(yùn)動機(jī)構(gòu)箱、護(hù)欄、連桿、滾輪、萬向輪、微動開關(guān)和接近開關(guān)等設(shè)備與器件組成,如圖3所示。
圖3 風(fēng)力供電裝置
葉片、輪轂、發(fā)電機(jī)、機(jī)艙、尾舵和側(cè)風(fēng)偏航控制機(jī)構(gòu)組裝成水平軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī),安裝在塔架上。風(fēng)場由軸流風(fēng)機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)支架、軸流風(fēng)機(jī)框罩、測速儀、測速儀支架、風(fēng)場運(yùn)動機(jī)構(gòu)箱體、傳動齒輪鏈機(jī)構(gòu)、單相交流電動機(jī)、滾輪和萬向輪等組成。軸流風(fēng)機(jī)和軸流風(fēng)機(jī)框罩安裝在風(fēng)場運(yùn)動機(jī)構(gòu)箱體上部,傳動齒輪鏈機(jī)構(gòu)、單相交流電動機(jī)、滾輪和萬向輪組成風(fēng)場運(yùn)動機(jī)構(gòu)。當(dāng)風(fēng)場運(yùn)動機(jī)構(gòu)中的單相交流電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時,傳動齒輪鏈機(jī)構(gòu)帶動滾輪轉(zhuǎn)動,風(fēng)場運(yùn)動機(jī)構(gòu)箱體圍繞風(fēng)力發(fā)電機(jī)的塔架作圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,當(dāng)軸流風(fēng)機(jī)輸送可變風(fēng)量風(fēng)時,在風(fēng)力發(fā)電機(jī)周圍形成風(fēng)向和風(fēng)速可變的風(fēng)場。
在可變風(fēng)場中,風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用尾舵實現(xiàn)被動偏航迎風(fēng),使風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出最大電能。測速儀檢測風(fēng)場的風(fēng)量,當(dāng)風(fēng)場的風(fēng)量超過安全值時,側(cè)風(fēng)偏航控制機(jī)構(gòu)動作,使尾舵?zhèn)蕊L(fēng)45o,風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片轉(zhuǎn)速變慢。當(dāng)風(fēng)場的風(fēng)量過大時,尾舵?zhèn)蕊L(fēng)90o,風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于制動狀態(tài)。
4.風(fēng)力供電系統(tǒng)
風(fēng)力供電系統(tǒng)的組成
風(fēng)力供電系統(tǒng)主要由風(fēng)電電源控制單元、風(fēng)電輸出顯示單元、觸摸屏、風(fēng)力供電控制單元、DSP控制單元、接口單元、西門子S7-200PLC、繼電器組、接線排、可調(diào)電阻、斷路器、網(wǎng)孔架等組成。
控制方式
風(fēng)力供電控制單元的偏航功能有手動和自動兩個狀態(tài),可以進(jìn)行手動或自動可變風(fēng)向操作??勺冿L(fēng)量是由變頻器控制軸流風(fēng)機(jī)實現(xiàn)。手動操作變頻器操作面板上的有關(guān)按鍵,使變頻器的輸出頻率在0-50Hz之間變化,軸流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在0至額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變化,實現(xiàn)可變風(fēng)量輸出。
DSP控制單元和側(cè)風(fēng)偏航
風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪葉片在氣流作用下產(chǎn)生力矩驅(qū)動風(fēng)輪轉(zhuǎn)動,通過輪轂將扭矩輸入到傳動系統(tǒng)。當(dāng)風(fēng)速增加超過額定風(fēng)速時,風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速過快,發(fā)電機(jī)可能因超負(fù)荷而燒毀。
對于定槳距風(fēng)輪,當(dāng)風(fēng)速增加超過額定風(fēng)速時,如果氣流與葉片分離,風(fēng)輪葉片將處于“失速”狀態(tài),風(fēng)力發(fā)電機(jī)不會因超負(fù)荷而燒毀。
對于變槳距風(fēng)輪,當(dāng)風(fēng)速增加時,可根據(jù)風(fēng)速的變化調(diào)整氣流對葉片的攻角。當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速時,輸出功率可穩(wěn)定地保持在額定功率上。特別是在大風(fēng)的情況下,風(fēng)力機(jī)處于順槳狀態(tài),使槳葉和整機(jī)的受力狀況大為改善。
小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)多數(shù)是定槳距風(fēng)輪,在大風(fēng)的情況下,采用側(cè)風(fēng)偏航控制使氣流與葉片分離,使風(fēng)輪葉片處于“失速”狀態(tài),安全地保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)。另外,還可以通過側(cè)風(fēng)偏航控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)保持恒定功率輸出。
5.逆變與負(fù)載系統(tǒng)
逆變與負(fù)載系統(tǒng)的組成
逆變與負(fù)載系統(tǒng)主要由逆變電源控制單元、逆變輸出顯示單元、逆變器、逆變器參數(shù)檢測模塊、變頻器、三相交流電機(jī)、發(fā)光管舞臺燈光模塊、警示燈、接線排、斷路器、網(wǎng)孔架等組成。
1)逆變電源控制單元
逆變電源控制單元面板如圖19所示,逆變電源控制單元主要由斷路器、+24V開關(guān)電源、AC220V電源插座、指示燈、接線端子DT14和DT15等組成。
2)逆變輸出顯示單元
逆變輸出顯示單元主要由交流電流表、交流電壓表、接線端子DT16和DT17等組成。
3)逆變與負(fù)載系統(tǒng)主電路
逆變與負(fù)載系統(tǒng)主要由逆變器、交流調(diào)速系統(tǒng)、逆變器測試模塊、發(fā)光管舞臺燈光模塊和警示燈組成。
逆變器的輸入由光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)或蓄電池提供,逆變器輸出單相220V、50Hz的交流電源。交流調(diào)速系統(tǒng)由變頻器和三相交流電動機(jī)組成,逆變器的輸出AC220V電源是變頻器的輸入電源,變頻器將單相AC220V變換為三相AC220V供三相交流電動機(jī)使用。逆變電源控制單元的AC220V電源由逆變器提供,逆變電源控制單元輸出的DC24V供發(fā)光管舞臺燈光模塊使用。逆變器測試模塊用于檢測逆變器的死區(qū)、基波、SPWM波形。
逆變器
逆變器是將低壓直流電源變換成高壓交流電源的裝置,逆變器的種類很多, 各自的具體工作原理、工作過程不盡相同。本實訓(xùn)裝置使用的逆變器由DC-DC升壓PWM控制芯片單元、驅(qū)動+升壓功率MOS管單元、升壓變壓器、SPWM芯片單元、高壓驅(qū)動芯片單元、全橋逆變功率MOS管單元、LC濾波器組成。
6.監(jiān)控系統(tǒng)
監(jiān)控系統(tǒng)組成
監(jiān)控系統(tǒng)主要由一體機(jī)、鍵盤、鼠標(biāo)、接線排、電源插座、通信線、微軟操作系統(tǒng)軟件、力控組態(tài)軟件組成。
監(jiān)控系統(tǒng)功能
通信:監(jiān)控系統(tǒng)與控制器、PLC、儀表進(jìn)行通信。
界面:
1)監(jiān)控系統(tǒng)具有主界面,光伏供電系統(tǒng)界面,風(fēng)力供電系統(tǒng)界面,逆變與負(fù)載系統(tǒng)界面,風(fēng)光互補(bǔ)能量轉(zhuǎn)換界面,分別顯示各自的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。
2)光伏供電系統(tǒng)界面設(shè)置相應(yīng)的按鈕,實現(xiàn)光伏電池方陣自動跟蹤。
3)風(fēng)力供電系統(tǒng)界面設(shè)置相應(yīng)的按鈕,實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)側(cè)風(fēng)偏航控制。
4)具有光伏發(fā)電采集報表和風(fēng)力發(fā)電集報表,記錄光伏輸出電壓、電流,風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出電壓、電流;逆變與負(fù)載系統(tǒng)的逆變輸出電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)并打印數(shù)據(jù)報表。
主要實驗實訓(xùn)內(nèi)容
1、離網(wǎng)型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)規(guī)劃;
2、根據(jù)功率要求,光伏電池組件的選擇、安裝和連接;
3、根據(jù)功率要求,風(fēng)力發(fā)電機(jī)的選擇、安裝和連接;
4、基于MCU的光伏電池組件最大功率跟蹤程序設(shè)計;
5、基于MCU的風(fēng)力發(fā)電機(jī)最大功率跟蹤的程序設(shè)計;
6、蓄電池容量匹配計算與選型;;
7、蓄電池充放電參數(shù)設(shè)置、保護(hù)參數(shù)設(shè)置;
8、逆變器參數(shù)設(shè)置;
9、監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)及操作;
10、光伏供電系統(tǒng)的調(diào)試;
11、風(fēng)力供電系統(tǒng)的調(diào)試;
12、風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的調(diào)試;
13、電能質(zhì)量的監(jiān)測、調(diào)試和分析。
風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng)
作者:天威教學(xué)
來源:
日期:2015-12-17 17:27:46
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文章摘要
風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng)
風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng):
(一)、系統(tǒng)主要組成部分:
(1)光伏發(fā)電控制柜
(2)風(fēng)力發(fā)電控制柜
(3)太陽能和風(fēng)能模擬發(fā)電裝置
(4)監(jiān)控系統(tǒng)
(二)、系統(tǒng)各組成部分的參數(shù)要求:
1、光伏控制柜系統(tǒng)
1)光伏供電系統(tǒng)的組成
光伏供電系統(tǒng)主要由逐日控制單元、光伏輸出顯示單元、日照電源單元、MPPT控制單元、PLC、繼電器組、接線排、蓄電池組、可調(diào)電阻、斷路器、12V開關(guān)電源等組成。
2)控制方式
光伏供電控制單元的追日功能有手動控制和自動控制兩個狀態(tài),可以進(jìn)行手動或自動運(yùn)行光伏電池組件雙軸跟蹤、燈狀態(tài)、燈運(yùn)動操作。
3)MPPT控制器
該控制器采用STM32設(shè)計,工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn),具有多種充電模式,MPPT控制方式能電池對蓄電池進(jìn)行智能充電。在太陽電池板和風(fēng)力發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電能超過蓄電池存儲容量時,控制系統(tǒng)必須將多余的能量消耗掉,從而保證了最佳的蓄電池充電特性,使得電能得到充分利用。
數(shù)字化智能控制,核心器件采用功能強(qiáng)大的STM32進(jìn)行控制,使得外圍電路結(jié)構(gòu)簡單,且控制方式和控制策略靈活強(qiáng)大;功率器件則采用優(yōu)質(zhì)的進(jìn)口器件,從而確保了控制器優(yōu)異的性能和穩(wěn)定性。配置LabVIEW軟件,實時監(jiān)測與遠(yuǎn)程控制。提供部分源代碼及相關(guān)原理圖等用于教學(xué)研究,投標(biāo)時提供樣品。
技術(shù)參數(shù)
系統(tǒng)額定電壓
24V
光伏組件功率
150W
充電
充電
20A
均充保護(hù)
28.8V±1%
浮充
27.6V±1%
均充恢復(fù)
26.4V±1%
溫度補(bǔ)償
-48mV/℃
過放
斷開(直流)
21.8V±1%
恢復(fù)(直流)
24.6V±1%
過壓
切斷(直流)
32V±1%
恢復(fù)(直流)
30V±1%
空載電流(直流)
≤0.1A
電壓降落(直流)
≤0.5V
控制方式
最大功率點(diǎn)跟蹤-MPPT(充電效率比PWM普通型高出30%)
升壓充電
柔性獨(dú)立升壓電路(可選)
顯示方式
液晶
顯示參數(shù)
電壓、充電電流,蓄電池電量
保護(hù)類型
防雷保護(hù),太陽能電池防反充保護(hù),蓄電池開路保護(hù)、蓄電池接反保護(hù)、過風(fēng)速和過電壓軟自動剎車保護(hù)
散熱方式
散熱器
環(huán)境溫度
-25℃~+55℃
使用海拔
≤5500m(2000m以上需要降低功率使用)
環(huán)境濕度
0~90%,不結(jié)露
4)蓄電池組
蓄電池組選用4節(jié)閥控密封式鉛酸蓄電池,主要參數(shù):容量 12V 14Ah