TW-SNY52分布式光伏工程實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)

一、設(shè)備概述

該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)能夠使學(xué)生掌握風(fēng)光互補(bǔ)的發(fā)電原理、發(fā)電裝置安裝、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)、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(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。在緊貼新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展與需求的同時(shí)，培養(yǎng)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展技術(shù)型人才需求，推動(dòng)各高職院校開(kāi)展專(zhuān)業(yè)建設(shè)，展示相關(guān)教學(xué)改革和實(shí)踐成果。

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)主要由光伏模擬裝置、光伏充放電系統(tǒng)、風(fēng)力模擬裝置、風(fēng)力充放電系統(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(shí)訓(xùn)系統(tǒng)主要由光伏模擬裝置、光伏充放電系統(tǒng)、風(fēng)力模擬裝置、風(fēng)力充放電系統(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(shí)訓(xùn)系統(tǒng)采用獨(dú)立網(wǎng)孔面板結(jié)構(gòu)、模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各裝置和系統(tǒng)既可以獨(dú)立運(yùn)行，也可以組成光伏發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)或風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)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(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、擺桿、擺桿減速箱、擺桿支架、單相交流電動(dòng)機(jī)、電容器、直流電動(dòng)機(jī)、接近開(kāi)關(guān)、微動(dòng)開(kāi)關(guān)、底座支架等設(shè)備與器件組成，如圖1-1所示

圖1-1

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(mén)子PLC、繼電器組、接線端子、蓄電池組、功率可調(diào)電阻、斷路器、5V輔助開(kāi)關(guān)電源、網(wǎng)孔面板、線槽、鋁型材等組成。如圖1-2所示。

圖1-2

風(fēng)力模擬裝置的組成

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)偏航機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、直流電動(dòng)機(jī)、塔架和基礎(chǔ)、測(cè)速儀、測(cè)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(dòng)機(jī)、電容器、風(fēng)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)箱、護(hù)欄、連桿、滾輪、萬(wàn)向輪、微動(dòng)開(kāi)關(guān)和接近開(kāi)關(guān)等設(shè)備與器件組成，如圖1-3所示。

圖1-3

風(fēng)力供電系統(tǒng)

風(fēng)力供電系統(tǒng)主要由輔助電源控制單元、風(fēng)機(jī)輸出顯示單元、組態(tài)觸摸屏、風(fēng)力模擬控制單元、接口單元、西門(mén)子PLC、變頻器、繼電器組、接線端子、功率可調(diào)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

逆變與負(fù)載系統(tǒng)

逆變與負(fù)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(jī)、12V直流風(fēng)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

監(jiān)控系統(tǒng)組成

監(jiān)控系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、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(kāi)發(fā)，通過(guò)計(jì)算機(jī)串口進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)用電信息及環(huán)境信息并可進(jìn)行曲線觀測(cè)，光伏跟蹤可通過(guò)監(jiān)控軟件與PLC進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程跟蹤控制。監(jiān)控系統(tǒng)定時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到SQLite嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便對(duì)歷史數(shù)據(jù)的記錄、查詢(xún)和報(bào)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(qǐng)點(diǎn)擊“注冊(cè)”按鈕，在注冊(cè)用戶(hù)界面里填入默認(rèn)密碼并注冊(cè)新用戶(hù)。在登陸界面填寫(xiě)用戶(hù)名和密碼后，點(diǎn)擊“登陸”按鈕即可進(jìn)入監(jiān)控界面。

系統(tǒng)登陸后進(jìn)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(cè)的信息和曲線觀測(cè)窗口。

系統(tǒng)登陸后需要先設(shè)置通訊端口，點(diǎn)擊菜單欄“端口管理”->“串口設(shè)置”，打開(kāi)通訊端口設(shè)置對(duì)話窗，如圖1-8所示，其中“儀表端口”是與組態(tài)觸摸屏連結(jié)的串口，“PLC端口”是與光伏跟蹤控制的PLC端口0進(jìn)行連結(jié)的端口。正確設(shè)置后點(diǎn)擊“確定”即可。

在主界面中點(diǎn)擊菜單欄“端口管理”->“打開(kāi)串口”，正常連結(jié)后通訊狀態(tài)顯示為“正常通訊”。

遠(yuǎn)程跟蹤控制

在主界面菜單欄點(diǎn)擊“跟蹤控制”按鈕，進(jìn)入遠(yuǎn)程光伏跟蹤控制界面，如圖1-9所示。

歷史報(bào)表查詢(xún)

在主界面菜單欄點(diǎn)擊“歷史數(shù)據(jù)”->“查詢(xún)”按鈕，進(jìn)入歷史報(bào)表數(shù)據(jù)查詢(xún)窗口，如圖1-10所示。選擇查詢(xún)的起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，即可查詢(xún)?cè)搮^(qū)間的歷史數(shù)據(jù)，還可將歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為EXCEL報(bào)表形式，方便保存和打印。

三、主要實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容

（1）光伏模擬裝置實(shí)訓(xùn)

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(shí)訓(xùn)

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(shè)計(jì)

4）光伏電池的輸出特性

5）蓄電池的充電特性和放電保護(hù)

6）光伏供電系統(tǒng)的操作和使用注意事項(xiàng)

（3）風(fēng)力模擬裝置實(shí)訓(xùn)

1）水平軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝

2）模擬風(fēng)場(chǎng)裝置組裝

3）側(cè)風(fēng)偏航裝置的組裝

（4）風(fēng)力供電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)

1）風(fēng)力供電系統(tǒng)接線

2）模擬風(fēng)場(chǎng)控制程序設(shè)計(jì)

3）風(fēng)力發(fā)電機(jī)側(cè)風(fēng)偏航控制程序設(shè)計(jì)

4）風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出特性測(cè)試

5）風(fēng)力供電系統(tǒng)的操作和使用注意事項(xiàng)

（5）逆變與負(fù)載系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)

1）逆變器的負(fù)載安裝與調(diào)試

2）逆變器的原理與測(cè)試

四、技術(shù)參數(shù)

1)太陽(yáng)能電池組件：?jiǎn)尉ЫM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(jī)擺動(dòng)，模擬太陽(yáng)升起至日落運(yùn)動(dòng)；

3)模擬光源拖動(dòng)電機(jī)：交流電機(jī)；模擬光源拖動(dòng)減速機(jī)：減速機(jī)，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(jié)構(gòu)，6路模擬量信號(hào)輸出,跟蹤探頭采用無(wú)色透明外殼，方便學(xué)生觀察；

5)太陽(yáng)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(dòng)/自動(dòng)模擬光源運(yùn)動(dòng)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(fēng)力發(fā)電機(jī)：水平軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)；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(fēng)與側(cè)風(fēng)偏航控制，偏航角度0°-90°；采用DC24V直流同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)；

10)模擬風(fēng)源：采用變頻軸流通風(fēng)機(jī)，電壓220V、功率0.37KW、轉(zhuǎn)速1400rpm；采用變頻器驅(qū)動(dòng)；

11)模擬風(fēng)場(chǎng)：模擬風(fēng)源在電機(jī)的拖動(dòng)下繞風(fēng)力發(fā)電機(jī)做圓弧運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)角度60±5°,風(fēng)力發(fā)電機(jī)四周采用隔離網(wǎng)布置，確保學(xué)生實(shí)訓(xùn)安全；

12)模擬風(fēng)場(chǎng)拖動(dòng)電機(jī)：額定輸出功率100W、額定轉(zhuǎn)速1400rpm、減速比140：1；

13)風(fēng)速傳感器：測(cè)量模擬風(fēng)源風(fēng)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(hù)等；

15)模擬風(fēng)場(chǎng)控制單元：手動(dòng)/自動(dòng)風(fēng)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)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(yáng)能控制器：DC12V、DC5A、PWM方式充電；電路模塊化開(kāi)放設(shè)計(jì)，方便充電波形與電路測(cè)試；有充放電、電池狀態(tài)指示、溫度補(bǔ)償；蓄電池反接、夜間防反沖、防雷、限流、過(guò)充、過(guò)放、負(fù)載過(guò)載、短路等保護(hù)；

19)風(fēng)機(jī)控制器：電壓DC12V(整流)、額定電流5A、PWM(脈沖寬度調(diào)制)方式充電；電路模塊化開(kāi)放設(shè)計(jì)，方便充電波形與相關(guān)電路電氣測(cè)試；具有風(fēng)速檢測(cè)、偏航控制信號(hào)或剎車(chē)信號(hào)輸出功能；有充放電指示等功能；具有蓄電池反接、防雷、風(fēng)機(jī)限流、過(guò)充、過(guò)放、負(fù)載過(guò)載、短路等保護(hù)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(kāi)放設(shè)計(jì)，可進(jìn)行SPWM逆變驅(qū)動(dòng)波形、逆變輸出電壓波形與電路電氣測(cè)試；可時(shí)行死區(qū)按鍵設(shè)置；具有軟啟動(dòng)、過(guò)欠壓關(guān)斷、短路、過(guò)載等保護(hù)功能；

21)功率電阻模塊：0-2000歐可調(diào),功率100W；直流阻性、直流感性負(fù)載；交流阻性、交流感性負(fù)載；

22)觸摸屏：采用一體化觸摸屏；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(jī)：采用觸摸屏工控一體機(jī)；

24)監(jiān)控軟件：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并存儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)電、用電與環(huán)境參數(shù)等信息，實(shí)時(shí)對(duì)模擬光源、光伏跟蹤等進(jìn)行控制；具有曲線顯示等功能；

五、功能模塊

采用光伏組件、可調(diào)直流源、蓄電池為設(shè)備供電

光伏供電：光伏組件沿著太陽(yáng)的運(yùn)行軌跡追隨太陽(yáng),構(gòu)成一個(gè)閉路反饋系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤。系統(tǒng)不需設(shè)定基準(zhǔn)位置,傳感器永不迷失方向。

可調(diào)直流源：高頻調(diào)制技術(shù)，將開(kāi)關(guān)電源的電壓和電流展寬，實(shí)現(xiàn)了電壓0~100V和電流0~10A的大范圍調(diào)節(jié)

蓄電池：在離網(wǎng)系統(tǒng)中進(jìn)行能源補(bǔ)償。

數(shù)據(jù)采集模塊

高精度直/交流電壓電流多功能組合表，和電子式多功能電能表。提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，本地?cái)?shù)據(jù)查詢(xún)，電流變比可編程設(shè)置，支持RS-485通訊，Modbus-RTU協(xié)議。

交流電壓電流多功能組合表

直流電壓電流多功能組合表

單相電子式多功能電能表

集中控制模塊 ：通過(guò)對(duì)繼電器或接觸器的控制從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)光伏系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、快速的邏輯控制。并通過(guò)光伏控制器控制光伏組件方陣對(duì)蓄電池充電以及蓄電池給后端負(fù)載供電的自動(dòng)控制設(shè)備。

環(huán)境感知模塊：包含光照度傳感器，溫度濕度傳感器。

通訊模塊 ：包含交換機(jī)、LoRa通訊模塊、光伏運(yùn)維終端、智慧運(yùn)維采集器。

負(fù)載模塊：包含直流負(fù)載和交流負(fù)載。

智能離網(wǎng)微逆變模塊 ：輸出正弦波，具有高可靠性，低故障率的特點(diǎn)，性能優(yōu)越。

六、分布式光伏并網(wǎng)隔離系統(tǒng)

包含并網(wǎng)逆變器和隔離變壓器，同時(shí)與智能離網(wǎng)微逆變模塊集成與一套設(shè)備中，可自由將系統(tǒng)在并網(wǎng)模式與離網(wǎng)模式中切換。

并網(wǎng)逆變器：

1)額定功率：700W；

2)最大額定輸出率：800W；

3)啟動(dòng)電壓：60V；

4)最大輸入直流電流：11A；

5)額定輸出功率：700W；

6)額定輸出電壓：220±5%；

7)頻率：50±0.05Hz；

8)最大輸出電流：4.4A ；

8)最大效率：97.2V；

9)通訊接口：RS485；

10)冷卻方式：自然對(duì)冷；

11)工作溫度：-20°C~+60°C；

12)工作濕度：10%~90%RH；

13）產(chǎn)品尺寸：310*373*160mm；

14）重量：7.4kg；

隔離變壓器

1)額定功率：1000VA；

2)輸入電壓：AC220V±10%；

3)絕緣電阻：≥50M歐姆；

4)效率：≥95%；

6) 頻率類(lèi)型: 50-60HZ；

7)工作溫度：-20°C~+40°C

8)工作濕度：≤90%RH；

七、分布式光伏智能運(yùn)維系統(tǒng)

1)包含用戶(hù)列表、角色列表、權(quán)限管理，增加賽事，編輯參賽人員，可以賽程參數(shù)設(shè)置（起止時(shí)間，根據(jù)結(jié)束時(shí)間自動(dòng)結(jié)束賽事），賽事計(jì)分。

2)具有賽事控制：能控制單人加時(shí)，單人結(jié)束和全部結(jié)束。

3)地圖上顯示電站位置，點(diǎn)擊后顯示電站概要信息（今日發(fā)電；總發(fā)電量；更新時(shí)間）。

4)界面顯示包含登錄用戶(hù)所管理電站的統(tǒng)計(jì)信息、運(yùn)行狀況，可進(jìn)行電站維護(hù)，采集器維護(hù)和設(shè)備維護(hù)：新增、修改、刪除。

5)擁有至少5種監(jiān)控參數(shù)。

6)卡片形式展示當(dāng)前用戶(hù)所管理的電站概要信息。

7)顯示當(dāng)前用戶(hù)所管理的電站的故障信息，可處理故障，輸入故障原因分析、故障處理方式方法，是否解決。

8)統(tǒng)計(jì)節(jié)能減排相關(guān)數(shù)據(jù)（減排CO2、節(jié)約樹(shù)木）。

9)逆變器的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：小時(shí)發(fā)電、實(shí)時(shí)功率曲線、日、月、年發(fā)電柱狀圖。

10)顯示選中電站的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，并監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)行情況，如果網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有故障則直觀顯示網(wǎng)絡(luò)中。

11)要求顯示當(dāng)前功率、今日發(fā)電、累計(jì)發(fā)電、月度發(fā)電、年度發(fā)電、節(jié)能減排6種參數(shù)。

八、分布式光伏仿真規(guī)劃軟件

可以導(dǎo)入各種現(xiàn)實(shí)或模擬地形地貌，以網(wǎng)格形式進(jìn)行部署和展示系統(tǒng)，具有地形、氣候、成本、收益等功能模擬。培養(yǎng)學(xué)生從多方面角度去綜合考究區(qū)域能源規(guī)劃的能力。