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SG-T11風(fēng)光互補發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng)

時間:2022-03-13 11:35:09

SG-T11風(fēng)光互補發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng)


一、概述:
SG-T11風(fēng)光互補發(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)光互補發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng)采用模塊式結(jié)構(gòu),各裝置和系統(tǒng)具有獨立的功能,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)。

二、風(fēng)光互補發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng)參數(shù)
SG-T11風(fēng)光互補發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng)主要由光伏供電裝置、光伏供電系統(tǒng)、風(fēng)力供電裝置、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,如圖1所示。SG-T11 風(fēng)光互補發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng)采用模塊式結(jié)構(gòu),各裝置和系統(tǒng)具有獨立的功能,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)。
1、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
2、場地面積:20平方米

三、風(fēng)光互補發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng)組成:
1、 光伏供電裝置
(1)、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動機構(gòu)、擺桿、擺桿減速箱、擺桿支架、單相交流電動機、電容器、直流電動機、接近開關(guān)、微動開關(guān)、底座支架等設(shè)備與器件組成,

 
                            SG-T11風(fēng)光互補發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng)(圖2)
                                  光伏供電裝置

設(shè)備由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。電動機旋轉(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。水平和俯仰方向運動機構(gòu)由水平運動減速箱、俯仰運動減速箱、直流電動機、接近開關(guān)和微動開關(guān)組成。直流電動機旋轉(zhuǎn)時,水平運動減速箱驅(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。
(2)、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)
(1)、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。
(2)、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),可以進行手動或自動運行光伏電池組件雙軸跟蹤、燈狀態(tài)、燈運動操作。
(3)、DSP控制單元和接口單元
蓄電池的充電過程及充電保護由DSP控制單元、接口單元及程序完成,蓄電池的放電保護由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,繼電器常閉觸點斷開,切斷蓄電池的放電回路。
(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 18Ah/20HR
重量   1.9kg
尺寸   345mm×195mm×20mm

3、 風(fēng)力供電裝置
(1)、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、機艙、尾舵、側(cè)風(fēng)偏航控制機構(gòu)、直流電動機、塔架和基礎(chǔ)、測速儀、測速儀支架、軸流風(fēng)機、軸流風(fēng)機支架、軸流風(fēng)機框罩、單相交流電動機、電容器、風(fēng)場運動機構(gòu)箱、護欄、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。

 
SG-T11風(fēng)光互補發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng)(圖3)
風(fēng)力供電裝置

葉片、輪轂、發(fā)電機、機艙、尾舵和側(cè)風(fēng)偏航控制機構(gòu)組裝成水平軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機,安裝在塔架上。風(fēng)場由軸流風(fēng)機、軸流風(fēng)機支架、軸流風(fēng)機框罩、測速儀、測速儀支架、風(fēng)場運動機構(gòu)箱體、傳動齒輪鏈機構(gòu)、單相交流電動機、滾輪和萬向輪等組成。軸流風(fēng)機和軸流風(fēng)機框罩安裝在風(fēng)場運動機構(gòu)箱體上部,傳動齒輪鏈機構(gòu)、單相交流電動機、滾輪和萬向輪組成風(fēng)場運動機構(gòu)。當(dāng)風(fēng)場運動機構(gòu)中的單相交流電動機旋轉(zhuǎn)時,傳動齒輪鏈機構(gòu)帶動滾輪轉(zhuǎn)動,風(fēng)場運動機構(gòu)箱體圍繞風(fēng)力發(fā)電機的塔架作圓周旋轉(zhuǎn)運動,當(dāng)軸流風(fēng)機輸送可變風(fēng)量風(fēng)時,在風(fēng)力發(fā)電機周圍形成風(fēng)向和風(fēng)速可變的風(fēng)場。
在可變風(fēng)場中,風(fēng)力發(fā)電機利用尾舵實現(xiàn)被動偏航迎風(fēng),使風(fēng)力發(fā)電機輸出最大電能。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)偏航控制機構(gòu)動作,使尾舵?zhèn)蕊L(fēng)45º,風(fēng)力發(fā)電機葉片轉(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)電機處于制動狀態(tài)。

4、 風(fēng)力供電系統(tǒng)
(1)、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。
(2)、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),可以進行手動或自動可變風(fēng)向操作。
可變風(fēng)量是由變頻器控制軸流風(fēng)機實現(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。
(3)、DSP控制單元和側(cè)風(fēng)偏航
風(fēng)力發(fā)電機風(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)電機風(fēng)輪轉(zhuǎn)速過快,發(fā)電機可能因超負(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)力機處于順槳狀態(tài),使槳葉和整機的受力狀況大為改善。
小型風(fēng)力發(fā)電機多數(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),安全地保護風(fēng)力發(fā)電機。另外,還可以通過側(cè)風(fēng)偏航控制風(fēng)力發(fā)電機保持恒定功率輸出。

5、 逆變與負(fù)載系統(tǒng)
(1)、 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、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。
(2)、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)
(1)、監(jiān)控系統(tǒng)組成
監(jiān)控系統(tǒng)主要由一體機、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。
(2)、監(jiān)控系統(tǒng)功能
1)、通信
監(jiān)控系統(tǒng)與控制器、PLC、儀表進行通信。
2)、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)光互補能量轉(zhuǎn)換界面,分別顯示各自的運行狀態(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。

四、實訓(xùn)內(nèi)容
1)、離網(wǎng)型風(fēng)光互補發(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。

五、風(fēng)光互補發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng)主要配置:
一、風(fēng)力供電裝置
序號 名稱 技術(shù)參數(shù) 數(shù)量
1 水平軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機 輸出功率:100W
輸出(整流)電壓:> +12V
葉片旋轉(zhuǎn)直徑:1.2m
葉片數(shù)量:6個
葉片材質(zhì):玻璃纖維
啟動風(fēng)速:1m/s
切入風(fēng)速:1.5m/s
安全風(fēng)速:25 m/s
偏航:程序控制自動偏航
偏航電機:工作電壓(DC 24V)、轉(zhuǎn)速(25rpm)
1
2 風(fēng)速儀 輸出電壓:0-5V
風(fēng)碗數(shù):3個
1
3 軸流通風(fēng)機 流量:2100m3/h
電壓:220V(由變頻器控制)
全壓:215Pa
頻率:50Hz
功率:0.37Kw
轉(zhuǎn)速:1400r/min
軸流風(fēng)機支架
軸流風(fēng)機框罩
1
4 風(fēng)向控制電機 減速比:1:40
電壓:AC220V
和運動機構(gòu)的鏈接機構(gòu):鏈輪
 
1
二、光伏供電裝置
序號 名稱 技術(shù)參數(shù) 數(shù)量
1 電池組件 功率:20W
誤差:±5%
輸出電壓:17.2V
輸出電流:1.17A
開路電壓:21.4V
短路電流:1.27A
工作環(huán)境溫度:45℃±2℃
尺寸:430×430×28mm
4
2 追日傳感器 輸出電壓:0-5V
跟蹤精度:1度
結(jié)構(gòu):4電橋
1
3 投射燈 擺臂機構(gòu):渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)(2個減速箱)
電壓:220V
頻率:50Hz
電流:1.36A
最大功率:300W
2
4 追日機構(gòu) 結(jié)構(gòu):渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)(減速箱)
驅(qū)動:直流電機
軸數(shù):雙軸二維
1
三、風(fēng)力供電系統(tǒng)
序號 名稱 技術(shù)參數(shù) 數(shù)量
1 電源控制單元 含漏電保護斷路器,AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈、電源插座 1
2 風(fēng)電控制電源單元 含漏電保護斷路器,AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈 1
3 觸摸屏 7",彩色 1
4 功能模塊 DSP核心板2812,通信控制板,風(fēng)力發(fā)電主電路板 1
5 直流輸入單元 電流表: DC 0-5A
電壓表: DC 0-500V
接口:RS485
1
6 風(fēng)力供電控制單元 風(fēng)場運動方向:順時、逆時
軸流風(fēng)機控制:給風(fēng)
偏航控制:偏航、停止
自動控制:啟動、急停
1
7 PLC S7-200 CPU224 1
8 變頻器 MM420-0.37Kw  
9 可調(diào)電阻 范圍:0-1000Ω,無級可調(diào)(有刻度) 1
四、光伏供電系統(tǒng)
序號 名稱 技術(shù)參數(shù) 數(shù)量
1 電源控制單元 含漏電保護斷路器,AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈、電源插座 1
2 光伏控制電源單元 含漏電保護斷路器,AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈 1
3 觸摸屏 7",彩色 1
4 功能模塊 DSP核心板2812,通信控制板,光伏發(fā)電主電路板 1
5 直流輸入單元 電流表:PA1951-AK1G,DC 0-5A
電壓表:PZ195U-AK1G,DC 0-500V
接口:RS485
1
6 光伏供電控制單元 電池板跟蹤方向:東、南、西、北
投光燈控制:燈1、燈2
投光燈運動方向:東西、西東、停止
自動控制:啟動、急停
1
8 PLC S7-200 CPU226 1
9 可調(diào)電阻 范圍:0-1000Ω,無級可調(diào)(有刻度) 1
五、逆變與負(fù)載系統(tǒng)
序號 名稱 技術(shù)參數(shù) 數(shù)量
1 逆變輸出顯示單元 電流表:AC 0-5A
電壓表:AC 0-500V
接口:RS485
1
2 逆變控制電源單元 含漏電保護斷路器,AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈 1
3 逆變器 輸入電壓:DC12V
輸入電壓范圍:DC9.5V-15.5V
輸出電壓:AC220V±5%
額定輸出電流:1.4A
輸出頻率:50Hz±0.5Hz
額定功率:300VA
輸出波形:正弦波
波形失真:<5%
轉(zhuǎn)換效率:>85%
實驗?zāi)K:正弦波逆變器原理模塊
 
4 開關(guān)電源 型號:DR-120-24
輸入電壓:AC 220V
輸出電壓:DC 24V
輸出電流:5A
1
5 變頻器 MM420-0.37Kw 1
6 電機負(fù)載 功率:40W
電壓:AC220V
轉(zhuǎn)速:1350rpm
1
7 模擬舞臺燈光負(fù)載 采用LED球泡燈代替 1
8 閥控密封式鉛酸蓄電池 容量   12V 18Ah/20HR
重量   1.9kg
尺寸   345mm×195mm×20mm
4
六、監(jiān)控系統(tǒng)
序號 名稱 技術(shù)參數(shù) 數(shù)量
1 直流電機負(fù)載 直流單片機負(fù)載 1
2 工控機 6個串口,含鍵盤鼠標(biāo) 1
3 組態(tài)軟件 力控 1
4 打印機 HP Deskjt 1000 1
七、實驗臺
序號 名稱 技術(shù)參數(shù) 數(shù)量
1 網(wǎng)孔板實驗臺 豎式網(wǎng)孔板基本結(jié)構(gòu):下方為工具箱+4個輪子,上方為豎式網(wǎng)孔板
尺寸:800(長)×600(寬×2000(高)
外框架構(gòu)成:鋁合金型材;
內(nèi)嵌噴塑鋼板
鋼板尺寸:1200mm×820mm
鋼板厚度:2mm
鋼板孔規(guī)格:上方孔尺寸6×10mm,孔左右間距為6mm,上下間距為6mm且錯位8mm;
網(wǎng)孔板配有推拉式抽屜,抽屜采用型材外框、2mm鋼板底部;
網(wǎng)孔架底部裝有滑輪。
4
2 微軟操作系統(tǒng)軟件 Window XP 1
  通訊電纜    
  使用說明書 風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)使用說明書