風光互補發電測量與控制實訓系統

風光互補發電測量與控制實訓系統主要由風力發電機組、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、環境監測模塊、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。系統于風能發電、光伏發電為一體的教學實訓系統；各系統通過連接電纜進行連接，形成一套可完成風力及光伏發電、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、離網及風力發電系統的原理，從而起到學習工程實際應用技能的作用。適用于職高、大學、研究生、企業技工以風力發電和太陽能離網、并網發電為主課題的研究和培訓。

一、主要技術規格參數：

1、系統規格

輸入電源：三相，單相AC220V±10% 50Hz

系統電壓：DC12V，AC220V/50Hz

系統電流：50A

系統功率：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：1.65(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 m^з/h

風壓：388Pa

轉速：1440 r/min

功率：2.2kW

可調風速：0～13級連續可調

變頻器：采用2.2KW矢量變頻器

5、風光控制器系統：

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。 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，

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變換環節調整光伏陣列的工作點使其跟蹤功率點；DC－AC逆變環節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 

采用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S7-1200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最左邊，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（數字量輸入）、DO（數字量輸出）、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、監控系統（工業觸摸屏）

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

組態軟件：MCGS嵌入式組態軟件（運行版）

環境條件

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

產品規格

結構：工業塑料結構

顏色：工業灰

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

系統實驗時的備用電源（2路0-30V/2A直流可調穩壓電源）；

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：

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、測風系統模塊：

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分鐘連續可設置

內部存儲：4M bit

通訊接口： RS-232/485/USB通訊

環境溫度：-40℃～50℃

轉速傳感器：0～5000 風力發電機轉速檢測顯示

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、系統外形尺寸；長1200×寬780×高1800（㎜）附滾輪方便推動至戶外教學。

二、風光互補發電測量與控制實訓系統-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 環境對光電轉換影響實驗

實驗二 太陽能電池光電系統直接負載實驗

實驗三 光電控制型太陽能系統發電實驗

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、風力發電基礎理論原理性實驗

實驗二、風力發電系統設計實驗

實驗三、風力發電控制技術實驗

實驗四、風力發電相關測量技術實驗

實驗五、風力發電基礎理論與應用技術仿真實驗

實驗六、發電機轉速與輸出電壓關系實驗

實驗七、發電機轉速與輸出電流關系實驗

實驗八、發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、PLC實訓內容

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系統的硬件組態及程序編制

實驗七 基本邏輯指令的應用

實驗八 定時器、計數器的應用

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 順序控制系統控制方法的設計

實驗十二 步與步的動作

實驗十三 PLC通信

4、觸摸屏實訓內容

實驗一 組態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 系統控制讀寫

實驗七 控制系統中觸摸屏的畫面

實驗八 狀態圖

實驗九 控制系統中PLC的程序

三、系統基本配置單