風力發電與風光互補實訓室建設方案
欄目分類：實訓室建設方案 發布日期：2021-04-19 瀏覽次數：次
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風力發電與風光互補實訓室建設方案，風光互補實驗室配置
ZR-2KW室內模擬風力發電系統
一、系統概述
2KW室外風力發電系統是由室外永磁風力發電機，塔架、拉索，室外防雷箱，保護開關、整流器、卸荷器，蓄電池組，DC/DC變換器，離網逆變器，三相交流異步電動機，操作控制臺（監控系統）等組成。系統采用異步變頻拖動單元，寬范圍模擬風力發電機運行轉速，用戶可根據需要調節拖動單元轉速來達到模擬風速變化引起的發電機轉速變化�？赡M實際風力發電機運行的工藝特點和控制要求。系統各部件均為真實產品，可完成風力發電的全過程實驗項目，是職高、大學、研究生以風力發電為主課題的研究和培訓、教學以及畢業設計的理想產品。
二、教學及研究實訓項目
2、1、永磁同步風力發電機控制運行過程風能量變換演示和實驗
實驗1、風速即轉速與與出功率關系實驗
實驗2、發電機轉速與輸出電壓關系實驗
實驗3、發電機轉速與輸出電流關系實驗
實驗4、發電機轉速與輸出電壓頻率關系實驗
實驗5、水平軸發電機在不同的風速的情況變換功率實驗
實驗6、風力發電系統接線實驗
實驗7、永磁同步風力發電機并網過程實驗
實驗8、永磁同步風力發電機在不同風速情況下帶載實驗
實驗9、運行過程中的各種保護實驗
實驗10、運行液壓塔架系統實訓及研究
實驗11、永磁同步風力發電機接線形式實訓；
實驗12、永磁同步風力發電機空載運行實訓；
實驗13、變頻拖動發電過程實驗；
實驗14、永磁同步風力發電機連續運行實驗；
實驗15、拖動發電過程中轉距模擬實驗；
2、2、永磁風力發電技術條件（單相輸出）
◆ 風機輸出電壓 220VAC
◆ 風機輸出功率 1臺/2KW
◆ 風機最大輸出功率 2.5KW
◆ 通訊接口 RS-485/RS-232
◆ 泄荷器:開始卸載電流9.6A,PWM卸載控制風機限流,風機自動剎車和手動剎車.
3、3、風機充電控制技術條件（單相輸出）
◆ 風機輸出電壓 220VDC
◆ 風機輸出功率 1臺/2KW
◆ 額定工作電流 9A/2000W
◆ 風機最大輸入電流 11A
◆ 卸載開始電壓 370V
◆ 卸載開始電流 9.6A
◆ 顯示方式LCD（液晶屏顯示）
◆ 顯示內容 風機電壓、風機電流、風機功率
3、4、產品特點及功能
3、4、1、風力發電機
風力發電機額定功率為2000W,風葉采用三碳光纖化合物為材料，發電機體積小、重量輕而且發電效率高。獨特的電磁力矩設計技術有效保證了在微風中便能啟東運行，全部采用優質鋁合金精密壓鑄部件與不銹鋼配件，整機重量輕巧。
3、4、2、控制逆變模塊
采用日本三菱第五代智能功率模塊；DSP芯片控制；功率點跟蹤技術；高效率；完善的保護功能；按照IEE929-2000和UL1741標準設計； 安裝調試簡便； 可通過液晶和按鍵設定運行參數。
3、4、3、實驗模塊
并網發電原理圖，測試端子；接線盒，接線端子；數顯交直流電壓電流表，實時顯示系統電參數的情況；含有多種通訊接口，上位機監控功能
3、4、4、蓄電池
采用膠體蓄電池，具有比較好的深循環能力，有著很好的過充和過放能力，具有特殊的工藝設計和膠體電解質保證的長壽命電池，適用不同的環境要求，如高海拔，高溫，低溫等不同的條件下都能正常使用的電池。稱之為固有的“免”維護特性及對環境較少污染的特點。
三、系統單元組成
永磁風力發電機整機模擬系統包括操作臺柜、2.2KW拖動變頻器、2.2KW三機異步電動機、同軸連接器、永磁同步發電機、配電及控制單元，整流器、蓄電池組、DC/DC變換器、驅動變頻器、交流電機（離線負載系統）、按鈕、指示燈、測控儀表、監控系統等組成。
3、1、控制單元（演示臺內）：系統根據演示單元的需要，通過開關單元的開和關，實現充電、逆變、變頻調速等運行，配備同時單獨計量通道，并滿足數據對比和采集。
風機電源控制，單獨設計有一套大風卸荷保護電路，與逆變電源結合使用。
3、2、風機卸荷單元（演示臺內）：風力發電機輸出端口，連于發電機控制器，對風機所發的三相交流電進行整流，調整并控制，然后供給并網逆變器進行并網和系統在大風時的卸荷和其他保護。
3、3、開關控制單元（演示臺）：所有演示系統內外單元的引線經隔離開關接至各自的跳線端子上，在實驗過程中，一旦發生漏電、短路、過流、過熱情況，開關自動斷開電源，起到保護儀器儀表和人身的安全。
3、4、 風機連接單元（匯流箱 演示臺）：
示意接線面板上,單元部分的引線經隔離開關接至各自的跳線端子，根據演示的需要，可以用跳線自由地查看風機運行的工作狀態
3、5、DC/DC變換單元
直流電壓變換器(DC／DC變換器)具有變換阻抗的作用，既可起到發電機與負載之間的電壓匹配作用，也能通過改變直流電壓變換器的輸入阻抗，使發電機處于最大輸出電功率狀態。
3、6、離網逆變單元
將蓄電池經由DC/DC變換后的直流電，轉換為三相交流電，驅動三相異步電動機運行。
3、7、變頻驅動單元
對DC/DC轉換后的交流電進行變頻調制后驅動三相異步電動機運行，用作三相異步電動機的調速實驗。
3、8、基座
系統尺寸：1.8m×0.6m×0.7m范圍內；底座的設計與系統設計過程中采用的具體器件有關，可以根據器件及客戶需求最終確定結構尺寸及加工。
3、9、演示臺顯示單元
通用部分：設備工作溫度、室內溫度/濕度/時鐘、逆向電量計量。
通用1套3位切換顯示：有功功率.
單獨顯示：風速、風向、日期LCD顯示、風機限流卸荷LED指示。
四、監控單元
監控裝置包括監控主機、監控軟件和顯示設備。本系統采用高性能工業控制PC機作為系統的監控主機，配置多機版監控軟件，采用標準RS-232或RS-485通訊方式，可以實時獲取所有風力發電的運行參數和工作數據。
4、1、 監控軟件
◆ 監控主機同時提供對外的數據接口，即用戶可以通過計算機實時查看整個電源系統的實時運行數據以及歷史數據和故障數據。
◆ 可每隔5分鐘存儲一次電站實驗所有運行數據，包括實時存儲環境數據、故障數據等參數。
◆ 可連續存儲20年以上的電站實驗所有的運行數據和故障紀錄。
五、 售后服務
◆ 使用手冊
◆ 產品培訓
配置清單
| 序號 | 名 稱 | 型 號 | 數量 | 單位 | 價格 |
| 1 | 系統主操作控制臺（含元器件） | 1 | 臺 | ||
| 2 | 2000W永磁同步發電機（含風葉） | 1 | 臺 | ||
| 3 | 2000W風機控制器 | 1 | 臺 | ||
| 4 | 2000W卸荷器 | 1 | 臺 | ||
| 5 | 3000W離網逆變器（純正弦波） | 1 | 臺 | ||
| 6 | 膠體蓄電池12V 65Ah | 10 | 節 | ||
| 7 | 2.2KW三相異步電動機 | 2 | 臺 | ||
| 8 | 2.2KW變頻驅動控制器 | 2 | 臺 | ||
| 9 | 實驗附件 | 1 | 套 |
ZR-FGB500C風光互補微網機電實訓系統
ZR-FGB500C風光互補微網機電實訓系統系統裝置由太陽能光伏電板、雙軸跟蹤控制模塊、蓄電池模塊、太陽能控制器模塊、太陽能逆變器模塊、模擬風洞發電模塊、開關控制模塊、環境監測模塊、上位機監控模塊，儀表顯示部分,（各功能轉換接口模塊）等組成；各控制系統集成于風能發電、光伏發電為一體的教學實訓臺；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。各部件接口采用安全插口式設計，各模塊通過實驗線纜連接，實驗方便、操作靈活。
ZR-FGB500C風光互補微網機電實訓系統應用范圍：主要面向職高、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、ZR-FGB500C風光互補微網機電實訓系統主要技術規格參數：
1、系統規格
◆ 系統最大電壓：DC12V，AC220V
◆ 系統最大電流：10A
◆ 系統最大功率：300W
2、太陽光電實習教學模塊
太陽能電池規格：單晶硅太陽能電池
◆ 元件尺寸(L*W*H)：621*281*25mm*2
◆ 最佳功率：25W
◆ 最佳工作電壓：17.05±0.5V
◆ 最佳工作電流：1.20±0.10A，
◆ 短路電流：1.34±0.10A，
◆ 開路電壓：21.0±0.5V
◆ 模擬光源模塊：1000W
3、風力發電機實習教學模塊
◆ 風洞調速范圍：0～13 m/s，功率5.0KW
◆ 風力發電機額定輸出電壓：12VDC，功率：400W
◆ 風機類型；永磁同步發電機，上風式
◆ 啟動風速；2.5m/s
◆ 風葉材質：碳光纖化合物
4、風光互補專用控制器：
◆ 充電方式：PWM脈寬調制
◆ 充電最大電流 35A
◆ 過放保護電壓 10.6V ±0.5
◆ 過放恢復電壓 12.6V ±0.5
◆ 輸出保護電壓 16V ±0.5
◆ 卸載開始電壓（出廠值）15.5V ±0.5
◆ 卸載開始電流（出廠值） 15A
◆ 保護功能：蓄電池過充電、蓄電池過放電、蓄電反接、負載過載、防雷、風機限流、風機自動剎車和手動剎車。
◆ 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＋延時，通用控制等模式。
◆ 具有直流輸出或1Hz頻閃輸出2種輸出選擇，頻閃輸出特別適用于LED交通警示燈等。在頻閃輸出模式，負載可以使用感性負載。浮充電溫度補償功能。使用數字LED顯示及設置，采用一鍵式操作完成所有設置。
◆ 大屏幕LCD顯示，太陽能電池、蓄電池、負載電流、電壓等電參數。
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≥200W
◆ 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，
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最大功率點；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
◆ 純正弦波輸出(失真率<4%)
◆ 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
◆ 輸出電壓：AC220V
◆ 工作電壓：9.7 - 15V，
◆ 額定輸出功率≥200W
◆ 輸出波形：正弦波(失真度≤3﹪)
◆ 輸出頻率：50±3Hz，
◆ LED方式顯示工作狀態，
◆ 靜態電流：≤0.3A，
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、西門子S7-200PLC
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S7-200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（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、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(18-20Ah),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。
13、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、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
實驗十五 追日原理與追日過程實驗
2、風力電實習教學模塊實驗內容：
實驗一、 風速即轉速與與出功率關系實驗
實驗二、發電機轉速與輸出電壓關系實驗
實驗三、發電機轉速與輸出電流關系實驗
實驗四、發電機轉速與輸出電壓頻率關系實驗
實驗五、風速即轉速與與出功率關系實驗
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、發電機轉速與輸出電壓頻率關系實驗
3、ZR-FGB500C風光互補微網機電實訓系統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、ZR-FGB500C風光互補微網機電實訓系統觸摸屏實訓內容
實驗一 組態軟件應用及界面設計
實驗二 上傳、下載上傳文件
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、ZR-FGB500C風光互補微網機電實訓系統系統基本配置單
| 序號 | 名 稱 | 型 號 | 數量 | 單位 | 價格 |
| 1 | 太陽能光電教學實驗臺 | 1 | 臺 | ||
| 2 | 雙軸太陽能支架 | 1 | 臺 | ||
| 3 | 太陽能電池組件（25W） | 4 | 只 | ||
| 4 | PLC | S7-400 | 1 | 臺 | |
| 5 | 觸摸屏 | 10.4寸 | 1 | 臺 | |
| 6 | 模擬風洞 | 1 | 1 | 臺 | |
| 7 | 蓄電池組20Ah | 4 | 組 | ||
| 8 | 實驗附件 | 1 | 套 | ||
| 9 | 實訓指導書 | 1 | 本 | ||
| ZR-FGB500C風光互補微網機電實訓系統 | |||||
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