风力发电与风光互补实训室建设方案
栏目分类：实训室建设方案 发布日期：2021-04-19 浏览次数：次
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风力发电与风光互补实训室建设方案，风光互补实验室配置
ZR-2KW室内模拟风力发电系统
一、系统概述
2KW室外风力发电系统是由室外永磁风力发电机，塔架、拉索，室外防雷箱，保护开关、整流器、卸荷器，蓄电池组，DC/DC变换器，离网逆变器，三相交流异步电动机，操作控制台（监控系统）等组成。系统采用异步变频拖动单元，宽范围模拟风力发电机运行转速，用户可根据需要调节拖动单元转速来达到模拟风速变化引起的发电机转速变化。可模拟实际风力发电机运行的工艺特点和控制要求。系统各部件均为真实产品，可完成风力发电的全过程实验项目，是职高、大学、研究生以风力发电为主课题的研究和培训、教学以及毕业设计的理想产品。
二、教学及研究实训项目
2、1、永磁同步风力发电机控制运行过程风能量变换演示和实验
实验1、风速即转速与与出功率关系实验
实验2、发电机转速与输出电压关系实验
实验3、发电机转速与输出电流关系实验
实验4、发电机转速与输出电压频率关系实验
实验5、水平轴发电机在不同的风速的情况变换功率实验
实验6、风力发电系统接线实验
实验7、永磁同步风力发电机并网过程实验
实验8、永磁同步风力发电机在不同风速情况下带载实验
实验9、运行过程中的各种保护实验
实验10、运行星空（中国）塔架系统实训及研究
实验11、永磁同步风力发电机接线形式实训；
实验12、永磁同步风力发电机空载运行实训；
实验13、变频拖动发电过程实验；
实验14、永磁同步风力发电机连续运行实验；
实验15、拖动发电过程中转距模拟实验；
2、2、永磁风力发电技术条件（单相输出）
◆ 风机输出电压 220VAC
◆ 风机输出功率 1台/2KW
◆ 风机最大输出功率 2.5KW
◆ 通讯接口 RS-485/RS-232
◆ 泄荷器:开始卸载电流9.6A,PWM卸载控制风机限流,风机自动刹车和手动刹车.
3、3、风机充电控制技术条件（单相输出）
◆ 风机输出电压 220VDC
◆ 风机输出功率 1台/2KW
◆ 额定工作电流 9A/2000W
◆ 风机最大输入电流 11A
◆ 卸载开始电压 370V
◆ 卸载开始电流 9.6A
◆ 显示方式LCD（液晶屏显示）
◆ 显示内容 风机电压、风机电流、风机功率
3、4、产品特点及功能
3、4、1、风力发电机
风力发电机额定功率为2000W,风叶采用三碳光纤化合物为材料，发电机体积小、重量轻而且发电效率高。独特的电磁力矩设计技术有效保证了在微风中便能启东运行，全部采用优质铝合金精密压铸部件与不锈钢配件，整机重量轻巧。
3、4、2、控制逆变模块
采用日本三菱第五代智能功率模块；DSP芯片控制；功率点跟踪技术；高效率；完善的保护功能；按照IEE929-2000和UL1741标准设计； 安装调试简便； 可通过液晶和按键设定运行参数。
3、4、3、实验模块
并网发电原理图，测试端子；接线盒，接线端子；数显交直流电压电流表，实时显示系统电参数的情况；含有多种通讯接口，上位机监控功能
3、4、4、蓄电池
采用胶体蓄电池，具有比较好的深循环能力，有着很好的过充和过放能力，具有特殊的工艺设计和胶体电解质保证的长寿命电池，适用不同的环境要求，如高海拔，高温，低温等不同的条件下都能正常使用的电池。称之为固有的“免”维护特性及对环境较少污染的特点。
三、系统单元组成
永磁风力发电机整机模拟系统包括操作台柜、2.2KW拖动变频器、2.2KW三机异步电动机、同轴连接器、永磁同步发电机、配电及控制单元，整流器、蓄电池组、DC/DC变换器、驱动变频器、交流电机（离线负载系统）、按钮、指示灯、测控仪表、监控系统等组成。
3、1、控制单元（演示台内）：系统根据演示单元的需要，通过开关单元的开和关，实现充电、逆变、变频调速等运行，配备同时单独计量通道，并满足数据对比和采集。
风机电源控制，单独设计有一套大风卸荷保护电路，与逆变电源结合使用。
3、2、风机卸荷单元（演示台内）：风力发电机输出端口，连于发电机控制器，对风机所发的三相交流电进行整流，调整并控制，然后供给并网逆变器进行并网和系统在大风时的卸荷和其他保护。
3、3、开关控制单元（演示台）：所有演示系统内外单元的引线经隔离开关接至各自的跳线端子上，在实验过程中，一旦发生漏电、短路、过流、过热情况，开关自动断开电源，起到保护仪器仪表和人身的安全。
3、4、 风机连接单元（汇流箱 演示台）：
示意接线面板上,单元部分的引线经隔离开关接至各自的跳线端子，根据演示的需要，可以用跳线自由地查看风机运行的工作状态
3、5、DC/DC变换单元
直流电压变换器(DC／DC变换器)具有变换阻抗的作用，既可起到发电机与负载之间的电压匹配作用，也能通过改变直流电压变换器的输入阻抗，使发电机处于最大输出电功率状态。
3、6、离网逆变单元
将蓄电池经由DC/DC变换后的直流电，转换为三相交流电，驱动三相异步电动机运行。
3、7、变频驱动单元
对DC/DC转换后的交流电进行变频调制后驱动三相异步电动机运行，用作三相异步电动机的调速实验。
3、8、基座
系统尺寸：1.8m×0.6m×0.7m范围内；底座的设计与系统设计过程中采用的具体器件有关，可以根据器件及客户需求最终确定结构尺寸及加工。
3、9、演示台显示单元
通用部分：设备工作温度、室内温度/湿度/时钟、逆向电量计量。
通用1套3位切换显示：有功功率.
单独显示：风速、风向、日期LCD显示、风机限流卸荷LED指示。
四、监控单元
监控装置包括监控主机、监控软件和显示设备。本系统采用高性能工业控制PC机作为系统的监控主机，配置多机版监控软件，采用标准RS-232或RS-485通讯方式，可以实时获取所有风力发电的运行参数和工作数据。
4、1、 监控软件
◆ 监控主机同时提供对外的数据接口，即用户可以通过计算机实时查看整个电源系统的实时运行数据以及历史数据和故障数据。
◆ 可每隔5分钟存储一次电站实验所有运行数据，包括实时存储环境数据、故障数据等参数。
◆ 可连续存储20年以上的电站实验所有的运行数据和故障纪录。
五、 售后服务
◆ 使用手册
◆ 产品培训
配置清单
| 序号 | 名 称 | 型 号 | 数量 | 单位 | 价格 |
| 1 | 系统主操作控制台（含元器件） | 1 | 台 | ||
| 2 | 2000W永磁同步发电机（含风叶） | 1 | 台 | ||
| 3 | 2000W风机控制器 | 1 | 台 | ||
| 4 | 2000W卸荷器 | 1 | 台 | ||
| 5 | 3000W离网逆变器（纯正弦波） | 1 | 台 | ||
| 6 | 胶体蓄电池12V 65Ah | 10 | 节 | ||
| 7 | 2.2KW三相异步电动机 | 2 | 台 | ||
| 8 | 2.2KW变频驱动控制器 | 2 | 台 | ||
| 9 | 实验附件 | 1 | 套 |
ZR-FGB500C风光互补微网机电实训系统
ZR-FGB500C风光互补微网机电实训系统系统装置由太阳能光伏电板、双轴跟踪控制模块、蓄电池模块、太阳能控制器模块、太阳能逆变器模块、模拟风洞发电模块、开关控制模块、环境监测模块、上位机监控模块，仪表显示部分,（各功能转换接口模块）等组成；各控制系统集成于风能发电、光伏发电为一体的教学实训台；各系统通过连接电缆进行连接，形成一套可完成风力及光伏发电、同步并网、离网电源的实验及教学演示。帮助学生理解太阳能并网、离网及风力发电系统的原理，从而起到学习工程实际应用技能的作用。各部件接口采用安全插口式设计，各模块通过实验线缆连接，实验方便、操作灵活。
ZR-FGB500C风光互补微网机电实训系统应用范围：主要面向职高、大学、研究生、企业技工以风力发电和太阳能离网、并网发电为主课题的研究和培训。
一、ZR-FGB500C风光互补微网机电实训系统主要技术规格参数：
1、系统规格
◆ 系统最大电压：DC12V，AC220V
◆ 系统最大电流：10A
◆ 系统最大功率：300W
2、太阳光电实习教学模块
太阳能电池规格：单晶硅太阳能电池
◆ 元件尺寸(L*W*H)：621*281*25mm*2
◆ 最佳功率：25W
◆ 最佳工作电压：17.05±0.5V
◆ 最佳工作电流：1.20±0.10A，
◆ 短路电流：1.34±0.10A，
◆ 开路电压：21.0±0.5V
◆ 模拟光源模块：1000W
3、风力发电机实习教学模块
◆ 风洞调速范围：0～13 m/s，功率5.0KW
◆ 风力发电机额定输出电压：12VDC，功率：400W
◆ 风机类型；永磁同步发电机，上风式
◆ 启动风速；2.5m/s
◆ 风叶材质：碳光纤化合物
4、风光互补专用控制器：
◆ 充电方式：PWM脉宽调制
◆ 充电最大电流 35A
◆ 过放保护电压 10.6V ±0.5
◆ 过放恢复电压 12.6V ±0.5
◆ 输出保护电压 16V ±0.5
◆ 卸载开始电压（出厂值）15.5V ±0.5
◆ 卸载开始电流（出厂值） 15A
◆ 保护功能：蓄电池过充电、蓄电池过放电、蓄电反接、负载过载、防雷、风机限流、风机自动刹车和手动刹车。
◆ 使用32们高速单片机，实现智能控制，自动识别12/24V系统。 采用串联式PWM充电控制方式，使充电回路的电压损失较原二极管充电方式降低一半，充电效率较非PWM高3－6%;过放恢复的提升充电，正常的直充，浮充自动控制方式有利于提高蓄电池寿命。
◆ 多种保护功能，包括蓄电池反接、蓄电池过、欠压保护、太阳能电池组件短路保护，具有自动恢的输出过流保护功能，输出短路保护功能。
◆ 具有丰富的工作模式，如光控，光控＋延时，通用控制等模式。
◆ 具有直流输出或1Hz频闪输出2种输出选择，频闪输出特别适用于LED交通警示灯等。在频闪输出模式，负载可以使用感性负载。浮充电温度补偿功能。使用数字LED显示及设置，采用一键式操作完成所有设置。
◆ 大屏幕LCD显示，太阳能电池、蓄电池、负载电流、电压等电参数。
5、并网逆变器
◆ 输出电压：AC 180-260V
◆ 工作电压：10.8 - 28V，
◆ 额定输出功率≥200W
◆ 输出波形：正弦波(失真度≤3﹪)
◆ 输出频率：47-55Hz，
◆ LED方式显示工作状态，
并网逆变器具有DC－DC和DC－AC两级能量变换的结构。DC－DC变换环节调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点；DC－AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位，同时获得单位功率因数。
6、离网逆变器
◆ 纯正弦波输出(失真率<4%)
◆ 输入输出完全隔离设计
◆ 能快速并行启动电容、电感负载
◆ 三色指示灯显示，输入电压,输出电压，负载水准和故障情形
◆ 负载控制风扇冷却
◆ 过压/欠压/短路/过载/超温保护
◆ 输出电压：AC220V
◆ 工作电压：9.7 - 15V，
◆ 额定输出功率≥200W
◆ 输出波形：正弦波(失真度≤3﹪)
◆ 输出频率：50±3Hz，
◆ LED方式显示工作状态，
◆ 静态电流：≤0.3A，
具有输出短路、过温、过载、欠压保护及保护具有自动恢复功能，采用风机冷却方式，输入输出完全隔离设计，能快速并行启动电容、电感负载，三色指示灯显示，输入电压,输出电压，负载水准和故障情形，负载控制风扇冷却，过压/欠压/短路/过载/超温保护
7、西门子S7-200PLC
S7-200 PLC是模拟式中小型PLC，电源、CPU和其他模块都是独立的，可以通过U形总线把电源（PS）、CPU和其他模块紧密固定在西门子S7-200的标准轨道上。每个模块都有一个总线连接器，后者插在各模块的背后。电源模块总是安装在机架的最左边，CPU模块紧靠电源模块。CPU的右边是可以选择的IM接口模块，如果只用主架导轨而没有使用扩展支架可以不选择IM接口模块。
S7编程软件组态主架导轨硬件时，电源，CPU和IM分别放在导轨的1号槽、2号槽和3号槽上。一条导轨共有11个槽号：1号槽至11号槽，其中4号槽至11号槽可以随意放置除电源、CPU和IM以外的其他模块。如：DI（数字量输入）、DO（数字量输出）、AI（模拟量输入）、AO（模拟量输出）、FM（功能模块）和CP（通信模块）等
8、监控系统（触摸屏）
◆ 尺寸(英寸) 10.2
◆ 液晶屏：TFT液晶显示，LED背光
◆ 显示颜色：真彩，65535色
◆ 分辨率：800×480
◆ 液晶屏亮度：200cd/㎡
◆ 触摸屏：电阻式
◆ 供电电源：24VDC
◆ 额定功率：5W
◆ CPU主板：ARM CPU，400MHz
◆ 内存：64M
◆ 存储设备：128M FLASH
◆ 组态软件：MCGS嵌入式组态软件（运行版）
环境条件
◆ 工作温度：0℃~45℃
◆ 工作湿度：5%~90%
◆ 储存温度：-10℃~60℃
◆ 振动频率：10-57Hz 57-150Hz
◆ 振动加速度：0.075mm 9.8 m/s2
◆ 振动扫频速率：Oct/min ≤1
产品规格
◆ 结构：工业塑料结构
◆ 颜色：工业灰
◆ 面板尺寸：226.5mm×163mm
◆ 机柜开孔：215mm×152mm
外部接口：
◆ 串口：1×RS232、1×RS485
◆ USB ：1主1从
9、其它
◆ 系统实验时的备用电源（2路0-30V/2A直流可调稳压电源）；
◆ 有市电互补切换
◆ LED恒流驱动
◆ 提供并网、离网逆变器实套件
◆ 设置电压模块，确保实验过程的安全；
◆ 可变电阻，电阻值调整范围为0～999kΩ
◆ DC/DC：5个DC/DC电源模块
◆ 支援外接PC计算机量测太阳能电池I-V特性曲线(VB软件or LabView)
10、电表规格：
◆ 电流表：× 2个，DC20A， 显示模式︰0.5”LCD液晶显示
◆ 电压表：× 2个，DC50V，显示模式︰0.5”LCD液晶显示
◆ 电流表：× 2个，AC5A， 显示模式︰0.5”LCD液晶显示
◆ 电压表：× 2个，AC220V，显示模式︰0.5”LCD液晶显示
◆ 温度表：× 1个，0～99.9℃
◆ 多功能网络电参数表：×1个，AC220V，显示模式︰0.5”LCD液晶显示，包含RS485，RS232通讯功能，
11、负载：
直流负载
◆ 风扇：×1个，额定电压：12V，工作电流：0.25A，功率：3W
◆ 交通灯：2组(R,G,B)，额定电压：12V，工作电流：0.25A，功率：3W
◆ LED灯：1组
交流负载
◆ 节能灯：×1个，额定电压：220V，工作电流：0.15 A
◆ 马达：×1个，额定电压：220V，工作电流：0.2
12、电池：
◆ 太阳能专用阀控式密封胶体蓄电池，额定电压：12V，额定容量(18-20Ah),充电方法（恒压）；
◆ 具有如下特点：自放电率低，使用寿命长，深放电能力强，充电效率高，工作温度范围宽。
13、系统外形尺寸；长1200×宽780×高1800（㎜）附滚轮方便推动至户外教学。
二、实训内容
1、太阳光电实习教学模块实验内容：
实验一 太阳能电池发电原理实验
实验1-1 太阳能光电板能量转换实验
实验1-2 环境对光电转换影响实验
实验二 太阳能电池光电系统直接负载实验
实验三 光电控制型太阳能系统发电实验
实验3-1 光电型控制单元工作原理实验
实验3-2 光电型控制单元充放电保护实验
实验四 交通警示灯模块设计实验
实验五 太阳能系统负载实验
实验六 综合实验
实验七 太阳能电池基本特性测试实验
实验八 外部扩充DC转AC外接电器实验
实验九 单晶太阳能电池I-V特性曲线实验
实验十 离网逆变器设计实验
实验十一 离网逆变器工作特性实验
实验十二 离网逆变器带载及保护实验
实验十三 并网逆变器设计实验
实验十四 并网实验
实验十五 追日原理与追日过程实验
2、风力电实习教学模块实验内容：
实验一、 风速即转速与与出功率关系实验
实验二、发电机转速与输出电压关系实验
实验三、发电机转速与输出电流关系实验
实验四、发电机转速与输出电压频率关系实验
实验五、风速即转速与与出功率关系实验
实验六、发电机转速与输出电压关系实验
实验七、发电机转速与输出电流关系实验
实验八、发电机转速与输出电压频率关系实验
3、ZR-FGB500C风光互补微网机电实训系统PLC实训内容
实验一 STEP 7软件安装及注意事项
实验二 SIMATIC管理器
实验三 SIMATIC Manager自定义
实验四 PG/PC接口设置
实验五 用PLC控制三相交流异步电动机起/停
实验六 PLC系统的硬件组态及程序编制
实验七 基本逻辑指令的应用
实验八 定时器、计数器的应用
实验九 技能训练，人行横道控制
实验十 模拟量的控制
实验十一 顺序控制系统控制方法的设计
实验十二 步与步的动作
实验十三 PLC通信
4、ZR-FGB500C风光互补微网机电实训系统触摸屏实训内容
实验一 组态软件应用及界面设计
实验二 上传、下载上传文件
实验三 曲线图、柱状图、圆形图、动态图
实验四 数字输入和文数字显示
实验五 历史资料显示
实验六 系统控制读写
实验七 控制系统中触摸屏的画面
实验八 状态图
实验九 控制系统中PLC的程序
三、ZR-FGB500C风光互补微网机电实训系统系统基本配置单
| 序号 | 名 称 | 型 号 | 数量 | 单位 | 价格 |
| 1 | 太阳能光电教学实验台 | 1 | 台 | ||
| 2 | 双轴太阳能支架 | 1 | 台 | ||
| 3 | 太阳能电池组件（25W） | 4 | 只 | ||
| 4 | PLC | S7-400 | 1 | 台 | |
| 5 | 触摸屏 | 10.4寸 | 1 | 台 | |
| 6 | 模拟风洞 | 1 | 1 | 台 | |
| 7 | 蓄电池组20Ah | 4 | 组 | ||
| 8 | 实验附件 | 1 | 套 | ||
| 9 | 实训指导书 | 1 | 本 | ||
| ZR-FGB500C风光互补微网机电实训系统 | |||||
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