MY-PV57可再生能源智能微電網係統教學(xué)平台
一、MY-PV57 可再生(shēng)能源智能微電網係統教學平台-概述
可再(zài)生能(néng)源(yuán)智(zhì)能微電(diàn)網係統采用雙母線結(jié)構,集成能量(liàng)控製係統(PCS)、電池管理係統(BMS)、分布式發(fā)電係統(DG)、交直流負荷、能量管(guǎn)理係統(tǒng)(EMS)與監控(kòng)係統(SCADA)等,實現清潔低碳、安(ān)全(quán)高效的源-網-荷-儲(chǔ)協同優化功能。應用數字化(huà)、信息化與智能化能量管理係統控製,通過源源互補、源網協(xié)調、網荷互動、網儲(chǔ)互動和源荷互(hù)動等多種交(jiāo)互形式,可以更經濟、高效和安全地利用分布式新能源與儲能,實(shí)現電能削峰填穀(gǔ)、負(fù)荷不間斷優質供電、係統智(zhì)能化保護(hù)與運行、自由(yóu)離並網無縫切換等,從而實現發、用電效益更好。
1.1係統簡介
可再生能源智能微電網係統由能量調度控製器、浪湧保護器、交流接觸器、斷路器、單相計量儀表、電流互感器、工業觸摸屏(HMI)、測試端子等組成。主要完(wán)成微(wēi)電(diàn)網與電網能量交互(hù)的控製、計量與(yǔ)保護,同時通過能量調度控製器對儲能、分布式電源、交直(zhí)流負荷等進(jìn)行能量管理與調度,實現微電網平(píng)滑穩定、經濟高效(xiào)運行。
二、係統參數
1)觸摸(mō)屏:內核:J1900 CPU(主頻2400MHz*4核心);內存:4GB;觸摸類型:四線電阻式觸摸屏;串行接口:RS232/RS485;以太網口:10/100M自適應;電磁兼容:工業三極;監測內容:對微電網(wǎng)的實時運行和報警信息進行全麵監(jiān)控,並對微電網進行統計和分析,實現(xiàn)對(duì)微電網參數的監控。
2)工業交換機:網(wǎng)絡(luò)標準:IEEE 802.3、IEEE 802.3u、IEEE 802.3x;端(duān)口:8個10/100Mbps RJ45 端口;指示燈:每端口具有(yǒu)1個Link/Ack、Speed 指示燈/每設備具有1個Power指示燈(dēng);性能:存儲(chǔ)轉發/支持3.2Gbps背板帶寬/支持8K的(de)MAC地址表深(shēn)度。
3)浪(làng)湧保護器:最大持續運行電壓Uc:1000V;標稱放電(diàn)電流In(8/20us):20KA;最大放電電流Imax(8/20us):40KA;保護水平Up(8/20us):<1.8KV響應時間:≤25ns;
4)交流接(jiē)觸器:主觸點數量:3對;額定電流:25A;線圈電壓:AC220V;帶輔助觸點;
5)光伏專用單相電雙(shuāng)向計量儀表:電(diàn)流、電壓測量精度:0.2級;功率(lǜ)、有功電能測量精度(dù):0.5級;無功電能(néng):1級;
6)開關電源:輸入(rù)電壓:AC220V;輸出電壓:DC24V;額定輸出電流:2.5A;
7)係統材質與尺寸:鋼板厚度:2mm;前(qián)門采用透明鋼(gāng)化玻璃設(shè)計,帶緩(huǎn)衝器;後門采(cǎi)用雙開門設計,底部裝置過濾(lǜ)網;兩邊側板(bǎn)可拆卸;櫃體(tǐ)尺寸≥:750×650×1800(mm);
2.1微電網儲能與控製係統
儲能與穩定控製係統由雙向儲能變流器、切換開關、儲能蓄電池組、電池管理係統(tǒng)(BMS)、直流功率計量儀表、低壓線路(lù)保護器、電流互感(gǎn)器、分流器、測試端子、通(tōng)訊網關等組成。主要實現對微(wēi)電網儲能的充(chōng)放電管理、直流母線與交流(liú)母線(xiàn)的雙向(xiàng)變流、內置隔離微電網與市電電網的PCC節(jiē)點開關。
1)微(wēi)電(diàn)網儲能雙向變(biàn)流穩定控製器(PCS):最大並網功率:5.0KW;輸入直流電壓:DC48V;最大充電功率:5500W(可設定(dìng));充電電壓:可設定;集成溫(wēn)度補償功能;保護(hù)功能:接反保護,欠壓保護,過壓保護,過充保護,過載保護,短路保護等(děng);額定輸出電壓:220V(180Vac-280Vac);額定電網頻率:45/65HZ,±5HZ;最大(dà)交流電流:22A;功率(lǜ)因素:0.8超前~0.8滯後;THDI:<1.5%;交流連接類型:單相;設備保護:直流極性反接保護,直流輸入開關保護,交流(liú)輸出過流保(bǎo)護,交流輸出過壓保護,接地故障監測,電網孤島監測,殘餘電流(liú)檢測;通訊接(jiē)口:隔離RS485;
2)儲(chǔ)能蓄電池:磷酸鐵(tiě)電池;電池容量:48V2.4KWH(2節);電池(chí)連接方式:串聯;電池保護:末端接熔斷器;
3)電池管理係統(tǒng)(BMS):電源電壓:AC/DC220V;輸入(rù)功率:≤10W;電池單體電壓檢(jiǎn)測:24節;電池電(diàn)流采集:1路;電池溫度采集:1路;單體電壓測量範(fàn)圍:0.5V~16V;單體電壓測量精度:≤±0.3%;通訊(xùn)端口:RS485;可檢測蓄電池組的電(diàn)壓、電流;單體電池電壓、內阻;蓄電池工作溫度,BMS係統可動態檢測蓄電池間(jiān)的工作(zuò)情況,估測蓄(xù)電池的SOC,使蓄(xù)電(diàn)池和設備間的連(lián)接更科(kē)學,大大延長(zhǎng)蓄電池的工作壽命。
4)直流功率表:電壓測量範圍:DC0-100V;電(diàn)壓測量精度:0.5級;電流測(cè)量範圍:0-50A;電流測量精度(dù):0.5級;
5)交流接觸器:主觸點數(shù)量:3對;額定電流:25A;線圈(quān)電壓:AC220V;帶輔助觸點;
6)係(xì)統材質與尺寸:鋼板厚度:2mm;前門采用透明鋼化玻璃設計,帶緩衝(chōng)器;後門采用雙(shuāng)開(kāi)門設計,底部裝置過濾網;兩邊側(cè)板可拆卸;櫃體尺寸≥:750×650×1800(mm);
2.2 微電網分布式能源接入係統
發電機電源模擬單元由(yóu)永磁(cí)發電機組、拖動異步電機、智(zhì)能匯流箱裝調(diào)與檢測模塊、光伏組件(jiàn)等組成。發電機采用永磁發電機,通過異步(bù)變頻電機進行拖動,可模擬發電機在不同工況下的發電輸出;光伏發電單元(yuán)由光伏組(zǔ)件和匯流箱檢測模塊(kuài)組成,模擬光伏板或者真實光伏組件的各(gè)種特征;微電網(wǎng)分布式能源接入係(xì)統由(yóu)光伏控製(zhì)器、風力控製器、直流功率(lǜ)計量儀表、分流器、變頻調(diào)速器、測試端子、通訊網關等組成。主要完(wán)成對(duì)分布式能(néng)源的接入、分布式發電(diàn)的計量與保護。
1)發電機(jī):額(é)定功率:500W;額定電壓:24V;發電機類型:三相交流永磁發電機;調(diào)速方式:變頻電機(jī)拖動;工作溫度:-40℃~80℃;
2)變頻拖動電機(jī):額定電壓:AC220V;額定頻率:50HZ;額定功率:750W;
3)變頻(pín)器:采用微(wēi)處理器控製,使用具有現(xiàn)代先(xiān)進(jìn)技術水平的絕線柵雙極型晶體管作為功率輸出器(qì)件(jiàn),具有很高的運行可靠性和功能的多樣性。脈衝寬度調製的開關頻率可選,降低了電動機運行的噪聲。核心部件為CPU單元。根據設(shè)定的參數(shù),經過運繃(bēng)出控製正旋(xuán)波信(xìn)號,經過SPWM調製。放大(dà)輸出三相交流電壓(yā)驅動三相交流電動機運轉。
功率:0.75KW;電壓:輸入單相180-265V;輸出三相220V;輸入頻率:50HZ;輸出頻率(lǜ):0-150HZ、波動:±5%;冷卻方式:自冷通用磁通矢量控製;1Hz時150%轉矩輸出、采用長壽命元器件;內置Modbus-RTU協議;內置製動晶(jīng)體管、擴(kuò)充PID;三角(jiǎo)波功能;帶安全停止(zhǐ)功能
4)光伏控製器:額(é)定係統電壓:24V;空載(zǎi)損耗:≤1.2W;光伏最大輸(shū)入電壓(yā):150V;最大充電電流:30A(可設置);轉換效率:≤98%;具有MPPT追(zhuī)蹤功(gōng)能;溫度補償係數:-3mv/℃/2V(默認值);保護功能(néng):接反保護,欠壓保護,過壓保(bǎo)護,過(guò)充保護,過載保護(hù),短路保護,反充保護等;
5)風力控製器:額定風機(jī)輸入功率:500W;最大風機輸入功(gōng)率:600W;蓄電池額定電壓:24V;風機刹(shā)車電流:10A;卸荷開始電壓:32V;完全卸荷電壓:37.5V;蓄電池過(guò)放保護電壓:24V;蓄電池過放恢(huī)複電壓:24V;輸入過壓保護電壓:28.6V;充電方式:PWM;靜態電流:≦30mA;保護功(gōng)能:接反保(bǎo)護,欠壓保護,過壓保護(hù),過充保護,過載保護,短路保護,反充保護等;通訊(xùn)方(fāng)式:RS485;
6)直流功率表:電壓測量範圍:DC0-100V;電壓測量精度:0.5級;電流測(cè)量範圍:0-50A;電流(liú)測量精度:0.5級;
7)智能匯流箱裝調與檢測(cè)模(mó)塊:尺寸:500×400×180mm,采用可拆卸式模塊化(huà)設計,≧IP54防護等級;內置熔斷(duàn)器、防反二極管、斷路器、浪湧保(bǎo)護器、監(jiān)控等模塊;支持匯流箱裝調實訓,包括元器件安裝、標識標誌粘貼、整機調(diào)試等;輸入路數:2 路(lù);額定電流:DC 0~16A;反應時間:1s;測量精度:0.5級;溫度係數:400ppm;
8)光伏組件:太陽能(néng)光伏電(diàn)池組件:組件類型:單晶;功率:100W;組件(jiàn)效(xiào)率(lǜ):≥18%;功率(lǜ)偏差:2.0%;工作溫度:-40℃~85℃;邊框材質(zhì):鋁合金;
9)光伏支架:鋼構件采用金(jīn)屬保護層的防腐方(fāng)式(shì)。鋼結構支架、連接板及(jí)拉條均采用熱(rè)浸鍍鋅塗層,熱浸鍍鋅(xīn)滿足(金屬覆蓋層鋼鐵製件熱浸鋅層技術要求及(jí)試驗方法)(GB/T13912-2002)的相關要求。電池板組件安裝完成後尺寸為2000*1600*1400左右(長*寬*高),傾斜角可調。
4、微(wēi)電網交直(zhí)流負荷管理係統
交直流負荷管理係統由交(jiāo)直流模擬負載、直流功率計量儀表、交流功率計量儀表(biǎo)、分流器、交流接觸(chù)器、測試端子(zǐ)等組成。可以通過軟件模擬(nǐ)對不同等級負荷(hé)進行自動調度控(kòng)製,模擬微電網負荷投切(qiē)控製和帶載運行參數分析(xī)。
1)模擬直流I級負荷:直(zhí)流LED燈:額定DC48V/20W;
2)模擬直流II級負荷:直流電阻負載:500W/10Ω;
3)模擬交流I級負(fù)荷(hé):交(jiāo)流白(bái)熾燈:AC220V/100W;
4)模擬交流II級負荷:交流電(diàn)阻負載:800W/96Ω;
5)感性負載(zǎi):額定電壓:220V;工作頻率:50HZ;工頻耐壓:3000V額定電感:380mH
6)容性負載:額定容量:30μF±5%;額定電壓:450VAC 50/60HZ
7)直(zhí)流功率表:電壓測量範圍:DC0-100V;電壓測量精度:0.5級;電流測量範圍:0-50A;電流測量(liàng)精度:0.5級;
8)單相(xiàng)交流功率表:電流、電(diàn)壓測量精度:0.2級;功率、有功電能(néng)測量精(jīng)度:0.5級;頻率測量誤差:±0.05HZ;無功電能:1級;供電電壓:AC85-265V/DC100-300V;功耗:≤10VA。
9)係統材質(zhì)與尺寸:鋼板厚度:2mm;前門采用透明鋼化玻璃設計;後門采用雙開門設計,底部裝置過濾網(wǎng);兩邊側板可拆(chāi)卸;櫃體尺寸≥:750×650×1800(mm);
5、主控台
1)操作台:可放置監控主機;板材:優質冷(lěng)軋鋼板;尺寸:可定製;
2)電力數據采集監(jiān)控係統(SCADA):具有用戶及權限管理(lǐ)功能;支持主機加多從機(jī)功能;具有曆史數據儲存、數據(jù)庫查詢;在線實(shí)時監測係統數據(jù)、狀態數據;實時曲線與曆史(shǐ)曲(qǔ)線動態顯示;在線設置和修改係統參數;通過以太網連接能量管理係(xì)統,具備快速遙信、遙測、遙控、遙調功能;具備模擬微電網(wǎng)自動化電力調度控製(zhì)管理功能。
5.1 仿真規劃軟(ruǎn)件
基於Unity3D軟件,使用C#語言進行開發,采(cǎi)用My Sql作為(wéi)後台數(shù)據庫,通過FTP協議與數據庫進行通信。軟件使用者通過使用光(guāng)伏、風力、地熱、生(shēng)物質4種能源設(shè)計多能(néng)互補方案,完成區域能源的供能結構改造方案設計(jì),並結合區(qū)域的氣(qì)候數據,模擬區域內實時能耗與供(gòng)能數據,從而優化出合理的能(néng)源結構。
5.1.1用戶(hù)管理功能:
注(zhù)冊:支持學生或教(jiāo)師按照學校名稱和手機號碼注冊用戶
登錄:支持學生或教師(shī)根據手機號(hào)碼或用戶名登錄係統。
找回密碼:支持學(xué)生或教師根(gēn)據手機號碼找回密碼
權限管(guǎn)理:支持主用戶添加或刪除子用(yòng)戶
用戶信(xìn)息管理(lǐ):支持用戶信息查看,包括用戶名、學校、真實姓(xìng)名、學號(hào)、上級用戶等
異地登錄:同一個賬號(hào)24小時內隻能在同一台(tái)電腦上登錄,無法在其他電腦上登錄。
5.1.2氣象數據庫
支持(chí)查看全國超(chāo)過32個城市的模(mó)擬地圖氣(qì)候數據。支持查看2013-2016年的(de)精確到天的模擬地圖氣候數據,可自由(yóu)設置日(rì)期(qī)進行查看。每個城市的氣候數據(jù)均可查看:平均(jun1)氣溫、最高最低氣溫、濕度、降(jiàng)水量、輻照量(liàng)、氣壓、風速、土地濕度攝氏度等。
5.1.3 3D地圖功能
支持教師通過3D地圖上的模(mó)擬能耗布置相應學習任務,同時可以修改多(duō)種參數盡可能的適應不同實際(jì)情況,最後可以(yǐ)根據學生(shēng)完成情(qíng)況(kuàng)進行相應(yīng)的評分。
根據項(xiàng)目及學習任務需要規劃設計的區域麵積大小,選(xuǎn)擇對應麵積以及地形相似度高(gāo)的區(qū)域,並定期更新可用的區域3d地圖、加載在3D地圖上的是真實的地形地貌,包含設計成虛擬(nǐ)的地形(xíng)地貌、3D地圖模型、山川、河流與樹木;
支持修改(gǎi)光伏發電的相關評分(fèn)參數(shù):整(zhěng)機效率、最佳傾角、除(chú)組件和逆變器以外的(de)其他成本參數等。
支持修改風(fēng)力發電的(de)相關評分參數:整機效率、風力波動(自定義風速的每小時波動數據(jù)以體現出風力(lì)發電機組隨著每小時風速數據的變化,發電量在1天24小時內隨機波動的特點;)
支(zhī)持修改地熱能的相關評分參數:換熱能力、熱協調參數、成本單價
支持(chí)修改生物質能的相(xiàng)關評分參數:生物質年供應、整機效(xiào)率、生物(wù)質殘餘物平均能源(yuán)折算係數、生物質平均穀草比(bǐ)係(xì)數、生物質殘(cán)餘物能源(yuán)利用可(kě)獲得係數、建(jiàn)設成本、燃料成本、運維成本等。同時可自動根據(jù)公司(sī)計算得出每年最大可建設的電站功率作為評分準(zhǔn)則。
(最大生物質電站功率=年供應量*1000*平均能源折算係數*穀草比係數*殘餘物能(néng)源利用可獲得係(xì)數(shù)/ 3600/365/24)
設計區域內的5種用能(néng)建築模型(xíng)(底層住宅、交通(tōng)樞紐、酒店、小高層、寫字樓),通過(guò)設置每(měi)個建築模型的最大功率(lǜ)、製冷製熱能耗占比、每小時實際用(yòng)電係數、日能耗時長,可以獲得區域內建(jiàn)築每小時、每天、全年的耗電情況(kuàng)以(yǐ)及製冷製熱能耗需求;
可選擇全國任意地區(精確城市)、任意氣(qì)候時(shí)段作為(wéi)區域能源模擬的目標區域,通過對比數據庫可以(yǐ)得(dé)出(chū)當地(dì)經緯度、光伏組件(jiàn)全年最高、最低工作溫度,並(bìng)可以自動計算最大、最(zuì)小電壓、最大開路電壓、最大直流電流等數據,可以自行比較(jiào)同一模型不同規劃方案的優劣,通過比較傾角偏差、組件逆變器功率比、間距誤差、逆變器數量、生物質電站容量、淺(qiǎn)層(céng)地熱容量、風力(lì)電站布局、外(wài)部電力輸入、外部電力(lì)波動、建設總成本等,可以對(duì)同一模型下的(de)方案進(jìn)行自動(dòng)評分
命名:教師可以自(zì)行改變模型的名字
刪除:教師可以對(duì)模型(xíng)進行刪除操作
支持學生(shēng)通過設置3D地圖上的各種能源搭配的方案來解答教(jiāo)師給出的學習(xí)任務,並給出(chū)相應的(de)數據報表
在3d地圖上,根據模擬的每小時用能數據,合理布局“光伏發電”“風力發電”“生物質發電”“淺層(céng)地熱(rè)設施”設置各種產能模塊的產能參數,滿足區域用能需求(qiú),以(yǐ)完成需求側(cè)區域能源規劃方案的設計;使用光伏、風力、生物質、地熱(rè)4種新能源並結合外部電力輸入(rù)以進行能源供應模(mó)擬並能自(zì)動計算(suàn)產能。
根據(jù)設施地區經緯度與氣候參數,通過選擇不(bú)同型號規格的逆變器(qì)與光伏組件,來完成(chéng)光伏組件方陣的設計,主要包含參數有(yǒu):方陣行數、方陣列數、組件(jiàn)安裝(zhuāng)方式設計、傾(qīng)角設計、逆(nì)變器數量、組件間距設計、組串串並聯(lián)的數量等完成區域光伏電站設置。
根(gēn)據每小時的用電情況,實現戶式/小型分布式光伏(fú)電站的模擬設計,並根據所選光伏組件與逆變器估算該電站的建設成本以及模擬該(gāi)分布(bù)式電(diàn)站與負載的合並運行情況可設置不同容量大小的風機,模擬風力發電功率
根據模擬時段內的氣溫數據,判斷當日(rì)是否(fǒu)存在製冷製(zhì)熱需求,並根據當日的冷熱程度(dù)模擬製冷製熱能耗情況。
模(mó)擬淺層地熱換熱能力(lì)與埋管麵積的關係;同時學生根據模擬數據需要(yào),設置生物質能建(jiàn)設所需(xū)麵具,以達到模擬建築製(zhì)冷製熱能耗需求(qiú);
學習生物質發電(diàn)過程(chéng)中,通過生(shēng)物質(zhì)能電站的一係列參數,強化學生對(duì)於生物質能轉化(huà)公式學習。(最大生物質電站功率=年供應量*1000*平均能源折算係數*穀草比係數*殘餘物能源利用可獲得係數/ 3600/365/24)並模擬白天時段,光伏發電設施每小時發電數據,體現出白天每(měi)小時光伏發電量隨光照強度變化、夜晚光伏沒有發電的量(liàng)的特點;
根據逆變器、光伏組件的價格,風機機組(zǔ)價格,地熱電站價格,生物質電站價格對所設(shè)計的多能互補方案的建設總成本(běn)自動統計在初始化並部署完成後,展示整個區(qū)域能源狀態,並根據預設值進行(háng)計算和輸出(chū),根(gēn)據輸出結果形成各類報表。包括總數據和日數據;
能源數據報表(biǎo)中,通過模擬時間過程,以及設計好的方案,可以顯示各種能源的產能情況,包括:總產能、光伏發電(diàn)量、風力發電量、淺層地(dì)熱能量、生(shēng)物質能發電量以及(jí)外部電力輸入等。
根據用能模塊預設的用能參數,模擬計(jì)算出用能情況實時曲線與各類產能設施的產能占比,並同步(bù)圖表顯示,包括總能耗、一般能耗、製冷製(zhì)熱能耗等,有助於學生進行相應能(néng)源的設計配比。
命名:學生可自行對(duì)設計方案進行命名或(huò)重(chóng)命名
刪除:教師或學生可刪除方案
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