MY-PV25风光互补发电系（xì）统教学实训平台

一、风（fēng）光互补发电系统教学实训平台，风光互补（bǔ）发电实训（xùn）平（píng）台-概述：
MY-PV25风光互补发电系统教学实（shí）训平台主要由模（mó）拟光源跟踪装置、模拟风能装（zhuāng）置（zhì）、模拟能源控制系统（tǒng）、能源转换储存控制系统（tǒng）、并网逆变（biàn）控制系统和能源监（jiān）控（kòng）管理（lǐ）系统六个部分组成，各部分通过电（diàn）缆连接，可组成一套既能演示又（yòu）能动（dòng）手设计、安装、调（diào）试的风光互补发电实训系统。

二、设备组成：
实训设备主要由（yóu）模拟光源跟踪装置、模拟风能装置、模拟能源控制系（xì）统、能（néng）源转换储存控制系统、并网逆变控制系统和能源监控管理系统六个部分组成，
该设备采用模块式结构，各装置和系统具有独立的功能，可以组合成光伏发电实训平台、风力发电实训平台。
（1）设备尺寸： 模拟光（guāng）源跟踪装置（zhì）：  2000mm×1500mm×2000mm
                            模拟风能装置：        1300mm×1100mm×2600mm
                            实训柜（4个）：      3200mm×650mm×2000mm
（2）场地（dì）面积：25平方米
三、各单元介绍
1、模拟光源跟踪装置
（1）、模拟光源跟踪（zōng）装置（zhì）的组成
模拟光源跟踪装置主要由光伏电池组件、投（tóu）射灯（dēng）、光（guāng）线传感器、光（guāng）线传感器控制盒、水平方向和俯（fǔ）仰方向运动机构、摆杆、摆杆减速箱、摆杆支架、单相交流电动机、电容器、直流电动机、接近开关、微（wēi）动开（kāi）关、底座支架等（děng）设备与器件组成，如图2所示。
4块光伏电池组件并联组成（chéng）光伏电池（chí）方阵，光线传感器安装在光伏电池方阵中央。2盏300W的投射灯安（ān）装在（zài）摆杆支（zhī）架上，摆杆底端与减速箱输出端连接，减速箱输入端连接单相交流电动机。电动机旋转时，通过减速箱驱动摆杆作圆周摆动。摆杆底端与底（dǐ）座支架连接部分（fèn）安装了接近开关和微（wēi）动开关，用于摆杆位（wèi）置的限位和保护。水平和俯仰方向运动机（jī）构由水平运（yùn）动减速（sù）箱、俯仰运动减速箱、直流电动机、接近开关和微动开关组成。直流电动机旋转时，水平运动减速箱驱动光伏（fú）电池方阵作向东方（fāng）向或向西方（fāng）向的水平移（yí）动、俯仰运（yùn）动减速箱驱动光伏电池方阵作向北方向或向南方向（xiàng）的俯仰移动，接近开关和微动开关用于光伏电（diàn）池方阵位置的（de）限位和保护。
（2）、光伏电池组件
光伏电池（chí）组件的主要参（cān）数为：
额定功率  10W
额定电压  17.2V
额定电流  1.17A
开路电（diàn）压  21.4V
短路电流  1.27A
尺寸  320mm×320mm×28mm
2、模拟风能装置
（1）、模拟风能装置的组成
模拟风能装置（zhì）主要由（yóu）叶片、轮毂（gū）、发电机、机舱、尾舵、侧风偏航（háng）控制机构、直流电动（dòng）机、塔架和基础（chǔ）、测速仪、测速仪支架、轴流风机、轴流风机支架、轴流风机框罩、单相交流（liú）电动机、电容器、连杆（gǎn）、滚（gǔn）轮、万向轮、微动开关和接近开（kāi）关等设备与器件组成。
叶片、轮毂、发电机、机舱、尾舵和侧风偏航控制机构组装成水平轴永磁同步（bù）风力发电机，安装在塔架上。轴流风机支架、轴流风机框罩、测（cè）速仪、测速仪支架、传动齿轮链机构、单相交流电（diàn）动机、滚轮和（hé）万向轮等组成。轴流风机和轴流风机框罩安装在风场运动机构箱体上部，传动齿轮链机构、单相交流电动机、滚轮和（hé）万向轮（lún）组成风场运动机（jī）构。
风力发电机利用（yòng）尾舵实（shí）现被动偏航迎风，使风力（lì）发电机输出最大电能。测速仪检测风场的风量，当风（fēng）场（chǎng）的风量超过安全值时，侧风偏航控制机（jī）构动作（zuò），使尾舵侧风45º，风力发电机叶片转速变慢。当风场的风量过（guò）大时（shí），尾舵侧风90º，风力发电机处于制动状（zhuàng）态（tài）。
3、模拟能源控制系统
3.1 光伏（fú）供电单元
（1）系统的组成
模拟能源控制系统主要由光伏电源控制单元、光伏输出显示单元、触摸屏、光伏供（gòng）电控制单元、ARM控制单元、接口单元、西门子（zǐ）S7-200PLC、继电器组、接线排、蓄电池组、可调电阻、断路器、12V开关（guān）电源、网孔架等组成。如图3所示。
（2）控制（zhì）方式
光伏供电（diàn）控制单元的追日功能有手动控制盒自动控制两（liǎng）个状态，可以进行（háng）手动或自动运行光伏电池组件（jiàn）双轴跟踪、灯状态、灯运动操作。
（3）ARM控制单元和接口单（dān）元
蓄电池的充电过程及（jí）充（chōng）电保护由ARM控制单元、接口（kǒu）单元及程（chéng）序完成，蓄电池（chí）的放电保护由ARM控制单元、接口单（dān）元及继电器完成，当蓄电（diàn）池放电电压低于规定值，ARM控制单元输出信号驱动继电器（qì）工作，继电器常闭触点断开，切（qiē）断蓄电池的放电回路。
    3.2 风力（lì）供电单元
（1）风力供电单元的组成
风力供电单元主要由风电电（diàn）源（yuán）控制单元、风电输出显示单（dān）元、触摸屏、风（fēng）力供电控（kòng）制单元、ARM控制单元、接口单元、西门子S7-200PLC、继电器（qì）组、接线排、可调电（diàn）阻、断路器、网孔架等组成。
（2）控制方式
风力供电控（kòng）制单元的偏航功能有手动和（hé）自动两个状态，可以进行（háng）手动或自动可（kě）变风向操作。
可变（biàn）风量是由变频器控制轴流风机（jī）实现。手动操作变频器操作面板上的有关按键，使（shǐ）变频器的输出频率在0-50Hz之间变化（huà），轴流风机转速在（zài）0至额定转速范围内变化（huà），实现（xiàn）可变风量输出。
（3）ARM控制单元和（hé）侧风（fēng）偏航
风力发电机风轮叶片在气流作用下产生力矩驱（qū）动风轮转动，通过（guò）轮毂将扭矩（jǔ）输入到传（chuán）动系统。当风速增加超过额定风速时，风力发（fā）电机风轮转速（sù）过（guò）快，发电机可（kě）能因超负荷而烧毁。
对于定桨（jiǎng）距风轮，当风速增加超过额定风速时，如果气流与（yǔ）叶（yè）片分离，风轮叶片（piàn）将处于“失速”状态，风力发电（diàn）机不会（huì）因超负荷（hé）而烧毁。
对于变（biàn）桨距风轮，当风速增加时，可根（gēn）据风速的变化调整气流对叶片的攻角（jiǎo）。当风速超过额定风速时，输出功率可稳定地保持在额定功率上（shàng）。特别是在大风的情（qíng）况下，风力机处（chù）于（yú）顺桨状态，使桨叶（yè）和整机的受力状况大为改善。
小型风力发（fā）电机多数是（shì）定桨距风轮，在大风的情况（kuàng）下，采用侧风偏航控制（zhì）使气流与叶片分离，使风（fēng）轮叶片处于“失速”状态，安全地（dì）保护风力发电机。另外（wài），还可以（yǐ）通过侧风偏航控制风力发电机保持（chí）恒定功率输出。
    3.3 风力供电单元
（1） 风力供电单元的组成
风（fēng）力供电单元主要由风电电（diàn）源控制单元、风电输出（chū）显示单元、触摸屏（píng）、风（fēng）力供电控制单元、ARM控制（zhì）单元、接口单元、西门（mén）子S7-200PLC、继电器组、接线排、可调电阻、断路器、网（wǎng）孔架（jià）等组成。
（2） 控制方式
风力供电控（kòng）制单元的偏航功能有手动（dòng）和自动两个状态，可以进（jìn）行手动或自动可变风向操（cāo）作。
可变风（fēng）量是（shì）由变频器控制轴流风机（jī）实现。手动操作变频器操作面板上的有关按（àn）键，使变频器的输（shū）出频率在0-50Hz之间（jiān）变化，轴流风机转速在0至额定转速范围内变化，实现可（kě）变风量输出。
（3） ARM控制单元和侧风（fēng）偏航
风力发电机风轮（lún）叶片在气流作用下产生力矩驱动风轮转动，通过轮毂将扭（niǔ）矩输入到传动系统。当风速增加超过额定风速时，风力发电（diàn）机风轮转（zhuǎn）速过快（kuài），发电机可能因超负（fù）荷而烧毁（huǐ）。
对于定桨（jiǎng）距风（fēng）轮，当风速增加超（chāo）过额定风速时（shí），如果气流与叶片分离，风轮叶片将处于“失（shī）速”状（zhuàng）态，风力发（fā）电机不（bú）会因超负荷而烧毁。
对（duì）于变桨距风轮，当风速增加（jiā）时，可根据风速的变化调整气流对叶片的攻角。当风（fēng）速超过额定风速时，输出功率（lǜ）可稳定地保（bǎo）持在额定功率上。特别是在大风的情况下，风力机处于顺桨状态，使桨叶和（hé）整机的受力状况大为（wéi）改善。
小型风力发电（diàn）机多数是定桨距（jù）风轮，在大风的情况下，采用侧风偏航控制使气流与叶（yè）片分离，使风轮叶片处于“失速”状态，安全地保护风力发电机。另（lìng）外，还可以通过侧风偏航控制风力发电机保持恒（héng）定功率输出。
2.4  蓄电（diàn）池组
蓄电池组选用4节阀控（kòng）密封式铅酸蓄电（diàn）池，主要参数：
容量   12V 24Ah
重量（liàng）   1.9kg
尺寸   345mm×195mm×20mm
4、并网逆变、负（fù）载（zǎi）控制系统
（1）系统（tǒng）的组成
逆变与负载系统主要由逆变电源控制单元、逆变输出显示单元、逆（nì）变器、逆变器参数检测模块、变频器、三相交流电机、发光管舞台灯（dēng）光模块（kuài）、警示灯、接线排、断路器、网孔架等组成。
 1）逆变电源控（kòng）制单元
逆变电源控制单元（yuán）主要由断路（lù）器（qì）、+24V开关（guān）电源、AC220V电源插座、指示灯、接线端子等组成。
 2）逆变输出显示（shì）单元
逆变输出显（xiǎn）示单（dān）元主要（yào）由交流电流表、交（jiāo）流（liú）电压表、接线端等组（zǔ）成（chéng）。
3）逆变与负载系统主（zhǔ）电路
逆变与负载系统主要由逆变器、交流调速系统、逆变器测试模块、发光管舞台灯光模块和警示（shì）灯组成。
逆变器的输入由光伏发电系统、风力（lì）发电系统或蓄（xù）电池提供，逆变器（qì）输（shū）出单相220V、50Hz的交流电源（yuán）。交流调速系统由变频器和三相交流电动机组成（chéng），逆变器的输出AC220V电源是变频器的输入电源，变频器将单相AC220V变换为（wéi）三相（xiàng）AC220V供三相交流电动机使用。逆变电源控（kòng）制单元的AC220V电源由逆变器（qì）提（tí）供，逆变电源控制单元输出（chū）的DC24V供发光管舞（wǔ）台灯光模块使用。逆变器测（cè）试模块用于检测（cè）逆变器的死区、基波、SPWM波形。
（2）、逆变器（qì）
逆变器是将低压直流电源变换（huàn）成高（gāo）压交流电源的装置，逆变器的种类很（hěn）多, 各（gè）自的具体工作原理、工作过程不尽相同。本（běn）实训装置使用的逆变器（qì）由DC-DC升压PWM控制芯片（piàn）单元、驱动+升压功率MOS管单元（yuán）、升压变压器、SPWM芯片（piàn）单（dān）元、高压驱动芯片（piàn）单（dān）元（yuán）、全桥逆（nì）变功率MOS管单元（yuán）、LC滤波器组成。
5、能源监控（kòng）管理系统
（1）、能源监控管理系统（tǒng）
能源监控与管理系统主要由一体机、键盘、鼠标、接线排、电源插座、通信线、微软操作系统软件、力控组态软件组成。
（2）、监控系统功能
a) 通信
监（jiān）控（kòng）系统与控制（zhì）器、PLC、仪表进行通信。
b) 界面
(1)、 监控系（xì）统具有（yǒu）主界面（miàn），模拟能源控（kòng）制系统（tǒng）界面，风力（lì）供电单元界面（miàn），逆变与负载系统界面，风光互补能量转换界面，分别显示各自的运行状态参数。
(2)、 模拟能源控制系统界面设置相应的按（àn）钮，实现光伏电池方阵自动跟踪。
(3)、 风力（lì）供电单元界面设置相应的按钮，实现风力（lì）发电机侧风偏航控制。
(4)、 具有光伏发电采集报表和风力发电集报表（biǎo），记录光伏输（shū）出（chū）电压、电流，风力发电机（jī）的输出电压、电（diàn）流；逆变与负载系（xì）统的逆变输出电压、电（diàn）流、功率等数（shù）据并打印数据报表。
四、主要实验实（shí）训内容
1、太（tài）阳能电池板追日跟踪系（xì）统
2、光伏组件伏安特性测试
3、太阳能电池组件与（yǔ）蓄（xù）电（diàn）池（chí）选择
4、风力机特性（xìng）仿（fǎng）真（zhēn）
5、光伏阵列最大功率跟踪算法
6、逆变器工作原理实训
7、逆变器参数设置（zhì）与（yǔ）电能质量（liàng）分析
8、太（tài）阳能（néng）发电系统运行与调（diào）试
9、风光互补发电系（xì）统运（yùn）行与调（diào）试
10、能源监控管理系统组态设计 

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