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风光互补发电实训系统
作者:管理员 发布时间:2025-09-12 15:44:58

MY-PV25风光互补发电实训系统主要由光伏供电装置、风力供电系统、逆变与负载系统、监控系统组成,风光互补发电实训系统采用模块式结构,各装置和系统具有独立的功能,可以组合成光伏发电实训系统、风力发电实训系统。适合于职高、大学、研究生、企业技工以太阳能发电为主课题的研究和培训。
二、装置组成:
实训装置由光伏供电装置;光伏供电系统,风力供电装置,风力供电系统、逆变与负载系统、监控系统组成,系统采用模块式结构,各装置和系统具有独立的功能,可以组合成光伏发电实训系统、风力发电实训系统。
(1)设备尺寸:光伏供电装置1610×1010×1550mm
(2)风力供电装置1578×1950×1540mm
(3)实训柜:3200×650×2000mm
(4) 场地面积:20平方米
三、各单元介绍:
1、光伏供电装置:
(1)光伏供电装置的组成:光伏供电装置主要由光伏电池组件、投射灯、光线传感器、光线传感器控制盒、水平方向和俯仰方向运动机构、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、微动开关、底座支架等设备与器件组成,如图2所示。

(2)光伏电池组件
1、光伏电池组件的主要参数为:
额定功率:20W
额定电压:17.2V
额定电流:1.17A
开路电压:21.4V
短路电流:1.27A
尺寸:430mm×430mm×28mm
2、光伏供电系统:
(1)光伏供电系统的组成:光伏供电系统主要由光伏电源控制单元、光伏输出显示单元、触摸屏、光伏供电控制单元、DSP控制单元、接口单元、西门子S7-200PLC、继电器组、接线排、蓄电池组、可调电阻、断路器、12V开关电源、网孔架等组成。如图3所示。
(2)控制方式:光伏供电控制单元的追日功能有手动控制盒自动控制两个状态,可以进行手动或自动运行光伏电池组件双轴跟踪、灯状态、灯运动操作。
(3)DSP控制单元和接口单元:蓄电池的充电过程及充电保护由DSP控制单元、接口单元及程序完成,蓄电池的放电保护由DSP控制单元、接口单元及继电器完成,当蓄电池放电电压低于规定值,DSP控制单元输出信号驱动继电器工作,继电器常闭触点断开,切断蓄电池的放电回路。
(4)蓄电池组
1、蓄电池组选用4节阀控密封式铅酸蓄电池,主要参数:
容量:12V 18Ah/20HR
重量:1.9kg
尺寸:345mm×195mm×20mm
3、风力供电装置:
(1)风力供电装置的组成:风力供电装置主要由叶片、轮毂、发电机、机舱、尾舵、侧风偏航控制机构、直流电动机、塔架和基础、测速仪、测速仪支架、轴流风机、轴流风机支架、轴流风机框罩、单相交流电动机、电容器、风场运动机构箱、护栏、连杆、滚轮、万向轮、微动开关和接近开关等设备与器件组成,如图3所示。

图3风力供电装置:
在可变风场中,风力发电机利用尾舵实现被动偏航迎风,使风力发电机输出最大电能。测速仪检测风场的风量,当风场的风量超过安全值时,侧风偏航控制机构动作,使尾舵侧风45º,风力发电机叶片转速变慢。当风场的风量过大时,尾舵侧风90º,风力发电机处于制动状态。
4、风力供电系统:
(1)风力供电系统的组成:风力供电系统主要由风电电源控制单元、风电输出显示单元、触摸屏、风力供电控制单元、DSP控制单元、接口单元、西门子S7-200PLC、继电器组、接线排、可调电阻、断路器、网孔架等组成。
(2)控制方式:风力供电控制单元的偏航功能有手动和自动两个状态,可以进行手动或自动可变风向操作。
可变风量是由变频器控制轴流风机实现。手动操作变频器操作面板上的有关按键,使变频器的输出频率在0-50Hz之间变化,轴流风机转速在0至额定转速范围内变化,实现可变风量输出。
(3)DSP控制单元和侧风偏航:风力发电机风轮叶片在气流作用下产生力矩驱动风轮转动,通过轮毂将扭矩输入到传动系统。当风速增加超过额定风速时,风力发电机风轮转速过快,发电机可能因超负荷而烧毁。
对于定桨距风轮,当风速增加超过额定风速时,如果气流与叶片分离,风轮叶片将处于“失速”状态,风力发电机不会因超负荷而烧毁。
对于变桨距风轮,当风速增加时,可根据风速的变化调整气流对叶片的攻角。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。特别是在大风的情况下,风力机处于顺桨状态,使桨叶和整机的受力状况大为改善。
小型风力发电机多数是定桨距风轮,在大风的情况下,采用侧风偏航控制使气流与叶片分离,使风轮叶片处于“失速”状态,安全地保护风力发电机。另外,还可以通过侧风偏航控制风力发电机保持恒定功率输出。
5、逆变与负载系统:
(1)逆变与负载系统的组成: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、发光管舞台灯光模块、警示灯、接线排、断路器、网孔架等组成。
1)逆变电源控制单元:逆变电源控制单元面板如图19所示,逆变电源控制单元主要由断路器、+24V开关电源、AC220V电源插座、指示灯、接线端子DT14和DT15等组成。
2)逆变输出显示单元:逆变输出显示单元主要由交流电流表、交流电压表、接线端子DT16和DT17等组成。
3)逆变与负载系统主电路: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灯组成。
逆变器的输入由光伏发电系统、风力发电系统或蓄电池提供,逆变器输出单相220V、50Hz的交流电源。交流调速系统由变频器和三相交流电动机组成,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变换为三相AC220V供三相交流电动机使用。逆变电源控制单元的AC220V电源由逆变器提供,逆变电源控制单元输出的DC24V供发光管舞台灯光模块使用。逆变器测试模块用于检测逆变器的死区、基波、SPWM波形。
(2)逆变器:逆变器是将低压直流电源变换成高压交流电源的装置,逆变器的种类很多, 各自的具体工作原理、工作过程不尽相同。本实训装置使用的逆变器由DC-DC升压PWM控制芯片单元、驱动+升压功率MOS管单元、升压变压器、SPWM芯片单元、高压驱动芯片单元、全桥逆变功率MOS管单元、LC滤波器组成。
6、监控系统:
(1)监控系统组成: 监控系统主要由一体机、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
1)、通信:监控系统与控制器、PLC、仪表进行通信。
2)、界面
①、监控系统具有主界面,光伏供电系统界面,风力供电系统界面,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、光伏供电系统界面设置相应的按钮,实现光伏电池方阵自动跟踪。
③、风力供电系统界面设置相应的按钮,实现风力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,记录光伏输出电压、电流,风力发电机的输出电压、电流;逆变与负载系统的逆变输出电压、电流、功率等数据并打印数据报表。
四、实验内容:
1)离网型风光互补发电系统规划;
2)根据功率要求,光伏电池组件的选择、安装和连接;
3)根据功率要求,风力发电机的选择、安装和连接;
4)基于MCU的光伏电池组件最大功率跟踪程序设计;
5)基于MCU的风力发电机最大功率跟踪的程序设计;
6)蓄电池容量匹配计算与选型;;
7)蓄电池充放电参数设置、保护参数设置;
8)逆变器参数设置;
9)监控系统组态及操作;
10)光伏供电系统的调试;
11)风力供电系统的调试;
12)风光互补发电系统的调试;
13)电能质量的监测、调试和分析。
五、主要技术参数及配置:
一、风力供电装置 | |||
序号 | 名称 | 技术参数 | 数量 |
1 | 水平轴永磁同步风力发电机 | 输出功率:100W 输出(整流)电压:> +12V 叶片旋转直径:1.2m 叶片数量:6个 叶片材质:玻璃纤维 启动风速:1m/s 切入风速:1.5m/s 安全风速:25 m/s 偏航:程序控制自动偏航 偏航电机:工作电压(DC 24V)、转速(25rpm) |
1 |
2 | 风速仪 | 输出电压:0-5V 风碗数:3个 |
1 |
3 | 轴流通风机 | 流量:2100m3/h 电压:220V(由变频器控制) 全压:215Pa 频率:50Hz 功率:0.37Kw 转速:1400r/min 轴流风机支架 轴流风机框罩 |
1 |
4 | 风向控制电机 | 减速比:1:40 电压:AC220V 和运动机构的链接机构:链轮 |
1 |
二、光伏供电装置 | |||
1 | 电池组件 | 功率:20W 误差:±5% 输出电压:17.2V 输出电流:1.17A 开路电压:21.4V 短路电流:1.27A 工作环境温度:45℃±2℃ 尺寸:430×430×28mm |
4 |
2 | 追日传感器 | 输出电压:0-5V 跟踪精度:1度 结构:4电桥 |
1 |
3 | 投射灯 | 摆臂机构:涡轮蜗杆结构(2个减速箱) 电压:220V 频率:50Hz 电流:1.36A 最大功率:300W |
2 |
4 | 追日机构 | 结构:涡轮蜗杆结构(减速箱) 驱动:直流电机 轴数:双轴二维 |
1 |
三、风力供电系统 | |||
1 | 电源控制单元 | 含漏电保护断路器,AC220V和DC24V状态指示灯、电源插座 | 1 |
2 | 风电控制电源单元 | 含漏电保护断路器,AC220V和DC24V状态指示灯 | 1 |
3 | 触摸屏 | 7",彩色 | 1 |
4 | 功能模块 | DSP核心板2812,通信控制板,风力发电主电路板 | 1 |
5 | 直流输入单元 | 电流表: DC 0-5A 电压表: DC 0-500V 接口:RS485 |
1 |
6 | 风力供电控制单元 | 风场运动方向:顺时、逆时 轴流风机控制:给风 偏航控制:偏航、停止 自动控制:启动、急停 |
1 |
7 | PLC | S7-200 CPU224 | 1 |
8 | 变频器 | MM420-0.37Kw | |
9 | 可调电阻 | 范围:0-1000Ω,无级可调(有刻度) | 1 |
四、光伏供电系统 | |||
1 | 电源控制单元 | 含漏电保护断路器,AC220V和DC24V状态指示灯、电源插座 | 1 |
2 | 光伏控制电源单元 | 含漏电保护断路器,AC220V和DC24V状态指示灯 | 1 |
3 | 触摸屏 | 7",彩色 | 1 |
4 | 功能模块 | DSP核心板2812,通信控制板,光伏发电主电路板 | 1 |
5 | 直流输入单元 | 电流表:PA1951-AK1G,DC 0-5A 电压表:PZ195U-AK1G,DC 0-500V 接口:RS485 |
1 |
6 | 光伏供电控制单元 | 电池板跟踪方向:东、南、西、北 投光灯控制:灯1、灯2 投光灯运动方向:东西、西东、停止 自动控制:启动、急停 |
1 |
8 | PLC | S7-200 CPU226 | 1 |
9 | 可调电阻 | 范围:0-1000Ω,无级可调(有刻度) | 1 |
五、逆变与负载系统 | |||
1 | 逆变输出显示单元 | 电流表:AC 0-5A 电压表:AC 0-500V 接口:RS485 |
1 |
2 | 逆变控制电源单元 | 含漏电保护断路器,AC220V和DC24V状态指示灯 | 1 |
3 | 逆变器 | 输入电压:DC12V 输入电压范围:DC9.5V-15.5V 输出电压:AC220V±5% 额定输出电流:1.4A 输出频率:50Hz±0.5Hz 额定功率:300VA 输出波形:正弦波 波形失真:<5% 转换效率:>85% 实验模块:正弦波逆变器原理模块 |
|
4 | 开关电源 | 型号:DR-120-24 输入电压:AC 220V 输出电压:DC 24V 输出电流:5A |
1 |
5 | 变频器 | MM420-0.37Kw | 1 |
6 | 电机负载 | 功率:40W 电压:AC220V 转速:1350rpm |
1 |
7 | 模拟舞台灯光负载 | 采用LED球泡灯代替 | 1 |
8 | 阀控密封式铅酸蓄电池 | 容量 12V 18Ah/20HR 重量 1.9kg 尺寸 345mm×195mm×20mm |
4 |
六、监控系统 | |||
1 | 直流电机负载 | 直流单片机负载 | 1 |
2 | 工控机 | 6个串口,含键盘鼠标 | 1 |
3 | 组态软件 | 力控 | 1 |
4 | 打印机 | HP Deskjt 1000 | 1 |
七、实验台 | |||
序号 | 名称 | 技术参数 | 数量 |
1 | 网孔板实验台 | 竖式网孔板基本结构:下方为工具箱+4个轮子,上方为竖式网孔板 尺寸:800(长)×600(宽×2000(高) 外框架构成:铝合金型材; 内嵌喷塑钢板 钢板尺寸:1200mm×820mm 钢板厚度:2mm 钢板孔规格:上方孔尺寸6×10mm,孔左右间距为6mm,上下间距为6mm且错位8mm; 网孔板配有推拉式抽屉,抽屉采用型材外框、2mm钢板底部; 网孔架底部装有滑轮。 |
4 |
2 | 微软操作系统软件 | Window XP | 1 |
3 | 通讯电缆 | 1 | |
4 | 使用说明书 | 风光互补发电系统使用说明书 | 1 |
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