SHZR-2A型  风光互补发电实训系统

一、 设备组成

“ SHZR-2A型风光互补发电实训系统”主要由光伏装置、风力发电模拟装置、电板逐日控制系统柜、风力系统控制柜、充电控制/逆变及负载系统、监控系统组成，如图1所示。 SHZR-2A型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。

         图1  SHZR-2A型风光互补发电实训系统（图片仅供参考）

二、 各单元介绍

1、 光伏跟踪装置

(1)、 光伏跟踪装置的组成

光伏供电装置主要由光伏电池组件、投射灯底座支架等设备与器件组成。

2块光伏电池组件并联组成光伏电池方阵，模拟光源：采用 2盏300W的投射灯安装在支架上，模拟早、中、晚三个时段（采用涡轮蜗杆结构（0-60CM可调）、电压220V、**功率300W）。

  （2）、光伏电池组件的主要参数为：

额定功率  2*20W

开路电压：43.74 V（并联），4*35.50V（串联）

短路电流：4*0.62A（并联），0.56A（串联） 

或者为：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℃。
2、风能发电模拟装置（带铝合金围栏）

本模拟装置由风力发电机、鼓风机、变频器、支架等组成，风力发电机采用扬州神州风力发电机有限公司生产的芒果牌M-300风力发电机，鼓风机采用、变频器采用西门子公司MM420-3.0KW变频器，模拟风源、相电压380V（由变频器控制）、带轴流风机支架；风向风速仪各1个。风向控制电机：减速比1：40、电压AC220V、运动机构的链轮。风力发电机参数如下：

3、 光伏控制系统柜

(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、充/放电控制单元、信号处理单元、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）、   充、放电控制单元和信号处理单元

蓄电池的充电过程及充电保护由充电控制单元、信号处理单元及程序完成，蓄电池的放电保护由放电控制单元、信号处理单元完成，当蓄电池放电电压低于规定值，放电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

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 14Ah

重量   1.9kg

（5）直流电压表

具有通信接口、具有手动自动量程、工业级柜装48mm*96mm、精度：0.5级，1000V档位显示格式：999.99（带2个小数点），显示单位：V；100V档位显示：99.999（带3个小数点），显示单位：V；10V档位显示：9.9999（带4个小数点），显示单位：V；采用透明面板设计。正反驳接误差不大于5个字。

（6）直流电流表

  具有通信接口、具有手动自动量程、工业级柜装48mm*96mm、精度：0.5级，5A档位：4999.9（带1个小数点），显示单位：mA；1000mA档位：999.99(带2个小数点)，显示单位：mA；100mA档位：99.999(带3个小数点)，显示单位：mA。采用透明面板设计，全量程内阻0.1毫欧。

4、风能控制柜

(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、充/放电控制单元、信号处理单元、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）、   充、放电控制单元和信号处理单元

蓄电池的充电过程及充电保护由充电控制单元、信号处理单元及程序完成，蓄电池的放电保护由放电控制单元、信号处理单元完成，当蓄电池放电电压低于规定值，放电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）、  测风偏航

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）直流电压表

具有通信接口、具有手动自动量程、工业级柜装48mm*96mm、精度：0.5级，1000V档位显示格式：999.99（带2个小数点），显示单位：V；100V档位显示：99.999（带3个小数点），显示单位：V；10V档位显示：9.9999（带4个小数点），显示单位：V；采用透明面板设计。正反驳接误差不大于5个字。

（7）直流电流表

  具有通信接口、具有手动自动量程、工业级柜装48mm*96mm、精度：0.5级，5A档位：4999.9（带1个小数点），显示单位：mA；1000mA档位：999.99(带2个小数点)，显示单位：mA；100mA档位：99.999(带3个小数点)，显示单位：mA。采用透明面板设计，全量程内阻0.1毫欧。

5、逆变及负载系统

(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、逆变控制单元、直流升压单元、全桥逆变单元、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。

（2）并网逆变器

采用GTI系列并网逆变器，DC输入电压：Vpv 10.5V-28VDC，带反极性保护，交流180-260V输出，频率45—53HZ。200W功率。

（3）离网逆变器

采用APS系列离网逆变器，DC输入电压：Vpv 10-28VDC，带限流保护，交流220V输出，频率50HZ。200W功率。

（4）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。

（5）仪表监控系统

5.1交流电压表  

 具有通信接口、具有手动自动量程、工业级柜装48mm*96mm、精度：0.5级，1000V档位显示格式：999.9（带1个小数点），显示单位：V；100V档位显示：99.99（带2个小数点），显示单位：V；10V档位显示：9.999（带3个小数点），显示单位：V；采用透明面板设计。

5.2交流电流表

具有通信接口、具有手动自动量程、工业级柜装48mm*96mm、精度：0.5级，5A档位：4999，显示单位：mA；1000mA档位：999.9(带1个小数点)，显示单位：mA；100mA档位：99.99(带2个小数点)，显示单位：mA。采用透明面板设计。

5.3功率及功率因数表

具有通信接口、工业级柜装48mm*96mm、精度：0.5级，电压：0.3V-500V,电流：1mA-5A,采用DSP专用芯片设计，具有电能计量，有功功率、无功功率、频率、电压、电流、负载性质等多种功能，采用军工企业生产的电源变压器、通信隔离模块、信号隔离模块等

6、监控系统

1)监控系统组成

监控系统主要由主机、键盘、鼠标、接线排、电源插座、通信线、微软操作系统软件、组态软件组成。

2)监控系统功能

1)、 通信

触摸屏、PLC之间进行通信，监控自动跟踪过程和主机与PLC、仪表等之间进行通信。

六、实验项目

1)、 单晶硅光伏电池单体的工作原理实验

2)、 太阳能电池组件方阵设计实验

3)、 光伏供电装置的组成与控制实验

4)、 PLC编程手动、自动控制光伏电池追踪太阳实验

5)、 光敏电阻、电压比较器的工作特性实验

6)、 光线传感器工作原理实验

7)、 光伏供电系统电气控制原理设计

8)、 光伏电池的I-U特性测试实验

9)、 光伏电池的输出功率特性实验

10)、 控制器对蓄电池的脉宽调制充电过程实验

11)、 控制器对蓄电池的放电保护实验

12)、 蓄电池实际充电检测实验

13)、 蓄电池模拟充电实验

14)、 水平轴永磁同步风力发电机的组成安装实验

15)、 模拟风场的设计与搭建实验

16)、 风力发电机被动偏航与主动偏航原理实验

17)、 水平轴永磁同步风力发电机被动偏航中侧风偏航机构设计

18)、 风力供电系统的组成及工作原理

19)、 可变风向和可变风量控制实验

20)、 风力供电系统电气控制原理实验

21)、 风力发电机偏航手动、自动控制方式实验

22)、 风力发电机输出特性测试

23)、 逆变器工作原理实验

24)、 SG3525实验

25)、 逆变器不同负载设计连接实验

26)、 三维组态力控软件的应用实验

27)、 力控软件的基本开发流程实验

       32）、市电互补切换原理与编程实验

       33）、AD转换器实验

       34）、DA转换器实验

       35）、RS485通信实验

       36）、升压电路实验

        37）、DSP28335的PWM编程实验

        38）、离网逆变电源的原理

        39）、逆变电源的负载接线实训

        40）、离网逆变器实验

         41）、模拟并网逆变器实验

          42)、DSP并离网逆变实验实训箱