風光互補并網發電與機電實訓系統

        能源是國民經濟發展和人民生活必須的重要物質基礎。在過去的200多年里，建立在煤炭、石油、天然氣等化石燃料基礎上的能源體系極大的推動了人類社會的發展。但是人類在使用化石燃料的同時，也帶來了嚴重的環境污染和生態系統破壞。近年來，世界各國逐漸認識到能源對人類的重要性，更認識到常規能源利用過程中對環境和生態系統的破壞。各國紛紛開始根據國情，治理和緩解已經惡化的環境，并把可再生、無污染的新能源的開發利用作為可持續發展的重要內容。風光互補發電系統是利用風能和太陽能資源的互補性，具有較高性價比的一種新型能源發電系統，具有很好的應用前景。

      風光互補并網發電與機電實訓系統由太陽能光伏電板、雙軸跟蹤控制模塊、蓄電池模塊、太陽能控制器模塊、太陽能逆變器模塊、模擬風洞發電模塊、開關控制模塊、環境監測模塊、上位機監控模塊，儀表顯示部分,（各功能轉換接口模塊）等組成；各控制系統集成于風能發電、光伏發電為一體的教學實訓臺；各系統通過連接電纜進行連接，形成一套可完成風力及光伏發電、同步并網、離網電源的實驗及教學演示。幫助學生理解太陽能并網、離網及風力發電系統的原理，從而起到學習工程實際應用技能的作用。各部件接口采用安全插口式設計，各模塊通過實驗線纜連接，實驗方便、操作靈活。應用范圍：主要面向職高、大學、研究生、企業技工以風力發電和太陽能離網、并網發電為主課題的研究和培訓。

一、主要技術規格參數：
1、系統規格
? 系統最大電壓：DC12V，AC220V
? 系統最大電流：10A
? 系統最大功率：600W
2、太陽能電池板:
     太陽能電池板采用陣列組裝形式，主要采用4塊（或更多）小型太陽能電池板組建，可實現太陽能電池板的并接方式和串接方式，進而提供大電流或大電壓的兩種太陽能電池板組網方式。
? 電池板：單晶硅/多晶硅
? 最大輸出功率：4*10W
? 開路電壓：21.24V（并聯），4*21.24V（串聯）
短路電流：4*0.75A（并聯），0.57A（串聯）
3、風力發電機:
? 額定功率：400(W)
? 額定電壓：12/24(V)
? 額定電流：33.3/16.7（A）
? 風輪直徑：1.65(m)
? 啟動風速：1.5(m/s)
? 額定風速：9.6(m/s)
? 安全風速：35(m/s)
? 工作形式：永磁同步發電機
? 風葉旋轉方向：順時針
? 風葉數量：3（片）
? 風葉材料：玻璃增強聚丙烯材料
? 電機材料：鋁合金
4、模擬風洞模塊:
? 風量：32073 mз/h
? 風壓：388Pa
? 轉速：1440 r/min
? 功率：5.5kW
可調風速：0～13級連續可調
5、風光互補控制器：
? 工作電壓：12/24V
? 充電功率Pmax ：1000W
? 光伏功率Pmax ：350W
? 風機功率Pmax ：550W
? 充電方式：PWM脈寬調制
? 充電最大電流 35A
? 過放保護電壓 11V
? 過放恢復電壓 12.6V
? 輸出保護電壓 16V
? 卸載開始電壓（出廠值）15.5V
? 卸載開始電流（出廠值） 15A
? 控制器設有蓄電池過充、過放電保護、蓄電池開路保護、負載過電壓保護、夜間防反充電保護、輸出短路保護、電池接反保護、欠壓和過壓防震蕩保護、均衡充電、溫度補償、光控開關功能；
? 負載為100W以下的12V/24V直流負載，控制單元一通道為常開輸出，另一通道為多類定時輸出（光控開、光控關，定時開、定時關，）。
? 使用32們高速單片機，實現智能控制，自動識別12/24V系統。 采用串聯式PWM充電控制方式，使充電回路的電壓損失較原二極管充電方式降低一半，充電效率較非PWM高3－6%;過放恢復的提升充電，正常的直充，浮充自動控制方式有利于提高蓄電池壽命。
? 多種保護功能，包括蓄電池反接、蓄電池過、欠壓保護、太陽能電池組件短路保護，具有自動恢的輸出過流保護功能，輸出短路保護功能。
? 具有豐富的工作模式，如光控，光控＋延時，通用控制等模式。
? 具有直流輸出或1Hz頻閃輸出2種輸出選擇，頻閃輸出特別適用于LED交通警示燈等。在頻閃輸出模式，負載可以使用感性負載。浮充電溫度補償功能。使用數字LED顯示及設置，采用一鍵式操作完成所有設置。
? 大屏幕LCD顯示，太陽能電池、蓄電池、負載電流、電壓等電參數。
5、并網逆變器:
? 輸出電壓：AC 180-260V
? 工作電壓：10.8 - 28V，
? 額定輸出功率≥400W
? 輸出波形：正弦波(失真度≤3﹪)
? 輸出頻率：47-55Hz，
? LED方式顯示工作狀態，
     并網逆變器具有DC－DC和DC－AC兩級能量變換的結構。DC－DC變換環節調整光伏陣列的工作點使其跟蹤最大功率點；DC－AC逆變環節主要使輸出電流與電網電壓同相位，同時獲得單位功率因數。
6、離網逆變器:
? 直流輸入電壓：9～16VDC 電壓可選
? 額定蔬出功率：300W/功率根據客戶要求訂制
? 輸出電壓：110/220VAC
? 輸出波形：純正弦波
? 輸出頻率：50Hz
? 工作效率：85%
? 功率因數：>0.88
? 波形失真率≤5%
? 工作環境：溫度-20℃～50℃
? 相對濕度：﹤90﹪（25℃）
? 保護功能：極性反接、短路、過熱、過載保護具有輸出短路、過溫、過載、欠壓保護及保護具有自動恢復功能，采用風機冷卻方式，輸入輸出完全隔離設計，能快速并行啟動電容、電感負載，三色指示燈顯示，輸入電壓,輸出電壓，負載水準和故障情形，負載控制風扇冷卻，過壓/欠壓/短路/過載/超溫保護
7、西門子S7-200 PLC:
    S7-200 PLC是模擬式中小型PLC，電源、CPU和其他模塊都是獨立的，可以通過U形總線把電源（PS）、CPU和其他模塊緊密固定在西門子S7-200的標準軌道上。每個模塊都有一個總線連接器，后者插在各模塊的背后。電源模塊總是安裝在機架的最左邊，CPU模塊緊靠電源模塊。CPU的右邊是可以選擇的IM接口模塊，如果只用主架導軌而沒有使用擴展支架可以不選擇IM接口模塊。
     S7編程軟件組態主架導軌硬件時，電源，CPU和IM分別放在導軌的1號槽、2號槽和3號槽上。一條導軌共有11個槽號：1號槽至11號槽，其中4號槽至11號槽可以隨意放置除電源、CPU和IM以外的其他模塊。如：DI（數字量輸入）、DO（數字量輸出）、AI（模擬量輸入）、AO（模擬量輸出）、FM（功能模塊）和CP（通信模塊）等
8、監控系統（工業觸摸屏）:
? 尺寸(英寸) 10.2
? 液晶屏：TFT液晶顯示，LED背光
? 顯示顏色：真彩，65535色
? 分辨率：800×480
? 液晶屏亮度：200cd/㎡
? 觸摸屏：電阻式
? 供電電源：24VDC
? 額定功率：5W
? CPU主板：ARM CPU，400MHz
? 內存：64M
? 存儲設備：128M FLASH
? 組態軟件：MCGS嵌入式組態軟件（運行版）
環境條件 :　
? 工作溫度：0℃~45℃
? 工作濕度：5%~90%
? 儲存溫度：-10℃~60℃
? 振動頻率：10-57Hz 57-150Hz
? 振動加速度：0.075mm 9.8 m/s2
? 振動掃頻速率：Oct/min ≤1
產品規格:
? 結構：工業塑料結構
? 顏色：工業灰
? 面板尺寸：226.5mm×163mm
? 機柜開孔：215mm×152mm
外部接口:：　
? 串口：1×RS232、1×RS485
? USB ：1主1從
9、其它:
? 系統實驗時的備用電源（2路0-30V/2A直流可調穩壓電源）；
? 有市電互補切換
? LED恒流驅動
? 提供并網、離網逆變器實套件
? 設置電壓模塊，確保實驗過程的安全；
? 可變電阻，電阻值調整范圍為0～999kΩ
? DC/DC：5個DC/DC電源模塊
? 支援外接PC計算機量測太陽能電池I-V特性曲線(VB軟件or LabView)
10、電表規格：
? 電流表：× 2個，DC20A， 顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示
? 電壓表：× 2個，DC50V，顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示
? 電流表：× 2個，AC5A， 顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示
? 電壓表：× 2個，AC220V，顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示
? 溫度表：× 1個，0～99.9℃
? 多功能網絡電參數表：×1個，AC220V，顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示，包含RS485，RS232通訊功能，
11、負載：
直流負載:
? 風扇：×1個，額定電壓：12V，工作電流：0.25A，功率：3W
? 交通燈：2組(R,G,B)，額定電壓：12V，工作電流：0.25A，功率：3W
? LED燈：1組
交流負載:
? 節能燈：×1個，額定電壓：220V，工作電流：0.15 A
? 馬達：×1個，額定電壓：220V，工作電流：0.2
12、電池：
? 太陽能專用閥控式密封膠體蓄電池，額定電壓：12V，額定容量(18-20Ah),充電方法（恒壓）；
? 具有如下特點：自放電率低，使用壽命長，深放電能力強，充電效率高，工作溫度范圍寬。
13、系統外形尺寸；長1200×寬780×高1800（㎜）附滾輪方便推動至戶外教學。
二、實訓內容
1、太陽光電實習教學模塊實驗內容：
實驗一 太陽能電池發電原理實驗
實驗1-1 太陽能光電板能量轉換實驗
實驗1-2 環境對光電轉換影響實驗
實驗二 太陽能電池光電系統直接負載實驗
實驗三 光電控制型太陽能系統發電實驗
實驗3-1 光電型控制單元工作原理實驗
實驗3-2 光電型控制單元充放電保護實驗
實驗四 交通警示燈模塊設計實驗
實驗五 太陽能系統負載實驗
實驗六 綜合實驗
實驗七 太陽能電池基本特性測試實驗
實驗八 外部擴充DC轉AC外接電器實驗
實驗九 單晶太陽能電池I-V特性曲線實驗
實驗十 離網逆變器設計實驗
實驗十一 離網逆變器工作特性實驗
實驗十二 離網逆變器帶載及保護實驗
實驗十三 并網逆變器設計實驗
實驗十四 并網實驗
實驗十五 追日原理與追日過程實驗
2、風力電實習教學模塊實驗內容：
實驗一、風力發電基礎理論原理性實驗
實驗二、風力發電系統設計實驗
實驗三、風力發電控制技術實驗
實驗四、風力發電相關測量技術實驗
實驗五、風力發電基礎理論與應用技術仿真實驗
實驗六、發電機轉速與輸出電壓關系實驗
實驗七、發電機轉速與輸出電流關系實驗
實驗八、發電機轉速與輸出頻率關系實驗
實驗九、風速即轉速與與出功率關系實驗
3、PLC實訓內容:
實驗一 STEP 7軟件安裝及注意事項
實驗二 SIMATIC管理器
實驗三 SIMATIC Manager自定義
實驗四 PG/PC接口設置
實驗五 用PLC控制三相交流異步電動機起/停
實驗六 PLC系統的硬件組態及程序編制
實驗七 基本邏輯指令的應用
實驗八 定時器、計數器的應用
實驗九 技能訓練，人行橫道控制
實驗十 模擬量的控制
實驗十一 順序控制系統控制方法的設計
實驗十二 步與步的動作
實驗十三 PLC通信
4、觸摸屏實訓內容:
實驗一 組態軟件應用及界面設計
實驗二 上傳、下載文件
實驗三 曲線圖、柱狀圖、圓形圖、動態圖
實驗四 數字輸入和文數字顯示
實驗五 歷史資料顯示
實驗六 系統控制讀寫
實驗七 控制系統中觸摸屏的畫面
實驗八 狀態圖
實驗九 控制系統中PLC的程序
三、系統基本配置單