ZRFG-PV03风光互补发电实训系统_风光互补发电系统教具

一、概述
ZRFG-PV03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。
二、设备组成
ZRFG-PV03型风光互补发电实训系统主要由光伏供电装置、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，如图1所示。ZRFG-PV03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。
(1)、设备尺寸：光伏供电装置1610×1010×1550mm
风力供电装置1578×1950×1540mm
实训柜 3200×650×2000mm
(2)、场地面积：25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。
4块光伏电池组件并联组成光伏电池方阵，光线传感器安装在光伏电池方阵中央。2盏300W的投射灯安装在摆杆支架上，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。摆杆底端与底座支架连接部分安装了接近开关和微动开关，用于摆杆位置的限位和保护。水平和俯仰方向运动机构由水平运动减速箱、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电池方阵作向东方向或向西方向的水平移动、俯仰运动减速箱驱动光伏电池方阵作向北方向或向南方向的俯仰移动，接近开关和微动开关用于光伏电池方阵位置的限位和保护。
(2)、光伏电池组件
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
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。
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风力发电机，安装在塔架上。风场由轴流风机、轴流风机支架、轴流风机框罩、测速仪、测速仪支架、风场运动机构箱体、传动齿轮链机构、单相交流电动机、滚轮和万向轮等组成。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、滚轮和万向轮组成风场运动机构。当风场运动机构中的单相交流电动机旋转时，传动齿轮链机构带动滚轮转动，风场运动机构箱体围绕风力发电机的塔架作圆周旋转运动，当轴流风机输送可变风量风时，在风力发电机周围形成风向和风速可变的风场。
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。--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。本教具使用的逆变器由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。
7、建筑大楼与智能楼宇电气安装虚拟仿真软件
基于unity3d设计，用户自行根据电脑配置选择不同的交互界面大小，可选六级画质等级。软件内模型可进行360°旋转、放大、缩小、平移。软件使用过程有小助手提示，内容如下：
A、湿式报警系统
1、系统概述：湿式报警系统概述
2、设备认知：设有视角、设备详情（显示该设备的介绍或参数）、练习（内置6道选择题，选择正确与错误均有提示）、原理图（可从原理图中进入到设备中）。设备有：喷头、水流指示器、信号蝶阀、排气阀、火灾报警控制、高管压力表、高位水箱、威亚控制柜、稳压罐、流量开关、末端试水装置、排水设施、水泵接合器、水力警铃、延时器、湿式报警器、蝶阀、止回阀、消防泵、安全稳压阀、消防水池。
3、原理展示：展示湿式报警系统的工作原理，三维动画演示，三维模型半透明化，可以见内部水流。配备练习模块（内置4道选择题，选择正确与错误均有提示）
4、设计布置：设有选择题、计算题，每题均有计分，提交后显示正确答案与得分
B、气体灭火系统
1、系统概述：气体灭火系统概述
2、设备认知：设有视角、设备详情（显示该设备的介绍或参数）、练习（内置8道选择题，选择正确与错误均有提示）、原理图（可从原理图中进入到设备中）。设备有：喷头、HFC-227储瓶、瓶头阀、七氟丙烷单向阀、高压软管、气体单向阀、安全阀、称重报警仪、电磁启动器、选择阀、烟感报警器、火灾报警控制器。
3、原理展示：展示气体灭火系统的工作原理，三维动画演示，三维模型半透明化，可以见内部气体。配备练习模块（内置3道选择题，选择正确与错误均有提示）
4、设计布置：设有6道选择题，每题均有计分，提交后显示正确答案与得分
C、逃生演练：采用趣味游戏的形式进行教学，在限定的时间内逃出着火房间，选择失误将直接进入分数界面。
四、主要实验实训内容
（1）光伏发电系统实训
（2）风力发电系统实训
（3）风光互补发电系统实训
（4）PLC能源管理系统实训
（5）单晶硅光伏电池单体的工作原理实验
（6）太阳能电池组件方阵设计实验
（7）光伏供电装置及系统的安装、接线与调试；
（8）光伏电池方阵输出特性测试；
（9）风力供电装置及系统的安装、接线与调试；
（10）逆变与负载系统的安装、接线与调试以及相关参数测定、下载；
（11）蓄电池组充放电检测及参数的测量；
（13）MCGS 触摸屏及MCGS通用版与各单元的通信测试
（14）MCGS 触摸屏组态界面操作；
（15）MCGS通用版上位机软件操作练习）
（16）RS232 和RS485等通讯连接线的焊接练习；
（17）太阳能电池组件方阵设计及安装、测试；
（18）光伏供电装置及系统的组成与控制实训；
（19）PLC 编程手动、自动控制光伏电池追踪太阳实训；
（20）光敏电阻、电压比较器的工作特性测试；
（21）光伏电池的 I-U 特性及输出功率测试；
（22）风力发电机及供电系统安装及输出特性测试；
（23）风力发电机被动偏航与主动偏航性能调试；
（24）风力供电系统电气控制原理实验；
（25）PLC 编程手动、自动控制风力发电机偏航实训；
（26）可通过上位机软件keil5修改相关参数通讯实训
（27）逆变器不同负载设计连接实训；
（28）上位机与各单元通信方式与连接、协议设定实训；
（29）MCGS通用版软件的应用及开发流程实验实训
(30)光伏路灯系统仿真设计；
(31)光伏水泵系统仿真设计；
(32)光伏离网系统仿真设计；
五、主要技术参数

一、光伏供电装置
序号	名称	技术参数	数量
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：43043028mm	4
2	追日传感器	输出电压：0-5V 跟踪精度：1° 结构：电阻分压	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 功率：500W	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
二、光伏供电系统
序号	名称	技术参数	数量
1	光伏电源控制单元	含漏电保护断路器，AC220V和DC24V状态指示灯、AC220V电源插座，接线端子排	1
2	光伏输出显示单元	精度等级：0.5级显示方式：LED 相数：单相输入方式：直流信号输入通信接口：RS485（Modbus RTU协议）	1
3	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
4	触摸屏	7",彩色	1
5	充、放电控制器	核心板，接口底板，信号处理板	1
6	PLC	S7-200 smart CPU SR40 工作电源：AC 220V 输入：24路输出：16路输出类型：继电器型	1
7	可调电阻	可调范围：0~2000O欧姆连续可调额定功率：100W 允许偏差：±5% 外型：圆盘	1
三、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：300W 输出（整流）电压：＞ +12V 叶片旋转直径：1m 叶片数量：3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：380V（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
四、风力供电系统
序号	名称	技术参数	数量
1	风力电源控制单元	含漏电保护断路器，AC220V和DC24V状态指示灯、电源插座	1
2	风力输出显示单元	精度等级：0.5级显示方式：LED 相数：单相输入方式：直流信号输入通信接口：RS485（Modbus RTU协议）	1
3	风力供电控制单元	风场运动方向：顺时、逆时偏航控制：偏航、停止自动控制：启动、急停	1
4	触摸屏	7",彩色	1
5	充、放电控制器	核心板，接口底板，信号处理板	1
6	PLC	S7-200 smart CPU SR40 工作电源：AC 220V 输入：24路输出：16路输出类型：继电器型	1
7	变频器	V20 电压：1AC220V~240V 额定输出功率：0.37KW	1
8	可调电阻	可调范围：0~1000欧姆，连续可调额定功率：100W 允许偏差：±5% 外型：圆盘	1
五、逆变与负载系统
序号	名称	技术参数	数量
1	逆变电源控制单元	含漏电保护断路器，AC220V和DC24V状态指示灯、电源插座	1
2	逆变输出显示单元	精度等级：0.5级显示方式：LED 相数：单相输入方式：交流信号输入通信接口：RS485（Modbus RTU协议）	1
3	逆变装置	输入电压：DC12V 输入电压范围：DC9.5V-15.5V 输出电压：AC180~220V可调±5% 额定输出电流：1.4A 输出频率：50Hz~60Hz可调±0.5Hz 额定功率：300VA 输出波形：正弦波波形失真：＜5% 转换效率：＞85%	1
4	开关电源	型号：DR-120-24 输入电压：AC220V 输出电压：DC24V 输出电流：5A	1
5	变频器	MM420-0.12Kw	1
6	电机负载	功率：25W 电压：AC220V 转速：1300rpm	1
7	模拟舞台灯光负载	二极管字样为"KNT"的发光模块	1
8	铅酸蓄电池	容量：12V/18Ah/20HR 重量：1.9kg 尺寸：34519520mm	4
六、监控系统
序号	名称	技术参数	数量
1	工控机	含键盘鼠标	1
2	组态软件	力控	1
3	串口网关服务器	8路	1
4	工业以太网交换机	8路	1
七、新能源光伏系统设计软件
1	新能源光伏系统设计软件	主要功能应包括对光伏电站的系统设计、模拟运行、财务分析和投资估算、经济评价、输出设计方案及可研报告等能够提供全国各地的权威气象数据，以及各种光伏电站所需产品的数据库。需包含对光伏路灯、光伏水泵等小型光伏发电系统的设计和对离网光伏发电系统的设计。对路灯的设计应包含照明设计和灯杆设计。对水泵的设计应提供直流水泵和交流变频水泵两种水泵的设计。提供知名厂商的选型资料库，提供根据所选的产品（光伏组件、蓄电池、控制器、并网逆变器、离网逆变器、汇流箱等），自动展示该产品的详细技术参数。设计完成后，能够提供详细的经济性分析，包括投资及运行成本等。设计完成后，能够提供详细的环保效益分析，包括温室气体减排量和标煤节约量等。可根据给定信息计算出光伏电站的发电量与整体收益，并对电站的整体投资价值进行估算。中文版界面教师教学设计系统：系统可以导入3DS、STL文件。并支持通过系统对此文件进行重新编辑，支持AC设置、CA设置、TA设置，将"AC设置"和"CA设置"中的动作进行串连，并可以设置每个动作的启停时间，同时还具备全部重置和全部删除功能。可以通过平台配套control将模型动画文件加载到课件上进行三维动画教学，实现课件中完全三维交互。该文件可支持PPT播放。虚拟频谱仪、逻辑分析仪、示波器、三用表仿真软件：本软件为apk的格式，可在PC端使用，也可在移动端使用，本软件的功能有：电阻的测量、交流电压的测量（测量变压器，若变压器测量烧坏多用表时，冒黑烟提示并可以重置多用表）、晶体管的极性判断、直流电压测量（通电流表档时灯光亮）、直流电流的测量、以及电容好坏的判断。本软件可任意拖动红色与黑色笔头，2个笔头拖拽至被测物体上定位时显示红圈，如未定位准确无红圈显示，并在进行错误操作的时（如所选量程错误、所测数据错误等等），仪表指针将无反应、提示错误重新测量等，本多用表可选择交流电压档，直流电压档，电阻档，电流档，电阻调0，并且可放大显示数据，可清楚观看所测数据大小。学生可以通过本软件学习多用表的正确使用方法。虚拟多用表参数：交流电压量程档位分：10、50、250、1000 直流电压档位分：0.25、1、2.5、10、50、250、1000 欧姆档分：x1，x10，,100，,1000，,1K，x10K，x100K 电流表档位：50μa、0.5、5、50、500 BATT：1.2-3.6V，RL=12Ω BUZZ：R×3 红外发射检测功能：垂直角度±15°距离1-30cm 三极管测量孔	1
八、综合实验装置
序号	名称	技术参数	数量
1	网孔板综合实验装置	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：1200*820mm 钢板厚度：2mm 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	Window 7	1
3	通讯电缆	网线	1
4	实验指导书	风光互补发电系统实训指导书	1