風光互補發電實訓系統
設備尺寸：光伏供電裝置1610×1010×1550mm
風力供電裝置1578×1950×1540mm
實訓柜3200×650×2000mm
各單元介紹
光伏供電裝置
光伏供電裝置的組成
光伏供電裝置主要由光伏電池組件、投射燈、光線傳感器、光線傳感器控制盒、水平方向和俯仰方向運動機構、擺桿、擺桿減速箱、擺桿支架、單相交流電動機、電容器、直流電動機、接近開關、微動開關、底座支架等設備與器件組成。
4塊光伏電池組件并聯組成光伏電池方陣，光線傳感器安裝在光伏電池方陣中央。2盞300W的投射燈安裝在擺桿支架上，擺桿底端與減速箱輸出端連接，減速箱輸入端連接單相交流電動機。電動機旋轉時，通過減速箱驅動擺桿作圓周擺動。擺桿底端與底座支架連接部分安裝了接近開關和微動開關，用于擺桿位置的限位和保護。水平和俯仰方向運動機構由水平運動減速箱、俯仰運動減速箱、直流電動機、接近開關和微動開關組成。直流電動機旋轉時，水平運動減速箱驅動光伏電池方陣作向東方向或向西方向的水平移動、俯仰運動減速箱驅動光伏電池方陣作向北方向或向南方向的俯仰移動，接近開關和微動開關用于光伏電池方陣位置的限位和保護。
光伏電池組件
光伏電池組件的主要參數為：
額定功率 20W
額定電壓 17.2V
額定電流 1.17A
開路電壓 21.4V
短路電流 1.27A
尺寸 430mm×430mm×28mm
光伏供電系統
光伏供電系統的組成
光伏供電系統主要由光伏電源控制單元、光伏輸出顯示單元、觸摸屏、光伏供電控制單元、充/放電控制單元、信號處理單元、西門子S7-200PLC、繼電器組、接線排、蓄電池組、可調電阻、斷路器、12V開關電源、網孔架等組成。
控制方式
光伏供電控制單元的追日功能有手動控制盒自動控制兩個狀態，可以進行手動或自動運行光伏電池組件雙軸跟蹤、燈狀態、燈運動操作。
（3）、 充、放電控制單元和信號處理單元
蓄電池的充電過程及充電保護由充電控制單元、信號處理單元及程序完成，蓄電池的放電保護由放電控制單元、信號處理單元完成，當蓄電池放電電壓低于規定值，放電控制單元輸出信號驅動繼電器工作，繼電器常閉觸點斷開，切斷蓄電池的放電回路。
蓄電池組
蓄電池組選用4節閥控密封式鉛酸蓄電池，主要參數：
容量 12V 18Ah/20HR
重量 1.9kg
尺寸 345mm×195mm×20mm
風力供電裝置
風力供電裝置的組成
風力供電裝置主要由葉片、輪轂、發電機、機艙、尾舵、側風偏航控制機構、直流電動機、塔架和基礎、測速儀、測速儀支架、軸流風機、軸流風機支架、軸流風機框罩、單相交流電動機、電容器、風場運動機構箱、護欄、連桿、滾輪、萬向輪、微動開關和接近開關等設備與器件組成。
葉片、輪轂、發電機、機艙、尾舵和側風偏航控制機構組裝成水平軸永磁同步風力發電機，安裝在塔架上。風場由軸流風機、軸流風機支架、軸流風機框罩、測速儀、測速儀支架、風場運動機構箱體、傳動齒輪鏈機構、單相交流電動機、滾輪和萬向輪等組成。軸流風機和軸流風機框罩安裝在風場運動機構箱體上部，傳動齒輪鏈機構、單相交流電動機、滾輪和萬向輪組成風場運動機構。當風場運動機構中的單相交流電動機旋轉時，傳動齒輪鏈機構帶動滾輪轉動，風場運動機構箱體圍繞風力發電機的塔架作圓周旋轉運動，當軸流風機輸送可變風量風時，在風力發電機周圍形成風向和風速可變的風場。
在可變風場中，風力發電機利用尾舵實現被動偏航迎風，使風力發電機輸出最大電能。測速儀檢測風場的風量，當風場的風量超過安全值時，側風偏航控制機構動作，使尾舵側風45o，風力發電機葉片轉速變慢。當風場的風量過大時，尾舵側風90o，風力發電機處于制動狀態。
風力供電系統
風力供電系統的組成
風力供電系統主要由風電電源控制單元、風電輸出顯示單元、觸摸屏、風力供電控制單元、充/放電控制單元、信號處理單元、西門子S7-200PLC、繼電器組、接線排、可調電阻、斷路器、網孔架等組成。
控制方式
風力供電控制單元的偏航功能有手動和自動兩個狀態，可以進行手動或自動可變風向操作。
可變風量是由變頻器控制軸流風機實現。手動操作變頻器操作面板上的有關按鍵，使變頻器的輸出頻率在0-50Hz之間變化，軸流風機轉速在0至額定轉速范圍內變化，實現可變風量輸出。
（3）、充、放電控制單元和信號處理單元
蓄電池的充電過程及充電保護由充電控制單元、信號處理單元及程序完成，蓄電池的放電保護由放電控制單元、信號處理單元完成，當蓄電池放電電壓低于規定值，放電控制單元輸出信號驅動繼電器工作，繼電器常閉觸點斷開，切斷蓄電池的放電回路。
（4）、測風偏航
風力發電機風輪葉片在氣流作用下產生力矩驅動風輪轉動，通過輪轂將扭矩輸入到傳動系統。當風速增加超過額定風速時，風力發電機風輪轉速過快，發電機可能因超負荷而燒毀。
對于定槳距風輪，當風速增加超過額定風速時，如果氣流與葉片分離，風輪葉片將處于“失速”狀態，風力發電機不會因超負荷而燒毀。
對于變槳距風輪，當風速增加時，可根據風速的變化調整氣流對葉片的攻角。當風速超過額定風速時，輸出功率可穩定地保持在額定功率上。特別是在大風的情況下，風力機處于順槳狀態，使槳葉和整機的受力狀況大為改善。
小型風力發電機多數是定槳距風輪，在大風的情況下，采用側風偏航控制使氣流與葉片分離，使風輪葉片處于“失速”狀態，安全地保護風力發電機。另外，還可以通過側風偏航控制風力發電機保持恒定功率輸出。
逆變與負載系統
逆變與負載系統的組成
逆變與負載系統主要由逆變電源控制單元、逆變輸出顯示單元、逆變控制單元、直流升壓單元、全橋逆變單元、逆變器參數檢測模塊、變頻器、三相交流電機、發光管舞臺燈光模塊、警示燈、接線排、斷路器、網孔架等組成。
逆變電源控制單元
逆變電源控制單元主要由斷路器、+24V開關電源、AC220V電源插座、指示燈、接線端子DT14和DT15等組成。
逆變輸出顯示單元
逆變輸出顯示單元主要由交流電流表、交流電壓表、接線端子DT16和DT17等組成。
逆變與負載系統主電路
逆變與負載系統主要由逆變器、交流調速系統、逆變器測試模塊、發光管舞臺燈光模塊和警示燈組成。
逆變器的輸入由光伏發電系統、風力發電系統或蓄電池提供，逆變器輸出單相220V、50Hz的交流電源。交流調速系統由變頻器和三相交流電動機組成，逆變器的輸出AC220V電源是變頻器的輸入電源，變頻器將單相AC220V變換為三相AC220V供三相交流電動機使用。逆變電源控制單元的AC220V電源由逆變器提供，逆變電源控制單元輸出的DC24V供發光管舞臺燈光模塊使用。逆變器測試模塊用于檢測逆變器的死區、基波、SPWM波形。
（2）、逆變裝置
逆變器是將低壓直流電源變換成高壓交流電源的裝置，逆變器的種類很多, 各自的具體工作原理、工作過程不盡相同。本實訓裝置使用的逆變裝置由DC-DC升壓單元、逆變控制單元、全橋逆變單元組成，逆變的工作過程是將蓄電池的12V直流電通過DC-DC和DC-AC變換，轉變成正弦波220/50Hz(可調)的工頻交流電。本逆變器有很多優點，升壓部分由SG3525驅動兩個升壓MOS管，SG3525脈寬調試控制器，不僅具有可調整的死區時間控制功能，而且還具有可編程式軟啟動，脈沖控制鎖保護等功能。全橋逆變部分采用具有DSP性能的嵌入式微處理器TMS320F2812實現SPWM的調制，同時能夠與上位機的遠程通訊，實現數據的上載與下載等功能。
監控系統
監控系統組成
監控系統主要由一體機、鍵盤、鼠標、接線排、電源插座、通信線、微軟操作系統軟件、力控組態軟件組成。
監控系統功能
通信
監控系統與光伏充、放電控制器，風能充、放電控制器，逆變控制器、儀表、PLC、變頻器通信。
界面
監控系統具有主界面，光伏供電系統界面，風力供電系統界面，逆變與負載系統界面，風光互補能量轉換界面，分別顯示各自的運行狀態參數。
光伏供電系統界面設置相應的按鈕，實現光伏電池方陣自動跟蹤。
風力供電系統界面設置相應的按鈕，實現風力發電單元變頻器控制和測風偏航控制。
具有光伏發電采集報表和風力發電集報表，記錄光伏輸出電壓、電流，風力發電機的輸出電壓、電流；逆變與負載系統的逆變輸出電壓、電流、功率等數據并打印數據報表。
主要實驗實訓內容
單晶硅光伏電池單體的工作原理實驗
太陽能電池組件方陣設計實驗
光伏供電裝置的組成與控制實驗
PLC編程手動、自動控制光伏電池追蹤太陽實驗
光敏電阻、電壓比較器的工作特性實驗
光線傳感器工作原理實驗
光伏供電系統電氣控制原理設計
光伏電池的I-U特性測試實驗
光伏電池的輸出功率特性實驗
DSP控制器對蓄電池的脈寬調制充電過程實驗
DSP控制器對蓄電池的放電保護實驗
蓄電池實際充電檢測實驗
蓄電池模擬充電實驗
水平軸永磁同步風力發電機的組成安裝實驗
模擬風場的設計與搭建實驗
風力發電機被動偏航與主動偏航原理實驗
水平軸永磁同步風力發電機被動偏航中側風偏航機構設計
風力供電系統的組成及工作原理
可變風向和可變風量控制實驗
風力供電系統電氣控制原理實驗
風力發電機偏航手動、自動控制方式實驗
風力發電機輸出特性測試
逆變器工作原理實驗
SG3525實驗
逆變器基波、SPWM、死區等波形檢測實驗
上位機下載逆變幾波頻率、死去時間、調制比等參數實驗
逆變器不同負載設計連接實驗
上位機與各單元通信方式與連接實驗
通信協議設定實驗
三維組態力控軟件的應用實驗
力控軟件的基本開發流程實驗
三、主要技術參數