迪庆藏族自治州GC-WS500风光电互补发电实训系统

GC-WS500风光电互补发电实训系统

一、产品概述

本产品是集于风力发电及太阳能发电为一体的新型教学实验系统。可完成风力发电和太阳能发电及基站的供电及并网逆变电源系统集成的相关实验及教学演示。可以帮助学生，进一步理解风力发电及太阳能光伏发电系统的理念、系统集成原理、单元组成、部件认知等方面的学习和工程实际应用技能。

1、产品特点

◆ 系统实验平台集成了室内温/湿度仪，风速测量、光照度测量系统，让使用者操作起来更直观。

◆ 系统采用32位数字化DSP技术，对蓄电池充放电进行全智能化的管理。

◆ 系统DC-AC并网同步电源，采用高频脉冲调制技术。具有小体积、高效率及高功率因数输出。

◆ 系统面板上采用直观的数字表和液晶显示，让用户了解当前系统工作状态。

◆ 系统上的离网电源可以为用户提供交流110V/220V纯正弦波交流电能。

◆ 风光互补并网发电实训系统，可以让实训学生自行拆装移动，使用简便、无噪音、无污染。

◆ 系统增加市电与风光互补发电切换模块，让实验更具操作性。

◆ 增加分布式供电原理与实验电路，让学生增加对新知识的理解

一、主要技术规格参数

1、系统规格

◆ 系统工作电压：12/24VDC  220VAC

◆ 系统*电流：50A

◆ 系统*功率：800W

2、光伏跟踪装置

（1）光伏跟踪装置的组成

光伏跟踪装置系统含PLC控制单元、触摸屏、控制系统。光伏供电装置主要由光伏电池组件、光线传感器、投射灯底座支架等设备与器件组成。

4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，采用涡轮蜗杆结构（0-60CM可调）、电压220V、*功率300W。

（2）光伏发电装置

光伏发电装置主要由4块10W的太阳能光伏板组成，可进行并联连接或者串联连接。其主要参数如下

光伏电池组件的主要参数为：

额定功率  4*20W

开路电压：21.87 V（并联），4*18.00V（串联）

短路电流：4*0.31A（并联），0.28A（串联）

工作环境温度45℃±2℃。

（3）光线传感器、光线传感器控制盒

逐日系统光源检测部分采用数字化光源检测技术。采用高档CPU、光敏传感器和硅光电池集合设计。本控制盒是专用于交流24V云台的太阳跟踪控制，其采用24V交流输入，可输出四个方位的控制电压给云台，一般云台的方位控制是一根公正，左右上下各四个，本控制盒就是依些配置。

控制盒中，方位检测与继电器控制一体集成在电路板内。小巧，美观，质量可靠。

跟踪精度可达1度，同时锁定性能良好。技术成熟，属不断改进而形成的最终控制方案。

3、风机力发电机参数

◆ 额定功率：400(W)

◆ 额定电压：12/24(V)

◆ 额定电流：33.3/16.7（A）

◆ 风轮直径：1.65(m)

◆ 启动风速：1.5(m/s)

◆ 额定风速：9.6(m/s)

◆ 安全风速：35(m/s)

◆ 工作形式：永磁同步发电机

◆ 风叶旋转方向：顺时针                         永磁同步风力发电机

◆ 风叶数量：3（片）   

◆ 风叶材料：玻璃增强聚丙烯材料

◆ 电机材料：铝合金&不锈钢

4、模拟风洞模块

  ◆ 风量：28070 m^з/h

  ◆ 风压：302Pa

  ◆ 转速：1440 r/min

  ◆ 功率：2.2kW    

  ◆ 可调风速：0～13级连续可调

4、风光互补控制器规格                                   模拟风洞

◆ 工作电压：12VDC

◆ 充电功率：500W

◆ 光伏功率：150W

◆ 风机功率：350W

◆ 充电方式：PWM脉宽调制

◆ 充电*电流 35A

◆ 过放保护电压 11V 

◆ 过放恢复电压 12.6V

◆ 输出保护电压 16V                                风光互补控制器

◆ 卸载开始电压（出厂值）15.5V

◆ 卸载开始电流（出厂值） 15A

◆ 控制器设有蓄电池过充、过放电保护、蓄电池开路保护、负载过电压保护、夜间防反充电保护、输出短路保护、电池接反保护、欠压和过压防震荡保护、均衡充电、温度补偿、光控开关功能；

◆ 负载为100W以下的12V/24V直流负载，控制单元一通道为常开输出，另一通道为多类定时输出（光控开、光控关，定时开、定时关，）。

5、离网逆变电源

◆ 直流输入电压：9～16.8VDC

◆ 额定蔬出功率：300W 功率可选

◆ 输出电压：110/220VAC

◆ 输出波形：纯正弦波

◆ 输出频率：50Hz

◆ 工作效率：85%

◆ 功率因数：>0.88

◆ 波形失真率≤5%

◆ 工作环境：温度-20℃～50℃

◆ 相对湿度：﹤90﹪（25℃）

◆ 保护功能：极性反接、短路、过热、过载保护

6、并网同步逆变电源

◆ AC标准电压范围：90V～140V/180V～260VAC

◆ AC频率范围：  55Hz～63Hz/45Hz～53Hz

◆ 并网输出功率：400W

◆ 输出电流总谐波失真：THDIAC<5%

◆ 相 位 差： <1%

◆ 孤岛效应保护： VAC;f AC

◆ 输出短路保护： 限流

◆ 显示方式： LED

◆ 待机功耗： <2W                     

◆ 夜间功耗： <1W

◆ 环境温度范围： -25 ℃～60℃

◆ 环境湿度： 0～99%(Indoor Type Design)

7、测风系统(气象站)模块

◆ 测量范围  风速：0～60m/s    风向：0～360°

◆ 精 度     ±0.1m/s  ± 3° 

◆ 工作电源：AC 220V±20%  50HZ， DC12V、5V或其他供电。

◆ 记录间隔： 1分钟～240分钟连续可设置

◆ 内部存储： 4M bit

◆ 通讯接口： RS-232/485/USB通讯

◆ 环境温度：  -40℃～50℃  

◆ 转速传感器：0～5000 风力发电机转速检测显示（室内）

8、电表规格

◆ 直流电流表：× 2个，20A，显示模式︰0.5”LED

◆ 直流电压表：× 2个，50V，显示模式︰0.5”LED

◆ 交流电压表：× 2个，500V，显示模式︰0.5”LED

◆ 交流电流表：× 2个，5A，  显示模式︰0.5”LED

◆ 时间、温/湿度表：× 1个，-20～99.9℃ 显示时间，室内温、湿度

9、负载：

◆ 风扇：×1个，额定电压：12/24V，工作电流：0.25A，功率：3W

◆ 交通灯：1组(R,G,B)，额定电压：12/24V，工作电流：0.25A，功率：3W

◆ 蜂鸣器：×1个

◆ 马达：×1个，额定电压：12/24V，工作电流：0.35A，功率：5W 转速：20rmp/min

◆ 交流线性电阻负载：3～100W连续可调（白炽灯）

◆ 直流模拟负载：12V/24V/28WLED路灯板，带PWM调光功能，输出功率可设置

◆ 实验台侧面带有1个3路交流输出插座、可供其它设备用电

◆ 实验台面板设置有直流输出端口，设有阻性，感性负载，方便完成不同负载实验

10、电池：阀控式密封铅酸蓄电池

◆ 额定电压：12V

◆ 额定容量：55Ah

◆ 充电方法（恒压），循环︰*充电电流为5.6A

11、监测系统：

   高性能风光互补智能控制器，含PC端Zigbee无线监控模块，与太阳能教学模块Zigbee发射模块，透过IEEE802.15.4标准无线协定截取I(电流)V(电压)值至PC端显示以便监控。(标配不含工控一体机或台式计算机或笔记本电脑)

12、系统外形尺寸；长5000×宽4000×高2100（㎜）主操作台附滚轮方便推动至户外教学。

    注：（该长、宽、高 尺寸为系统安装后所占教室面积）

13、触摸屏监控系统

◆ 监控模块：MCGS监控主机、监控软件。

◆ 显示内容：蓄电池电压、风机电压、光伏电压、风机电流、光伏电流、风机功率、光伏功率，能量模拟图，当前风速（米/秒），当前风向（度），当前风力资源平估。

   触摸屏系统操作：

1、欢迎界面

用手轻击右下角“进入系统”按钮后进行系统控制界面；

2、系统窗口选择界面

用手轻击“风光互补发电监控”按钮，则进入风光互补系统界面

用手轻击“风资源信息监控”按钮，则进入风资源信息监控界面

轻击左下角欢迎界面则退出至首页欢迎界面

3、风光互补发电监控界面

该界面下，表格处显示蓄电池、光电池、发电机曲线，蓄电池、光电池、发电机对应框体则显示相应的电量信息；通讯指示显示与PLC的通讯情况

4、风资源信息界面

该界面下，显示风速值，以“m/s”来计量；风向则以度为计量单位

指南针则以角度形式体现，与风向角度同步，显示范围是0-360度

5、追日运行界面

该界面与我们形成一个人机对话界面，用手动或自动形式运行，手动模式可以按键控制摆杆系统以及太阳能电池板运行，完成手动追日动作，自动运行时不需要人为干预，系统自动完成追日过程。

系统运行过程中，蓄电池、光电池、发电机对应框显示相对应参数信息。

6.分布式光伏仿真规划软件

一、概述：

    基于Unity3D软件，使用C#语言进行开发，采用My Sql作为后台数据库，通过FTP协议与数据库进行通信。软件使用者通过使用光伏、风力、地热、生物质4种能源设计多能互补方案，完成区域能源的供能结构改造方案设计，并结合区域的气候数据，模拟区域内实时能耗与供能数据，从而优化出合理的能源结构。

二、用户管理功能：

1.  注册：支持学生或教师按照学校名称和手机号码注册用户

2.  登录：支持学生或教师根据手机号码或用户名登录系统。

3.  找回密码：支持学生或教师根据手机号码找回密码

4.  权限管理：支持主用户添加或删除子用户

5.  用户信息管理：支持用户信息查看，包括用户名、学校、真实姓名、学号、上级用户等

6.  异地登录：同一个账号24小时内只能在同一台电脑上登录，无法在其他电脑上登录。

三、组件数据库

1.  支持查看市面上超过15家光伏组件厂商的实际数据

2.  涵盖了至少500种规格型号的光伏组件数据。

3.  每种光伏组件的型号常规参数均可查看：价格、功率、组件类型、峰值电压、开路电压、*允许电压、电压温度系数、峰值电流、短路电流、电流温度系数、光电转化效率、长度、重量等

四、逆变器数据库

1.  支持查看市面上超过6家逆变器厂商的实际数据。

2.  涵盖了至少40种规格型号的逆变器数据。

3.  每种型号的逆变器常规参数均可查看：价格、*直流输入、额定交流输出、*效率、欧洲效率、最小电压、mppt电压、MPPT数量、*直流电压、*直流电流、尺寸、重量等。

五、气象数据库

1.  支持查看全国超过32个城市的模拟地图气候数据。

2.  支持查看2013-2016年的精确到天的模拟地图气候数据，可自由设置日期进行查看。

3.  每个城市的气候数据均可查看：平均气温、**气温、湿度、降水量、辐照量、气压、风速、土地湿度摄氏度等。

六、3D地图功能

6.1 模型

支持教师通过3D地图上的模拟能耗布置相应学习任务，同时可以修改多种参数以*化的适应不同实际情况，*可以根据学生完成情况进行相应的评分。

1.  根据项目及学习任务需要规划设计的区域面积大小，选择对应面积以及地形相似度高的区域，并定期更新可用的区域3d地图

2.  加载在3D地图上的是真实的地形地貌，包含设计成虚拟的地形地貌、3D地图模型、山川、河流与树木；

3.  支持修改光伏发电的相关评分参数：整机效率、*倾角、除组件和逆变器以外的其他成本参数等。

4.  支持修改风力发电的相关评分参数：整机效率、风力波动（自定义风速的每小时波动数据以体现出风力发电机组随着每小时风速数据的变化，发电量在1天24小时内随机波动的特点；）

5.  支持修改地热能的相关评分参数：换热能力、热协调参数、成本单价

6.  支持修改生物质能的相关评分参数：生物质年供应、整机效率、生物质残余物平均能源折算系数、生物质平均谷草比系数、生物质残余物能源利用可获得系数、建设成本、燃料成本、运维成本等。同时可自动根据公司计算得出每年*可建设的电站功率作为评分准则。

（*生物质电站功率=年供应量*1000*平均能源折算系数*谷草比系数*残余物能源利用可获得系数/ 3600/365/24）

7.  设计区域内的5种用能建筑模型（底层住宅、交通枢纽、酒店、小高层、写字楼），通过设置每个建筑模型的*功率、制冷制热能耗占比、每小时实际用电系数、日能耗时长，可以获得区域内建筑每小时、每天、全年的耗电情况以及制冷制热能耗需求；

8.  可选择全国任意地区（精确城市）、任意气候时段作为区域能源模拟的目标区域，通过对比数据库可以得出当地经纬度、光伏组件全年*、*工作温度，并可以自动计算*、最小电压、*开路电压、*直流电流等数据

9.  可以自行比较同一模型不同规划方案的优劣，通过比较倾角偏差、组件逆变器功率比、间距误差、逆变器数量、生物质电站容量、浅层地热容量、风力电站布局、外部电力输入、外部电力波动、建设总成本等，可以对同一模型下的方案进行自动评分

10. 命名：教师可以自行命名模型的名字

11. 删除：教师可以对模型进行删除操作

6.2 方案

支持学生通过设置3D地图上的各种能源搭配的方案来解答教师给出的学习任务，并给出相应的数据报表

1.  在3d地图上，根据模拟的每小时用能数据，合理布局“光伏发电”“风力发电”“生物质发电”“浅层地热设施”设置各种产能模块的产能参数，满足区域用能需求，以完成需求侧区域能源规划方案的设计；

2.  使用光伏、风力、生物质、地热4种新能源并结合外部电力输入以进行能源供应模拟并能自动计算产能。

3.  根据设施地区经纬度与气候参数，通过选择不同型号规格的逆变器与光伏组件，来完成光伏组件方阵的设计，主要包含参数有：方阵行数、方阵列数、组件安装方式设计、倾角设计、逆变器数量、组件间距设计、组串串并联的数量等完成区域光伏电站设置

4.  根据每小时的用电情况，实现户式/小型分布式光伏电站的模拟设计，并根据所选光伏组件与逆变器估算该电站的建设成本以及模拟该分布式电站与负载的合并运行情况

5.  可设置不同容量大小的风机，模拟风力发电功率

6.  根据模拟时段内的气温数据，判断当日是否存在制冷制热需求，并根据当日的冷热程度模拟制冷制热能耗情况。

7.  模拟浅层地热换热能力与埋管面积的关系；同时学生根据模拟数据需要，设置生物质能建设所需面具，以满足模拟建筑制冷制热能耗需求；

8.  学习生物质发电过程中，通过生物质能电站的一系列参数，强化学生对于生物质能转化公式学习。（*生物质电站功率=年供应量*1000*平均能源折算系数*谷草比系数*残余物能源利用可获得系数/ 3600/365/24）

9.  模拟白天时段，光伏发电设施每小时发电数据，体现出白天每小时光伏发电量随光照强度变化、夜晚光伏没有发电的量的特点；

10. 根据逆变器、光伏组件的价格，风机机组价格，地热电站价格，生物质电站价格对所设计的多能互补方案的建设总成本自动统计

11. 在初始化并部署完成后，展示整个区域能源状态，并根据预设值进行计算和输出，根据输出结果形成各类报表。包括总数据和日数据；

12. 能源数据报表中，通过模拟时间过程，以及设计好的方案，可以显示各种能源的产能情况，包括：总产能、光伏发电量、风力发电量、浅层地热能量、生物质能发电量以及外部电力输入等。

13. 根据用能模块预设的用能参数，模拟计算出用能情况实时曲线与各类产能设施的产能占比，并同步图表显示，包括总能耗、一般能耗、制冷制热能耗等，有助于学生进行相应能源的设计配比。

14. 命名：学生可自行对设计方案进行命名或重命名

15. 删除：教师或学生可删除方案

七、其他

1.小工具：

光伏阵列间距计算器：可通过计算器自动计算出*倾角下的方阵*间距。涵盖了全国32个城市。可查询的数据有：经纬度、不同光伏阵列倾角下的日平均辐射、年度总太阳辐射等。同时根据选择的组件尺寸，根据倾角自动计算出方阵*间距。

二、教学及研究实训项目

2、1、 永磁同步风力发电机系统运行过程风能量变换演示和实验

1-1、风力发电基础理论原理性实验

1-2、风力发电系统设计实验

1-3、风力发电控制技术实验

1-4、风力发电相关测量技术实验

1-5、风力发电基础理论与应用技术仿真实验

1-6、发电机转速与输出电压关系实验

1-7、发电机转速与输出电流关系实验

1-8、发电机转速与输出频率关系实验

1-9、风速即转速与出功率关系实验

1-10、变频器调速实验

2、2、太阳能电池控制运行过程光能量变换演示和实验

2-1、太阳能电池板开路电压测试实验

2-2、太阳能电池板短路电流测试实验

2-3、太阳能电板I-V特性测试实验

2-4、太阳能电池板*输出功率计算实验

2-5、太阳能电池板填充因子计算实验

2-6、太阳能电池板转换效率测量实验

2-7、开路电压与相对光强的函数关系实验

2-8、短路电流与相对光强的函数关系实验

2-9、太阳能电池板P-V特性测试实验

2-10、太阳能电池板暗伏安特性测试实验

2-11、太阳能组件输出特性测试实验

2-12、串联电阻对填充因子的影响测试实验

2-13、并联电阻对填充因子的影响测试实验

2-14、太阳能电池光谱特性测试实验

2、3、 太阳能蓄电池控制器实验系列

3-1、太阳能蓄电池充电控制实验

3-2、控制器充放电保护实验

3-3、蓄电池充电测试实验

3-4、蓄电池电量估测实验

3-5、控制电池放电实验

3-6、控制器环境温度测量实验

3-7、控制器光控-时控输出实验

2、4、 太阳能光伏逆变器实验系列

4-1、逆变器的工作原理分析实验；

4-2、输出电压、电流测试实验；

4-3、*输出功率的估算实验；

4-4、过载或短路保护演示实验；

4-5、输入电压防反接演示实验；

4-6、输入电压范围测试实验；

4-7、转换效率计算实验；

三、主要设备清单