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一、 設備組成
   LG-WP01型風(fēng)光互補發(fā)電實(shí)訓系統主要由光伏供電裝置、光伏供電系統、風(fēng)力供電裝置、風(fēng)力供電系統、逆變與負載系統、監控系統組成，如圖1所示。LG-WP01型風(fēng)光互補發(fā)電實(shí)訓系統采用模塊式結構，各裝置和系統具有獨立的功能，可以組合成光伏發(fā)電實(shí)訓系統、風(fēng)力發(fā)電實(shí)訓系統。
(1)、 設備尺寸：光伏供電裝置1610×1010×1550mm
    風(fēng)力供電裝置：1578×1950×1540mm
    實(shí)訓柜：3200×650×2000mm
(2)、 場(chǎng)地面積：20平方米 二、 各單元介紹
1、 光伏供電裝置
(1)、 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(xiàn)傳感器、光線(xiàn)傳感器控制盒、水平方向和俯仰方向運動(dòng)機構、擺桿、擺桿減速箱、擺桿支架、單相交流電動(dòng)機、電容器、直流電動(dòng)機、接近開(kāi)關(guān)、微動(dòng)開(kāi)關(guān)、底座支架等設備與器件組成。4塊光伏電池組件并聯(lián)組成光伏電池方陣，光線(xiàn)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(dòng)機。電動(dòng)機旋轉時(shí)，通過(guò)減速箱驅動(dòng)擺桿作圓周擺動(dòng)。擺桿底端與底座支架連接部分安裝了接近開(kāi)關(guān)和微動(dòng)開(kāi)關(guān)，用于擺桿位置的限位和保護。水平和俯仰方向運動(dòng)機構由水平運動(dòng)減速箱、俯仰運動(dòng)減速箱、直流電動(dòng)機、接近開(kāi)關(guān)和微動(dòng)開(kāi)關(guān)組成。直流電動(dòng)機旋轉時(shí)，水平運動(dòng)減速箱驅動(dòng)光伏電池方陣作向東方向或向西方向的水平移動(dòng)、俯仰運動(dòng)減速箱驅動(dòng)光伏電池方陣作向北方向或向南方向的俯仰移動(dòng)，接近開(kāi)關(guān)和微動(dòng)開(kāi)關(guān)用于光伏電池方陣位置的限位和保護。
(2)、 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(kāi)路電壓  21.4V
短路電流  1.27A
尺寸  430mm×430mm×28mm
2、 光伏供電系統
(1)、 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、DSP控制單元、接口單元、西門(mén)子S7-200PLC、繼電器組、接線(xiàn)排、蓄電池組、可調電阻、斷路器、12V開(kāi)關(guān)電源、網(wǎng)孔架等組成。如圖3所示。
(2)、 控制方式
光伏供電控制單元的追日功能有手動(dòng)控制盒自動(dòng)控制兩個(gè)狀態(tài)，可以進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)運行光伏電池組件雙軸跟蹤、燈狀態(tài)、燈運動(dòng)操作。
(3)、 DSP控制單元和接口單元
蓄電池的充電過(guò)程及充電保護由DSP控制單元、接口單元及程序完成，蓄電池的放電保護由DSP控制單元、接口單元及繼電器完成，當蓄電池放電電壓低于規定值，DSP控制單元輸出信號驅動(dòng)繼電器工作，繼電器常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，切斷蓄電池的放電回路。
(4)、 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
 3、 風(fēng)力供電裝置
(1)、 風(fēng)力供電裝置的組成
風(fēng)力供電裝置主要由葉片、輪轂、發(fā)電機、機艙、尾舵、側風(fēng)偏航控制機構、直流電動(dòng)機、塔架和基礎、測速儀、測速儀支架、軸流風(fēng)機、軸流風(fēng)機支架、軸流風(fēng)機框罩、單相交流電動(dòng)機、電容器、風(fēng)場(chǎng)運動(dòng)機構箱、護欄、連桿、滾輪、萬(wàn)向輪、微動(dòng)開(kāi)關(guān)和接近開(kāi)關(guān)等設備與器件組成，如圖2所示。    葉片、輪轂、發(fā)電機、機艙、尾舵和側風(fēng)偏航控制機構組裝成水平軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機，安裝在塔架上。風(fēng)場(chǎng)由軸流風(fēng)機、軸流風(fēng)機支架、軸流風(fēng)機框罩、測速儀、測速儀支架、風(fēng)場(chǎng)運動(dòng)機構箱體、傳動(dòng)齒輪鏈機構、單相交流電動(dòng)機、滾輪和萬(wàn)向輪等組成。軸流風(fēng)機和軸流風(fēng)機框罩安裝在風(fēng)場(chǎng)運動(dòng)機構箱體上部，傳動(dòng)齒輪鏈機構、單相交流電動(dòng)機、滾輪和萬(wàn)向輪組成風(fēng)場(chǎng)運動(dòng)機構。當風(fēng)場(chǎng)運動(dòng)機構中的單相交流電動(dòng)機旋轉時(shí)，傳動(dòng)齒輪鏈機構帶動(dòng)滾輪轉動(dòng)，風(fēng)場(chǎng)運動(dòng)機構箱體圍繞風(fēng)力發(fā)電機的塔架作圓周旋轉運動(dòng)，當軸流風(fēng)機輸送可變風(fēng)量風(fēng)時(shí)，在風(fēng)力發(fā)電機周?chē)纬娠L(fēng)向和風(fēng)速可變的風(fēng)場(chǎng)。
在可變風(fēng)場(chǎng)中，風(fēng)力發(fā)電機利用尾舵實(shí)現被動(dòng)偏航迎風(fēng)，使風(fēng)力發(fā)電機輸出*大電能。測速儀檢測風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)量，當風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)量超過(guò)安全值時(shí)，側風(fēng)偏航控制機構動(dòng)作，使尾舵側風(fēng)45º，風(fēng)力發(fā)電機葉片轉速變慢。當風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)量過(guò)大時(shí)，尾舵側風(fēng)90º，風(fēng)力發(fā)電機處于制動(dòng)狀態(tài)。
4、 風(fēng)力供電系統
(1)、 風(fēng)力供電系統的組成
風(fēng)力供電系統主要由風(fēng)電電源控制單元、風(fēng)電輸出顯示單元、觸摸屏、風(fēng)力供電控制單元、DSP控制單元、接口單元、西門(mén)子S7-200PLC、繼電器組、接線(xiàn)排、可調電阻、斷路器、網(wǎng)孔架等組成。
(2)、 控制方式
風(fēng)力供電控制單元的偏航功能有手動(dòng)和自動(dòng)兩個(gè)狀態(tài)，可以進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)可變風(fēng)向操作。
可變風(fēng)量是由變頻器控制軸流風(fēng)機實(shí)現。手動(dòng)操作變頻器操作面板上的有關(guān)按鍵，使變頻器的輸出頻率在0-50Hz之間變化，軸流風(fēng)機轉速在0至額定轉速范圍內變化，實(shí)現可變風(fēng)量輸出。
(3)、 DSP控制單元和側風(fēng)偏航
風(fēng)力發(fā)電機風(fēng)輪葉片在氣流作用下產(chǎn)生力矩驅動(dòng)風(fēng)輪轉動(dòng)，通過(guò)輪轂將扭矩輸入到傳動(dòng)系統。當風(fēng)速增加超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機風(fēng)輪轉速過(guò)快，發(fā)電機可能因超負荷而燒毀。
對于定槳距風(fēng)輪，當風(fēng)速增加超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)，如果氣流與葉片分離，風(fēng)輪葉片將處于“失速”狀態(tài)，風(fēng)力發(fā)電機不會(huì )因超負荷而燒毀。
對于變槳距風(fēng)輪，當風(fēng)速增加時(shí)，可根據風(fēng)速的變化調整氣流對葉片的攻角。當風(fēng)速超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)，輸出功率可穩定地保持在額定功率上。特別是在大風(fēng)的情況下，風(fēng)力機處于順槳狀態(tài)，使槳葉和整機的受力狀況大為改善。
小型風(fēng)力發(fā)電機多數是定槳距風(fēng)輪，在大風(fēng)的情況下，采用側風(fēng)偏航控制使氣流與葉片分離，使風(fēng)輪葉片處于“失速”狀態(tài)，安全地保護風(fēng)力發(fā)電機。另外，還可以通過(guò)側風(fēng)偏航控制風(fēng)力發(fā)電機保持恒定功率輸出。
5、 逆變與負載系統
(1)、 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、逆變器、逆變器參數檢測模塊、變頻器、三相交流電機、發(fā)光管舞臺燈光模塊、警示燈、接線(xiàn)排、斷路器、網(wǎng)孔架等組成。
1)、 逆變電源控制單元
逆變電源控制單元面板如圖19所示，逆變電源控制單元主要由斷路器、+24V開(kāi)關(guān)電源、AC220V電源插座、指示燈、接線(xiàn)端子DT14和DT15等組成。
2)、 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(xiàn)端子DT16和DT17等組成。
3)、 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(fā)光管舞臺燈光模塊和警示燈組成。
逆變器的輸入由光伏發(fā)電系統、風(fēng)力發(fā)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(dòng)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(dòng)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(fā)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)、 逆變器
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(lèi)很多, 各自的具體工作原理、工作過(guò)程不盡相同。本實(shí)訓裝置使用的逆變器由DC-DC升壓PWM控制芯片單元、驅動(dòng)+升壓功率MOS管單元、升壓變壓器、SPWM芯片單元、高壓驅動(dòng)芯片單元、全橋逆變功率MOS管單元、LC濾波器組成。
6、 監控系統
(1)、 監控系統組成
監控系統主要由一體機、鍵盤(pán)、鼠標、接線(xiàn)排、電源插座、通信線(xiàn)、微軟操作系統軟件、力控組態(tài)軟件組成。
(2)、 監控系統功能
1)、 通信
監控系統與控制器、PLC、儀表進(jìn)行通信。
2)、 界面
①、 監控系統具有主界面，光伏供電系統界面，風(fēng)力供電系統界面，逆變與負載系統界面，風(fēng)光互補能量轉換界面，分別顯示各自的運行狀態(tài)參數。
②、 光伏供電系統界面設置相應的按鈕，實(shí)現光伏電池方陣自動(dòng)跟蹤。
③、 風(fēng)力供電系統界面設置相應的按鈕，實(shí)現風(fēng)力發(fā)電機側風(fēng)偏航控制。
④、 具有光伏發(fā)電采集報表和風(fēng)力發(fā)電集報表，記錄光伏輸出電壓、電流，風(fēng)力發(fā)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。
三、 主要實(shí)驗實(shí)訓內容
1)、 離網(wǎng)型風(fēng)光互補發(fā)電系統規劃；
2)、 根據功率要求，光伏電池組件的選擇、安裝和連接；
3)、 根據功率要求，風(fēng)力發(fā)電機的選擇、安裝和連接；
4)、 基于MCU的光伏電池組件*大功率跟蹤程序設計；
5)、 基于MCU的風(fēng)力發(fā)電機*大功率跟蹤的程序設計；
6)、 蓄電池容量匹配計算與選型；；
7)、 蓄電池充放電參數設置、保護參數設置；
8)、 逆變器參數設置；
9)、 監控系統組態(tài)及操作；
10)、 光伏供電系統的調試；
11)、 風(fēng)力供電系統的調試；
12)、 風(fēng)光互補發(fā)電系統的調試；
13)、 電能質(zhì)量的監測、調試和分析。
 四、主要技術(shù)參數

一、風(fēng)力供電裝置
序號	名稱(chēng)	技術(shù)參數	數量
1	水平軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機	輸出功率：300W 輸出（整流）電壓：＞ +12V 葉片旋轉直徑：1.2m 葉片數量：3個(gè) 葉片材質(zhì)：玻璃纖維 啟動(dòng)風(fēng)速：1m/s 切入風(fēng)速：1.5m/s 安全風(fēng)速：25 m/s 偏航：程序控制自動(dòng)偏航 偏航電機：工作電壓（DC 24V）、轉速（25rpm）	1
2	風(fēng)速儀	輸出電壓：0-5V 風(fēng)碗數：3個(gè)	1
3	軸流通風(fēng)機	流量：2100m3/h 電壓：380V（由變頻器控制） 全壓：215Pa 頻率：50Hz 功率：0.37Kw 轉速：1400r/min 軸流風(fēng)機支架 軸流風(fēng)機框罩	1
4	風(fēng)向控制電機	減速比：1：40 電壓：AC220V 和運動(dòng)機構的鏈接機構：鏈輪	1
二、光伏供電裝置
序號	名稱(chēng)	技術(shù)參數	數量
1	電池組件	功率：20W 誤差：±5% 輸出電壓：17.2V 輸出電流：1.17A 開(kāi)路電壓：21.4V 短路電流：1.27A 工作環(huán)境溫度：45℃±2℃ 尺寸：430×430×28mm	4
2	追日傳感器	輸出電壓：0-5V 跟蹤精度：1度 結構：4電橋	1
3	投射燈	擺臂機構：渦輪蝸桿結構（2個(gè)減速箱） 電壓：220V 頻率：50Hz 電流：1.36A *大功率：300W	2
4	追日機構	結構：渦輪蝸桿結構（減速箱） 驅動(dòng)：直流電機 軸數：雙軸二維	1
三、風(fēng)力供電系統
序號	名稱(chēng)	技術(shù)參數	數量
1	電源控制單元	含漏電保護斷路器，AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈、電源插座	1
2	風(fēng)電控制電源單元	含漏電保護斷路器，AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈	1
3	觸摸屏	7",彩色	1
4	功能模塊	DSP核心板2812，通信控制板，風(fēng)力發(fā)電主電路板	1
5	直流輸入單元	電流表： DC 0-5A 電壓表： DC 0-500V 接口：RS485	1
6	風(fēng)力供電控制單元	風(fēng)場(chǎng)運動(dòng)方向：順時(shí)、逆時(shí) 軸流風(fēng)機控制：給風(fēng) 偏航控制：偏航、停止 自動(dòng)控制：?jiǎn)?dòng)、急停	1
7	PLC	S7-200 CPU224	1
8	變頻器	MM420-0.37Kw
9	可調電阻	范圍：0-1000Ω，無(wú)級可調（有刻度）	1
四、光伏供電系統
序號	名稱(chēng)	技術(shù)參數	數量
1	電源控制單元	含漏電保護斷路器，AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈、電源插座	1
2	光伏控制電源單元	含漏電保護斷路器，AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈	1
3	觸摸屏	7",彩色	1
4	功能模塊	DSP核心板2812，通信控制板，光伏發(fā)電主電路板	1
5	直流輸入單元	電流表：PA1951-AK1G，DC 0-5A 電壓表：PZ195U-AK1G，DC 0-500V 接口：RS485	1
6	光伏供電控制單元	電池板跟蹤方向：東、南、西、北 投光燈控制：燈1、燈2 投光燈運動(dòng)方向：東西、西東、停止 自動(dòng)控制：?jiǎn)?dòng)、急停	1
8	PLC	S7-200 CPU226	1
9	可調電阻	范圍：0-1000Ω，無(wú)級可調（有刻度）	1
五、逆變與負載系統
序號	名稱(chēng)	技術(shù)參數	數量
1	逆變輸出顯示單元	電流表：AC 0-5A 電壓表：AC 0-500V 接口：RS485	1
2	逆變控制電源單元	含漏電保護斷路器，AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈	1
3	逆變器	輸入電壓：DC12V 輸入電壓范圍：DC9.5V-15.5V 輸出電壓：AC220V±5% 額定輸出電流：1.4A 輸出頻率：50Hz±0.5Hz 額定功率：300VA 輸出波形：正弦波 波形失真：＜5% 轉換效率：＞85% 實(shí)驗模塊：正弦波逆變器原理模塊
4	開(kāi)關(guān)電源	型號：DR-120-24 輸入電壓：AC 220V 輸出電壓：DC 24V 輸出電流：5A	1
5	變頻器	MM420-0.37Kw	1
6	電機負載	功率：40W 電壓：AC220V 轉速：1350rpm	1
7	模擬舞臺燈光負載	二極管字樣為“KNT”的發(fā)光模塊	1
8	閥控密封式鉛酸蓄電池	容量   12V 18Ah/20HR 重量   1.9kg 尺寸   345mm×195mm×20mm	4
六、監控系統
序號	名稱(chēng)	技術(shù)參數	數量
1	直流電機負載	直流單片機負載	1
2	工控機	6個(gè)串口，含鍵盤(pán)鼠標	1
3	組態(tài)軟件	力控	1
4	打印機	HP Deskjt 1000	1
七、實(shí)驗臺
序號	名稱(chēng)	技術(shù)參數	數量
1	網(wǎng)孔板實(shí)驗臺	豎式網(wǎng)孔板基本結構：下方為工具箱+4個(gè)輪子，上方為豎式網(wǎng)孔板 尺寸：800(長(cháng))×600（寬×2000(高) 外框架構成：鋁合金型材； 內嵌噴塑鋼板 鋼板尺寸：1200mm×820mm 鋼板厚度：2mm 鋼板孔規格：上方孔尺寸6×10mm，孔左右間距為6mm，上下間距為6mm且錯位8mm； 網(wǎng)孔板配有推拉式抽屜，抽屜采用型材外框、2mm鋼板底部； 網(wǎng)孔架底部裝有滑輪。	4
2	微軟操作系統軟件	Window XP	1
	通訊電纜
	實(shí)驗指導書(shū)	風(fēng)光互補發(fā)電系統實(shí)訓指導書(shū)