一、產(chǎn)品要求
風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)平臺(tái)要求采用單元化獨(dú)立網(wǎng)孔面板結(jié)構(gòu)，模塊化功能設(shè)計(jì)，既可以組成獨(dú)立的光伏發(fā)電系統(tǒng)或風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，也可以組成風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，成為學(xué)習(xí)光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的綜合性實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。風(fēng)力發(fā)電由模擬風(fēng)場與帶有尾舵偏航裝置的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成，尾舵偏航控制與風(fēng)場運(yùn)動(dòng)均由三菱PLC自動(dòng)化控制實(shí)現(xiàn)。光伏發(fā)電由模擬光源與跟蹤系統(tǒng)組成，模擬光源采用擺臂式，手動(dòng)或自動(dòng)化模擬太陽從升起到日落過程，電池板采用4塊獨(dú)立單晶電池組件組成，跟蹤裝置采用雙軸二維跟蹤系統(tǒng)，既可手動(dòng)跟蹤，也可PLC自動(dòng)傳感器跟蹤，使光伏組件正對(duì)光源輸出最大功率；環(huán)境采集模塊可以實(shí)時(shí)采集電池組件表面的光照強(qiáng)度、溫度及濕度，方便測試環(huán)境變化對(duì)光伏發(fā)電性能的影響；儀表單元實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)發(fā)用電信息，并傳遞給組態(tài)觸摸屏，進(jìn)行綜合監(jiān)測；匯流單元將電池組件串并后匯成一路輸出，并具有防反、過流與防雷功能；光伏控制器、風(fēng)機(jī)控制器與離網(wǎng)逆變器采用原理與結(jié)構(gòu)外露的形式，核心驅(qū)動(dòng)板采用STM32F103ZET6的高性能ARM處理器進(jìn)行控制，控制器采用先進(jìn)的PWM充電技術(shù)，逆變器采用高頻隔離的全橋正弦逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所有驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形可在線進(jìn)行測試，方便學(xué)生更加深入了解控制器和逆變器的結(jié)構(gòu)與原理。上位機(jī)采用17寸的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，通過上位機(jī)軟件對(duì)系統(tǒng)發(fā)用電數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)表存儲(chǔ)、查詢和打印。
二、系統(tǒng)主要參數(shù)要求
（1）系統(tǒng)供電電源：AC220V±10%、50HZ、<1.2KVA；帶電源指示，急停控制及漏電保護(hù)。
（2）系統(tǒng)輔助電源：明緯DC24V/3A×2；明緯DC5V/2A×2。
（3）太陽能電池組件：單晶組件，最大輸出功率20W，工作電壓17.6V，工作電流1.14A，數(shù)量4塊，尺寸(450×430×25mm）。
（4）模擬光源：飛利浦500W鹵鎢燈×2，由紫光蝸桿減速機(jī)擺動(dòng)，模擬太陽升起至日落運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)角度110±5°。
（5）模擬光源拖動(dòng)電機(jī)：紫光交流電機(jī)，電源AC220V±10%、50HZ；額定輸出功率90W、額定轉(zhuǎn)速1350rpm。
（6）模擬光源拖動(dòng)減速機(jī)：紫光減速機(jī)，減速比3000:1。
（7）光伏跟蹤傳感器：采用四象限高精度光敏傳感器結(jié)構(gòu)，6路模擬量信號(hào)輸出，輸出電壓0-5V。跟蹤傳感器探頭采用無色透明外殼，方便學(xué)生觀察學(xué)習(xí)。
（8）太陽能跟蹤系統(tǒng)：采用雙軸二維跟蹤方式，水平270±5°，俯仰75±5°，精度±0.5°；DC24V直流同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，額定轉(zhuǎn)速10rpm。
（9）太陽能跟蹤控制單元：手動(dòng)/自動(dòng)模擬光源運(yùn)動(dòng)與光伏跟蹤控制采用三菱PLC主控模塊。
（10）光照及溫濕度傳感器模塊：光照度0-20K(LUX)、精度1%，溫度-40-80℃、精度±0.5℃，濕度0-99.9%RH、精度±3%RH，隔離RS485信號(hào)輸出。
（11）水平軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)：最大輸出功率310W、輸出電壓12V、葉片直徑1.3m、葉片數(shù)量3片、啟動(dòng)風(fēng)速2m/s、額定風(fēng)速13m/s、安全風(fēng)速40m/s。
（12）尾舵偏航系統(tǒng)：風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用尾舵迎風(fēng)與側(cè)風(fēng)偏航控制，偏航角度為45°和90°；偏航采用DC24V直流同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，額定轉(zhuǎn)速10rpm。
（13）模擬風(fēng)源：采用變頻軸流通風(fēng)機(jī)，額定電壓380V、額定頻率50HZ、額定功率0.37KW、額定轉(zhuǎn)速1400rpm；電機(jī)采用三菱FR-D720S-0.4K-CHT變頻器驅(qū)動(dòng)。
（14）模擬風(fēng)場：模擬風(fēng)源在電機(jī)拖動(dòng)下繞風(fēng)力發(fā)電機(jī)做圓弧運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)角度60±5°。
（15）模擬風(fēng)場拖動(dòng)電機(jī)：電源AC220V±10%、額定頻率50HZ、額定輸出功率100W、額定轉(zhuǎn)速1400rpm、減速比140：1。
（16）模擬風(fēng)場控制單元：手動(dòng)/自動(dòng)風(fēng)場運(yùn)動(dòng)與尾舵偏航控制采用三菱PLC主控模塊。
（17）風(fēng)速傳感器：測量模擬風(fēng)源風(fēng)速，脈沖輸出，電源DC5V，輸出1.5脈沖m/s。
（18）光伏匯流單元：2路光伏輸入1路光伏輸出；具有防反、防雷、過載保護(hù)等。
（19）儀表顯示單元：2個(gè)直流電壓表DC0-50V；2個(gè)直流電流表DC0-5A；1個(gè)交流電壓表AC0-300V；1個(gè)交流電流表AC0-2A；隔離RS485信號(hào)輸出。
（20）蓄電池組：天能鉛酸電池12V/12AH ×2（塊）。
（21）太陽能控制器：額定電壓DC12V、額定電流DC5A、PWM(脈沖寬度調(diào)制)方式充電；微控制器采用ARM內(nèi)核32位高性能大容量STM32F103ZET6芯片；軟件基于C語言嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）開發(fā)，電路模塊化開放設(shè)計(jì)，方便進(jìn)行充電波形與電路電氣測試；具有充放電指示、電池狀態(tài)指示、溫度補(bǔ)償?shù)裙δ埽痪哂行铍姵胤唇?、夜間防反沖、防雷、光伏限流、過充、過放、負(fù)載過載、短路等保護(hù)功能；具有RS485隔離通訊和RS232通訊功能。
（22）風(fēng)機(jī)控制器：額定電壓DC12V(整流)、最大電流25A、PWM(脈沖寬度調(diào)制)方式充電；微控制器采用ARM內(nèi)核32位高性能大容量STM32F103ZET6芯片；軟件基于C語言嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）開發(fā)，電路模塊化開放設(shè)計(jì)，方便進(jìn)行充電波形與相關(guān)電路電氣測試；具有風(fēng)速檢測、偏航控制信號(hào)或剎車信號(hào)輸出功能；具有充放電指示、電池狀態(tài)指示、溫度補(bǔ)償?shù)裙δ?；具有蓄電池反接、防雷、風(fēng)機(jī)限流、過充、過放、負(fù)載過載、短路等保護(hù)功能；具有RS485隔離通訊和RS232通訊功能。
（23）離網(wǎng)逆變器：輸入電壓DC12V；輸出AC220V±10%、50HZ、300VA、純正弦波；輸入輸出采用高頻變壓器隔離；微控制器采用ARM內(nèi)核32位高性能大容量STM32F103ZET6芯片；軟件基于C語言嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）開發(fā)，電路模塊化開放設(shè)計(jì)，方便進(jìn)行升壓驅(qū)動(dòng)波形、SPWM逆變驅(qū)動(dòng)波形、逆變輸出電壓電流波形與相關(guān)電路電氣測試；具有過欠壓關(guān)斷、過載等保護(hù)功能。具有RS485隔離通訊和RS232通訊功能。
（24）負(fù)載
直流阻性負(fù)載：3W高亮度LED燈。
直流感性負(fù)載：2.8W直流風(fēng)扇。
交流阻性負(fù)載：15W交流警示燈。
交流感性負(fù)載：三菱FR-D720S-0.4K-CHT變頻器驅(qū)動(dòng)25W交流調(diào)速電機(jī)。
功率電阻模塊：0-2000歐連續(xù)可調(diào),功率120W,帶刻度盤，數(shù)量2個(gè)。
（25）組態(tài)觸摸屏：采用三菱觸摸屏GT2310-VTBA；實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)電、用電與環(huán)境參數(shù)等信息；具有歷史曲線顯示。
（26）工控機(jī)：采用臺(tái)灣威強(qiáng)電17〞電阻式觸摸屏工控一體機(jī)；1.6G主頻、1G內(nèi)存、300G硬盤、內(nèi)置無線WiFi、WindowsXP/Windows7操作系統(tǒng)；具有4路USB輸出、2路RS232接口、1路RS232/RS485接口。
（27）工控機(jī)監(jiān)控軟件：基于C#語言開發(fā)，采用嵌入式SQLite數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；實(shí)時(shí)監(jiān)測并存儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)電、用電與環(huán)境參數(shù)等信息，實(shí)時(shí)對(duì)模擬光源、光伏跟蹤、模擬風(fēng)場與側(cè)風(fēng)偏航進(jìn)行遙控；具有曲線顯示、歷史報(bào)表查詢、EXCEL文檔輸出、打印等功能。
電源分析系統(tǒng)：
光伏電池模塊和風(fēng)力輪機(jī)產(chǎn)生的能量通過功率調(diào)節(jié)器后直流電將轉(zhuǎn)換為交流電。蓄電池的充電控制單元對(duì)電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最大限度降低這些轉(zhuǎn)換中的損耗可以提升整個(gè)能源系統(tǒng)的效率。能夠提供多個(gè)通道的功率輸入，可以測量每個(gè)轉(zhuǎn)換器之前和之后的電壓、電流、功率和( 交流) 頻率，以及轉(zhuǎn)換器效率和充電效率。
（27）系統(tǒng)安全：具有漏電、過載、短路、接地等保護(hù)功能。
（28）外形尺寸：158×110×155mm(光伏跟蹤裝置)/ 2700×1800×1600mm（模擬風(fēng)場裝置）/940×620×1940mm（網(wǎng)孔單元裝置×4組)
三、主要實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容
（1) 離網(wǎng)型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)規(guī)劃；
（2) 根據(jù)功率要求，光伏電池組件的選擇、安裝和連接；
（3) 根據(jù)功率要求，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的選擇、安裝和連接；
（4) 光伏電池組件最大功率跟蹤程序設(shè)計(jì)；
（5) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)最大功率跟蹤的程序設(shè)計(jì)；
（6) 蓄電池容量匹配計(jì)算與選型；；
（7) 蓄電池充放電參數(shù)設(shè)置、保護(hù)參數(shù)設(shè)置；
（8) 逆變器參數(shù)設(shè)置；
（9) 監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)及操作；
（10)光伏供電系統(tǒng)的調(diào)試；
（11)風(fēng)力供電系統(tǒng)的調(diào)試；
（12)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的調(diào)試；
（13)電能質(zhì)量的監(jiān)測、調(diào)試和分析。