TW-SNY52B风光互补工程实训系统
一、设备概述
该实训系统能够使学生掌握风光互补的发电原理、发电装置安装、系统设计、系统联调、能源信息与互联、故障排除、情景分析以及职业素养等方面的团队协作能力。在紧贴新能源产业发展与需求的同时，培养新能源产业发展技术型人才需求，推动各高职院校开展专业建设，展示相关教学改革和实践成果。
风光互补发电实训系统主要由光伏模拟装置、光伏充放电系统、风力模拟装置、风力充放电系统、逆变与负载系统、监控系统组成。
风光互补发电实训系统(参考图片)
二、系统组成
风光互补发电实训系统主要由光伏模拟装置、光伏充放电系统、风力模拟装置、风力充放电系统、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独立网孔面板结构、模块化结构设计，各装置和系统既可以独立运行，也可以组成光伏发电实训系统、风力发电实训系统或风光互补发电实训系统。
2.1光伏模拟装置的组成
光伏模拟与跟踪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1-1所示
图1-1
2.2光伏供电系统
光伏供电系统主要由辅助电源控制单元、光伏输出显示单元、光伏跟踪控制单元、光伏汇流单元、控制器模块、接口单元、西门子PLC、继电器组、接线端子、蓄电池组、功率可调电阻、断路器、5V辅助开关电源、网孔面板、线槽、铝型材等组成。如图1-2所示。
图1-2
2.3风力模拟装置的组成
风力供电装置主要由叶片、轮毂、发电机、机舱、尾舵、侧风偏航机械传动机构、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1-3所示。
图1-3
2.4风力供电系统
风力供电系统主要由辅助电源控制单元、风机输出显示单元、组态触摸屏、风力模拟控制单元、接口单元、西门子PLC、变频器、继电器组、接线端子、功率可调电阻、断路器、网孔面板、线槽、铝型材等组成。如图1-4所示。
图1-4
2.5逆变与负载系统
逆变与负载系统主要由控制器输出单元、逆变输出显示单元、逆变器、变频器、三相交流电机、12V直流风扇、12V LED灯、警示灯、接线排、三孔插座、断路器、网孔面板、线槽、铝型材等组成。如图1-5所示。
图1-5
2.6监控系统组成
监控系统主要由计算机、监控软件组成，如图1-6所示。监控软件是基于C#编程软件开发，通过计算机串口进行远程通讯，实时监测风光互补发用电信息及环境信息并可进行曲线观测，光伏跟踪可通过监控软件与PLC进行通讯，实现远程跟踪控制。监控系统定时将数据存储到SQLite嵌入式数据库中，方便对历史数据的记录、查询和报表生成及打印。
监控软件登陆界面如图1-6所示，第一次登陆请点击“注册”按钮，在注册用户界面里填入默认密码并注册新用户。在登陆界面填写用户名和密码后，点击“登陆”按钮即可进入监控界面。
系统登陆后进入监控软件主界面，如图1-7所示。在主界面里有系统监测的信息和曲线观测窗口。
系统登陆后需要先设置通讯端口，点击菜单栏“端口管理”->“串口设置”，打开通讯端口设置对话窗，如图1-8所示，其中“仪表端口”是与组态触摸屏连结的串口，“PLC端口”是与光伏跟踪控制的PLC端口0进行连结的端口。正确设置后点击“确定”即可。
在主界面中点击菜单栏“端口管理”->“打开串口”，正常连结后通讯状态显示为“正常通讯”。
2.7远程跟踪控制
在主界面菜单栏点击“跟踪控制”按钮，进入远程光伏跟踪控制界面，如图1-9所示。
历史报表查询
在主界面菜单栏点击“历史数据”->“查询”按钮，进入历史报表数据查询窗口，如图1-10所示。选择查询的起始时间和结束时间，即可查询该区间的历史数据，还可将历史数据存储为EXCEL报表形式，方便保存和打印。
三、主要实验实训内容
（1）光伏模拟装置实训
1）光电池方阵的安装
2）光伏供电装置组装
（2）光伏供电系统实训
1）光伏供电系统接线
2）光线传感器原量
3）光伏电池组件光源跟踪控制程序设计
4）光伏电池的输出特性
5）蓄电池的充电特性和放电保护
6）光伏供电系统的操作和使用注意事项
（3）风力模拟装置实训
1）水平轴永磁同步风力发电机组装
2）模拟风场装置组装
3）侧风偏航装置的组装
（4）风力供电系统实训
1）风力供电系统接线
2）模拟风场控制程序设计
3）风力发电机侧风偏航控制程序设计
4）风力发电机输出特性测试
5）风力供电系统的操作和使用注意事项
（5）逆变与负载系统实训
1）逆变器的负载安装与调试
2）逆变器的原理与测试
四、技术参数
1)太阳能电池组件：单晶组件，最大输出功率20W，数量4块；
2)模拟光源：2盏300W卤钨灯，由蜗杆减速机摆动，模拟太阳升起至日落运动；
3)模拟光源拖动电机：交流电机；模拟光源拖动减速机：减速机，减速比3000:1；
4)光伏跟踪传感器：采用四象限高精度光敏传感器结构，6路模拟量信号输出,跟踪探头采用无色透明外壳，方便学生观察；
5)太阳能跟踪系统：采用双轴二维跟踪方式，水平270±5°，俯仰75±5°，精度±0.5°；
6)跟踪控制单元：手动/自动模拟光源运动与光伏跟踪控制采用PLC主控模块；
7)光照及温湿度传感器模块：光照度0-20K(LUX)，温度-40-80℃，湿度0-99.9%RH；
8)风力发电机：水平轴永磁同步风力发电机；输出电压12V、叶片数量3片；
9)尾舵偏航系统：采用尾舵迎风与侧风偏航控制，偏航角度0°-90°；采用DC24V直流同步电机驱动；
10)模拟风源：采用变频轴流通风机，电压220V、功率0.37KW、转速1400rpm；采用变频器驱动；
11)模拟风场：模拟风源在电机的拖动下绕风力发电机做圆弧运动，运动角度60±5°,风力发电机四周采用隔离网布置，确保学生实训安全；
12)模拟风场拖动电机：额定输出功率100W、额定转速1400rpm、减速比140：1；
13)风速传感器：测量模拟风源风速，脉冲输出，电源DC5V，输出1.5脉冲m/s；
14)光伏汇流单元：2路光伏输入1路光伏输出；具有防反、防雷保护等；
15)模拟风场控制单元：手动/自动风场运动与尾舵偏航控制采用PLC主控模块；
16)仪表单元：直流电压表DC0-50V；直流电流表DC0-5A；交流电压表AC0-300V；交流电流表AC0-2A ；
17)蓄电池：铅酸电池12V/12AH*2；
18)太阳能控制器：DC12V、DC5A、PWM方式充电；电路模块化开放设计，方便充电波形与电路测试；有充放电、电池状态指示、温度补偿；蓄电池反接、夜间防反冲、防雷、限流、过充、过放、负载过载、短路等保护；
19)风机控制器：电压DC12V(整流)、额定电流5A、PWM(脉冲宽度调制)方式充电；电路模块化开放设计，方便充电波形与相关电路电气测试；具有风速检测、偏航控制信号或刹车信号输出功能；有充放电指示等功能；具有蓄电池反接、防雷、风机限流、过充、过放、负载过载、短路等保护功能；
20)离网逆变器：输入DC12V；输出AC220V±10%、50HZ、50VA、纯正弦波；工频变压器隔离；电路模块化开放设计，可进行SPWM逆变驱动波形、逆变输出电压波形与电路电气测试；可时行死区按键设置；具有软启动、过欠压关断、短路、过载等保护功能；
21)功率电阻模块：0-2000欧可调,功率100W；直流阻性、直流感性负载；交流阻性、交流感性负载；
22)触摸屏：采用一体化触摸屏；实时监测系统发电、用电与环境参数等信息；具有历史曲线显示；
23)工控机：采用触摸屏工控一体机；
24)监控软件：实时监测并存储系统发电、用电与环境参数等信息，实时对模拟光源、光伏跟踪等进行控制；具有曲线显示等功能；
五、配置清单
序号 | 名称 | 技术参数 | 数量 |
1 | 光伏供电装置台架 | 长×宽×高:1800mm×1700mm×1600mm（运行安全占地尺寸） | 1台 |
2 | 电池组件 | 额定功率：20W 误差：±5% 额定电压：17.6V 额定电流：1.14A 开路电压：21.7V 短路电流：1.26A 工作环境温度：45℃±2℃ 尺寸：450*430*25mm | 4个 |
3 | 追日传感器 | 采用四象限高精度光敏传感器结构， 6路模拟量信号输出, 跟踪探头采用无色透明外壳， | 1套 |
4 | 光照度传感器 | 工作电源：DC 3.3V-5V； 工作电流：＜5ma； 光照度范围：0-200000Lux； 分辨率：0.01 Lux； 精度：±5%； 工作环境：温度-40°c-60°c 支持Modbus-RTU协议 | 1套 |
5 | 投射灯 | 电压：220V 频率：50Hz 电流：1.36A 最大功率：300W | 2个 |
6 | 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 减速电机：DC24V rpm:10 减速比：80:1 | 1套 |
7 | 单相交流键槽感应电动机 | 输入电压：AC220V 输出功率：90W 额定转速：1350r/min | 1个 |
8 | 汇流箱 | 参考尺寸：205*170*90mm； 输入电池组数：2路； 输出组数：1路； | 1套 |
9 | 接近开关 | 介质耐压：1000VAC 振动：10-55Hz 防护等级：IP40 使用温度、湿度：-25℃- +80℃；＜80% | 2个 |
二、风力供电装置 | |||
序号 | 名称 | 技术参数 | 数量 |
1 | 风力供电装置台架 | 长×宽×高：2000mm×1700mm×1500mm（运行安全占地尺寸） | 1台 |
2 | 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（15rpm） | 1个 |
3 | 风速仪 | 输出电压：0~5V 风碗数：3个 | 1个 |
4 | 轴流通风机 | 电压：380V（由变频器控制） 额定频率：50Hz 额定功率：0.37Kw 额定电流：1.92/1.11A 防护等级：IP55 转速：1400r/min 轴流风机支架 轴流风机框罩 | 1个 |
5 | 风向控制电机 | 减速比：140：1 电压：AC220V 额定电流：0.8A 额定频率：50Hz 防护等级：IP20 和运动机构的链接机构：链轮 | 1套 |
6 | 接近开关 | 工作电源：DC 3线式6-36VDC 检测距离：30mm 输出类型：PNP 控制输出：常开 防护等级：IP65 工作温度：-20℃- +70℃ | 1个 |
三、光伏供电系统 | |||
序号 | 名称 | 技术参数 | 数量 |
1 | 光伏供电系统台架 | 长×宽×高:945mm×610mm×1900mm | 1台 |
2 | 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套 |
3 | 光伏输出显示单元 | 含显示单元面板、显示单元盒体、控制盒侧边型材、直流电流表、直流电压表、接线端子排等 1)精度等级：0.5级 2)显示方式：LED 3)相数：单相 4)输入方式：直流信号输入 5)通信接口：RS485（Modbus RTU协议） 6）准确度：电压电流0.5%； 7）接线方式：单相 8）电压：DC 0~30V； 9) 电流：DC 0~5A； 10）电源工作范围：AC、DC 80-270V；频率50/60Hz；功率≤5VA | 1套 |
4 | 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套 |
5 | 充、放电控制器 | 含核心板，接口底板，充电板 额定电压DC12V、额定电流DC5A、PWM脉冲宽度调制）方式充电；微控制器采用ARM内核32位高性能大容量芯片；软件基于C语言嵌入式实时操作系统RTOS开发，电路模块化开放设计，方便进行充电波形与电路电气测试；具有充放电指示、电池状态指示、温度补偿等功能；具有蓄电池反接、夜间防反冲、防雷、光伏限流、过充、过放、负载过载、短路等保护功能。 | 1套 |
6 | 可调电阻 | 可调范围：0~2000欧姆，连续可调 额定功率：100W 允许偏差：±5% 外型：圆盘 | 1个 |
7 | 继电器组 | 线圈额定电压：DC24V； 常开触点：2路； 常闭触点：2路； 带有继电器底座； | 11个 |
8 | 铅酸蓄电池 | 容量：12V/12Ah 单个重量：4kg 尺寸：150mm*100mm*100mm | 2节 |
四、风力供电系统 | |||
序号 | 名称 | 技术参数 | 数量 |
1 | 风力供电系统台架 | 长×宽×高:945mm×610mm×1900mm | 1台 |
2 | 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套 |
3 | 风力输出显示单元 | 含显示单元面板、显示单元盒体、控制盒侧边型材、直流电流表、直流电压表、接线端子排等 1)精度等级：0.5级 2)显示方式：LED 3)相数：单相 4)输入方式：直流信号输入 5)通信接口：RS485（Modbus RTU协议） 6）准确度：电压电流0.5%； 7）接线方式：单相 8）电压：DC 0~30V； 9) 电流：DC 0~5A； 10）电源工作范围：AC、DC 80-270V；频率50/60Hz；功率≤5VA | 1套 |
4 | 风力供电控制单元 | 风场运动方向：顺时、逆时 偏航控制：偏航、恢复 自动控制：启动、急停 | 1套 |
5 | 触摸屏 | 7",彩色； 通讯接口：RS485； 以太网； | 1个 |
6 | 充、放电控制器 | 含核心板，接口底板，充电板 额定电压DC12V、额定电流DC5A、PWM脉冲宽度调制）方式充电；微控制器采用ARM内核32位高性能大容量芯片；软件基于C语言嵌入式实时操作系统RTOS开发，电路模块化开放设计，方便进行充电波形与电路电气测试；具有充放电指示、电池状态指示、温度补偿等功能；具有蓄电池反接、夜间防反冲、防雷、光伏限流、过充、过放、负载过载、短路等保护功能。 | 1套 |
7 | 变频器 | 工作电源：AC 220V； 额定功率：0.37kw； 控制方式：电压/频率控制方式； 柔性PWM控制、 线性V/f控制、 磁通电流控制方式：FCC； 有模拟量输入、模拟量输出; 有数字量输入、数字量输出； 保护与报警功能； 环境温度：-10℃- +50℃（不结冰） | 1个 |
8 | 可调电阻 | 可调范围：0~2000欧姆，连续可调 额定功率：100W 允许偏差：±5% 外型：圆盘 | 1个 |
9 | 继电器组 | 线圈额定电压：DC24V； 常开触点：2路； 常闭触点：2路； 带有继电器底座； | 4个 |
五、逆变与负载系统 | |||
序号 | 名称 | 技术参数 | 数量 |
1 | 逆变与负载系统台架 | 长×宽×高:945mm×610mm×1900mm | 1台 |
2 | 逆变输出显示单元 | 含显示单元面板、显示单元盒体、控制盒侧边型材、交流电流表、交流电压表、接线端子排等 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)精度等级：0.5级 2)显示方式：LED 3)相数：单相 4)输入方式：交流信号输入 5)通信接口：RS485（Modbus RTU协议） 6）准确度：电压电流0.5%； 7）电压： AC0-300V； 9) 电流：AC0-3A； 10）电源工作范围：AC、DC 80-270V；频率50/60Hz；功率≤5VA | 1套 |
3 | 报警灯 | 工作电压：AC220V 功率：15W 颜色：红色 工作方式：闪亮 安装方式：螺杆安装 防护等级：IP55防尘、防水 | 1个 |
4 | 逆变控制器 | 包含接口底板、核心板、升压板、逆变板 输入电压DC12V；输出AC220V±10%、50HZ、50VA、输出纯正弦波；输出采用工频隔离；微控制器采用ARM内核32位高性能大容量芯片；软件基于C语言嵌入式实时操作系统RTOS开发，电路模块化开放设计，方便进行SPWM逆变驱动波形、逆变输出电压波形与相关电路电气测试；可时行死区按键设置；具有软启动、过欠压关断、短路、过载等保护功能。 | 1套 |
六、监控系统 | |||
序号 | 名称 | 技术参数 | 数量 |
1 | 组态软件 | MCGS昆仑组态 | 1个 |
八、新能源光伏系统设计软件 | |||
1 | 新能源光伏系统设计软件 | 软件主要功能：光伏电站和光伏发电应用系统的的辅助设计 1.1多样化的光伏系统设计 能够建立不同类型的光伏系统，主要包含：光伏路灯、光伏水泵、离网、并网等系统。 1.2完善的地理信息数据 选定某城市后，软件能自动给出所选城市的经纬度、海拔、当地的气象数据等。 1.3强大的数据信息管理 预留了自定义更改数据库权限，可手动更改已知某地区的气象数据库内容。 1.4丰富的选型体系结构 提供知名厂商的选型资料库，自动展示该产品的详细技术参数。 1.5节能减排环保性能分析 提供详细的环保效益分析，并给出温室气体减排量以及标准煤节约量等。 1.6全面的方案报告分析 根据所填参数，自动生成系统方案报告（支持输出.doc文档）。 1.7电站性能分析 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。 1.8提供中文版软件界面，该软件界面友好、操作简单、数据结果可信、运行稳定可靠，可作为高校教学或相关研发人员的光伏电站设计与仿真工具，仿真及优化结果与国际主流光伏仿真软件的差异较小。 | 1个 |
