風(fēng)光互補并網(wǎng)發(fā)電與機電實(shí)訓系統

能源是國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活必須的重要物質(zhì)基礎。在過(guò)去的200多年里，建立在煤炭、石油、天然氣等化石燃料基礎上的能源體系極大的推動(dòng)了人類(lèi)社會(huì )的發(fā)展。但是人類(lèi)在使用化石燃料的同時(shí)，也帶來(lái)了嚴重的環(huán)境污染和生態(tài)系統破壞。近年來(lái)，世界各國逐漸認識到能源對人類(lèi)的重要性，更認識到常規能源利用過(guò)程中對環(huán)境和生態(tài)系統的破壞。各國紛紛開(kāi)始根據國情，治理和緩解已經(jīng)惡化的環(huán)境，并把可再生、無(wú)污染的新能源的開(kāi)發(fā)利用作為可持續發(fā)展的重要內容。風(fēng)光互補發(fā)電系統是利用風(fēng)能和太陽(yáng)能資源的互補性，具有較高性?xún)r(jià)比的一種新型能源發(fā)電系統，具有很好的應用前景。

風(fēng)光互補并網(wǎng)發(fā)電與機電實(shí)訓系統TH-FGB500-Ⅲ由太陽(yáng)能光伏電板、雙軸跟蹤控制模塊、蓄電池模塊、太陽(yáng)能控制器模塊、太陽(yáng)能逆變器模塊、模擬風(fēng)洞發(fā)電模塊、開(kāi)關(guān)控制模塊、環(huán)境監測模塊、上位機監控模塊，儀表顯示部分,（各功能轉換接口模塊）等組成；各控制系統集成于風(fēng)能發(fā)電、光伏發(fā)電為一體的教學(xué)實(shí)訓臺；各系統通過(guò)連接電纜進(jìn)行連接，形成一套可完成風(fēng)力及光伏發(fā)電、同步并網(wǎng)、離網(wǎng)電源的實(shí)驗及教學(xué)演示。幫助學(xué)生理解太陽(yáng)能并網(wǎng)、離網(wǎng)及風(fēng)力發(fā)電系統的原理，從而起到學(xué)習工程實(shí)際應用技能的作用。

各部件接口采用安全插口式設計，各模塊通過(guò)實(shí)驗線(xiàn)纜連接，實(shí)驗方便、操作靈活。

風(fēng)光互補并網(wǎng)發(fā)電與機電實(shí)訓系統應用范圍：主要面向職高、大學(xué)、研究生、企業(yè)技工以風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能離網(wǎng)、并網(wǎng)發(fā)電為主課題的研究和培訓。

一、主要技術(shù)規格參數： 

 1、系統規格

  ◆ 系統zui大電壓：DC12V，AC220V

  ◆ 系統zui大電流：10A

  ◆ 系統zui大功率：300W

 2、太陽(yáng)光電實(shí)習教學(xué)模塊 

 太陽(yáng)能電池規格：單晶硅太陽(yáng)能電池 

  ◆ 元件尺寸(L*W*H)：630*530*25mm*4

  ◆ *功率：160W

  ◆ *工作電壓：17.05±0.5V

  ◆ *工作電流：10.20±0.10A，

  ◆ 短路電流：10.34±0.10A，

  ◆ 開(kāi)路電壓：21.0±0.5V

  ◆ 模擬光源模塊：1000W

 3、風(fēng)力發(fā)電機實(shí)習教學(xué)模塊

  ◆ 風(fēng)洞調速范圍：0～13 m/s，功率5.0KW

  ◆ 風(fēng)力發(fā)電機額定輸出電壓：12VDC，功率：400W

  ◆ 風(fēng)機類(lèi)型；永磁同步發(fā)電機，上風(fēng)式

  ◆ 啟動(dòng)風(fēng)速；2.5m/s

  ◆ 風(fēng)葉材質(zhì)：碳光纖化合物

 4、風(fēng)光互補控制器：

  ◆ 充電方式：PWM脈寬調制 

  ◆ 充電zui大電流 35A

  ◆ 過(guò)放保護電壓 10.6V ±0.5  

  ◆ 過(guò)放恢復電壓 12.6V ±0.5 

  ◆ 輸出保護電壓 16V ±0.5 

  ◆ 卸載開(kāi)始電壓（出廠(chǎng)值）15.5V ±0.5 

  ◆ 卸載開(kāi)始電流（出廠(chǎng)值） 15A 

  ◆ 保護功能：蓄電池過(guò)充電、蓄電池過(guò)放電、蓄電反接、負載過(guò)載、防雷、風(fēng)機限流、風(fēng)機自動(dòng)剎車(chē)和手動(dòng)剎車(chē)。

  ◆ 使用32們高速單片機，實(shí)現智能控制，自動(dòng)識別12/24V系統。 采用串聯(lián)式PWM充電控制方式，使充電回路的電壓損失較原二極管充電方式降低一半，充電效率較非PWM高3－6%;過(guò)放恢復的提升充電，正常的直充，浮充自動(dòng)控制方式有利于提高蓄電池壽命。

  ◆ 多種保護功能，包括蓄電池反接、蓄電池過(guò)、欠壓保護、太陽(yáng)能電池組件短路保護，具有自動(dòng)恢的輸出過(guò)流保護功能，輸出短路保護功能。

  ◆ 具有豐富的工作模式，如光控，光控＋延時(shí)，通用控制等模式。

  ◆ 具有直流輸出或1Hz頻閃輸出2種輸出選擇，頻閃輸出特別適用于LED交通警示燈等。

在頻閃輸出模式，負載可以使用感性負載。浮充電溫度補償功能。使用數字LED顯示及設置，采用一鍵式操作完成所有設置。

  ◆ 大屏幕LCD顯示，太陽(yáng)能電池、蓄電池、負載電流、電壓等電參數。

 5、并網(wǎng)逆變器

  ◆ 輸出電壓：AC 180-260V

  ◆ 工作電壓：10.8 - 28V，

  ◆ 額定輸出功率≥200W

  ◆ 輸出波形：正弦波(失真度≤3﹪)

  ◆ 輸出頻率：47-55Hz，

  ◆ LED方式顯示工作狀態(tài)，

   并網(wǎng)逆變器具有DC－DC和DC－AC兩級能量變換的結構。DC－DC變換環(huán)節調整光伏陣列的工作點(diǎn)使其跟蹤zui大功率點(diǎn)；DC－AC逆變環(huán)節主要使輸出電流與電網(wǎng)電壓同相位，同時(shí)獲得單位功率因數。

 6、離網(wǎng)逆變器

  ◆ 純正弦波輸出(失真率<4%)
  ◆ 輸入輸出*隔離設計
  ◆ 能快速并行啟動(dòng)電容、電感負載
  ◆ 三色指示燈顯示，輸入電壓,輸出電壓，負載水準和故障情形
  ◆ 負載控制風(fēng)扇冷卻
  ◆ 過(guò)壓/欠壓/短路/過(guò)載/超溫保護

  ◆ 輸出電壓：AC220V

  ◆ 工作電壓：9.7 - 15V，

  ◆ 額定輸出功率≥200W

  ◆ 輸出波形：正弦波(失真度≤3﹪)

  ◆ 輸出頻率：50±3Hz，

7、西門(mén)子S7-300 PLC 

S7-300 PLC是模擬式中小型PLC，電源、CPU和其他模塊都是獨立的，可以通過(guò)U形總線(xiàn)把電源（PS）、CPU和其他模塊緊密固定在西門(mén)子S7-300的標準軌道上。每個(gè)模塊都有一個(gè)總線(xiàn)連接器，后者插在各模塊的背后。電源模塊總是安裝在機架的zui左邊，CPU模塊緊靠電源模塊。CPU的右邊是可以選擇的IM接口模塊，如果只用主架導軌而沒(méi)有使用擴展支架可以不選擇IM接口模塊。

S7編程軟件組態(tài)主架導軌硬件時(shí)，電源，CPU和IM分別放在導軌的1號槽、2號槽和3號槽上。一條導軌共有11個(gè)槽號：1號槽至11號槽，其中4號槽至11號槽可以隨意放置除電源、CPU和IM以外的其他模塊。如：DI（數字量輸入）、DO（數字量輸出）、AI（模擬量輸入）、AO（模擬量輸出）、FM（功能模塊）和CP（通信模塊）等

 8、監控系統（工業(yè)觸摸屏）

  ◆ 尺寸(英寸) 10.2

  ◆ 液晶屏：TFT液晶顯示，LED背光

  ◆ 顯示顏色：真彩，65535色

  ◆ 分辨率：800×480

  ◆ 液晶屏亮度：200cd/㎡

  ◆ 觸摸屏：電阻式

  ◆ 供電電源：24VDC

  ◆ 額定功率：5W

  ◆ CPU主板：ARM CPU，400MHz

  ◆ 內存：64M

  ◆ 存儲設備：128M FLASH

  ◆ 組態(tài)軟件：MCGS嵌入式組態(tài)軟件（運行版）

環(huán)境條件 　

  ◆ 工作溫度：0℃~45℃

  ◆ 工作濕度：5%~90%

  ◆ 儲存溫度：-10℃~60℃

  ◆ 振動(dòng)頻率：10-57Hz 57-150Hz

  ◆ 振動(dòng)加速度：0.075mm 9.8 m/s2

  ◆ 振動(dòng)掃頻速率：Oct/min ≤1

產(chǎn)品規格

  ◆ 結構：工業(yè)塑料結構

  ◆ 顏色：工業(yè)灰

  ◆ 面板尺寸：226.5mm×163mm

  ◆ 機柜開(kāi)孔：215mm×152mm

外部接口：　

  ◆ 串口：1×RS232、1×RS485

  ◆ USB ：1主1從

 9、其它

  ◆ 系統實(shí)驗時(shí)的備用電源（2路0-30V/2A直流可調穩壓電源）；

  ◆ 有市電互補切換

  ◆ LED恒流驅動(dòng)

  ◆ 提供并網(wǎng)、離網(wǎng)逆變器實(shí)套件

  ◆ 設置電壓模塊，確保實(shí)驗過(guò)程的安全；

  ◆ 可變電阻，電阻值調整范圍為0～999kΩ

  ◆ DC/DC：5個(gè)DC/DC電源模塊

  ◆ 支援外接PC計算機量測太陽(yáng)能電池I-V特性曲線(xiàn)(VB軟件or LabView)

 10、電表規格：

  ◆ 電流表：× 2個(gè)，DC20A， 顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示

  ◆ 電壓表：× 2個(gè)，DC50V，顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示

  ◆ 電流表：× 2個(gè)，AC5A， 顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示

  ◆ 電壓表：× 2個(gè)，AC220V，顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示

  ◆ 溫度表：× 1個(gè)，0～99.9℃

  ◆ 多功能網(wǎng)絡(luò )電參數表：×1個(gè)，AC220V，顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示，包含RS485，RS232通訊功能，

 11、負載：

   直流負載

  ◆ 風(fēng)扇：×1個(gè)，額定電壓：12V，工作電流：0.25A，功率：3W

  ◆ 交通燈：2組(R,G,B)，額定電壓：12V，工作電流：0.25A，功率：3W

  ◆ LED燈：1組

   交流負載

  ◆ 節能燈：×1個(gè)，額定電壓：220V，工作電流：0.15 A

  ◆ 馬達：×1個(gè)，額定電壓：220V，工作電流：0.2 

 12、電池：

  ◆ 太陽(yáng)能閥控式密封膠體蓄電池，額定電壓：12V，額定容量(18-20Ah),充電方法（恒壓）；

  ◆ 具有如下特點(diǎn)：自放電率低，使用壽命長(cháng)，深放電能力強，充電效率高，工作溫度范圍寬。

13、系統外形尺寸；長(cháng)1200×寬780×高1800（㎜）附滾輪方便推動(dòng)至戶(hù)外教學(xué)。

二、實(shí)訓內容

1、太陽(yáng)光電實(shí)習教學(xué)模塊實(shí)驗內容：  

實(shí)驗一 太陽(yáng)能電池發(fā)電原理實(shí)驗

實(shí)驗1-1 太陽(yáng)能光電板能量轉換實(shí)驗

實(shí)驗1-2 環(huán)境對光電轉換影響實(shí)驗

實(shí)驗二 太陽(yáng)能電池光電系統直接負載實(shí)驗

實(shí)驗三 光電控制型太陽(yáng)能系統發(fā)電實(shí)驗

實(shí)驗3-1 光電型控制單元工作原理實(shí)驗

實(shí)驗3-2 光電型控制單元充放電保護實(shí)驗

實(shí)驗四 交通警示燈模塊設計實(shí)驗

實(shí)驗五 太陽(yáng)能系統負載實(shí)驗

實(shí)驗六 綜合實(shí)驗 

實(shí)驗七 太陽(yáng)能電池基本特性測試實(shí)驗

實(shí)驗八 外部擴充DC轉AC外接電器實(shí)驗

實(shí)驗九 單晶太陽(yáng)能電池I-V特性曲線(xiàn)實(shí)驗

實(shí)驗十 離網(wǎng)逆變器設計實(shí)驗

實(shí)驗十一 離網(wǎng)逆變器工作特性實(shí)驗

實(shí)驗十二 離網(wǎng)逆變器帶載及保護實(shí)驗

實(shí)驗十三 并網(wǎng)逆變器設計實(shí)驗

實(shí)驗十四 并網(wǎng)實(shí)驗

  實(shí)驗十五 追日原理與追日過(guò)程實(shí)驗

2、風(fēng)力電實(shí)習教學(xué)模塊實(shí)驗內容：  

  實(shí)驗一、風(fēng)力發(fā)電基礎理論原理性實(shí)驗 

  實(shí)驗二、風(fēng)力發(fā)電系統設計實(shí)驗

  實(shí)驗三、風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)實(shí)驗

  實(shí)驗四、風(fēng)力發(fā)電相關(guān)測量技術(shù)實(shí)驗

  實(shí)驗五、風(fēng)力發(fā)電基礎理論與應用技術(shù)仿真實(shí)驗

  實(shí)驗六、發(fā)電機轉速與輸出電壓關(guān)系實(shí)驗

  實(shí)驗七、發(fā)電機轉速與輸出電流關(guān)系實(shí)驗

  實(shí)驗八、發(fā)電機轉速與輸出頻率關(guān)系實(shí)驗

  實(shí)驗九、風(fēng)速即轉速與與出功率關(guān)系實(shí)驗

3、PLC實(shí)訓內容

實(shí)驗一 STEP 7軟件安裝及注意事項

實(shí)驗二 SIMATIC管理器

實(shí)驗三 SIMATIC Manager自定義

實(shí)驗四  PG/PC接口設置

實(shí)驗五 用PLC控制三相交流異步電動(dòng)機起/停

實(shí)驗六 PLC系統的硬件組態(tài)及程序編制

實(shí)驗七 基本邏輯指令的應用

實(shí)驗八 定時(shí)器、計數器的應用

實(shí)驗九 技能訓練，人行橫道控制

實(shí)驗十 模擬量的控制

實(shí)驗十一 順序控制系統控制方法的設計

實(shí)驗十二 步與步的動(dòng)作

實(shí)驗十三 PLC通信

4、觸摸屏實(shí)訓內容

實(shí)驗一 組態(tài)軟件應用及界面設計

實(shí)驗二 上傳、下載文件

實(shí)驗三 曲線(xiàn)圖、柱狀圖、圓形圖、動(dòng)態(tài)圖

實(shí)驗四 數字輸入和文數字顯示

實(shí)驗五 歷史資料顯示

實(shí)驗六 系統控制讀寫(xiě)

實(shí)驗七 控制系統中觸摸屏的畫(huà)面

實(shí)驗八 狀態(tài)圖

實(shí)驗九 控制系統中PLC的程序

三、系統基本配置單