SB-FG02风光互补发电测量与控制实训系统

风光互补发电测量与控制实训系统，能源是国民经济发展和人民生活必须的重要物质基础。在过去的200多年里，建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体系极大的推动了人类社会的发展。但是人类在使用化石燃料的同时，也带来了严重的环境污染和生态系统破坏。近年来，世界各国逐渐认识到能源对人类的重要性，更认识到常规能源利用过程中对环境和生态系统的破坏。各国纷纷开始根据国情，治理和缓解已经恶化的环境，并把可再生、无污染的新能源的开发利用作为可持续发展的重要内容。风光互补发电系统是利用风能和太阳能资源的互补性，具有较高性价比的一种新型能源发电系统，具有很好的应用前景。

风光互补发电测量系统主要由风力发电机组、太阳能光伏电池组、控制器、蓄电池、逆变器、交流直流负载、开关控制模块、环境监测模块、仪表显示等部分组成，通过PLC控制、触摸屏和变频器作为控制核心，带有A/D、D/A模块、模拟量输入/输出模块、交流电机变频调速系统。系统于风能发电、光伏发电为一体的教学实训系统；各系统通过连接电缆进行连接，形成一套可完成风力及光伏发电、同步并网、离网电源的实验及教学演示。帮助学生理解太阳能并网、离网及风力发电系统的原理，从而起到学习工程实际应用技能的作用。

应用范围：主要面向职高、大学、研究生、企业技工以风力发电和太阳能离网、并网发电为主课题的研究和培训。

一、主要技术规格参数：

1、系统规格

Ø输入电源：三相，单相AC220V±10% 50Hz

Ø系统最大电压：DC12V，AC220V/50Hz

Ø系统最大电流：50A

Ø系统最大功率：600W

2、太阳能电池板太阳能电池板采用阵列组装形式，主要采用4块单晶小型太阳能电池板组建，可实现太阳能电池板的并接方式和串接方式，进而提供大电流或大电压的两种太阳能电池板组网方式。

Ø额定功率  20W

Ø额定电压  17.2V

Ø额定电流  1.42A×4

Ø开路电压  21.4V

Ø短路电流  1.41A×4

Ø尺寸  500mm×450mm×25mm

3、风力发电机

Ø额定功率：400(W)

Ø额定电压：12(V)

Ø额定电流：33.3

Ø风轮直径：1.24(m)

Ø启动风速：2.5(m/s)

Ø额定风速：9.6(m/s)

Ø安全风速：35(m/s)

Ø工作形式：永磁同步发电机

Ø风叶旋转方向：顺时针

Ø风叶数量：3（片）   

Ø风叶材料：玻璃增强聚丙烯材料

Ø电机材料：铝合金

Ø护栏网：铝型材内夹钢丝网，高度约1.5米

4、模拟风洞模块

Ø风量：32073 mз/h

Ø风压：388Pa

Ø转速：1440 r/min

Ø功率：2.2kW    

Ø可调风速：0～13级连续可调

Ø变频器：采用2.2KW矢量变频器

5、风光控制器系统：

Ø工作电压：12/24VDC可选

Ø充电功率Pmax ：1000W

Ø光伏功率Pmax ：300W

Ø风机功率Pmax ：700W

Ø充电方式：PWM脉宽调制

Ø充电最大电流 35A

Ø过放保护电压 11V 

Ø过放恢复电压 12.6V

Ø输出保护电压 16V  

Ø卸载开始电压（出厂值）15.5V

Ø卸载开始电流（出厂值） 15A

Ø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；

Ø负载为100W以下的12V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，）。

Ø使用32们高速单片机，实现智能控制，自动识别12/24V系统。 采用串联式PWM充电控制方式，使充电回路的电压损失较原二极管充电方式降低一半，充电效率较非PWM高3－6%;过放恢复的提升充电，正常的直充，浮充自动控制方式有利于提高蓄电池寿命。

Ø多种保护功能，包括蓄电池反接、蓄电池过、欠压保护、太阳能电池组件短路保护，具有自动恢的输出过流保护功能，输出短路保护功能。

Ø具有丰富的工作模式，如光控，光控＋定时，通用控制等模式。

5、并网逆变器

Ø输出电压：AC 180-260V

Ø工作电压：10.8 - 28V，

Ø额定输出功率≥400W

Ø输出波形：正弦波(失真度≤3﹪)

Ø输出频率：47-55Hz，

ØLED方式显示工作状态，

ØAC标准电压范围：90V-140V/180V-260VAC ；

ØAC 频 率 范 围 ：55Hz~63Hz/45Hz~53Hz；

Ø输出电流总谐波失真：THDIAC<5%；

Ø相 位 差：<1%并网逆变器具有DC－DC和DC－AC两级能量变换的结构。DC－DC变换环节调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点；DC－AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位，同时获得单位功率因数。

6、离网逆变器

Ø直流输入电压：9～16VDC 电压可选

Ø额定蔬出功率：300W

Ø输出电压：110/220VAC

Ø输出波形：纯正弦波

Ø输出频率：50Hz

Ø工作效率：85%

Ø功率因数：>0.88

Ø波形失真率≤5%

Ø工作环境：温度-20℃～50℃

Ø相对湿度：﹤90﹪（25℃）

Ø保护功能：极性反接、短路、过热、过载保护具有输出短路、过温、过载、欠压保护及保护具有自动恢复功能，采用风机冷却方式，输入输出完全隔离设计，能快速并行启动电容、电感负载，三色指示灯显示，输入电压,输出电压，负载水准和故障情形，负载控制风扇冷却，过压/欠压/短路/过载/超温保护

7、PLC控制系统 采用 S7-200SMART PLC，该机搭载西门子专用高速处理器芯片，基本指令执行时间可达0.15us，这一强大"芯"脏，在处理繁琐程序逻辑和复杂工艺要求时从容不迫，确保设备高效稳定运行。CPU模块本体标配以太网接口，程序下载和通信变得方便快捷，通过一根普通网线，即可将程序下载到PLC省去专用编程电缆麻烦，以太网接口支持与其他CPU模块、触摸屏、计算机进行通信，轻松实现组网功能。

ØS7-200 SMART CPU模块本体集成1 个以太网接口和1 个RS485 接口，通过扩展CM01 信号板，其通信端口数量最多可增至3个。可满足小型自动化设备连接触摸屏、变频器等第三方设备的众多需求。

8、监控系统（工业触摸屏）

Ø尺寸(英寸) 10.2

Ø液晶屏：TFT液晶显示，LED背光

Ø显示颜色：真彩，65535色

Ø分辨率：800×480

Ø液晶屏亮度：200cd/㎡

Ø触摸屏：电阻式

Ø供电电源：24VDC

Ø额定功率：5W

ØCPU主板：ARM CPU，400MHz

Ø内存：64M

Ø存储设备：128M FLASH

Ø组态软件：MCGS嵌入式组态软件（运行版）

环境条件 　

Ø工作温度：0℃~45℃

Ø工作湿度：5%~90%

Ø储存温度：-10℃~60℃

Ø振动频率：10-57Hz 57-150Hz

Ø振动加速度：0.075mm 9.8 m/s2

Ø振动扫频速率：Oct/min ≤1

产品规格

结构：工业塑料结构

Ø颜色：工业灰

Ø面板尺寸：226.5mm×163mm

Ø机柜开孔：215mm×152mm

外部接口：　

Ø串口：1×RS232、1×RS485

ØUSB ：1主1从

9、其它

Ø系统实验时的备用电源（2路0-30V/2A直流可调稳压电源）；

Ø有市电互补切换

ØLED恒流驱动

Ø提供并网、离网逆变器实套件

Ø设置电压模块，确保实验过程的安全；

Ø可变电阻，电阻值调整范围为0～999kΩ

ØDC/DC：5个DC/DC电源模块

Ø支援外接PC计算机量测太阳能电池I-V特性曲线(VB软件or LabView)

10、电表规格：

Ø电流表：× 2个，DC20A， 显示模式︰0.5"LCD液晶显示

Ø电压表：× 2个，DC200V，显示模式︰0.5"LCD液晶显示

Ø电流表：× 1个，AC5A， 显示模式︰0.5"LCD液晶显示

Ø电压表：× 1个，AC220V，显示模式︰0.5"LCD液晶显示

Ø温度表：× 1个，0～99.9℃

Ø多功能网络电参数表：×1个，AC220V，显示模式︰0.5"LCD液晶显示，包含RS485，RS232通讯功能，

11、负载：

Ø风扇：×1个，额定电压：12V，工作电流：0.25A，功率：3W

Ø交通灯：2组(R,G,B)，额定电压：12V，工作电流：0.25A，功率：3W

Ø马达：×1个，额定电压：12V，工作电流：0.35A，功率：5W  转速：30rmp/min

ØLED灯：1组，额定电压：DC12-60V

Ø蜂鸣器：1个

交流负载

Ø交流线性电阻负载：0～50Ω连续可调

Ø交流模拟负载：AC220V LED灯，白炽灯，AC220V交流风扇

12、测风系统模块：

Ø测量风速范围：0～60m/s

Ø风向：0～360°

Ø精 度： ±0.1m/s±3°

Ø工作电源：AC 220V±20% 50HZ， DC24V、12V、5V或其他供电

Ø记录间隔：1分钟～240分钟连续可设置

Ø内部存储：4M bit

Ø通讯接口： RS-232/485/USB通讯

Ø环境温度：-40℃～50℃

Ø转速传感器：0～5000 风力发电机转速检测显示

13、电池：太阳能专用阀控式密封胶体蓄电池，额定电压：12V，额定容量(55Ah),充电方法（恒压）；

Ø具有如下特点：自放电率低，使用寿命长，深放电能力强，充电效率高，工作温度范围宽。

14、系统外形尺寸；长1240×宽750×高1800（㎜）附滚轮方便推动至户外教学。

15、实验室智慧用电安全控制系统智能电源管理系统具有过温、短路、过流、过压、欠压、失压、功率限定7大保护功能；电源具有一键锁定功能，处理故障时，防止漏电保护器合闸，造成触电危险；电源具有故障锁定功能，发生故障导致跳闸时，不能人为上电，只能通过远程清除故障后，才能上电成功；能通过无线4G和有线以太网与手机APP和PC端云平台通讯，没有网络的情况下，教室整套智能电源管理系统可离线独立运行。

1、智能终端：智能电源管理系统以32位ARM为核心，采用4.3寸彩色触摸屏为人机交互界面，实时监控设备运行情况，提供Zigbee、CAN等多种通信模式，具备语音播报功能。能实时监测三相电压、电流、功率，功率因数、频率、电能等参数，液晶触摸屏监测数值。能监控实验室电源的故障类型和故障次数；设备时间管理包含年月日时间的显示；用户通过刷卡方式请求开启设备，PC端进行授权之后，设备可启动使用，PC端可分时预约设备的启动和停止！

2、手机APP：用电状态界面实时显示当前电压、电流、有无功功率、电能、设备温度、漏电电流值等；用电数据界面能智能查找近2年用电数据，设置界面能设置限定电能值、负载值、设备超温值、过欠压值、过欠压恢复时间值等。后台查看报警日志、操作日志、故障日志等。控制：可在微信小程序中远程控制智能开关的通断。

3、PC端软件：每个设备状态信息显示，具有多个子界面，具有故障分析，用电能效分析、集中管理、个人中心资料管理、用户报警定位跟踪与信息统计；具有管理员信息修改与权限管理等功能。可一键开启和关闭所有设备，可单独控制每台设备的开关！

4、后台系统：包含账号管理、设备管理、报修管理、用户管理，设备管理：①、包含监控管理：实时视频监控每个教室，可一键预览所有设备的在线和运行情况，分析设备使用率及运行时间！②、包含设备节点：可显示设备所在位置、编码名称、挂载情况、用户编辑、用户查询等。

5、报修管理：用户可进行远程报修，反应设备故障信息，编辑报修情况，后台可进行远程维护，及时跟进，以有效解决用户设备维护。

6、用户管理：可连通手机号，对账户进行一对一的安全加密，实名认证，防止账户泄密、防盗，现场数据连接云平台后台数据库管理。

16、多媒体教学软件

1、通过该软件可以系统性学习太阳能光伏硅材料、电池片、光伏组件、光伏组件附属材料、光伏应用产品等全部系列光伏知识内容。

2、配备文字与动画展示并介绍从原材料至成品包括中间环节加工工艺等与使用方法。

3、多媒体系统自带语音讲解，图、文、声并茂展示讲解、与系统所述文字同步播放，帮助教师对光伏发电课程教案的快速编写，提高学生对新能源专业知识快速掌握和快速学习。

4、多媒体软件组成

(1)太阳能光伏硅材料讲解与展示系统

主要功能

1、可以展示各种太阳能光伏电池使用的硅材料实物；

2、配备文字与动画展示各种材料的生产工艺与使用方法

3、目录（约11课时）

Ø光伏硅产品基本情况介绍

Ø硅单质性质：包括硅的物理性质、化学性质、硅的分类与应用

Ø硅化合物性质：包括二氧化硅、一氧化硅、硅的卤化物、三氯氢硅、硅烷等

Ø硅的生长原理及定型

Ø硅的提纯方法：包括化学提纯与物理提纯方法

Ø多晶硅的制备及其缺陷和杂质：包括冶金硅级制备、高纯多晶硅制备、铸造多晶硅制备

Ø单晶硅的制备及其缺陷和杂质：包括单晶硅生长、单晶硅的杂质与缺陷

Ø单晶硅与多晶硅加工方法

Ø硅薄膜材料：包括非晶硅薄膜材料、多晶硅薄膜材料

Ø硅材料的测试与分析方法：包括导电型号测量、电阻率测量、少子寿命测量、霍尔系数的测定、迁移率的测量、化学性能分析、晶体结构分析等

Ø硅材料测试与分析依据标准（GB标准、UL标准、IEC标准、SEMI标准）

(2)太阳能光伏电池片讲解与展示系统

主要功能

1、可以展示各种太阳能光伏电池片；

2、配备文字与动画展示各种电池片的生产工艺与使用方法

3、目录（约9课时）

Ø太阳能电池片基本情况介绍

Ø太阳能电池片基本结构分析

Ø太阳能电池片分类

Ø晶体硅太阳能电池片生产工艺：包括生产方法与生产设备介绍

Ø晶体硅太阳能电池片生产主要原材料

Ø太阳能电池片测试技术与方法：包括测试方法与测试设备介绍

Ø太阳能电池片测试依据标准

(3)太阳能光伏组件讲解与展示系统

1、可以展示各种太阳能光伏光伏组件；

2、配备文字与动画展示各种光伏组件的生产工艺与使用方法

3、目录（约10课时）

Ø太阳能电池组件基本介绍

Ø太阳能电池组件的分类及各种组件的优缺点

Ø太阳能电池组件的生产工艺介绍及相关设备

Ø太阳电池组件的评定标准

Ø太阳能电池组件的测试方法与测试设备

Ø太阳能电池组件的发展方向

(4)太阳能光伏组件附属材料讲解与展示系统

主要功能

1、可以展示各种太阳能光伏光伏组件附属材料；

2、配备文字与动画展示各种光伏组件附属材料的生产工艺与使用方法

3、目录（约7课时）

Ø太阳能组件附属设施情况介绍

Ø太阳能组件对钢化玻璃的具体要求

Ø太阳能组件对支架铝型材的具体要求

Ø太阳能组件对EVA封胶的具体要求

Ø太阳能组件对TPT背板的具体要求

Ø太阳能组件附属设施检测方法

Ø太阳能组件附属设施测试标准

* 二、展示与讲解内容目录（图、文、声并茂）：

2.1 太阳能光伏应用产品讲解与展示系统（约5课时）

2.1.1 太阳能发电系统：

2.1.2 家用太阳能发电机直流系统多媒体电视机

2.1.3 太阳能便携电源：

2.1.4 太阳能杀虫灯

2.1.5 太阳能警示灯

2.1.6 太阳能野营灯

2.2 太阳能光伏发电基本原理

2.3 太阳能光伏发电系统组成部分介绍

2.4 太阳能光伏发电系统设计方法

2.5 太阳能光伏电站施工建设方法

2.5.1、项目前期考察

2.5.2、项目建设前期资料及批复文件

第一阶段：可研阶段

第二阶段：获得省级/市级相关部门的批复文件

第三阶段：获得开工许可

2.5.3、项目施工图设计

2.5.4、项目实施建设

2.5.5、带电前的必备条件

2.6太阳能光伏并网电站介绍

2.6.1、光伏并网电站简要描述

2.6.2、光伏并网电站设备组成

2.6.2、光伏并网电站设备功能

2.7 家用型太阳能电站建设方案

2.7.1、项目概述

2.7.2、方案设计 （附详细方案设计）

（一）用户负载信息

（二）系统方案设计

（三）效益计算： 

2.8 逆变器基本原理介绍

2.9 控制器基本原理介绍

主要作用：

在小型光伏系统中，用来保护蓄电池；在大中型系统中，起平衡光伏系统能量、保护蓄电池及整个系统正常运行等；

光伏控制器应具有以下功能：

①防止蓄电池过充电和过放电，延长蓄电池寿命；

②防 止太阳能电池板或电池方阵、蓄电池极性接反；

③防止负载、控制器、逆变器和其他设备内 部短路；

④具有防雷击引起的击穿保护；

⑤具有温度补偿的功能

⑥显示光伏发电系统的 各种工作状态，包括：蓄电池（组）电压、负载状态、电池方阵工作状态、辅助电源状态、 环境温度状态、故障报警等。

Ø光伏控制器按电路方式的不同，可分为并联型、串联型、脉宽调制型、多路控制型等；

Ø按组件输入功率分：小功率型、 中功率型、大功率型及专用控制器（如草坪灯控制器）等；

光伏控制器性能特点：

1.小功率光伏控制器

Ø控制器的主要开关器件；

Ø运用脉冲宽度调制（PWM)控制技术；

Ø具有单路、双路负载输出和多种工作模式；

Ø具有多种保护功能；

Ø系统工作状况、蓄电池的剩余电量等的变化；

Ø具有温度补偿功能

2、中功率光伏控制器

Ø负载电流大于15A的控制器为中功率控制器。

Ø系统状态显示；

Ø可编程设定负载的控制方式；

Ø多种保护功能；

Ø浮充电压的温度补偿功能；

Ø具有快速充电功能；

Ø普通充放电工作模式、光控开/关、光控开/时控关工作模式

3、大功率光伏控制器大功率光伏控制器采用微电脑芯片控制系统，控制功能更强，可实现复杂过程控制。

Ø光伏控制器主要技术参数：系统电压、最大充电电流、太阳电池方阵输入路数、电路自身损耗、充满断开或过压关断电压（HVD) 、欠压断开或欠压关断电压（LVD)、蓄电池充电浮充电压、温度补偿、使用或工作环境温度范围、其他保护功能

Ø控制器的额定负载电流：即控制器输出到直流负载或逆变器的直流输出电流。该数据要满足负载或逆变器的输入要求。

二、可完成实训内容

1、太阳光电实习教学模块实验内容： 

实验一 太阳能电池发电原理实验

实验1-1 太阳能光电板能量转换实验

实验1-2 环境对光电转换影响实验

实验二 太阳能电池光电系统直接负载实验

实验三 光电控制型太阳能系统发电实验

实验3-1 光电型控制单元工作原理实验

实验3-2 光电型控制单元充放电保护实验

实验四 交通警示灯模块设计实验

实验五 太阳能系统负载实验

实验六 综合实验

实验七 太阳能电池基本特性测试实验

实验八 外部扩充DC转AC外接电器实验

实验九 单晶太阳能电池I-V特性曲线实验

实验十 离网逆变器设计实验

实验十一 离网逆变器工作特性实验

实验十二 离网逆变器带载及保护实验

实验十三 并网逆变器设计实验

实验十四 并网实验

2、风力电实习教学模块实验内容： 

实验一、风力发电基础理论原理性实验

实验二、风力发电系统设计实验

实验三、风力发电控制技术实验

实验四、风力发电相关测量技术实验

实验五、风力发电基础理论与应用技术仿真实验

实验六、发电机转速与输出电压关系实验

实验七、发电机转速与输出电流关系实验

实验八、发电机转速与输出频率关系实验

实验九、风速即转速与与出功率关系实验

3、触摸屏实训内容

实验一 组态软件应用及界面设计

实验二 上传、下载文件

实验三 曲线图、柱状图、圆形图、动态图

实验四 数字输入和文数字显示

实验五 历史资料显示

实验六 系统控制读写

实验七 控制系统中触摸屏的画面

实验八 状态图

三、系统基本配置单