室內外風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)

一、項目概述
MY-PV55 室內外風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)為科研創(chuàng)新理念與實驗、實訓型相結合的集風力發(fā)電，光伏發(fā)電、鉛酸電池儲能（磷酸鐵鋰電池儲能）、的多元化“風、光混合型新能源發(fā)電實訓系統(tǒng)”。
室內外風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)由風力發(fā)電機組、太陽能電池方陣、風力及光伏控制系統(tǒng)、儲能控制系統(tǒng)所組成的微網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。
其工作原理是風力、光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電，并由電池儲能，由儲能逆變系統(tǒng)轉換成交流電后接入電網(wǎng)，可離網(wǎng)運行亦可并網(wǎng)運行，在網(wǎng)端能耗負荷內完成削峰填谷功能。
在天氣晴朗的白天，系統(tǒng)運行在微網(wǎng)模式并在補充儲能電池容量的同時將多余電量通過逆變系統(tǒng)送入電網(wǎng)，到夜間再將儲能電池電能通過儲能逆變器送入電網(wǎng)以彌補由于夜間網(wǎng)端負荷過大造成的電網(wǎng)電壓過低，在儲能電池不夠用時，系統(tǒng)將轉入正常模式，一邊自行彌補儲能電池的虧空，一邊通過系統(tǒng)向負載供電。 1.1系統(tǒng)拓撲圖 1.2 功能特點
①整套系統(tǒng)的各個模塊預留了CAN\RS485\RS232\USB\TCPIP通訊接口，可以通過該通訊接口對系統(tǒng)中各個模塊進行監(jiān)控，便于未來項目開發(fā)使用。
②系統(tǒng)實驗平臺集成了室內溫/濕度儀，風速測量、光照度測量系統(tǒng)，讓使用者操作起來更直觀；
③系統(tǒng)DC-AC并網(wǎng)同步電源，采用高頻脈沖調制技術，具有小體積、高效率及高功率因數(shù)輸出；
④系統(tǒng)面板上采用直觀的數(shù)字表和液晶顯示，讓用戶了解當前系統(tǒng)工作狀態(tài)；
⑤實訓系統(tǒng)，可以讓實訓學生自行拆裝移動，使用簡便、無噪音、無污染；
⑥系統(tǒng)增加市電與風光互補發(fā)電切換模塊，讓實驗更具操作性；
⑦增加分布式供電原理與實驗電路，讓學生增加對新知識的理解；
⑧增設直流母線單元，方便系統(tǒng)各模塊之間連接及實驗；
⑨獨立的后備膠體蓄電池及充放電管理單元；
二、方案參數(shù)概述
2.1風力發(fā)電系統(tǒng)的組成
風力發(fā)電機是利用風力帶動風車葉片旋轉、轉換為機械功，機械功帶動發(fā)電機轉子旋轉，最終輸出交流電的電力設備，是風力發(fā)電系統(tǒng)的核心部件。
風力發(fā)電系統(tǒng)由一臺2KW垂直軸風力發(fā)電機組、尾翼、葉片、風機控制器塔架等組成。
 
注：此圖為垂直軸發(fā)電機組，用戶可選擇水平軸機組
廣義地說，風能也是太陽能，所以也可以說風力發(fā)電機，是一種以太陽為熱源，以大氣為工作介質的熱能利用發(fā)電機。
風力發(fā)電機參數(shù)：

額定功率	2KW
最大功率	2.6KW
額定電壓	48V
啟動風速	2.5m/s
額定風速	18m/s
最大風速	45m/s
風機凈重	185kg
風輪直徑	2.0M
塔架高度	6M
葉片高度	3.6M
葉片數(shù)量	3片
葉片材質	鋁合金
發(fā)電機	三相交流永磁同步發(fā)電機
塔架類型	獨立塔架
保護	風機自我轉數(shù)保護/電磁制動
工作溫度	-40℃-80℃

安裝場地選擇
選擇土質堅實的平地作為安裝場地，安裝風力發(fā)電機的組位置應該至少遠離房屋及人員活動場所50米，務必在選定安裝場地時考慮到風葉的光影影響及風力發(fā)電機組運行時產(chǎn)生的噪音影響（正常工作時噪音約為65dbA）。同時避免周圍有高大的樹木、建筑物等影響風速風向的障礙物。
禁止安裝在松軟的沙地、高低不平的場地、有下陷或塌方可能的場地、洼地及其他容易受氣候影響而發(fā)生地質變化的場地。同時需要考慮從風力發(fā)電機的電機部分到您的蓄電池組的距離，距離越短，所用傳輸電纜越短，因而傳輸過程中的耗能也越少，如果必須得有較長的距離,則盡量選用粗些的標準電纜。
風力發(fā)電控制器
專為風力發(fā)電機控制和蓄電池充電而設計，能有效提升風力發(fā)電的效能。風能充電控制器，能有效防止風速過快時的失控，和發(fā)生強風時對風力發(fā)電機所產(chǎn)生的危險。
風力發(fā)電控制器是對風力發(fā)電機所發(fā)的電能進行調節(jié)和控制，一方面把調整后的能量送往直流負載或交流負載，另一方面把多余的能量按蓄電池的特性曲線對蓄電池組進行充電，當所發(fā)的電不能滿足負載需要時，控制器又把蓄電池的電能送往負載。蓄電池充滿電后，控制器要控制蓄電池不被過充。當蓄電池所儲存的電能放完時，控制器要控制蓄電池不被過放電，保護蓄電池。
控制器采用PWM無級卸載方式控制風機對蓄電池進行智能充電。在風力發(fā)電機所發(fā)出的電能超過蓄電池存儲量時，控制系統(tǒng)必須將多余的能量消耗掉。在正常卸載情況下，可確保蓄電池電壓始終穩(wěn)定在浮充電壓點，而只是將多余的電能釋放到卸荷器上。從而保證了最佳的蓄電池充電特性，使得電能得到充分利用。
風力發(fā)電控制器參數(shù)：

工作電壓：	48VDC
充電功率：	2000W
風機功率：	2000W
充電方式：	PWM脈寬調制
充電最大電流	55A
過放保護電壓	41.5V
過放恢復電壓	52.2V
輸出保護電壓	59V
卸載開始電壓（出廠值）	60.5V
卸載開始電流（出廠值）	47.6A

2.2光伏發(fā)電系統(tǒng)
5KW太陽能電池組件采用標準鋼結構件固定在C型定制鋼件上，呈40度正面朝向正南方，整體支架系統(tǒng)放置在地面或者屋頂；經(jīng)電纜輸送至室內實驗設備，可實現(xiàn)分布式屋頂發(fā)電相關實驗，所發(fā)電能與風力發(fā)電相結合，經(jīng)DC-AC逆變成正弦波220V交流電，多余電能經(jīng)儲能逆變器送入電網(wǎng)。

地面固定式方陣及支架
所有系統(tǒng)的設計、安裝與實際工程一樣，可在老師的指導下做為學生練習拆卸、組裝實習樣機來用。
太陽能光電池組
太陽能電池組是本實訓臺的核心組成部分亦是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，是將光能轉換為電能并通過光伏控制系統(tǒng)儲存在儲能電池當中做為直流總線電源供給DC-AC并網(wǎng)同步電源。
太陽能電池組為多晶硅或單晶硅，是由高效晶體硅太陽能電池片、超白布紋鋼化玻璃、EVA、透明TPT背板以及鋁合金邊框組成。
其規(guī)格如下：

單晶硅太陽能電池規(guī)格

組件尺寸(L*W*H)	1650*992*35mm
最佳功率	260W
最佳工作電壓	32.05±0.5V
最佳工作電流	8.72±0.10A
短路電流	8.85±0.10A
開路電壓	42±0.5V

1、抗鹽霧和氨腐蝕等國際測試；
2、可承受風壓2400Pa,雪壓7200Pa；
3、優(yōu)秀的弱光環(huán)境發(fā)電性能，陰天也能發(fā)電；
4、輸出功率年衰減率小于0.7%，第25年不低于組件初始功率的80.70%
1.組件型號：BY260P-29b  多晶
2.最大功率（W）：260
3.開路電壓（V）：35.9
4.短路電流（A）：7.27
5.最大功率點的工作電壓（V）：28.1
6.最大功率點的工作電流（Ａ）：6.7
7.轉化效率：17.12%
8.開路電壓溫度系數(shù)：-0.292%/K
9.短路電流溫度系數(shù)：+0.045%/K
10.功率溫度系統(tǒng)：-0.408%/K
11.最大系統(tǒng)電壓（V）：1000
12.組件尺寸（長×寬×高）：1640×992×40mm
13.重量：19.1kg
14.框架：陽極氧化鋁
15.玻璃：白色鋼化安全玻璃3.2mm
16.電池片封裝：EVA
17.背板：復合薄膜
18.太陽能電池片：6×10片多晶硅太陽能電池片（156mm×156mm）
19.接線盒
1)6個旁路二極管
2)絕緣材料：PPO
3)防水等級：IP65
Ø連接器
1)常規(guī)額定電流：30A
2)耐電壓：DC1000V
3)接觸電阻：<2mΩ
4)絕緣電阻：＞500MΩ
5)適用單芯電纜截面：2.5-6mm2
6)電纜外徑范圍：Φ5mm～Φ 7mm
7)環(huán)境溫度：-40℃～+ 105℃
8)防護等級：IP67
9)安全等級：Ⅱ
10)殼體：PC料，黑色
11)接觸件：紫銅CN，鍍錫SN
12)接線方式：壓接  MC4
20.電纜
1)長度：450mm,
2)規(guī)格：1×4mm²
3)顏色：紅、黑
Ø溫度范圍系數(shù)：-40°C to+85°C
Ø抗冰雹系數(shù)：最大直徑25mm,撞擊速度23m/s(51.2mph)
Ø最大表面負荷：7200pa
5KW光伏儲能逆變器

逆變器外觀圖
產(chǎn)品主電路
 
主電路框圖
產(chǎn)品主電路采用雙向PWM逆變電路及相應的控制電路、保護和監(jiān)控電路。直流側由緩沖電阻、防反二極管和直流接觸器組成了直流側緩沖電路，當初始連接各種電池時對直流母線電容進行緩沖。主電路電源可有交直兩用供電，以使系統(tǒng)在電池或電網(wǎng)有電時都可以工作。
產(chǎn)品特點
5KW光伏儲能逆變器介紹
產(chǎn)品主電路采用雙向PWM逆變電路及相應的控制電路、保護和監(jiān)控電路。直流側由緩沖電阻、防反二極管和直流接觸器組成了直流側緩沖電路，當初始連接各種電池時對直流母線電容進行緩沖。主電路電源可有交直兩用供電，以使系統(tǒng)在電池或電網(wǎng)有電時都可以工作。
產(chǎn)品特點
1）技術優(yōu)越，全面滿足電網(wǎng)或負荷的接入與控制要求
①具有并網(wǎng)充放電、獨立逆變功能，適合各種應用場合
②具有并網(wǎng)和離網(wǎng)并聯(lián)功能，良好的擴容性
③可與多種蓄電池接口，具有多種充放電工作模式
④可以實時接受系統(tǒng)調度指令和BMS指令，通訊方式有RS485、CAN、以太網(wǎng)
⑤無功功率可調，功率因數(shù)范圍超前0.9至滯后0.9
⑥直流電壓范圍，支持低壓48V蓄電池輸入
⑦110%額定輸出功率可實現(xiàn)長時間運行
2）高效節(jié)能，更集成，更好的客戶體驗
①正面維護，可靠墻安裝，安裝維護更方便，降低維護成本
②防護等級為IP21，具有防滴水功能，具備防凝露功能
③高效PWM調制算法，降低開關損耗
3）更多優(yōu)點
①雙電源冗余供電方案提升系統(tǒng)可靠性
②完善的保護及故障告警系統(tǒng)，更加安全可靠
③采用動態(tài)圖形液晶界面，提供友好的操作體驗
④-25℃~+55℃可連續(xù)滿功率運行
⑤適應高海拔惡劣環(huán)境，可長期連續(xù)、可靠運行
⑥支持離網(wǎng)主動運行功能
⑦適合共直流母線系統(tǒng)和共交流母線系統(tǒng)

直流側
最大直流功率	5KW
最大直流電壓	580V
工作電壓范圍	125~550V
最低直流電壓	125V
最大直流電流	11A
交流側
額定功率	5KW
最大交流側功率	5.5kVA（長時間運行）
最大交流電流	20A
最大總諧波失真	<3%(額定功率時)
額定電網(wǎng)電壓	220V
允許電網(wǎng)電壓范圍	180~265V
額定電網(wǎng)頻率	50/60Hz
允許電網(wǎng)頻率范圍	47~52Hz/57~62Hz
額定功率下的功率因數(shù)	>0.99
隔離變壓器	具備
直流電流分量	<0.5%額定輸出電流
功率因數(shù)可調范圍	0.9（超前）~0.9（滯后）
獨立逆變電壓范圍	230V
獨立逆變輸出電壓失真度	<3%（線性負載）
帶不平衡負載能力	100%
獨立逆變電壓過渡變動范圍	10％以內（電阻負載0%⇔100%）
獨立逆變峰值系數(shù)(CF)	3:1
效率
最大效率	97.6%
保護
直流側斷路設備	斷路器
直流過壓保護	具備
極性反接保護	具備
絕緣阻抗偵測	具備
交流過壓保護	具備
孤島保護	具備
模塊溫度保護	具備
常規(guī)數(shù)據(jù)
體積（寬 / 高 / 厚）	516 × 440 × 184 mm
重量	30kg
運行溫度范圍	-25~+60℃
停機自耗電	<5W
冷卻方式	自然對流
防護等級	IP65
相對濕度 （無冷凝）	0~95%，無冷凝
最高海拔	2000m
顯示屏	LED&APP
BMS通訊方式	USB2.0、Wifi

產(chǎn)品技術指標
工作邏輯架構

a.并網(wǎng)發(fā)電、離網(wǎng)備用功能
1.電網(wǎng)供電時，儲能逆變器并網(wǎng)工作在恒壓模式，維持蓄電池SOC在一定水平，光伏逆變器并網(wǎng)發(fā)電
2.微網(wǎng)供電時，儲能逆變器工作在獨立逆變模式建網(wǎng)，光伏逆變器并網(wǎng)工作，光伏發(fā)電大于負載時，光伏優(yōu)先供負載供電，剩余電力給電池充電；光伏發(fā)電小于負載時，儲能和光伏共同為負載供電。
3.可選擇電網(wǎng)優(yōu)先或微網(wǎng)優(yōu)先，根據(jù)選擇的模式進行供電邏輯切換
4.觸摸屏控制啟動、停止和參數(shù)設置
b.電網(wǎng)（或柴油機）、微網(wǎng)切換功能
1.電網(wǎng)供電時，當電池組SOC超過設定值時，儲能逆變器和光伏逆變器不工作；當電池組SOC不足時，儲能逆變器獨立逆變建網(wǎng)，光伏逆變器并網(wǎng)工作，給電池組充電。
2.微網(wǎng)供電時，儲能逆變器工作在獨立逆變模式建網(wǎng)，光伏逆變器并網(wǎng)工作，光伏發(fā)電大于負載時，光伏優(yōu)先供負載供電，剩余電力給電池充電；光伏發(fā)電小于負載時，儲能和光伏共同為負載供電。
3.可選擇電網(wǎng)優(yōu)先或微網(wǎng)優(yōu)先，根據(jù)選擇的模式進行供電邏輯切換
4.觸摸屏控制啟動、停止和參數(shù)設置 
儲能蓄電池
蓄電池的作用主要是儲存能量，在晚上或多云等氣候情況下，光伏陣列不能提供足夠的能量時，蓄電池供給負載，保證系統(tǒng)的正常運行。
采用磷酸鐵鋰電池，安全性高適合長期充放電循環(huán)模塊化設計，電壓、容量按需配置。
系統(tǒng)由1個主控模塊和多個電池模塊組成，通過48V電池模塊串聯(lián)組成不同電壓等級系統(tǒng)，通過多個機柜并聯(lián)，可以在同一個電壓平臺上擴展容量定制化電池管理系統(tǒng)（BMS），實時進行數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)控及控制，保證系統(tǒng)安全可靠運行。
規(guī)格參數(shù)：

類別	基本參數(shù)	高壓直流儲能系統(tǒng)
標稱參數(shù)	標稱電壓（V）	48*N
	標稱容量（AH）	50
結構參數(shù)	電池模塊尺寸（mm）	440*410*89（W*D*H）
	電池模塊重量（KG）	24
	主控模塊尺寸（MM）	440*350*132（W*D*H）
	主控模塊重量（KG）	6
電氣參數(shù)	放電電壓（V)	（54-45）*N
	充電電壓（V)	（52.5-54）*N
	額定放電電流（A)	25
	額定充電電流（A)	25

4）雙向DC-DC電源模塊
雙向DC-DC變換器(Bi-directional DC/DC Converter, BDC)是能夠根據(jù)能量的需要調節(jié)能量雙向傳輸、是可雙象限運行的直流-直流變換器。該變換器能夠根據(jù)實際需要調節(jié)能量的流動方向，在功能上相當于兩個單向直流-直流變換器。
一、雙向DCDC變換器的工作模式

		作用在高壓側	作用在低壓側
工作 模式 類別	恒流輸出	高壓側恒流輸出	低壓側恒流輸出
	恒流輸入	高壓側恒流輸入	低壓側恒流輸入
	恒壓	高壓側恒壓	低壓側恒壓
	MPPT輸入	高壓側MPPT輸入	低壓側MPPT輸入
	總線壓控電流源	高壓側壓控電流源	低壓側壓控電流源

二、性能特點
①全數(shù)字化，各種參數(shù)及信號全部數(shù)字化處理，由數(shù)字處理器智能靈活地管理。性能和可控性均遠優(yōu)于普通的模擬式雙向DC-DC變換器。
②模塊化設計，單模塊額定輸出功率5KW，可多臺雙向DC-DC變換器并聯(lián)運行。
③雙向變換都采用零電壓變換軟開關控制，使得轉換效率達到95%以上。
④能工作于恒流、恒壓、MPPT和壓控電流源等多種工作模式，并可在線快速頻繁地切換工作模式。
⑤運用多相交錯技術，有效地抑制了紋波，減弱了大電流了對器件的沖擊。
⑥空載功耗低于20W，處于監(jiān)控待機狀態(tài)功耗低于12W。
⑦雙向變換的電流大小和方向，既可用數(shù)字方式設定，也可用模擬量方式控制。
⑧高低電壓側的工作電壓可單獨設定。
⑨高低電壓側的過壓保護電壓可單獨設定，保護兩側的設備不至于過壓損壞。
⑩高低電壓側的最低限壓也可單獨設定，保護兩側的電壓不至于過放電。
⑪高低電壓任何一側加電，均可使模塊啟動。
⑫開機軟啟動，防止產(chǎn)生過強的電壓電流沖擊兩端的電源。
⑬模塊帶有LED顯示面板，可實時顯示兩側電流，電壓，設定兩側工作電流，最高限壓。
⑭帶RS485串口通信功能，遵循MODBUS-RTU協(xié)議，方便計算機或監(jiān)控終端遠程監(jiān)測和設置的參數(shù)和工作狀態(tài)。
⑮RS485串口利用光耦隔離，可以有效防止雷擊對遠程監(jiān)控計算機或者監(jiān)控終端的影響。
⑯掉電狀態(tài)恢復功能：即使關斷雙向DC-DC變換器的供電，下次開機時也能恢復掉電前的設置和狀態(tài)。
⑰輸入極性防反接功能，電源極性接反不會有電流流過。
⑱各種異常情況保護功能：帶有過壓，過流，過熱，短路保護功能，故障撤銷后自動恢復工作。
⑲小體積：外殼尺寸360mm X160mm X 94mm，模塊尺寸295mm X142mm X 85mm。
⑳帶外殼整機重量3.8Kg，模塊重量為2.5Kg 。
三、電特性參數(shù)

參數(shù)名稱	數(shù)值
型 號	DC30DC200P5KW
高壓側參數(shù)
優(yōu)化 輸入/輸出電壓	250V
輸入/輸出電壓VOHV范圍，誤差1%	40V–250V
最高限壓OVHV調節(jié)范圍，誤差1%	0V–265V
最低限壓UVHV調節(jié)范圍，誤差1%	0V–260V
高壓側輸出電流設定范圍，誤差1%	3 - 30A
外輸入壓控電流增益	0.1-6 A/V
輸入/輸出電流過流/短路保護點	60A
低壓側參數(shù)
優(yōu)化 輸入/輸出電壓	48V
輸入/輸出工作電壓  VOLV范圍，誤差1%	30V–120V
最高限壓OVLV 調節(jié)范圍，誤差1%	35V–130V
最低限壓UVLV 調節(jié)范圍，誤差1%	0V–110V
低壓側輸出電流設定范圍，誤差1%	3 - 50A
外輸入壓控電流增益	0.1-12 A/V
輸入/輸出電流 過流/短路 保護點	60A
高低壓兩側交互參數(shù)
電壓變比范圍（高壓/低壓）	1.2 – 5.0
模式控制參數(shù)
模式切換時間	< 1mS
切換模式到滿載輸出響應時間	< 1S
整機系統(tǒng)參數(shù)
額定輸出功率	5KW(VOLV≥60V時)
最大瞬時輸出功率	5KW
轉換效率	> 92%
負載調整率	< 2%
待機功耗	< 12W
空載功耗	< 20W
冷卻方式	溫控風冷
允許環(huán)境溫度	-25℃ - 60℃
溫度過熱保護點	80℃
輸入/輸出 反接保護	√
保護撤銷后恢復工作時間	5S
開機啟動時間	< 5S
紋波電壓	< 0.5V
通信參數(shù)
通信方式	RS485
通信協(xié)議	MODBUS-RTU
RS485通信波特率	1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200
RS485通信隔離耐壓	1500V
均流參數(shù)
最大并聯(lián)模塊數(shù)量	64
模塊電流不均勻度	< 10%
均流控制方式	主從控制
均流信號傳輸方式	RS485數(shù)字通信
RS485通信波特率	768K bps
通信協(xié)議	自定義
均流通信線最大長度	< 160 m
顯示參數(shù)
顯示方式	4位LED數(shù)碼管
顯示內容	兩側電流，電壓，設定兩側工作電流 最低限壓，最高限壓

2.6顯示單元
系統(tǒng)配置有方陣電壓、電流；逆變電壓、電流、功率；實驗室溫度和濕度、實驗記時時鐘、逆向電量計量表等。方便在沒有與PC機聯(lián)機狀況下查看系統(tǒng)工作狀態(tài)和各項參數(shù)。
可以通過教師機進行信息共享至大屏幕，實現(xiàn)教室內局域網(wǎng)計算機數(shù)據(jù)交換與共享。

室內大屏幕
2.7主控系統(tǒng)
主控系統(tǒng)是整個微網(wǎng)的監(jiān)測、控制核心單元。通過內置的數(shù)據(jù)采集、通訊傳輸?shù)饶�塊，實現(xiàn)對微網(wǎng)系統(tǒng)的可視化監(jiān)測及控制。

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其他產(chǎn)品鏈接：
機械創(chuàng)新實訓室的建設思路
新能源汽車專業(yè)標準配置
中等職業(yè)學校液壓與氣動實訓室設備基本配置推薦標準
電子基礎類專業(yè)儀器設備基本配置推薦標準
新能源發(fā)電綜合系統(tǒng)實驗室建設方案
中等職業(yè)學校汽車運用與維修專業(yè)實訓基地設備基本配置推薦標
中等職業(yè)學校電力電子及電力拖動實訓室設備基本配置推薦標準
電子器件及線路測量儀器設備基本配置推薦標準
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