室內(nèi)外風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng)

一、項目概述

室內(nèi)外風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng)為科研創(chuàng)新理念與實驗、實訓(xùn)型相結(jié)合的集風(fēng)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(fēng)、光混合型新能源發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng)"。

室內(nèi)外風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、太陽能電池方陣、風(fēng)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(fēng)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(zhuǎn)換成交流電后接入電網(wǎng)，可離網(wǎng)運(yùn)行亦可并網(wǎng)運(yùn)行，在網(wǎng)端能耗負(fù)荷內(nèi)完成削峰填谷功能。

在天氣晴朗的白天，系統(tǒng)運(yùn)行在微網(wǎng)模式并在補(bǔ)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(bǔ)由于夜間網(wǎng)端負(fù)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(zhuǎn)入正常模式，一邊自行彌補(bǔ)儲能電池的虧空，一邊通過系統(tǒng)向負(fù)載供電。

圖1   系統(tǒng)拓?fù)鋱D

1.2 功能特點(diǎn)

①整套系統(tǒng)的各個模塊預(yù)留了CANRS485RS232USBTCPIP通訊接口，可以通過該通訊接口對系統(tǒng)中各個模塊進(jìn)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(nèi)溫/濕度儀，風(fēng)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(diào)制技術(shù)，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(dāng)前系統(tǒng)工作狀態(tài)；

⑤實訓(xùn)系統(tǒng)，可以讓實訓(xùn)學(xué)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(fēng)光互補(bǔ)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(xué)生增加對新知識的理解；

⑧增設(shè)直流母線單元，方便系統(tǒng)各模塊之間連接及實驗；

⑨獨(dú)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(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的組成

風(fēng)力發(fā)電機(jī)是利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)換為機(jī)械功，機(jī)械功帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，最終輸出交流電的電力設(shè)備，是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的核心部件。

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由一臺2KW垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、尾翼、葉片、風(fēng)機(jī)控制器塔架等組成。

注：此圖為垂直軸發(fā)電機(jī)組，用戶可選擇水平軸機(jī)組

廣義地說，風(fēng)能也是太陽能，所以也可以說風(fēng)力發(fā)電機(jī)，是一種以太陽為熱源，以大氣為工作介質(zhì)的熱能利用發(fā)電機(jī)。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)參數(shù)：

安裝場地選擇

選擇土質(zhì)堅實的平地作為安裝場地，安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)的組位置應(yīng)該至少遠(yuǎn)離房屋及人員活動場所50米，務(wù)必在選定安裝場地時考慮到風(fēng)葉的光影影響及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)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(fēng)速風(fēng)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(zhì)變化的場地。同時需要考慮從風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電機(jī)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(biāo)準(zhǔn)電纜。
風(fēng)力發(fā)電控制器

專為風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制和蓄電池充電而設(shè)計，能有效提升風(fēng)力發(fā)電的效能。風(fēng)能充電控制器，能有效防止風(fēng)速過快時的失控，和發(fā)生強(qiáng)風(fēng)時對風(fēng)力發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的危險。

風(fēng)力發(fā)電控制器是對風(fēng)力發(fā)電機(jī)所發(fā)的電能進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，一方面把調(diào)整后的能量送往直流負(fù)載或交流負(fù)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(jìn)行充電，當(dāng)所發(fā)的電不能滿足負(fù)載需要時，控制器又把蓄電池的電能送往負(fù)載。蓄電池充滿電后，控制器要控制蓄電池不被過充。當(dāng)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(hù)蓄電池。

控制器采用PWM無級卸載方式控制風(fēng)機(jī)對蓄電池進(jìn)行智能充電。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(diǎn)，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(fēng)力發(fā)電控制器參數(shù)：

2.2光伏發(fā)電系統(tǒng)

5KW太陽能電池組件采用標(biāo)準(zhǔn)鋼結(jié)構(gòu)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(nèi)實驗設(shè)備，可實現(xiàn)分布式屋頂發(fā)電相關(guān)實驗，所發(fā)電能與風(fēng)力發(fā)電相結(jié)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(shè)計、安裝與實際工程一樣，可在老師的指導(dǎo)下做為學(xué)生練習(xí)拆卸、組裝實習(xí)樣機(jī)來用。
太陽能光電池組

太陽能電池組是本實訓(xùn)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(zhuǎn)換為電能并通過光伏控制系統(tǒng)儲存在儲能電池當(dāng)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：

1、抗鹽霧和氨腐蝕等國際測試；
2、可承受風(fēng)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(diǎn)的工作電壓（V）：28.1
6.最大功率點(diǎn)的工作電流（Ａ）：6.7
7.轉(zhuǎn)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(fù)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
?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(hù)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
?溫度范圍系數(shù)：-40°C to+85°C
?抗冰雹系數(shù)：最大直徑25mm,撞擊速度23m/s(51.2mph)
?最大表面負(fù)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(yīng)的控制電路、保護(hù)和監(jiān)控電路。直流側(cè)由緩沖電阻、防反二極管和直流接觸器組成了直流側(cè)緩沖電路，當(dāng)初始連接各種電池時對直流母線電容進(jìn)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(diǎn)
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(yīng)的控制電路、保護(hù)和監(jiān)控電路。直流側(cè)由緩沖電阻、防反二極管和直流接觸器組成了直流側(cè)緩沖電路，當(dāng)初始連接各種電池時對直流母線電容進(jìn)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(diǎn)

1）技術(shù)*，全面滿足電網(wǎng)或負(fù)荷的接入與控制要求

①具有并網(wǎng)充放電、獨(dú)立逆變功能，適合各種應(yīng)用場合

②具有并網(wǎng)和離網(wǎng)并聯(lián)功能，良好的擴(kuò)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(diào)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(diào)，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(yùn)行
2）高效節(jié)能，更集成，更好的客戶體驗

①正面維護(hù)，可靠墻安裝，安裝維護(hù)更方便，降低維護(hù)成本

②防護(hù)等級為IP21，具有防滴水功能，具備防凝露功能

③高效PWM調(diào)制算法，降低開關(guān)損耗
3）更多優(yōu)點(diǎn)

①雙電源冗余供電方案提升系統(tǒng)可靠性

②完善的保護(hù)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(yùn)行

⑤適應(yīng)高海拔惡劣環(huán)境，可長期連續(xù)、可靠運(yùn)行

⑥支持離網(wǎng)主動運(yùn)行功能

⑦適合共直流母線系統(tǒng)和共交流母線系統(tǒng)

產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)
工作邏輯架構(gòu)

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(dú)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(fù)載時，光伏優(yōu)先供負(fù)載供電，剩余電力給電池充電；光伏發(fā)電小于負(fù)載時，儲能和光伏共同為負(fù)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(jìn)行供電邏輯切換

4.觸摸屏控制啟動、停止和參數(shù)設(shè)置

b.電網(wǎng)（或柴油機(jī)）、微網(wǎng)切換功能

1.電網(wǎng)供電時，當(dāng)電池組SOC超過設(shè)定值時，儲能逆變器和光伏逆變器不工作；當(dāng)電池組SOC不足時，儲能逆變器獨(dú)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(dú)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(fù)載時，光伏優(yōu)先供負(fù)載供電，剩余電力給電池充電；光伏發(fā)電小于負(fù)載時，儲能和光伏共同為負(fù)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(jìn)行供電邏輯切換

4.觸摸屏控制啟動、停止和參數(shù)設(shè)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(fù)載，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)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(shè)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(jī)柜并聯(lián)，可以在同一個電壓平臺上擴(kuò)展容量定制化電池管理系統(tǒng)（BMS），實時進(jìn)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(yùn)行。
規(guī)格參數(shù)：

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(diào)節(jié)能量雙向傳輸、是可雙象限運(yùn)行的直流-直流變換器。該變換器能夠根據(jù)實際需要調(diào)節(jié)能量的流動方向，在功能上相當(dāng)于兩個單向直流-直流變換器。
一、雙向DCDC變換器的工作模式

二、性能特點(diǎn)

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(yuǎn)優(yōu)于普通的模擬式雙向DC-DC變換器。

②模塊化設(shè)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(yùn)行。

③雙向變換都采用零電壓變換軟開關(guān)控制，使得轉(zhuǎn)換效率達(dá)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(yùn)用多相交錯技術(shù)，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(jī)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(shè)定，也可用模擬量方式控制。

⑧高低電壓側(cè)的工作電壓可單獨(dú)設(shè)定。

⑨高低電壓側(cè)的過壓保護(hù)電壓可單獨(dú)設(shè)定，保護(hù)兩側(cè)的設(shè)備不至于過壓損壞。

⑩高低電壓側(cè)的限壓也可單獨(dú)設(shè)定，保護(hù)兩側(cè)的電壓不至于過放電。

?高低電壓任何一側(cè)加電，均可使模塊啟動。

?開機(jī)軟啟動，防止產(chǎn)生過強(qiáng)的電壓電流沖擊兩端的電源。

?模塊帶有LED顯示面板，可實時顯示兩側(cè)電流，電壓，設(shè)定兩側(cè)工作電流，最高限壓。

?帶RS485串口通信功能，遵循MODBUS-RTU協(xié)議，方便計算機(jī)或監(jiān)控終端遠(yuǎn)程監(jiān)測和設(shè)置的參數(shù)和工作狀態(tài)。

?RS485串口利用光耦隔離，可以有效防止雷擊對遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機(jī)或者監(jiān)控終端的影響。

?掉電狀態(tài)恢復(fù)功能：即使關(guān)斷雙向DC-DC變換器的供電，下次開機(jī)時也能恢復(fù)掉電前的設(shè)置和狀態(tài)。

?輸入極性防反接功能，電源極性接反不會有電流流過。

?各種異常情況保護(hù)功能：帶有過壓，過流，過熱，短路保護(hù)功能，故障撤銷后自動恢復(fù)工作。

?小體積：外殼尺寸360mm X160mm X 94mm，模塊尺寸295mm X142mm X 85mm。

?帶外殼整機(jī)重量3.8Kg，模塊重量為2.5Kg 。

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(jī)聯(lián)機(jī)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(jī)進(jìn)行信息共享至大屏幕，實現(xiàn)教室內(nèi)局域網(wǎng)計算機(jī)數(shù)據(jù)交換與共享。

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(nèi)置的數(shù)據(jù)采集、通訊傳輸?shù)饶K，實現(xiàn)對微網(wǎng)系統(tǒng)的可視化監(jiān)測及控制。