SZJ-XNY144型 风光互补发电实验系统

 一、产品概述：

    SZJ-XNY144型风光互补发电实验系统，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。
    适用范围：面向大学本科、研究生、高中等院校、企业技工以风力发电和太阳能离网、并网发电为主课题的教学实验与技能实训考核的新能源教学设备。
二、主要技术规格参数：
1、系统规格
1）输入电源：三相，单相AC220V±10% 50Hz
2）系统至大电压：DC12V，AC220V/50Hz
3）系统至大电流：50A
4）系统至大功率：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。
光伏电池组件：25W*4块
1）额定功率：25W
2）额定电压：17.2V
3）额定电流：1.17A
4）开路电压：21.4V
5）短路电流：1.27A。
6）摆臂机构：涡轮蜗杆结构（2个减速箱）
7）电压：220V
8）频率：50Hz
9）电流：1.36A
10）至大功率：300W。
11）追日机构
12）结构：涡轮蜗杆结构（减速箱）
13）驱动：直流电机
14）轴数：双轴二维。
3、风力发电机
1）额定功率：300(W)
2）额定电压：12(V)
3）额定电流：33.3
4）风轮直径：1.65(m)
5）启动风速：2.5(m/s)
6）额定风速：9.6(m/s)
7）安全风速：35(m/s)
8）工作形式：永磁同步发电机
9）风叶旋转方向：顺时针
10）风叶数量：3（片）   
11）风叶材料：玻璃增强聚丙烯材料
12）电机材料：铝合金
13）护栏网：专业围栏，高度约1.0米
4、模拟风洞模块
1）风量：32073 mз/h
2）风压：388Pa
3）转速：1440 r/min
4）功率：2.2kW     
可调风速：0～13级连续可调
变频器：采用2.2KW矢量变频器
5、风光控制器系统：
1）工作电压：12/24VDC可选
2）充电功率Pmax ：1000W
3）光伏功率Pmax ：300W
4）风机功率Pmax ：700W
5）充电方式：PWM脉宽调制
6）充电至大电流35A
7）过放保护电压11V  
8）过放恢复电压12.6V
9）输出保护电压16V   
10）卸载开始电压（出厂值）15.5V
11）卸载开始电流（出厂值）15A

    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；
12）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，）。
13）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。
14）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。
15）具有丰富的工作模式，如光控，光控＋定时，通用控制等模式。
6、并网逆变器
1）输出电压：AC 180-260V
2）工作电压：10.8 - 28V，
3）额定输出功率≥400W
4）输出波形：正弦波(失真度≤3﹪)
5）输出频率：47-55Hz，
6）LED方式显示工作状态，
7）AC标准电压范围：90V-140V/180V-260VAC ；
8）AC 频 率 范 围 ：55Hz~63Hz/45Hz~53Hz；
9）输出电流总谐波失真：THDIAC<5%；
10）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至大功率点；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。
7、离网逆变器
1）直流输入电压：9～16VDC 电压可选
2）额定蔬出功率：300W
3）输出电压：110/220VAC
4）输出波形：纯正弦波
5）输出频率：50Hz
6）工作效率：85%
7）功率因数：>0.88
8）波形失真率≤5%
9）工作环境：温度-20℃～50℃
10）相对湿度：﹤90﹪（25℃）
11）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
8、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。

    S7-200 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，其通信端口数量至多可增至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。

9、监控系统（工业触摸屏）
1）尺寸(英寸) 10.2
2）液晶屏：TFT液晶显示，LED背光
3）显示颜色：真彩，65535色
4）分辨率：800×480
5）液晶屏亮度：200cd/㎡
6）触摸屏：电阻式
7）供电电源：24VDC
8）额定功率：5W
9）CPU主板：ARM CPU，400MHz
10）内存：64M
11）存储设备：128MFLASH
12）组态软件：MCGS嵌入式组态软件（运行版）
10、环境条件： 　
1）工作温度：0℃~45℃
2）工作湿度：5%~90%
3）储存温度：-10℃~60℃
4）振动频率：10-57Hz 57-150Hz
5）振动加速度：0.075mm9.8 m/s2
6）振动扫频速率：Oct/min ≤1
11、产品规格
1）结构：工业塑料结构
2）颜色：工业灰
3）面板尺寸：226.5mm×163mm
4）机柜开孔：215mm×152mm
12、外部接口：　
1）串口：1×RS232、1×RS485
2）USB ：1主1从
13、其它功能
1）系统实验时的备用电源（2路0-30V/2A直流可调稳压电源）；
2）有光伏、市电互补切换
14、电表规格：
1）电流表：×2个，DC20A， 显示模式︰0.5”LCD液晶显示
2）电压表：×2个，DC200V，显示模式︰0.5”LCD液晶显示
3）电流表：×1个，AC5A， 显示模式︰0.5”LCD液晶显示
4）电压表：×1个，AC220V，显示模式︰0.5”LCD液晶显示
5）温度表：×1个，0～99.9℃
6）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，
15、负载：
1）风扇：×1个，额定电压：12/24V，功率：≤3W
2）交通灯：×1个，额定电压：12V，功率：≤3W
3）蜂鸣器：×1个，马达：×1个，功率：≤3W
4）马  达：×1个，额定电压：220V，功率：≤10W
5）LED灯：×1个 额定电压：AC220V，功率：≤10W
16、测风系统模块：
1）测量风速范围：0～60m/s
2）风向：0～360°
3）精 度： ±0.1m/s±3°
4）工作电源：AC 220V±20% 50HZ，DC24V、12V、5V或其他供电
5）记录间隔：1分钟～240分钟连续可设置
6）内部存储：4Mbit
7）通讯接口：RS-232/485/USB通讯
8）环境温度：-40℃～50℃
17、新能源系统教学软件要求：

（一）多媒体教学软件概述：

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

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、目录教学（约11课时）

(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、目录教学（约7课时）

(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、目录教学（约6课时）

(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、目录教学（约7课时）

（二）展示与讲解内容目录：（图、文、声并茂）：

    太阳能光伏应用产品讲解与展示系统（约5课时）内容包含：太阳能发电系统、家用太阳能发电机直流系统多媒体电视机、太阳能便携电源、太阳能杀虫灯、太阳能警示灯、太阳能野营灯、太阳能光伏发电基本原理、太阳能光伏发电系统组成部分介绍、太阳能光伏发电系统设计方法、太阳能光伏电站施工建设方法、项目前期考察、项目建设前期资料及批复文件、项目施工图设计、项目实施建设。太阳能光伏并网电站介绍、光伏并网电站简要描述、光伏并网电站设备组成、光伏并网电站设备功能、家用型太阳能电站建设方案包含：项目概述、方案设计、用户负载信息、系统方案设计、效益计算。

18、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(20Ah),充电方法（恒压）；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，工作温度范围宽电池数量：2组
19、系统外形尺寸；长1240×宽750×高1800（㎜）附滚轮方便推动至户外教学。
三、风光互补发电实验系统实训内容：
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、PLC实训内容
实验一STEP 7软件安装及注意事项
实验二SIMATIC管理器
实验三SIMATIC Manager自定义
实验四PG/PC接口设置
实验五 用PLC控制三相交流异步电动机起/停
实验六PLC系统的硬件组态及程序编制
实验七 基本逻辑指令的应用
实验八 定时器、计数器的应用
实验九 技能训练，人行横道控制
实验十 模拟量的控制
实验十一 顺序控制系统控制方法的设计
实验十二 步与步的动作
实验十三PLC通信
4、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
实验九 控制系统中PLC的程序
四、基本配置清单：