-FGH02 室內外風光互補發電實驗系統

一、項目基礎簡介
室內外風光互補發電實驗系統為科研創新理念與實驗、實驗型相集合的集風力發電，光伏發電、鉛酸電池儲能（磷酸鐵鋰電池儲能）、的多元化"風、光混合型新能源發電實驗系統"。
室內外風光互補發電實驗系統由風力發電機組、太陽能電池方陣、風力及光伏控制系統、儲能控制系統所構成的微網發電系統。
其作業原理是風力、光伏發電系統發電，并由電池儲能，由儲能逆變系統變換成交流AC電后接入電網，可離網運行亦可并網運行，在網端能耗負荷內完成削峰填谷功能。
在天氣晴朗的白天，系統運行在微網模式可以在補充儲能電池容量（KV）的同時將多余電量經過逆變系統送入電網，到夜間再將儲能電池電能經過儲能逆變器送入電網以彌補由于夜間網端負荷過大造成的電網電壓（V）過低，在儲能電池不夠用時，系統將轉入正常模式，一邊自行彌補儲能電池的虧空，一邊經過系統向負載供電。

1.1系統拓撲圖

圖1 系統拓撲圖

1.2 功能特別點
整套系統的各個模型塊預留了CANRS485RS232USBTCPIP通訊連接口，可以經過該通訊連接口對系統中各個模型塊實行監控，方便未來項目研發使用。
系統實驗平臺包括了室內溫/濕度儀，風速測量、光照度測量系統，讓使用者實操起來更直觀；
系統DC-AC并網同步電源，應用高頻脈沖調制技術，設定有小體積、高效率及高功率（W）因數輸出；
系統操作面板上應用直觀的數字表和液晶顯露，讓用戶理解當前系統作業狀態；
實驗系統，可以讓實驗學生自行拆卸裝配位移，使用簡便、無噪音、無污染；
系統多加市電與風光互補發電變換模型塊，讓實驗更具實操性；
多加分布式供電原理與實驗電子回路，讓學生多加對新知識的理解；
增設直線DC母線單元，便利系統各模型塊之間連接及實驗；
單獨的后備膠體蓄電池及充放電管理單元；
二、方案功能數值基礎簡介
2.1風力發電系統的構成
風力發電機是運用風力帶動風車葉片旋轉、變換為機械功，機械功帶動發電機轉子旋轉，最終輸出交流AC電的電力設備。是風力發電系統中不可或缺的核心部位件。
風力發電系統由一臺2KW垂直軸風力發電機組、尾翼、葉片、風機控制器塔架等構成。

注：此圖為垂直軸發電機組，用戶可選用水平軸機組
廣義地說，風能也是太陽能，所以也可以說風力發電機，是一種以太陽為熱源，以大氣為作業介質的熱能運用發電機。
風力發電機功能數值：

裝配場地選用
選用土質堅實的平地作為裝配場地，裝配風力發電機的組位置應該至少遠離房屋及人員活動場所50米，務必在選定裝配場地時考慮到風葉的光影影響及風力發電機組運行時產生的噪音影響（正常作業時噪音約為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。
禁止裝配在松軟的沙地、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生地質改變的場地。同時需要考慮從風力發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。
風力發電控制器
專為風力發電機控制和蓄電池充電而設計， 能有效提升風力發電的效能。風能充電控制器，能有效防止風速過快時的失控，和發生強風時對風力發電機所產生的危險。
風力發電控制器是對風力發電機所發的電能實行調動和控制，一方面把調節后的能量送往直線DC負載或交流AC負載，另一方面把多余的能量按蓄電池的特性彎曲線對蓄電池組實行充電，當所發的電不能適用負載需要時，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。當蓄電池所儲物的電能放完時，控制器要控制蓄電池不被過放電，保護蓄電池。
控制器應用PWM無級卸載方法控制風機對蓄電池實行智能充電。在風力發電機所發出的電能超過蓄電池存儲量時，控制系統必須將多余的能量消耗掉。在正常卸載現象下，可保證蓄電池電壓（V）始終平穩在浮充電壓（V）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，使得電能得到充分運用。
風力發電控制器功能數值：

2.2光伏發電系統
5KW太陽能電池結合套件應用標準鋼構造件固定在C型專制鋼件上，呈40度正面朝向正南方，整體支撐架系統放置在地面或者屋頂；經電纜輸送至室內實驗設備，可完成分布式屋頂發電相關實驗，所發電能與風力發電相集合，經DC-AC逆變成正弦波220V交流AC電，多余電能經儲能逆變器送入電網。

地面固定式方陣及支撐架
全部系統的設計、裝配與實際工程一樣，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驗臺的核心構成部分亦是光伏發電系統不可或缺的核心部位件，是將光能變換為電能并經過光伏控制系統儲物在儲能電池當中做為直線DC總線電源供給DC-AC并網同步電源。
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背板以及鋁制邊框構成。
其規格如下：

單晶硅太陽能電池規格

1、抗鹽霧和氨腐蝕等國際權威測量試驗；
2、可承受風壓2400Pa,雪壓7200Pa；
3、優秀的弱光環境發電功能，陰天也能發電；
4、輸出功率（W）年衰減率小于0.7%，第25年不低于結合套件初始功率（W）的80.70%
1. 結合套件型號：BY260P-29b 多晶
2. 最大功率（W）（W）：260
3. 開路電壓（V）（V）：35.9
4. 短路電流（A）（A）：7.27
5. 最大功率（W）點的作業電壓（V）（V）：28.1
6. 最大功率（W）點的作業電流（A）（Ａ）：6.7
7. 轉化效率：17.12%
8. 開路電壓（V）溫度（℃）系數：-0.292%/K
9. 短路電流（A）溫度（℃）系數：+0.045%/K
10. 功率（W）溫度（℃）系統：-0.408%/K
11. 最大系統電壓（V）（V）：1000
12. 結合套件尺寸（長×寬×高）：1640×992×40mm
13. 重量（kg）：19.1kg
14. 框體結構：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) 防水浸等級：IP65
 連接器
1) 常規規格限定電流（A）：30A
2) 耐電壓（V）：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) 電纜外徑界限：Φ5mm～Φ 7mm
7) 環境溫度（℃）：-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) 接線方法：壓接 MC4
20. 電 纜
1) 長度：450mm,
2) 規格：1×4mm²
3) 顏色：紅、黑
 溫度（℃）界限系數：-40°C to+85°C
 抗冰雹系數：最大直徑25mm,撞擊速度23m/s(51.2mph)
 最大表面負荷：7200pa

5KW光伏儲能逆變器

逆變器外觀圖

設備主電子回路

主電子回路框圖

設備主電子回路應用雙向PWM逆變電子回路及相應的控制電子回路、保護和監控電子回路。直線DC側由緩沖電阻、防反二極管和直線DC接觸器構成了直線DC側緩沖電子回路，當初始連接各種電池時對直線DC母線電容實行緩沖。主電子回路電源可有交直兩用供電，以使系統在電池或電網有電時全部可以作業。
設備特別點
1）技術領先，全面適用電網或負荷的接入與控制要求
 設定有并網充放電、單獨逆變功能，適合各種應用場合
 設定有并網和離網并聯功能，良好的擴容性
 可與多種蓄電池連接口，設定有多種充放電作業模式
 可以就地實時接受系統調度指令和BMS指令，通訊方法有RS485、CAN、以太網
 無功功率（W）可調，功率（W）因數界限超前0.9至滯后0.9
 直線DC電壓（V）界限，支持低壓48V蓄電池寫入
 110%規格限定輸出功率（W）可完成長時間運行
2）高效節能，更包括，更好的客戶體驗
 正面維護，可靠墻裝配，裝配維護更便利，降低維護成本
 防護等級為IP21，設定有防滴水功能，具備防凝露功能
 高效PWM調制算法，降低開關損耗
3）更多優點
 雙電源冗余供電方案提升系統可靠性
 完善的保護及故障警報系統，更加安全可靠
 應用動態圖形液晶界面，提供友好的實操體驗
 -25℃~+55℃可連續滿功率（W）運行
 適應高海拔惡劣環境，可長期連續、可靠運行
 支持離網主動運行功能
 適合共直線DC母線系統和共交流AC母線系統

設備技術功能數值參考規格
作業邏輯架構

a.——并網發電、離網備用功能

1. 電網供電時，儲能逆變器并網作業在恒壓模式，維持蓄電池SOC在一定水平，光伏逆變器并網發電
2. 微網供電時，儲能逆變器作業在單獨逆變模式建網，光伏逆變器并網作業，光伏發電大于負載時，光伏優先供負載供電，剩余電力給電池充電；光伏發電小于負載時，儲能和光伏一起合作為負載供電。
3. 可選用電網優先或微網優先，按照選用的模式實行供電邏輯變換
4. 觸摸屏控制啟動、停止和功能數值設定

b. ——電網（或柴油機）、微網變換功能

5. 電網供電時，當電池組SOC超過設定值時，儲能逆變器和光伏逆變器不作業；當電池組SOC不足時，儲能逆變器單獨逆變建網，光伏逆變器并網作業，給電池組充電。
6. 微網供電時，儲能逆變器作業在單獨逆變模式建網，光伏逆變器并網作業，光伏發電大于負載時，光伏優先供負載供電，剩余電力給電池充電；光伏發電小于負載時，儲能和光伏一起合作為負載供電。
7. 可選用電網優先或微網優先，按照選用的模式實行供電邏輯變換
8. 觸摸屏控制啟動、停止和功能數值設定

儲能蓄電池
蓄電池的作用主要是儲物能量，在晚上或多云等氣候現象下，光伏陣列不能提供足夠的能量時，蓄電池供給負載，保證系統的正常運行。
應用磷酸鐵鋰電池， 安全性高適合長期充放電循環模型塊化設計， 電壓（V）、容量（KV）按需配備。
系統由1個主控模型塊和多個電池模型塊構成，經過 48V電池模型塊串聯構成不一樣電壓（V）等級系統，經過多個機儲物柜并聯， 可以在同一個電壓（V）平臺上拓展容量（KV）定制化電池管理系統 （BMS） ， 就地實時實行數值收集、 狀態監控及控制， 保證系統安全可靠運行。
規格功能數值：

4）雙向DC-DC電源模型塊
雙向DC-DC變換器(Bi-directional DC/DC Converter, BDC)是能夠按照能量的需要調動能量雙向傳輸、是可雙象限運行的直線DC-直線DC變換器。該變換器能夠按照實際需要調動能量的流動方向，在功能上相當于兩個單向直線DC-直線DC變換器。
一．雙向DCDC變換器的作業模式

二．功能特別點

全數字化，各種功能數值及信號全部數字化處置整理，由數字處置整理器智能靈活地管理。功能和可控性均遠優于普通的模仿式雙向DC-DC變換器。
模型塊化設計，單模型塊規格限定輸出功率（W）5KW，可多臺雙向DC-DC變換器并聯運行。
雙向變換全部應用零電壓（V）變換軟開關控制，使得變換效率達到95%以上。
能作業于恒流、恒壓、MPPT和壓控電流（A）源等多種作業模式，并可在線快速頻繁地變換作業模式。
運用多相交錯技術，有效地抑制了紋波，減弱了大電流（A）了對器件的沖擊。
空載功耗低于20W，處于監控待機狀態功耗低于12W。
雙向變換的電流（A）大小和方向，既可用數字方法設定，也可用模仿量方法控制。
高低電壓（V）側的作業電壓（V）可單獨設定。
高低電壓（V）側的過壓保護電壓（V）可單獨設定，保護兩側的設備不至于過壓損壞。
高低電壓（V）側的最低限壓也可單獨設定，保護兩側的電壓（V）不至于過放電。
高低電壓（V）任何一側加電，均可使模型塊啟動。
開機軟啟動，防止產生過強的電壓（V）電流（A）沖擊兩端的電源。
模型塊帶有LED顯露操作面板，可就地實時顯露兩側電流（A），電壓（V），設定兩側作業電流（A），最高限壓。
帶RS485串行口通信功能，遵循MOUS-RTU協議，便利計算機數值或監控終端遠程監測和設定的功能數值和作業狀態。
RS485串行口運用光耦隔離，可以有效防止雷擊對遠程監控計算機數值或者監控終端的影響。
掉電狀態恢復功能：即使完全關斷雙向DC-DC變換器的供電，下次開機時也能恢復掉電前的設定和狀態。
寫入極性防反接功能，電源極性接反不會有電流（A）流過。
各種異常現象保護功能：帶有過壓，過流，過熱，短路保護功能，故障撤銷后自動恢復作業。
小體積：外殼尺寸360mm X160mm X 94mm，模型塊尺寸295mm X142mm X 85mm。
帶外殼整機重量（kg）3.8Kg，模型塊重量（kg）為2.5Kg 。
三．電特性功能數值

2.6 顯露單元
系統配備有方陣電壓（V）、電流（A）；逆變電壓（V）、電流（A）、功率（W）；實驗室溫度（℃）和濕度、實驗記時時鐘、逆向電量計量表等。便利在沒有與PC機聯機狀況下查看系統作業狀態和各項功能數值。
可以經過教師機實行信息共享至大屏幕，完成教室內局域網計算機數值數值交換與共享。

室內大屏幕
2.7 主控系統
主控系統是整個微網的監測、控制核心單元。經過內置的數值收集、通訊傳輸等模型塊，完成對微網系統的可視化監測及控制。

2.7.1 實驗室智慧用電安全控制系統
智能電源管理系統設定有過溫、短路、過流、過壓、欠壓、失壓、功率（W）限定7大保護功能；電源設定有一鍵鎖定功能，處置整理故障時，防止漏電保護器合閘，造成觸電危險；電源設定有故障鎖定功能，發生故障導致跳閘時，不能人為上電，只能經過遠程清除故障后，才能上電成功；能經過無線4G和有線以太網與手機APP和PC端云平臺通訊，沒有互聯網的現象下，教室整套智能電源管理系統可離線單獨運行。
1、智能終端：智能電源管理系統以32位ARM為核心，應用4.3寸彩色觸摸屏為人機交互界面，就地實時監控設備運行現象，提供Zigbee、CAN等多種通信模式，具備語音播報功能。能就地實時監測三相電壓（V）、電流（A）、功率（W），功率（W）因數、頻率、電能等功能數值，液晶觸摸屏監測數值。能監控實驗室電源的故障類型和故障次數；設備時間管理含有年月日時間的顯露；用戶經過刷卡方法請求開啟設備，PC端實行授權之后，設備可啟動使用，PC端可分時預約設備的啟動和停止！
2、手機APP：用電狀態界面就地實時顯露當前電壓（V）、電流（A）、有無功功率（W）、電能、設備溫度（℃）、漏電電流（A）值等；用電數值界面能智能查找近2年用電數值，設定界面能設定限定電能值、負載值、設備超溫值、過欠壓值、過欠壓恢復時間值等。后臺查看報警日志、實操日志、故障日志等?？刂疲嚎稍谖⑿判〕绦蛑羞h程控制智能開關的通斷。
3、PC端系統：每個設備狀態信息顯露，設定有多個子界面，設定有故障解析，用電能效解析、集中管理、個人中心圖紙文檔實訓指導書管理、用戶報警定位跟蹤與信息統計；設定有管理員信息修改與權限管理等功能?？梢绘I開啟和關閉全部設備，可單獨控制每臺設備的開關！
4、后臺系統：含有賬號管理、設備管理、報修管理、用戶管理，設備管理：①、含有監控管理：就地實時視頻監控每個教室，可一鍵預覽全部設備的在線和運行現象，解析設備使用率及運行時間?、?、含有設備節點：可顯露設備所在位置、編碼名稱、掛載現象、用戶編輯、用戶查詢等。
5、報修管理：用戶可實行遠程報修，反應設備故障信息，編輯報修現象，后臺可實行遠程維護，及時跟進，以有效解決用戶設備維護。
6、用戶管理：可連通手機號，對賬戶實行一對一的安全加密，實名認證，防止賬戶泄密、防盜，現場數值連接云平臺后臺數值庫管理。
現場需對功能逐一演示，提供有效、權威的證明文件，佐證該設備的可靠、安全、先進性。
（七）、實驗室安全監控功能
1、環境功能數值測量：可同時測量顯露溫濕度、CO2濃度和PM2.5；
2、電氣功能數值測量：可測量控制臺電壓（V）電流（A），并計算出功率（W）；
3、過流、過壓、欠壓（閥值可設定）報警跳閘保護；
4、安全防護：實驗室環境安全監控裝置（PM2.5、煙霧、可燃氣體、溫濕度及CO2濃度異常（火警）報警）；5、節電功能：長期無人實驗時，自動關閉總閘開關，完成安全和節電效果；
2.7.2 主要功能特別點
1、教師機：廣播教學、語音教學、語音對講、學生演示、監控轉播、文件分發、電子教鞭、班級模型、系統設定、遠程命令、遠程設定、遠程消息、分組教學、語音討論、文件收集、查看學生屬性。
2、學生機：電子舉手、遠程消息、窗口接收廣播、可選窗口顯露模式。
3、實驗室功能特別點
(1)、本實驗室風光互補上位機系統在一臺計算機數值或教師機上實行實操。
(2)、教師廣播教學：將教師機的電腦屏幕畫面和語音等多媒體信息就地實時廣播給全體、群體或單個學生。并同時提供電子教鞭等功能。語音教學時：經過話筒和耳機實行語音傳播，完成教師與學生之間的自由的語音交談和討論。允許學生發言，并可便利地變換發言學生；可隨時便利地使一組學生加入或退出教學行列。
(3)、文件分發功能強大而且界面相當易用，可以定義宏目錄，如教師把收集數值可以同時分發給教室里的全部學生。您可以將一個或多個文件一次性的傳輸到指定的學生機上。這樣就可以做到網上分發試卷或演示文件等。您真的可以體會互聯網教學的輕松與寫意。
(4)、文件提供并上交功能可以收集學生所做的作業、程序文件等提供并上交給老師，便利老師實操。
(5)、電子點名功能便利老師統計學生上課考勤現象。
2.7.3 新能源系統教學系統
1 系統簡介
1、經過該系統可以學習掌控把握太陽能光伏硅材料、電池片、光伏結合套件、光伏結合套件附屬材料、光伏應用設備等全部系列光伏知識內容。
2、配備裝備文字與動畫展示并簡介從原材料至成品含有概括中間環節加工工序技藝等與使用方法。
3、多媒體系統自帶語音講解，圖、文、聲并茂展示講解、與系統所述文字同步播放，提升學生對新能源專業知識快速掌控把握和快速學習掌控把握。
* 2 展示與講解內容目錄（圖、文、聲并茂）：
2.1 太陽能光伏發電設備簡介
2.1.1 太陽能發電系統：
2.1.2 家用太陽能發電機直線DC系統多媒體電視機
2.1.3 太陽能便攜電源：
2.1.4 太陽能殺蟲燈
2.1.5 太陽能警示燈
2.1.6 太陽能野營燈
2.2 太陽能光伏發電基礎原理
2.3 太陽能光伏發電系統構成部分簡介
2.4 太陽能光伏發電系統設計方法
2.5 太陽能光伏電站施工建造設計方法
2.5.1、項目前期考察
2.5.2、項目建造設計前期圖紙文檔實訓指導書及批復文件
第一階段：可研階段
第二階段：獲取省級/市級相關部門的批復文件
第三階段：獲取開工許可
2.5.3、項目施工圖設計
2.5.4、項目實施建造設計
2.5.5、帶電前的必備條件
2.6太陽能光伏并網電站簡介
2.6.1、光伏并網電站簡要描述
2.6.2、光伏并網電站設備構成
2.6.2、光伏并網電站設備功能
2.7 家用型太陽能電站建造設計方案
2.7.1、項目基礎簡介
2.7.2、方案設計 （附詳細方案設計）
（一）用戶負載信息
（二）系統方案設計
（三）效益計算：
2.7.4配套光伏發電工程技術課件適應全部的教學資料及實訓指導書，內容豐富并可隨意調取。合理地運用多媒體課件教學系統，可以很大程度上減輕老師講課的作業量。(含有以下內容):
(1.1.1)--PN的形成
(1.2.1)--太陽能電池作業原理
(1.3.1)--太陽能電池構造及主要技術功能數值
(1.3.1)--太陽能電池構造及主要技術功能數值
(1.5.1)--太陽能光伏結合套件制造過程
(1.6.1)--光伏陣列及熱斑效應
(1.7.1)--光伏發電系統的分類
(1.8.1)--離網光伏發電系統的構成及解析
(1.9.1)--第九講并網光伏發電系統的構成及解析
(1.10.1)--1.5MW光伏發電系統簡介
(1.11.1)--太陽能資源認識
(2.1.1)--光伏發電系統設計基礎簡介
(2.2.1)--光伏發電系統設計應考慮的因素
(2.3.1)--離網光伏發電系統光伏結合套件容量（KV）的計算
(2.4.1)--鉛酸蓄電池構造
(2.5.1)--蓄電池主要技術功能數值
(2.6.1)--鉛酸蓄電池作業原理與充電控制
(2.7.1)--鉛酸蓄電池充放電控制電子回路解析
(2.8.1)--離網光伏發電系統蓄電池配備容量（KV）基礎公式計算
(2.9.1)--離網光伏發電系統蓄電池配備容量（KV）其他公式計算
(2.10.1)--光伏控制器光伏控制器功能及光伏控制器的基礎作業原理
(2.11.1)--光伏陣列最大功率（W）點（M）控制技術
(2.12.1)--光伏控制器主要技術功能數值
(2.13.1)--光伏控制器的選型
(2.14.1)--光伏逆變器功能和分類
(2.15.1)--光伏逆變器基礎電子回路構造及作業原理
(2.16.1)--光伏逆變器主要技術功能數值
(2.17.1)--光伏逆變器選型
(2.18.1)--雷電的概念、形式及危害
(2.19.1)--雷電的防護設備
(2.20.1)--光伏發電系統防雷設計
(2.21.1)--光伏陣列支撐架的設計
(3.1.1)--離網光伏發電系統設計內容、原則及步驟
(3.2.1)--3.6kW離網光伏發電系統設計
(4.1.1)--系統總體設計
(4.2.1)--光伏結合套件選型
(4.3.1)--組串式逆變器
(4.4.1)--集中式逆變器
(4.5.1)--集中式逆變器VS組串式逆變器
(4.6.1)--微型逆變器
(4.7.1)--逆變器選型
(4.8.1)--家用3KW光伏發電系統設計裝配與運維
(5.1.1)--光伏發電系統設計的原則、步驟與內容
(5.2.1)--光伏發電系統的設計相關因素和技術條件
(5.3.1)--光伏發電系統結合套件功率（W）和方針包括設計實例
(5.4.1)--光伏發電系統蓄電池容量（KV）和蓄電池結合設計實例
(5.5.1)--光伏發電系統綜合設計實例
(5.6.1)--并網系統的容量（KV）設計與發電量計算
(5.7.1)--并網系統的電網接入設計
(5.8.1)--并網光伏發電系統配備設計實例
(6.1.1)--逆變器的裝配
(6.2.1)--其他的電氣設備的裝配
(6.3.1)--防雷與接地系統的裝配施工
(6.4.1)--線纜的敷設與連接
(7.1.1)--光伏電站現場安全文明施工管理
(7.2.1)--職業健康管理
(7.3.1)--光伏電站應急處置整理措施
3、風光互補配備表

注: 地基部分需要自己處置整理