SB-WS02風力發(fā)電實驗系統(tǒng)
一、系統(tǒng)概述
風力發(fā)電實驗系統(tǒng)為小型水平軸永磁同步風力發(fā)電實驗系統(tǒng)，采用模塊化結(jié)構(gòu)設計，電氣測試點均采用安全的實驗插孔與實驗導線連接。 模擬風源采用變頻器實時控制大功率調(diào)速電動機，通過軸流風洞模擬自然風； 風力發(fā)電機在模擬風源的吹動下向外輸送電能；多路儀表可實時顯示系統(tǒng)發(fā)用電信息，集成通訊接口，可將數(shù)據(jù)遠程傳遞給上位機，進行遠程綜合監(jiān)測，并可進行數(shù)據(jù)報表存儲、查詢；平臺內(nèi)集成了風機控制器、蓄電池、離網(wǎng)逆變器以及交直流負載，可以組成離網(wǎng)型風力發(fā)電系統(tǒng)。
二、主要參數(shù)
2.1、系統(tǒng)輔助電源
?電源1：輸入：AC220V、輸出：DC24V/2.5A
?電源2：輸入：AC220V、輸出：DC12V/2.0A
?電源3：輸入：AC220V、輸出：DC5V/2.0A
2.2 模擬風源采用軸流通風機，額定電壓220V、額定頻率50HZ、額定功率0.75KW、額定轉(zhuǎn)速960rpm；風速可調(diào)（0-10m/s）、風速控制精度：0.1m/s、風向控制精度：0.1°
?風量：12069 mз/h
?風壓：188Pa
?轉(zhuǎn)速：960 r/min
?功率：0.75kW
?可調(diào)風速：0～10級連續(xù)可調(diào)
2.3 風力發(fā)電機
?額定功率：300(W)
?額定電壓：12(V)
?額定電流：33.3
?風輪直徑：1.24(m)
?啟動風速：2.5(m/s)
?額定風速：9.6(m/s)
?安全風速：35(m/s)
?工作形式：永磁同步發(fā)電機
?風葉旋轉(zhuǎn)方向：順時針
?風葉數(shù)量：3（片）
?風葉材料：玻璃增強聚丙烯材料
?電機材料：鋁合金
2.4、測風系統(tǒng)
?測量范圍： 風速：0～60m/s
?精 度： ±0.1m/s ± 3°
?工作電源： DC12V、5V或其他供電。
?記錄間隔：1分鐘～240分鐘連續(xù)可設置
?通訊接口： RS-485通訊
?環(huán)境溫度： -40℃～50℃
?轉(zhuǎn)速傳感器：0～5000 風力發(fā)電機轉(zhuǎn)速檢測顯示（室內(nèi)）
2.5、風力發(fā)電控制系統(tǒng)：
?工作電壓：12VDC
?充電功率Pmax ：600W
?光伏功率Pmax ：150W
?風機功率Pmax ：450W
?充電方式：PWM脈寬調(diào)制
?充電最大電流 35A
?過放保護電壓 11V
?過放恢復電壓 12.6V
?輸出保護電壓 16V
?卸載開始電壓（出廠值）15.5V
?卸載開始電流（出廠值） 15A
?控制器設有蓄電池過充、過放電保護、蓄電池開路保護、負載過電壓保護、夜間防反充電保護、輸出短路保護、電池接反保護、欠壓和過壓防震蕩保護、均衡充電、溫度補償、光控開關功能；
?負載為100W以下的12V直流負載，控制單元一通道為常開輸出，另一通道為多類定時輸出（光控開、光控關，定時開、定時關，）。
?使用32位高速單片機，實現(xiàn)智能控制，自動識別12/24V系統(tǒng)。 采用串聯(lián)式PWM充電控制方式，使充電回路的電壓損失較原二極管充電方式降低一半，充電效率較非PWM高3－6%;過放恢復的提升充電，正常的直充，浮充自動控制方式有利于提高蓄電池壽命。
?多種保護功能，包括蓄電池反接、蓄電池過、欠壓保護、太陽能電池組件短路保護，具有自動恢的輸出過流保護功能，輸出短路保護功能。
?具有豐富的工作模式，如光控，光控＋定時，通用控制等模式。
2.6、離網(wǎng)逆變器
?直流輸入電壓：9.7～16VDC 電壓可選
?額定蔬出功率：300W
?輸出電壓：110/220VAC
?輸出波形：純正弦波
?輸出頻率：50Hz
?工作效率：85%
?功率因數(shù)：>0.88
?波形失真率≤5%
?工作環(huán)境：溫度-20℃～50℃
?相對濕度：﹤90﹪（25℃）
?保護功能：極性反接、短路、過熱、過載保護具有輸出短路、過溫、過載、欠壓保護及保護具有自動恢復功能，采用風機冷卻方式，輸入輸出完全隔離設計，能快速并行啟動電容、電感負載，三色指示燈顯示，輸入電壓,輸出電壓，負載水準和故障情形，負載控制風扇冷卻，過壓/欠壓/短路/過載/超溫保護
2.7、監(jiān)控系統(tǒng)（工業(yè)觸摸屏）
?尺寸(英寸) 7
?液晶屏：TFT液晶顯示，LED背光
?顯示顏色：真彩，65535色
?分辨率：800×480
?液晶屏亮度：200cd/㎡
?觸摸屏：電阻式
?供電電源：24VDC
?額定功率：5W
?CPU主板：ARM CPU，400MHz
?內(nèi)存：64M
?存儲設備：128M FLASH
?組態(tài)軟件：MCGS嵌入式組態(tài)軟件（運行版）
環(huán)境條件
?工作溫度：0℃~45℃
?工作濕度：5%~90%
?儲存溫度：-10℃~60℃
?振動頻率：10-57Hz 57-150Hz
?振動加速度：0.075mm 9.8 m/s2
?振動掃頻速率：Oct/min ≤1
外部接口：
?串口：1×RS232、1×RS485 USB ：1主1從
2.8、儀表顯示單元
?三相交流電壓表：AC0-100V
?三相交流電流表：AC0-5A
?直流電壓表：DC0-100V
?直流電流表：DC0-5A
?交流電壓表：AC0-300V
?交流電流表：AC0-5A
?隔離RS485信號輸出、標準Modbus協(xié)議
2.9、仿真規(guī)劃軟件基于Unity3D軟件，使用C#語言進行開發(fā)，采用My Sql作為后臺數(shù)據(jù)庫，通過FTP協(xié)議與數(shù)據(jù)庫進行通信。軟件使用者通過使用光伏、風力、地熱、生物質(zhì)4種能源設計多能互補方案，完成區(qū)域能源的供能結(jié)構(gòu)改造方案設計，并結(jié)合區(qū)域的氣候數(shù)據(jù)，模擬區(qū)域內(nèi)實時能耗與供能數(shù)據(jù)，從而優(yōu)化出合理的能源結(jié)構(gòu)。
?用戶管理功能：
注冊：支持學生或教師按照學校名稱和手機號碼注冊用戶
登錄：支持學生或教師根據(jù)手機號碼或用戶名登錄系統(tǒng)。
找回密碼：支持學生或教師根據(jù)手機號碼找回密碼
權(quán)限管理：支持主用戶添加或刪除子用戶
用戶信息管理：支持用戶信息查看，包括用戶名、學校、真實姓名、學號、上級用戶等
異地登錄：同一個賬號24小時內(nèi)只能在同一臺電腦上登錄，無法在其他電腦上登錄。
?氣象數(shù)據(jù)庫支持查看全國超過32個城市的模擬地圖氣候數(shù)據(jù)。支持查看2013-2016年的精確到天的模擬地圖氣候數(shù)據(jù)，可自由設置日期進行查看。每個城市的氣候數(shù)據(jù)均可查看：平均氣溫、最高最低氣溫、濕度、降水量、輻照量、氣壓、風速、土地濕度攝氏度等。
?3D地圖功能支持教師通過3D地圖上的模擬能耗布置相應學習任務，同時可以修改多種參數(shù)以最大化的適應不同實際情況，最后可以根據(jù)學生完成情況進行相應的評分。
根據(jù)項目及學習任務需要規(guī)劃設計的區(qū)域面積大小，選擇對應面積以及地形相似度高的區(qū)域，并定期更新可用的區(qū)域3d地圖、加載在3D地圖上的是真實的地形地貌，包含設計成虛擬的地形地貌、3D地圖模型、山川、河流與樹木；
支持修改光伏發(fā)電的相關評分參數(shù)：整機效率、最佳傾角、除組件和逆變器以外的其他成本參數(shù)等。
支持修改風力發(fā)電的相關評分參數(shù)：整機效率、風力波動（自定義風速的每小時波動數(shù)據(jù)以體現(xiàn)出風力發(fā)電機組隨著每小時風速數(shù)據(jù)的變化，發(fā)電量在1天24小時內(nèi)隨機波動的特點；）
支持修改地熱能的相關評分參數(shù)：換熱能力、熱協(xié)調(diào)參數(shù)、成本單價
支持修改生物質(zhì)能的相關評分參數(shù)：生物質(zhì)年供應、整機效率、生物質(zhì)殘余物平均能源折算系數(shù)、生物質(zhì)平均谷草比系數(shù)、生物質(zhì)殘余物能源利用可獲得系數(shù)、建設成本、燃料成本、運維成本等。同時可自動根據(jù)公司計算得出每年最大可建設的電站功率作為評分準則。
（最大生物質(zhì)電站功率=年供應量*1000*平均能源折算系數(shù)*谷草比系數(shù)*殘余物能源利用可獲得系數(shù)/ 3600/365/24）
設計區(qū)域內(nèi)的5種用能建筑模型（底層住宅、交通樞紐、酒店、小高層、寫字樓），通過設置每個建筑模型的最大功率、制冷制熱能耗占比、每小時實際用電系數(shù)、日能耗時長，可以獲得區(qū)域內(nèi)建筑每小時、每天、全年的耗電情況以及制冷制熱能耗需求；
可選擇全國任意地區(qū)（精確城市）、任意氣候時段作為區(qū)域能源模擬的目標區(qū)域，通過對比數(shù)據(jù)庫可以得出當?shù)亟?jīng)緯度、光伏組件全年最高、最低工作溫度，并可以自動計算最大、最小電壓、最大開路電壓、最大直流電流等數(shù)據(jù)，可以自行比較同一模型不同規(guī)劃方案的優(yōu)劣，通過比較傾角偏差、組件逆變器功率比、間距誤差、逆變器數(shù)量、生物質(zhì)電站容量、淺層地熱容量、風力電站布局、外部電力輸入、外部電力波動、建設總成本等，可以對同一模型下的方案進行自動評分
命名：教師可以自行命名模型的名字
刪除：教師可以對模型進行刪除操作
支持學生通過設置3D地圖上的各種能源搭配的方案來解答教師給出的學習任務，并給出相應的數(shù)據(jù)報表
在3d地圖上，根據(jù)模擬的每小時用能數(shù)據(jù)，合理布局"光伏發(fā)電""風力發(fā)電""生物質(zhì)發(fā)電""淺層地熱設施"設置各種產(chǎn)能模塊的產(chǎn)能參數(shù)，滿足區(qū)域用能需求，以完成需求側(cè)區(qū)域能源規(guī)劃方案的設計；
使用光伏、風力、生物質(zhì)、地熱4種新能源并結(jié)合外部電力輸入以進行能源供應模擬并能自動計算產(chǎn)能。
根據(jù)設施地區(qū)經(jīng)緯度與氣候參數(shù)，通過選擇不同型號規(guī)格的逆變器與光伏組件，來完成光伏組件方陣的設計，主要包含參數(shù)有：方陣行數(shù)、方陣列數(shù)、組件安裝方式設計、傾角設計、逆變器數(shù)量、組件間距設計、組串串并聯(lián)的數(shù)量等完成區(qū)域光伏電站設置。
根據(jù)每小時的用電情況，實現(xiàn)戶式/小型分布式光伏電站的模擬設計，并根據(jù)所選光伏組件與逆變器估算該電站的建設成本以及模擬該分布式電站與負載的合并運行情況可設置不同容量大小的風機，模擬風力發(fā)電功率
根據(jù)模擬時段內(nèi)的氣溫數(shù)據(jù)，判斷當日是否存在制冷制熱需求，并根據(jù)當日的冷熱程度模擬制冷制熱能耗情況。
模擬淺層地熱換熱能力與埋管面積的關系；同時學生根據(jù)模擬數(shù)據(jù)需要，設置生物質(zhì)能建設所需面具，以滿足模擬建筑制冷制熱能耗需求；
學習生物質(zhì)發(fā)電過程中，通過生物質(zhì)能電站的一系列參數(shù)，強化學生對于生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化公式學習。（最大生物質(zhì)電站功率=年供應量*1000*平均能源折算系數(shù)*谷草比系數(shù)*殘余物能源利用可獲得系數(shù)/ 3600/365/24）并模擬白天時段，光伏發(fā)電設施每小時發(fā)電數(shù)據(jù)，體現(xiàn)出白天每小時光伏發(fā)電量隨光照強度變化、夜晚光伏沒有發(fā)電的量的特點；
根據(jù)逆變器、光伏組件的價格，風機機組價格，地熱電站價格，生物質(zhì)電站價格對所設計的多能互補方案的建設總成本自動統(tǒng)計在初始化并部署完成后，展示整個區(qū)域能源狀態(tài)，并根據(jù)預設值進行計算和輸出，根據(jù)輸出結(jié)果形成各類報表。包括總數(shù)據(jù)和日數(shù)據(jù)；
能源數(shù)據(jù)報表中，通過模擬時間過程，以及設計好的方案，可以顯示各種能源的產(chǎn)能情況，包括：總產(chǎn)能、光伏發(fā)電量、風力發(fā)電量、淺層地熱能量、生物質(zhì)能發(fā)電量以及外部電力輸入等。
根據(jù)用能模塊預設的用能參數(shù)，模擬計算出用能情況實時曲線與各類產(chǎn)能設施的產(chǎn)能占比，并同步圖表顯示，包括總能耗、一般能耗、制冷制熱能耗等，有助于學生進行相應能源的設計配比。
命名：學生可自行對設計方案進行命名或重命名
刪除：教師或?qū)W生可刪除方案
2.10、蓄電池組：鉛酸電池12V/12AH
2.11、負載單元
（1）DC12V直流負載五組。（感性負載3組，阻性負載2組）
1）感性負載有：12V直流風扇、12V直流電機、12V蜂鳴器
2）阻性負載有：12V交通燈、3W 高亮度LED燈
（2）AC220V交流負載四組。（感性負載1組，阻性負載2組）
1）感性負載有：220V直流風扇
2）阻性負載：220V交通燈.220V 3W高亮度LED燈
（3）可調(diào)穩(wěn)壓電源（0-12V，0-2A）。
（4）可調(diào)電阻箱技術參數(shù)如下：
1）阻值范圍：0-2000歐連續(xù)可調(diào),功率100W
2）誤差范圍：±1%
三、可完成實驗項目
3.1）小型風力發(fā)電機結(jié)構(gòu)與原理
3.2）小型風力發(fā)電機輸出特性
3.3）風力發(fā)電系統(tǒng)的組成
3.4）蓄電池的充放電特性
3.5）風機控制器的原理與功能
3.6）離網(wǎng)逆變器的原理與功能
四、主要設備清單
序號 | 名 稱 | 型 號 | 數(shù) 量 | 單 位 |
1 | 太陽能光伏發(fā)電綜合實訓系統(tǒng)（控制臺） | SB-WS02 | 1 | 臺 |
2 | 太陽能電池板 | SB-10wp | 4 | 塊 |
3 | 雙軸跟蹤機構(gòu)、光傳感器、模擬光源 | SB-WS02 | 1 | 套 |
4 | 光伏控制器帶通訊功能 | SB-STK20 | 1 | 臺 |
5 | 光伏逆變器（DC-AC轉(zhuǎn)換器）帶市電切換 | SB-DA300 | 1 | 臺 |
6 | 室內(nèi)溫、濕度表，帶時間顯示 | HTC-1 | 1 | 只 |
7 | 電子電能計量模塊 | PEM-002 | 2 | 只 |
8 | 數(shù)顯儀表 |
| 4 | 只 |
9 | 交流漏電保護開關 | DZ16 | 1 | 只 |
10 | 蓄電池及電量顯示模塊 |
| 1 | 套 |
11 | 工控一體機 | 10寸 | 1 | 臺 |
12 | 上位軟件 |
| 1 | 套 |
13 | 使用手冊 | SB-WS02 | 1 | 本 |
