SB-WS02風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
一、系統(tǒng)概述
風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為小型水平軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，電氣測試點(diǎn)均采用安全的實(shí)驗(yàn)插孔與實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線連接。 模擬風(fēng)源采用變頻器實(shí)時(shí)控制大功率調(diào)速電動機(jī)，通過軸流風(fēng)洞模擬自然風(fēng)； 風(fēng)力發(fā)電機(jī)在模擬風(fēng)源的吹動下向外輸送電能；多路儀表可實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)發(fā)用電信息，集成通訊接口，可將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳遞給上位機(jī)，進(jìn)行遠(yuǎn)程綜合監(jiān)測，并可進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)表存儲、查詢；平臺內(nèi)集成了風(fēng)機(jī)控制器、蓄電池、離網(wǎng)逆變器以及交直流負(fù)載，可以組成離網(wǎng)型風(fēng)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(fēng)源采用軸流通風(fēng)機(jī)，額定電壓220V、額定頻率50HZ、額定功率0.75KW、額定轉(zhuǎn)速960rpm；風(fēng)速可調(diào)（0-10m/s）、風(fēng)速控制精度：0.1m/s、風(fēng)向控制精度：0.1°
?風(fēng)量：12069 mз/h
?風(fēng)壓：188Pa
?轉(zhuǎn)速：960 r/min
?功率：0.75kW
?可調(diào)風(fēng)速：0～10級連續(xù)可調(diào)
2.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)
?額定功率：300(W)
?額定電壓：12(V)
?額定電流：33.3
?風(fēng)輪直徑：1.24(m)
?啟動風(fēng)速：2.5(m/s)
?額定風(fēng)速：9.6(m/s)
?安全風(fēng)速：35(m/s)
?工作形式：永磁同步發(fā)電機(jī)
?風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)方向：順時(shí)針
?風(fēng)葉數(shù)量：3（片）
?風(fēng)葉材料：玻璃增強(qiáng)聚丙烯材料
?電機(jī)材料：鋁合金
2.4、測風(fēng)系統(tǒng)
?測量范圍： 風(fēng)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(shè)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(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測顯示（室內(nèi)）
2.5、風(fēng)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(fēng)機(jī)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(hù)電壓 11V
?過放恢復(fù)電壓 12.6V
?輸出保護(hù)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(shè)有蓄電池過充、過放電保護(hù)、蓄電池開路保護(hù)、負(fù)載過電壓保護(hù)、夜間防反充電保護(hù)、輸出短路保護(hù)、電池接反保護(hù)、欠壓和過壓防震蕩保護(hù)、均衡充電、溫度補(bǔ)償、光控開關(guān)功能；
?負(fù)載為100W以下的12V直流負(fù)載，控制單元一通道為常開輸出，另一通道為多類定時(shí)輸出（光控開、光控關(guān)，定時(shí)開、定時(shí)關(guān)，）。
?使用32位高速單片機(jī)，實(shí)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(fù)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(hù)功能，包括蓄電池反接、蓄電池過、欠壓保護(hù)、太陽能電池組件短路保護(hù)，具有自動恢的輸出過流保護(hù)功能，輸出短路保護(hù)功能。
?具有豐富的工作模式，如光控，光控＋定時(shí)，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(hù)功能：極性反接、短路、過熱、過載保護(hù)具有輸出短路、過溫、過載、欠壓保護(hù)及保護(hù)具有自動恢復(fù)功能，采用風(fēng)機(jī)冷卻方式，輸入輸出完全隔離設(shè)計(jì)，能快速并行啟動電容、電感負(fù)載，三色指示燈顯示，輸入電壓,輸出電壓，負(fù)載水準(zhǔn)和故障情形，負(fù)載控制風(fēng)扇冷卻，過壓/欠壓/短路/過載/超溫保護(hù)
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(shè)備：128M FLASH
?組態(tài)軟件：MCGS嵌入式組態(tài)軟件（運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議
2.9、仿真規(guī)劃軟件基于Unity3D軟件，使用C#語言進(jìn)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(jìn)行通信。軟件使用者通過使用光伏、風(fēng)力、地?zé)帷⑸镔|(zhì)4種能源設(shè)計(jì)多能互補(bǔ)方案，完成區(qū)域能源的供能結(jié)構(gòu)改造方案設(shè)計(jì)，并結(jié)合區(qū)域的氣候數(shù)據(jù)，模擬區(qū)域內(nèi)實(shí)時(shí)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(xué)生或教師按照學(xué)校名稱和手機(jī)號碼注冊用戶
登錄：支持學(xué)生或教師根據(jù)手機(jī)號碼或用戶名登錄系統(tǒng)。
找回密碼：支持學(xué)生或教師根據(jù)手機(jī)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(xué)校、真實(shí)姓名、學(xué)號、上級用戶等
異地登錄：同一個(gè)賬號24小時(shí)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(gè)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(shè)置日期進(jìn)行查看。每個(gè)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(fēng)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(yīng)學(xué)習(xí)任務(wù)，同時(shí)可以修改多種參數(shù)以最大化的適應(yīng)不同實(shí)際情況，最后可以根據(jù)學(xué)生完成情況進(jìn)行相應(yīng)的評分。
根據(jù)項(xiàng)目及學(xué)習(xí)任務(wù)需要規(guī)劃設(shè)計(jì)的區(qū)域面積大小，選擇對應(yīng)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(shí)的地形地貌，包含設(shè)計(jì)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(guān)評分參數(shù)：整機(jī)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(fēng)力發(fā)電的相關(guān)評分參數(shù)：整機(jī)效率、風(fēng)力波動（自定義風(fēng)速的每小時(shí)波動數(shù)據(jù)以體現(xiàn)出風(fēng)力發(fā)電機(jī)組隨著每小時(shí)風(fēng)速數(shù)據(jù)的變化，發(fā)電量在1天24小時(shí)內(nèi)隨機(jī)波動的特點(diǎn)；）
支持修改地?zé)崮艿南嚓P(guān)評分參數(shù)：換熱能力、熱協(xié)調(diào)參數(shù)、成本單價(jià)
支持修改生物質(zhì)能的相關(guān)評分參數(shù)：生物質(zhì)年供應(yīng)、整機(jī)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(shè)成本、燃料成本、運(yùn)維成本等。同時(shí)可自動根據(jù)公司計(jì)算得出每年最大可建設(shè)的電站功率作為評分準(zhǔn)則。
（最大生物質(zhì)電站功率=年供應(yīng)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(shè)計(jì)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(shè)置每個(gè)建筑模型的最大功率、制冷制熱能耗占比、每小時(shí)實(shí)際用電系數(shù)、日能耗時(shí)長，可以獲得區(qū)域內(nèi)建筑每小時(shí)、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(shí)段作為區(qū)域能源模擬的目標(biāo)區(qū)域，通過對比數(shù)據(jù)庫可以得出當(dāng)?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(jì)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?zé)崛萘?、風(fēng)力電站布局、外部電力輸入、外部電力波動、建設(shè)總成本等，可以對同一模型下的方案進(jìn)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(jìn)行刪除操作
支持學(xué)生通過設(shè)置3D地圖上的各種能源搭配的方案來解答教師給出的學(xué)習(xí)任務(wù)，并給出相應(yīng)的數(shù)據(jù)報(bào)表
在3d地圖上，根據(jù)模擬的每小時(shí)用能數(shù)據(jù)，合理布局"光伏發(fā)電""風(fēng)力發(fā)電""生物質(zhì)發(fā)電""淺層地?zé)嵩O(shè)施"設(shè)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(shè)計(jì)；
使用光伏、風(fēng)力、生物質(zhì)、地?zé)?種新能源并結(jié)合外部電力輸入以進(jìn)行能源供應(yīng)模擬并能自動計(jì)算產(chǎn)能。
根據(jù)設(shè)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(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)、傾角設(shè)計(jì)、逆變器數(shù)量、組件間距設(shè)計(jì)、組串串并聯(lián)的數(shù)量等完成區(qū)域光伏電站設(shè)置。
根據(jù)每小時(shí)的用電情況，實(shí)現(xiàn)戶式/小型分布式光伏電站的模擬設(shè)計(jì)，并根據(jù)所選光伏組件與逆變器估算該電站的建設(shè)成本以及模擬該分布式電站與負(fù)載的合并運(yùn)行情況可設(shè)置不同容量大小的風(fēng)機(jī)，模擬風(fēng)力發(fā)電功率
根據(jù)模擬時(shí)段內(nèi)的氣溫?cái)?shù)據(jù)，判斷當(dāng)日是否存在制冷制熱需求，并根據(jù)當(dāng)日的冷熱程度模擬制冷制熱能耗情況。
模擬淺層地?zé)釗Q熱能力與埋管面積的關(guān)系；同時(shí)學(xué)生根據(jù)模擬數(shù)據(jù)需要，設(shè)置生物質(zhì)能建設(shè)所需面具，以滿足模擬建筑制冷制熱能耗需求；
學(xué)習(xí)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(qiáng)化學(xué)生對于生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化公式學(xué)習(xí)。（最大生物質(zhì)電站功率=年供應(yīng)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(shí)段，光伏發(fā)電設(shè)施每小時(shí)發(fā)電數(shù)據(jù)，體現(xiàn)出白天每小時(shí)光伏發(fā)電量隨光照強(qiáng)度變化、夜晚光伏沒有發(fā)電的量的特點(diǎn)；
根據(jù)逆變器、光伏組件的價(jià)格，風(fēng)機(jī)機(jī)組價(jià)格，地?zé)犭娬緝r(jià)格，生物質(zhì)電站價(jià)格對所設(shè)計(jì)的多能互補(bǔ)方案的建設(shè)總成本自動統(tǒng)計(jì)在初始化并部署完成后，展示整個(gè)區(qū)域能源狀態(tài)，并根據(jù)預(yù)設(shè)值進(jìn)行計(jì)算和輸出，根據(jù)輸出結(jié)果形成各類報(bào)表。包括總數(shù)據(jù)和日數(shù)據(jù)；
能源數(shù)據(jù)報(bào)表中，通過模擬時(shí)間過程，以及設(shè)計(jì)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(fēng)力發(fā)電量、淺層地?zé)崮芰?、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(yù)設(shè)的用能參數(shù)，模擬計(jì)算出用能情況實(shí)時(shí)曲線與各類產(chǎn)能設(shè)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(xué)生進(jìn)行相應(yīng)能源的設(shè)計(jì)配比。
命名：學(xué)生可自行對設(shè)計(jì)方案進(jìn)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(fù)載單元
（1）DC12V直流負(fù)載五組。（感性負(fù)載3組，阻性負(fù)載2組）
1）感性負(fù)載有：12V直流風(fēng)扇、12V直流電機(jī)、12V蜂鳴器
2）阻性負(fù)載有：12V交通燈、3W 高亮度LED燈
（2）AC220V交流負(fù)載四組。（感性負(fù)載1組，阻性負(fù)載2組）
1）感性負(fù)載有：220V直流風(fēng)扇
2）阻性負(fù)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(shù)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(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
3.1）小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理
3.2）小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出特性
3.3）風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的組成
3.4）蓄電池的充放電特性
3.5）風(fēng)機(jī)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(shè)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(shí)訓(xùn)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(jī)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(shí)間顯示 | HTC-1 | 1 | 只 |
7 | 電子電能計(jì)量模塊 | PEM-002 | 2 | 只 |
8 | 數(shù)顯儀表 |
| 4 | 只 |
9 | 交流漏電保護(hù)開關(guān) | DZ16 | 1 | 只 |
10 | 蓄電池及電量顯示模塊 |
| 1 | 套 |
11 | 工控一體機(jī) | 10寸 | 1 | 臺 |
12 | 上位軟件 |
| 1 | 套 |
13 | 使用手冊 | SB-WS02 | 1 | 本 |
