SB-WIN-400小型風力發電實訓裝置
一、系統概述
小型風力發電實訓裝置由風力發電機、風力發電控制器、電力蓄能單元、逆變模塊、開關控制單元、負載單元、顯示單元共七大單元系統組成，系統能進行風力發電相關全過程實驗，是職高、大學、研究生以風力發電為主課題的研究和培訓、教學的理想產品。
教學特點
?系統實驗平臺集成了室內溫/濕度儀，風速測量系統，讓使用者操作起來更直觀。
?系統采用數字化DSP技術，對蓄電池充放電進行全智能化的管理。
?系統面板上采用直觀的數字儀表和液晶顯示，讓用戶即時了解系統工作狀態。
?系統上的離網電源可以為用戶提供交流110V/220V純正弦波交流電能。
?風力發電教學實驗系統，可以讓實訓學生自行拆裝移動，使用簡便、節能環保、無污染。
?增加分布式發電原理與實驗模塊，讓學生增加對新知識的理解
二、系統運行技術條件
1.風力系統
?風輪直徑：1.24(m)
?啟動風速：2.5(m/s)
?額定風速：12(m/s)
?安全風速：35(m/s)
?工作形式：上風式永磁同步發電機
?風葉旋轉方向：順時針
?風葉數量：3（片）
?風葉材料：玻璃增強聚丙烯材料
?電機材料：鋁合金&不銹鋼
模擬風洞：
?風量：34073 m3/h，1275Pa-2138Pa
?電壓：三相四線 380VAC
?功率：2.2kW
?調速單元：2.2KW 矢量變頻器，輸出頻率：0-100Hz
2.充電系統
?額定功率：400(W)
?額定電壓：12/24(V)
?額定電流：33.3/16.7（A）
3.電力蓄能系統（機內）
?儲能形式：閥控式密封鉛酸蓄電池
?額定電壓：12V
?額定容量：55Ah
?充電方法（恒壓），循環︰最大充電電流為5.6A
4.離網逆變模塊系統
?直流輸入電壓：10.5～16.8 VDC
?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：>0.88
?波形失真率≤5%
?工作環境：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
5.控制模塊系統
?工作電壓：12VDC
?充電功率：500W
?光伏功率：100W
?風機功率：400W
?充電方式：PWM脈寬調制
?充電最大電流 16.5A
?過放保護電壓 10.5V
?過放恢復電壓 12.6V
?輸出保護電壓 16.2V
?卸載開始電壓（出廠值）15V
?卸載開始電流（出廠值） 12A
?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、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、溫度補償等功能；
6.負載模塊裝置系統
?風扇：×1個，額定電壓：12/24V，工作電流：1.25A，功率：15W
?交通燈：1組(R,G,B)，額定電壓：12/24V，工作電流：0.8A，功率：9.6W
?馬達：×1個，額定電壓：12/24V，工作電流：0.35A，功率：5W 轉速：20rmp/min
?交流LED燈×1個，交流節能燈×1個
?直流模擬負載：12V/24V/28WLED路燈板，帶PWM調光功能，輸出功率可設置
7、測風系統
?測量范圍 風速：0～60m/s
?精 度 ±0.1m/s
?工作電源：AC 220V±20% 50HZ， DC12V、5V或其他供電。
?記錄間隔：1分鐘～240分鐘連續可設置
?內部存儲：4M bit
?環境溫度：-40℃～50℃
?轉速傳感器：0～5000 風力發電機轉速檢測顯示（室內）
?過風速報警中斷輸出功能，可以設備閉環形式連接，增加實驗安全性。
8.顯示裝置系統
?直流電流表：× 1個，20A， 顯示模式︰0.5"LED
?直流電壓表：× 1個，50V， 顯示模式︰0.5"LED
?交流電壓表：× 1個，500V，顯示模式︰0.5"LED
?交流電流表：× 1個，5A， 顯示模式︰0.5"LED
?交流電壓表：× 1個，50V， 顯示模式︰0.5"LED
?交流電流表：× 1個，50A， 顯示模式︰0.5"LED
?時間、溫/濕度表：× 1個，-20～99.9℃ 顯示時間，室內溫、濕度
?風機轉速表：× 1個，5A， 顯示模式︰0.5"LED
9.電氣開關操作臺:交流漏電開關、緊急停止開關、儀表開關、風機輸入開關、直流輸入開關
儀表顯示、控制按鈕（開關）、智能型風光互補控制器、風速儀、鼓風機調速。
10.仿真規劃軟件:基于Unity3D軟件，使用C#語言進行開發，采用My Sql作為后臺數據庫，通過FTP協議與數據庫進行通信。軟件使用者通過使用光伏、風力、地熱、生物質4種能源設計多能互補方案，完成區域能源的供能結構改造方案設計，并結合區域的氣候數據，模擬區域內實時能耗與供能數據，從而優化出合理的能源結構。
?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手機號碼或用戶名登錄系統。
找回密碼：支持學生或教師根據手機號碼找回密碼
權限管理：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小時內只能在同一臺電腦上登錄，無法在其他電腦上登錄。
?氣象數據庫支持查看全國超過32個城市的模擬地圖氣候數據。支持查看2013-2016年的精確到天的模擬地圖氣候數據，可自由設置日期進行查看。每個城市的氣候數據均可查看：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以最大化的適應不同實際情況，最后可以根據學生完成情況進行相應的評分。
根據項目及學習任務需要規劃設計的區域面積大小，選擇對應面積以及地形相似度高的區域，并定期更新可用的區域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；
支持修改風力發電的相關評分參數：整機效率、風力波動（自定義風速的每小時波動數據以體現出風力發電機組隨著每小時風速數據的變化，發電量在1天24小時內隨機波動的特點；）
支持修改地熱能的相關評分參數：換熱能力、熱協調參數、成本單價
支持修改生物質能的相關評分參數：生物質年供應、整機效率、生物質殘余物平均能源折算系數、生物質平均谷草比系數、生物質殘余物能源利用可獲得系數、建設成本、燃料成本、運維成本等。同時可自動根據公司計算得出每年最大可建設的電站功率作為評分準則。
（最大生物質電站功率=年供應量*1000*平均能源折算系數*谷草比系數*殘余物能源利用可獲得系數/ 3600/365/24）
設計區域內的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、日能耗時長，可以獲得區域內建筑每小時、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（精確城市）、任意氣候時段作為區域能源模擬的目標區域，通過對比數據庫可以得出當地經緯度、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、最大直流電流等數據，可以自行比較同一模型不同規劃方案的優劣，通過比較傾角偏差、組件逆變器功率比、間距誤差、逆變器數量、生物質電站容量、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，并給出相應的數據報表
在3d地圖上，根據模擬的每小時用能數據，合理布局"光伏發電""風力發電""生物質發電""淺層地熱設施"設置各種產能模塊的產能參數，滿足區域用能需求，以完成需求側區域能源規劃方案的設計；
使用光伏、風力、生物質、地熱4種新能源并結合外部電力輸入以進行能源供應模擬并能自動計算產能。
根據設施地區經緯度與氣候參數，通過選擇不同型號規格的逆變器與光伏組件，來完成光伏組件方陣的設計，主要包含參數有：方陣行數、方陣列數、組件安裝方式設計、傾角設計、逆變器數量、組件間距設計、組串串并聯的數量等完成區域光伏電站設置。
根據每小時的用電情況，實現戶式/小型分布式光伏電站的模擬設計，并根據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，模擬風力發電功率
根據模擬時段內的氣溫數據，判斷當日是否存在制冷制熱需求，并根據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；同時學生根據模擬數據需要，設置生物質能建設所需面具，以滿足模擬建筑制冷制熱能耗需求；
學習生物質發電過程中，通過生物質能電站的一系列參數，強化學生對于生物質能轉化公式學習。（最大生物質電站功率=年供應量*1000*平均能源折算系數*谷草比系數*殘余物能源利用可獲得系數/ 3600/365/24）并模擬白天時段，光伏發電設施每小時發電數據，體現出白天每小時光伏發電量隨光照強度變化、夜晚光伏沒有發電的量的特點；
根據逆變器、光伏組件的價格，風機機組價格，地熱電站價格，生物質電站價格對所設計的多能互補方案的建設總成本自動統計在初始化并部署完成后，展示整個區域能源狀態，并根據預設值進行計算和輸出，根據輸出結果形成各類報表。包括總數據和日數據；
能源數據報表中，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能情況，包括：總產能、光伏發電量、風力發電量、淺層地熱能量、生物質能發電量以及外部電力輸入等。
根據用能模塊預設的用能參數，模擬計算出用能情況實時曲線與各類產能設施的產能占比，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：教師或學生可刪除方案
11、監控軟件
? PC監控模塊：監控主機、監控軟件。
?顯示內容：蓄電池電壓、風機電壓、光伏電壓、風機電流、光伏電流、風機功率、光伏功率，能量模擬圖，當前風速（米/秒），當前風向（度），當前風力資源平估。
系統工作主界面 系統工作數據主界面（可切換不同曲線界面）
三、教學項目及實驗內容
實驗1.風力發電基礎理論原理性實驗
實驗2.風力發電系統設計實驗
實驗3.風力發電基礎理論與應用技術仿真實驗
實驗4.風力發電相關測量技術實驗
實驗5.風力發電控制技術實驗
實驗6.風力發電電力電子實驗
實驗7.過放保護、過放恢復、過充保護、過充恢復均充保護、均充恢復、浮充保護、浮充恢復
實驗8.過風速報警、欠風速報警、液晶顯示風速
實驗9.風力發電系統的直接負載實驗
實驗10.風力發電系統的風速變化影響實驗
實驗11.限速機械保護系統原理實驗
實驗12.限速電控保護系統原理實驗
實驗13.風機過功率保護實驗
實驗14.風機超速保護實驗
實驗15.不同轉速下風力發電曲線實驗
實驗16.風況檢測實驗
實驗17.獨立風機系統實驗
實驗18. 綜合實驗。
四、主要設備清單
序號 | 名 稱 | 數 量 | 單 位 |
1 | 風力發電系統操作臺 | 1 | 臺 |
2 | 400W風力發電機 | 1 | 臺 |
3 | 塔架、拉索 | 1 | 套 |
4 | 轉速儀表（含支架） | 1 | 臺 |
5 | 風力發電控制器 | 1 | 臺 |
6 | 蓄電池組55Ah | 1 | 組 |
7 | 實驗附件 | 1 | 套 |
8 | 軟件 | 1 | 套 |
