SB-SWP01型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)裝置
一、概述
風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)"風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)""制氫儲(chǔ)氫發(fā)電系統(tǒng)""智能微電網(wǎng)控制系統(tǒng)""智能充電站監(jiān)控系統(tǒng)"等，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制監(jiān)測(cè)、光伏發(fā)電系統(tǒng)控制監(jiān)測(cè)、制氫儲(chǔ)氫發(fā)電系統(tǒng)控制監(jiān)測(cè)、智能充電站控制監(jiān)測(cè)等諸多項(xiàng)目。
風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)，課加深學(xué)生對(duì)專業(yè)課程的理解，提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力，為培養(yǎng)合格的電氣工程、智能電網(wǎng)信息工程、能源動(dòng)力工程類畢業(yè)生打下基礎(chǔ)，為培養(yǎng)應(yīng)用型人才提供堅(jiān)實(shí)保障。
風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)裝置主要由光伏供電裝置、風(fēng)力供電系統(tǒng)、逆變與負(fù)載系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)組成。系統(tǒng)采用模塊式結(jié)構(gòu)，各裝置和系統(tǒng)具有獨(dú)立的功能，可以組合成光伏發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。
可開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括光伏電池方陣的安裝、光伏供電裝置的組裝、光線傳感器的安裝與調(diào)試、光伏電池組件光源跟蹤控制程序設(shè)計(jì)、光伏電池的輸出特性、蓄電池的充電特性和放電保護(hù)、水平軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的組裝、模擬風(fēng)場(chǎng)裝置的組裝、風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出特性的測(cè)試、逆變器的測(cè)試、逆變器的負(fù)載安裝與調(diào)試等，也可供科研及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)支持服務(wù)。
圖1 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)（圖片僅供參考）
二、設(shè)備組成
風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)主要由光伏供電裝置、光伏供電系統(tǒng)、風(fēng)力供電裝置、風(fēng)力供電系統(tǒng)、逆變與負(fù)載系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)組成，如圖1所示。SB-SWP01型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)采用模塊式結(jié)構(gòu)，各裝置和系統(tǒng)具有獨(dú)立的功能，可做為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、或組合成風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)運(yùn)行。
（1）設(shè)備尺寸：光伏供電裝置1610×1010×1550mm
風(fēng)力供電裝置1578×1950×1540mm
實(shí) 訓(xùn) 柜 3200×650×2000mm
（2）場(chǎng)地面積：25平方米
三、各單元介紹
3.1 光伏供電裝置
3.1.1光伏供電裝置的組成
光伏供電裝置主要由光伏電池組件、投射燈、光線傳感器、光線傳感器控制盒、水平方向和俯仰方向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、擺桿、擺桿減速箱、擺桿支架、單相交流電動(dòng)機(jī)、電容器、直流電動(dòng)機(jī)、接近開(kāi)關(guān)、微動(dòng)開(kāi)關(guān)、底座支架等設(shè)備與器件組成，如圖2所示。
圖2 光伏供電裝置
4塊光伏電池組件并聯(lián)組成光伏電池方陣，光線傳感器安裝在光伏電池方陣中央。2盞300W的投射燈安裝在擺桿支架上，擺桿底端與減速箱輸出端連接，減速箱輸入端連接單相交流電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)減速箱驅(qū)動(dòng)擺桿作圓周擺動(dòng)。擺桿底端與底座支架連接部分安裝了接近開(kāi)關(guān)和微動(dòng)開(kāi)關(guān)，用于擺桿位置的限位和保護(hù)。水平和俯仰方向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由水平運(yùn)動(dòng)減速箱、俯仰運(yùn)動(dòng)減速箱、直流電動(dòng)機(jī)、接近開(kāi)關(guān)和微動(dòng)開(kāi)關(guān)組成。直流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，水平運(yùn)動(dòng)減速箱驅(qū)動(dòng)光伏電池方陣作向東方向或向西方向的水平移動(dòng)、俯仰運(yùn)動(dòng)減速箱驅(qū)動(dòng)光伏電池方陣作向北方向或向南方向的俯仰移動(dòng)，接近開(kāi)關(guān)和微動(dòng)開(kāi)關(guān)用于光伏電池方陣位置的限位和保護(hù)。
3.1.2 光伏電池組件
光伏電池組件的主要參數(shù)為：
2額定功率 20W
2額定電壓 17.2V
2額定電流 1.17A
2開(kāi)路電壓 21.4V
2短路電流 1.27A
2尺寸 430mm×430mm×28mm
3.2 光伏供電系統(tǒng)
光伏供電系統(tǒng)主要由光伏電源控制單元、光伏輸出顯示單元、觸摸屏、光伏供電控制單元、DSP控制單元、接口單元、西門子SMART S7-200、繼電器組、接線排、蓄電池組、可調(diào)電阻、斷路器、12V開(kāi)關(guān)電源、網(wǎng)孔架等組成。
3.2.1 控制方式
光伏供電控制單元的追日功能有手動(dòng)控制盒自動(dòng)控制兩個(gè)狀態(tài)，可以進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)運(yùn)行光伏電池組件雙軸跟蹤、燈狀態(tài)、燈運(yùn)動(dòng)操作。
3.2.2 DSP控制單元和接口單元
蓄電池的充電過(guò)程及充電保護(hù)由DSP控制單元、接口單元及程序完成，蓄電池的放電保護(hù)由DSP控制單元、接口單元及繼電器完成，當(dāng)蓄電池放電電壓低于規(guī)定值，DSP控制單元輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)繼電器工作，繼電器常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，切斷蓄電池的放電回路。
3.2.3 蓄電池組
蓄電池組選用2節(jié)閥控密封式鉛酸蓄電池，主要參數(shù)：
容量：12V 18Ah/20HR
重量：1.9kg
尺寸：345mm×195mm×20mm
3.3 風(fēng)力供電裝置
風(fēng)力供電裝置主要由葉片、輪轂、發(fā)電機(jī)、機(jī)艙、尾舵、側(cè)風(fēng)偏航控制機(jī)構(gòu)、直流電動(dòng)機(jī)、塔架和基礎(chǔ)、測(cè)速儀、測(cè)速儀支架、軸流風(fēng)機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)支架、軸流風(fēng)機(jī)框罩、單相交流電動(dòng)機(jī)、電容器、風(fēng)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)箱、護(hù)欄、連桿、滾輪、萬(wàn)向輪、微動(dòng)開(kāi)關(guān)和接近開(kāi)關(guān)等設(shè)備與器件組成，如圖3所示。
圖3 風(fēng)力供電裝置
葉片、輪轂、發(fā)電機(jī)、機(jī)艙、尾舵和側(cè)風(fēng)偏航控制機(jī)構(gòu)組裝成水平軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，安裝在塔架上。風(fēng)場(chǎng)由軸流風(fēng)機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)支架、軸流風(fēng)機(jī)框罩、測(cè)速儀、測(cè)速儀支架、風(fēng)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)箱體、傳動(dòng)齒輪鏈機(jī)構(gòu)、單相交流電動(dòng)機(jī)、滾輪和萬(wàn)向輪等組成。軸流風(fēng)機(jī)和軸流風(fēng)機(jī)框罩安裝在風(fēng)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)箱體上部，傳動(dòng)齒輪鏈機(jī)構(gòu)、單相交流電動(dòng)機(jī)、滾輪和萬(wàn)向輪組成風(fēng)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。當(dāng)風(fēng)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的單相交流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，傳動(dòng)齒輪鏈機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)箱體圍繞風(fēng)力發(fā)電機(jī)的塔架作圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)軸流風(fēng)機(jī)輸送可變風(fēng)量風(fēng)時(shí)，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)周圍形成風(fēng)向和風(fēng)速可變的風(fēng)場(chǎng)。
在可變風(fēng)場(chǎng)中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用尾舵實(shí)現(xiàn)被動(dòng)偏航迎風(fēng)，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出最大電能。測(cè)速儀檢測(cè)風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)量，當(dāng)風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)量超過(guò)安全值時(shí)，側(cè)風(fēng)偏航控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使尾舵?zhèn)蕊L(fēng)45?，風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片轉(zhuǎn)速變慢。當(dāng)風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)量過(guò)大時(shí)，尾舵?zhèn)蕊L(fēng)90?，風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)。
3.4 風(fēng)力供電系統(tǒng)
風(fēng)力供電系統(tǒng)主要由風(fēng)電電源控制單元、風(fēng)電輸出顯示單元、觸摸屏、風(fēng)力供電控制單元、DSP控制單元、接口單元、西門子SMART S7-200、繼電器組、接線排、可調(diào)電阻、斷路器、網(wǎng)孔架等組成。
3.4.1 控制方式
風(fēng)力供電控制單元的偏航功能有手動(dòng)和自動(dòng)兩個(gè)狀態(tài)，可以進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)可變風(fēng)向操作。
可變風(fēng)量是由變頻器控制軸流風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)。手動(dòng)操作變頻器操作面板上的有關(guān)按鍵，使變頻器的輸出頻率在0-50Hz之間變化，軸流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在0至額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變化，實(shí)現(xiàn)可變風(fēng)量輸出。
3.4.2 DSP控制單元和側(cè)風(fēng)偏航
風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪葉片在氣流作用下產(chǎn)生力矩驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)輪轂將扭矩輸入到傳動(dòng)系統(tǒng)。當(dāng)風(fēng)速增加超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速過(guò)快，發(fā)電機(jī)可能因超負(fù)荷而燒毀。
對(duì)于定槳距風(fēng)輪，當(dāng)風(fēng)速增加超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)，如果氣流與葉片分離，風(fēng)輪葉片將處于"失速"狀態(tài)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)不會(huì)因超負(fù)荷而燒毀。
對(duì)于變槳距風(fēng)輪，當(dāng)風(fēng)速增加時(shí)，可根據(jù)風(fēng)速的變化調(diào)整氣流對(duì)葉片的攻角。當(dāng)風(fēng)速超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)，輸出功率可穩(wěn)定地保持在額定功率上。特別是在大風(fēng)的情況下，風(fēng)力機(jī)處于順槳狀態(tài)，使槳葉和整機(jī)的受力狀況大為改善。
小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)多數(shù)是定槳距風(fēng)輪，在大風(fēng)的情況下，采用側(cè)風(fēng)偏航控制使氣流與葉片分離，使風(fēng)輪葉片處于"失速"狀態(tài)，安全地保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)。另外，還可以通過(guò)側(cè)風(fēng)偏航控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)保持恒定功率輸出。
3.5逆變與負(fù)載系統(tǒng)
逆變與負(fù)載系統(tǒng)主要由逆變電源控制單元、逆變輸出顯示單元、逆變器、逆變器參數(shù)檢測(cè)模塊、變頻器、三相交流電機(jī)、發(fā)光管舞臺(tái)燈光模塊、警示燈、接線排、斷路器、網(wǎng)孔架等組成。
3.5.1 逆變電源控制單元
逆變電源控制單元主要由斷路器、+24V開(kāi)關(guān)電源、AC220V電源插座、指示燈、接線端子DT14和DT15等組成。
3.5.2 逆變輸出顯示單元
逆變輸出顯示單元主要由交流電流表、交流電壓表、接線端子DT16和DT17等組成。
3.5.3 逆變與負(fù)載系統(tǒng)主電路
逆變與負(fù)載系統(tǒng)主要由逆變器、交流調(diào)速系統(tǒng)、逆變器測(cè)試模塊、發(fā)光管舞臺(tái)燈光模塊和警示燈組成。
逆變器的輸入由光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)或蓄電池提供，逆變器輸出單相220V、50Hz的交流電源。交流調(diào)速系統(tǒng)由變頻器和三相交流電動(dòng)機(jī)組成，逆變器的輸出AC220V電源是變頻器的輸入電源，變頻器將單相AC220V變換為三相AC220V供三相交流電動(dòng)機(jī)使用。逆變電源控制單元的AC220V電源由逆變器提供，逆變電源控制單元輸出的DC24V供發(fā)光管舞臺(tái)燈光模塊使用。逆變器測(cè)試模塊用于檢測(cè)逆變器的死區(qū)、基波、SPWM波形。
3.5.4 逆變器
逆變器是將低壓直流電源變換成高壓交流電源的裝置，逆變器的種類很多,各自的具體工作原理、工作過(guò)程不盡相同。本實(shí)訓(xùn)裝置使用的逆變器由DC-DC升壓PWM控制芯片單元、驅(qū)動(dòng)+升壓功率MOS管單元、升壓變壓器、SPWM芯片單元、高壓驅(qū)動(dòng)芯片單元、全橋逆變功率MOS管單元、LC濾波器組成。
3.6 監(jiān)控系統(tǒng)
監(jiān)控系統(tǒng)主要由一體機(jī)、鍵盤、鼠標(biāo)、接線排、電源插座、通信線、微軟操作系統(tǒng)軟件、力控組態(tài)軟件組成。
3.6.1 監(jiān)控系統(tǒng)功能
（1）通信：
監(jiān)控系統(tǒng)與控制器、PLC、儀表進(jìn)行通信。
（2）界面
a.監(jiān)控系統(tǒng)具有主界面，光伏供電系統(tǒng)界面，風(fēng)力供電系統(tǒng)界面，逆變與負(fù)載系統(tǒng)界面，風(fēng)光互補(bǔ)能量轉(zhuǎn)換界面，分別顯示各自的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。
b.光伏供電系統(tǒng)界面設(shè)置相應(yīng)的按鈕，實(shí)現(xiàn)光伏電池方陣自動(dòng)跟蹤。
c.風(fēng)力供電系統(tǒng)界面設(shè)置相應(yīng)的按鈕，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)側(cè)風(fēng)偏航控制。
d.具有光伏發(fā)電采集報(bào)表和風(fēng)力發(fā)電集報(bào)表，記錄光伏輸出電壓、電流，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出電壓、電流；逆變與負(fù)載系統(tǒng)的逆變輸出電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)并打印數(shù)據(jù)報(bào)表。
3.6.2 分布式光伏仿真規(guī)劃軟件
基于Unity3D軟件，使用C#語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，采用My Sql作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)FTP協(xié)議與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行通信。軟件使用者通過(guò)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：
1.注冊(cè)：支持學(xué)生或教師按照學(xué)校名稱和手機(jī)號(hào)碼注冊(cè)用戶
2.登錄：支持學(xué)生或教師根據(jù)手機(jī)號(hào)碼或用戶名登錄系統(tǒng)。
3.找回密碼：支持學(xué)生或教師根據(jù)手機(jī)號(hào)碼找回密碼
4.權(quán)限管理：支持主用戶添加或刪除子用戶
5.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(hào)、上級(jí)用戶等
6.異地登錄：同一個(gè)賬號(hào)24小時(shí)內(nèi)只能在同一臺(tái)電腦上登錄，無(wú)法在其他電腦上登錄。
組件數(shù)據(jù)庫(kù)
1.支持查看市面上超過(guò)15家光伏組件廠商的實(shí)際數(shù)據(jù)
2.涵蓋了至少500種規(guī)格型號(hào)的光伏組件數(shù)據(jù)。
3.每種光伏組件的型號(hào)常規(guī)參數(shù)均可查看：價(jià)格、功率、組件類型、峰值電壓、開(kāi)路電壓、最大允許電壓、電壓溫度系數(shù)、峰值電流、短路電流、電流溫度系數(shù)、光電轉(zhuǎn)化效率、長(zhǎng)度、重量等
逆變器數(shù)據(jù)庫(kù)
1.支持查看市面上超過(guò)6家逆變器廠商的實(shí)際數(shù)據(jù)。
2.涵蓋了至少40種規(guī)格型號(hào)的逆變器數(shù)據(jù)。
3.每種型號(hào)的逆變器常規(guī)參數(shù)均可查看：價(jià)格、最大直流輸入、額定交流輸出、最大效率、歐洲效率、最小電壓、mppt電壓、MPPT數(shù)量、最大直流電壓、最大直流電流、尺寸、重量等。
氣象數(shù)據(jù)庫(kù)
1.支持查看全國(guó)超過(guò)32個(gè)城市的模擬地圖氣候數(shù)據(jù)。
2.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。
3.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(guò)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(píng)分。
1.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(duì)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
2.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(shù)木；
3.支持修改光伏發(fā)電的相關(guān)評(píng)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。
4.支持修改風(fēng)力發(fā)電的相關(guān)評(píng)分參數(shù)：整機(jī)效率、風(fēng)力波動(dòng)（自定義風(fēng)速的每小時(shí)波動(dòng)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(dòng)的特點(diǎn)；）
5.支持修改地?zé)崮艿南嚓P(guān)評(píng)分參數(shù)：換熱能力、熱協(xié)調(diào)參數(shù)、成本單價(jià)
6.支持修改生物質(zhì)能的相關(guān)評(píng)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(dòng)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(píng)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）
7.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(guò)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(zhǎng)，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；
8.可選擇全國(guó)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(guò)對(duì)比數(shù)據(jù)庫(kù)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(dòng)計(jì)算最大、最小電壓、最大開(kāi)路電壓、最大直流電流等數(shù)據(jù)
9.可以自行比較同一模型不同規(guī)劃方案的優(yōu)劣，通過(guò)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)崛萘俊L(fēng)力電站布局、外部電力輸入、外部電力波動(dòng)、建設(shè)總成本等，可以對(duì)同一模型下的方案進(jìn)行自動(dòng)評(píng)分
10.命名：教師可以自行命名模型的名字
11.刪除：教師可以對(duì)模型進(jìn)行刪除操作
學(xué)生登錄
支持學(xué)生通過(guò)設(shè)置3D地圖上的各種能源搭配的方案來(lái)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
1.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)；
2.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(dòng)計(jì)算產(chǎn)能。
3.根據(jù)設(shè)施地區(qū)經(jīng)緯度與氣候參數(shù)，通過(guò)選擇不同型號(hào)規(guī)格的逆變器與光伏組件，來(lái)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
4.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
5.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
6.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。
7.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；
8.學(xué)習(xí)生物質(zhì)發(fā)電過(guò)程中，通過(guò)生物質(zhì)能電站的一系列參數(shù)，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)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）
9.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(méi)有發(fā)電的量的特點(diǎn)；
10.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(duì)所設(shè)計(jì)的多能互補(bǔ)方案的建設(shè)總成本自動(dòng)統(tǒng)計(jì)
11.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)；
12.能源數(shù)據(jù)報(bào)表中，通過(guò)模擬時(shí)間過(guò)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)崮芰俊⑸镔|(zhì)能發(fā)電量以及外部電力輸入等。
13.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。
14.命名：學(xué)生可自行對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行命名或重命名
15.刪除：教師或?qū)W生可刪除方案
七、其他小工具
光伏陣列間距計(jì)算器：可通過(guò)計(jì)算器自動(dòng)計(jì)算出最佳傾角下的方陣最佳間距。涵蓋了全國(guó)32個(gè)城市。可查詢的數(shù)據(jù)有：經(jīng)緯度、不同光伏陣列傾角下的日平均輻射、年度總太陽(yáng)輻射等。同時(shí)根據(jù)選擇的組件尺寸，根據(jù)傾角自動(dòng)計(jì)算出方陣最佳間距。
3.6.3 新能源教學(xué)系統(tǒng)仿真軟件
* 一、軟件概述
1、通過(guò)該軟件可以系統(tǒng)性學(xué)習(xí)太陽(yáng)能光伏硅材料、電池片、光伏組件、光伏組件附屬材料、光伏應(yīng)用產(chǎn)品等全部系列光伏知識(shí)內(nèi)容。
2、配備文字與動(dòng)畫展示并介紹從原材料至成品包括中間環(huán)節(jié)加工工藝等與使用方法。
3、多媒體系統(tǒng)自帶語(yǔ)音講解，圖、文、聲并茂展示講解、與系統(tǒng)所述文字同步播放，幫助教師對(duì)光伏發(fā)電課程教案的快速編寫，提高學(xué)生對(duì)新能源專業(yè)知識(shí)快速掌握和快速學(xué)習(xí)。
4、軟件組成
(1)太陽(yáng)能光伏硅材料講解與展示系統(tǒng)
主要功能
1、可以展示各種太陽(yáng)能光伏電池使用的硅材料實(shí)物；
2、配備文字與動(dòng)畫展示各種材料的生產(chǎn)工藝與使用方法
3、目錄（約11課時(shí)）
2光伏硅產(chǎn)品基本情況介紹
2硅單質(zhì)性質(zhì)：包括硅的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、硅的分類與應(yīng)用
2硅化合物性質(zhì)：包括二氧化硅、一氧化硅、硅的鹵化物、三氯氫硅、硅烷等
2硅的生長(zhǎng)原理及定型
2硅的提純方法：包括化學(xué)提純與物理提純方法
2多晶硅的制備及其缺陷和雜質(zhì)：包括冶金硅級(jí)制備、高純多晶硅制備、鑄造多晶硅制備
2單晶硅的制備及其缺陷和雜質(zhì)：包括單晶硅生長(zhǎng)、單晶硅的雜質(zhì)與缺陷
2單晶硅與多晶硅加工方法
2硅薄膜材料：包括非晶硅薄膜材料、多晶硅薄膜材料
2硅材料的測(cè)試與分析方法：包括導(dǎo)電型號(hào)測(cè)量、電阻率測(cè)量、少子壽命測(cè)量、霍爾系數(shù)的測(cè)定、遷移率的測(cè)量、化2學(xué)性能分析、晶體結(jié)構(gòu)分析等
2硅材料測(cè)試與分析依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（GB標(biāo)準(zhǔn)、UL標(biāo)準(zhǔn)、IEC標(biāo)準(zhǔn)、SEMI標(biāo)準(zhǔn)）
(2)太陽(yáng)能光伏電池片講解與展示系統(tǒng)
主要功能
1、可以展示各種太陽(yáng)能光伏電池片；
2、配備文字與動(dòng)畫展示各種電池片的生產(chǎn)工藝與使用方法
3、目錄（約9課時(shí)）
2太陽(yáng)能電池片基本情況介紹
2太陽(yáng)能電池片基本結(jié)構(gòu)分析
2太陽(yáng)能電池片分類
2晶體硅太陽(yáng)能電池片生產(chǎn)工藝：包括生產(chǎn)方法與生產(chǎn)設(shè)備介紹
2晶體硅太陽(yáng)能電池片生產(chǎn)主要原材料
2太陽(yáng)能電池片測(cè)試技術(shù)與方法：包括測(cè)試方法與測(cè)試設(shè)備介紹
2太陽(yáng)能電池片測(cè)試依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)
(3)太陽(yáng)能光伏組件講解與展示系統(tǒng)
1、可以展示各種太陽(yáng)能光伏光伏組件；
2、配備文字與動(dòng)畫展示各種光伏組件的生產(chǎn)工藝與使用方法
3、目錄（約10課時(shí)）
2太陽(yáng)能電池組件基本介紹
2太陽(yáng)能電池組件的分類及各種組件的優(yōu)缺點(diǎn)
2太陽(yáng)能電池組件的生產(chǎn)工藝介紹及相關(guān)設(shè)備
2太陽(yáng)電池組件的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)
2太陽(yáng)能電池組件的測(cè)試方法與測(cè)試設(shè)備
2太陽(yáng)能電池組件的發(fā)展方向
(4)太陽(yáng)能光伏組件附屬材料講解與展示系統(tǒng)
主要功能
1、可以展示各種太陽(yáng)能光伏光伏組件附屬材料；
2、配備文字與動(dòng)畫展示各種光伏組件附屬材料的生產(chǎn)工藝與使用方法
3、目錄（約7課時(shí)）
2太陽(yáng)能組件附屬設(shè)施情況介紹
2太陽(yáng)能組件對(duì)鋼化玻璃的具體要求
2太陽(yáng)能組件對(duì)支架鋁型材的具體要求
2太陽(yáng)能組件對(duì)EVA封膠的具體要求
2太陽(yáng)能組件對(duì)TPT背板的具體要求
2太陽(yáng)能組件附屬設(shè)施檢測(cè)方法
2太陽(yáng)能組件附屬設(shè)施測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)
* 二、展示與講解內(nèi)容目錄（圖、文、聲并茂）
2.1 太陽(yáng)能光伏應(yīng)用產(chǎn)品講解與展示系統(tǒng)（約5課時(shí)）
2.1.1 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)：
2.1.2 家用太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)直流系統(tǒng)多媒體電視機(jī)
2.1.3 太陽(yáng)能便攜電源：
2.1.4 太陽(yáng)能殺蟲(chóng)燈
2.1.5 太陽(yáng)能警示燈
2.1.6 太陽(yáng)能野營(yíng)燈
2.2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電基本原理
2.3 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)組成部分介紹
2.4 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法
2.5 太陽(yáng)能光伏電站施工建設(shè)方法
2.5.1、項(xiàng)目前期考察
2.5.2、項(xiàng)目建設(shè)前期資料及批復(fù)文件
第一階段：可研階段
第二階段：獲得省級(jí)/市級(jí)相關(guān)部門的批復(fù)文件
第三階段：獲得開(kāi)工許可
2.5.3、項(xiàng)目施工圖設(shè)計(jì)
2.5.4、項(xiàng)目實(shí)施建設(shè)
2.5.5、帶電前的必備條件
2.6太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)電站介紹
2.6.1、光伏并網(wǎng)電站簡(jiǎn)要描述
2.6.2、光伏并網(wǎng)電站設(shè)備組成
2.6.2、光伏并網(wǎng)電站設(shè)備功能
2.7 家用型太陽(yáng)能電站建設(shè)方案
2.7.1、項(xiàng)目概述
2.7.2、方案設(shè)計(jì) （附詳細(xì)方案設(shè)計(jì)）
（一）用戶負(fù)載信息
（二）系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
（三）效益計(jì)算：
2.8 逆變器基本原理介紹
2.9 控制器基本原理介紹
四、 主要實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容
（1）光伏供電裝置及系統(tǒng)的安裝、接線與調(diào)試；
（2）光伏電池方陣輸出特性測(cè)試；
（3）風(fēng)力供電裝置及系統(tǒng)的安裝、接線與調(diào)試；
（4）逆變與負(fù)載系統(tǒng)的安裝、接線與調(diào)試以及相關(guān)參數(shù)測(cè)定；
（5）蓄電池組充放電檢測(cè)及參數(shù)的測(cè)量；
（6）DSP控制器對(duì)蓄電池的脈寬調(diào)制充電過(guò)程控制以及放電保護(hù)控制；
（7）MCGS觸摸屏以及力控軟件與各單元的通信測(cè)試；
（8）MCGS觸摸屏組態(tài)界面操作；
（9）力控軟件操作練習(xí)；
（10）Rs232和rs485等通訊連接線的焊接練習(xí)；
（11）太陽(yáng)能電池組件方陣設(shè)計(jì)及安裝、測(cè)試；
（12）光伏供電裝置及系統(tǒng)的組成與控制實(shí)訓(xùn)；
（13）PLC編程手動(dòng)、自動(dòng)控制光伏電池追蹤太陽(yáng)實(shí)訓(xùn)；
（14）光伏電池的I-U特性及輸出功率測(cè)試；
（15）風(fēng)力發(fā)電機(jī)及供電系統(tǒng)安裝及輸出特性測(cè)試；
（16）風(fēng)力發(fā)電機(jī)被動(dòng)偏航與主動(dòng)偏航性能調(diào)試；
（17）風(fēng)力供電系統(tǒng)電氣控制原理實(shí)驗(yàn)；
（18）PLC編程手動(dòng)、自動(dòng)控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航實(shí)訓(xùn)；
（19）通過(guò)LCD人機(jī)對(duì)話模塊設(shè)置逆變器輸出電壓與頻率相關(guān)參數(shù)、死區(qū)時(shí)間、通訊地址實(shí)訓(xùn)；
（20）逆變器不同負(fù)載設(shè)計(jì)連接實(shí)訓(xùn)；
（21）上位機(jī)與各單元通信方式與連接、協(xié)議設(shè)定實(shí)訓(xùn)；
（22）三維組態(tài)力控軟件的應(yīng)用及開(kāi)發(fā)流程實(shí)實(shí)訓(xùn)。
五、 主要技術(shù)參數(shù)
一、風(fēng)力供電裝置 |
序號(hào) | 名稱 | 技術(shù)參數(shù) | 數(shù)量 |
1 | 水平軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī) | 輸出功率：300W 輸出（整流）電壓：＞ +12V 葉片旋轉(zhuǎn)直徑：1.2m
葉片數(shù)量：3個(gè)
葉片材質(zhì)：玻璃纖維
啟動(dòng)風(fēng)速：1m/s
切入風(fēng)速：1.5m/s
安全風(fēng)速：25 m/s
偏航：程序控制自動(dòng)偏航
偏航電機(jī)：工作電壓（DC 24V）、轉(zhuǎn)速（25rpm） | 1 |
2 | 風(fēng)速儀 | 輸出電壓：0-5V
風(fēng)碗數(shù)：3個(gè) | 1 |
3 | 軸流通風(fēng)機(jī) | 流量：2100m3/h
電壓：220V（由變頻器控制）
全壓：215Pa
頻率：50Hz
功率：0.37Kw
轉(zhuǎn)速：1400r/min 軸流風(fēng)機(jī)支架 軸流風(fēng)機(jī)框罩 | 1 |
4 | 風(fēng)向控制電機(jī) | 減速比：1：40
電壓：AC220V
和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的鏈接機(jī)構(gòu)：鏈輪 | 1 |
二、光伏供電裝置 |
序號(hào) | 名稱 | 技術(shù)參數(shù) | 數(shù)量 |
1 | 電池組件 | 功率：20W
誤差：±5%
輸出電壓：17.2V
輸出電流：1.17A
開(kāi)路電壓：21.4V
短路電流：1.27A
工作環(huán)境溫度：45℃±2℃
尺寸：450×430×25mm | 4 |
2 | 追日傳感器 | 輸出電壓：0-5V
跟蹤精度：1度
結(jié)構(gòu)：用四象限高精度光敏傳感器結(jié)構(gòu)， 6路模擬量信號(hào)輸出 | 1 |
3 | 投射燈 | 擺臂機(jī)構(gòu)：渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)（2個(gè)減速箱） 電壓：220V
頻率：50Hz
電流：1.36A
最大功率：300W | 2 |
4 | 追日機(jī)構(gòu) | 結(jié)構(gòu)：渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)（減速箱）
驅(qū)動(dòng)：直流電機(jī)
軸數(shù)：雙軸二維 | 1 |
三、風(fēng)力供電系統(tǒng) |
序號(hào) | 名稱 | 技術(shù)參數(shù) | 數(shù)量 |
1 | 電源控制單元 | 含漏電保護(hù)斷路器，AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈、電源插座 | 1 |
2 | 風(fēng)電控制電源單元 | 含漏電保護(hù)斷路器，AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈 | 1 |
3 | 觸摸屏 | 7",彩色 | 1 |
4 | 功能模塊 | DSP核心板，通信控制板，風(fēng)力發(fā)電主電路板 | 1 |
5 | 直流輸入單元 | 電流表： DC 0-5A
電壓表： DC 0-500V
接口：RS485 | 1 |
6 | 風(fēng)力供電控制單元 | 風(fēng)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)方向：順時(shí)、逆時(shí)
軸流風(fēng)機(jī)控制：給風(fēng)
偏航控制：偏航、停止
自動(dòng)控制：?jiǎn)?dòng)、急停 | 1 |
7 | PLC | SMART S7-200 SR40 | 1 |
8 | 變頻器 | MM420-0.37Kw |
|
9 | 可調(diào)電阻 | 范圍：0-2000Ω/100W，無(wú)級(jí)可調(diào)（有刻度） | 1 |
四、光伏供電系統(tǒng) |
序號(hào) | 名稱 | 技術(shù)參數(shù) | 數(shù)量 |
1 | 電源控制單元 | 含漏電保護(hù)斷路器，AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈、電源插座 | 1 |
2 | 光伏控制電源單元 | 含漏電保護(hù)斷路器，AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈 | 1 |
3 | 觸摸屏 | 7",彩色 | 1 |
4 | 功能模塊 | DSP核心板，通信控制板，光伏發(fā)電主電路板 | 1 |
5 | 直流輸入單元 | 電流表：DC 0-5A
電壓表：DC 0-500V
接口：RS485 | 1 |
6 | 光伏供電控制單元 | 電池板跟蹤方向：東、南、西、北
投光燈控制：燈1、燈2
投光燈運(yùn)動(dòng)方向：東西、西東、停止
自動(dòng)控制：?jiǎn)?dòng)、急停 | 1 |
8 | PLC | SMART S7-200 SR40 | 1 |
9 | 可調(diào)電阻 | 范圍：0-2000Ω/100W，無(wú)級(jí)可調(diào)（有刻度） | 1 |
五、逆變與負(fù)載系統(tǒng) |
序號(hào) | 名稱 | 技術(shù)參數(shù) | 數(shù)量 |
1 | 逆變輸出顯示單元 | 電流表：AC 0-5A
電壓表：AC 0-500V
接口：RS485 | 1 |
2 | 逆變控制電源單元 | 含漏電保護(hù)斷路器，AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈 | 1 |
3 | 逆變器 | 輸入電壓：DC12V 輸入電壓范圍：DC9.5V-15.5V 輸出電壓：AC220V±5% 額定輸出電流：1.4A 輸出頻率：50Hz±0.5Hz 額定功率：300VA 輸出波形：正弦波 波形失真：＜5% 轉(zhuǎn)換效率：＞85% 實(shí)驗(yàn)?zāi)K：正弦波逆變器原理模塊 |
|
4 | 開(kāi)關(guān)電源 | 型號(hào)：DR-120-24
輸入電壓：AC 220V
輸出電壓：DC 24V
輸出電流：5A | 1 |
5 | 變頻器 | MM420-0.37Kw | 1 |
6 | 電機(jī)負(fù)載 | 功率：40W
電壓：AC220V
轉(zhuǎn)速：1350rpm | 1 |
7 | 模擬舞臺(tái)燈光負(fù)載 | 采用LED球泡燈代替 | 1 |
8 | 閥控密封式鉛酸蓄電池 | 容量 12V 18Ah/20HR 重量 1.9kg 尺寸 345mm×195mm×20mm | 4 |
六、監(jiān)控系統(tǒng) |
序號(hào) | 名稱 | 技術(shù)參數(shù) | 數(shù)量 |
1 | 直流電機(jī)負(fù)載 | 直流單片機(jī)負(fù)載 | 1 |
2 | 工控機(jī) | 6個(gè)串口，含鍵盤鼠標(biāo) | 1 |
3 | 組態(tài)軟件 | 力控 | 1 |
七、實(shí)驗(yàn)臺(tái) |
序號(hào) | 名稱 | 技術(shù)參數(shù) | 數(shù)量 |
1 | 網(wǎng)孔板實(shí)驗(yàn)臺(tái) | 豎式網(wǎng)孔板基本結(jié)構(gòu)：下方為工具箱+4個(gè)輪子，上方為豎式網(wǎng)孔板
尺寸：800(長(zhǎng))×600（寬×2000(高)
外框架構(gòu)成：鋁合金型材；
內(nèi)嵌噴塑鋼板
鋼板尺寸：1200mm×820mm
鋼板厚度：2mm
鋼板孔規(guī)格：上方孔尺寸6×10mm，孔左右間距為6mm，上下間距為6mm且錯(cuò)位8mm；
網(wǎng)孔板配有推拉式抽屜，抽屜采用型材外框、2mm鋼板底部；
網(wǎng)孔架底部裝有滑輪。 | 4 |
2 | 微軟操作系統(tǒng)軟件 | Window 10 | 1 |
3 | 通訊電纜 |
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4 | 使用說(shuō)明書(shū) | 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)使用說(shuō)明書(shū) |
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