風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)

1、能源工程學(xué)院KNT-WP01型風(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。KNT-WP01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)。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(mén)子S7-200PLC、繼電器組、接線(xiàn)排、蓄電池組、可調(diào)電阻、斷路器、12V開(kāi)關(guān)電源、網(wǎng)孔架等組成光伏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(xiàn)端DT1和DT2等組成。QF1AC220V

2、電源插座光伏輸出顯示單元主要由直流電流表、直流電壓表、AC220V的L、N和RS485通信端口組成。J41J42觸摸屏用于顯示風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出信息、風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)量信息和蓄電池信息。通過(guò)RS232跟DSP通訊，可以顯示出實(shí)際的光伏輸出電流與電壓，觸摸屏還可以模擬光伏充電的過(guò)程，用示波器可以測(cè)量DSP中的PWM7和GND的模擬充電波形。實(shí)際充電波形 （1）關(guān)閉投射燈1和投射燈2，光伏電池組件輸出電壓低于蓄電池電壓，無(wú)法給蓄電池充電。將示波器的A通道（或是B通道）檢測(cè)探頭分別接到接口底板上的T2P和GND上，得到如圖所示的波形，該波形表示不充電。 （2）打開(kāi)投射燈1和投射燈2，光伏電池組件輸出電壓約為19

3、V左右，蓄電池的電壓低于13.5V。將示波器的A通道（或是B通道）檢測(cè)探頭分別接到接口底板上的T2P和GND上，得到如圖所示的波形，該波形表示MPPT充電.2.模擬充電波形 在MCGS觸摸屏上進(jìn)入“模擬實(shí)驗(yàn)”界面，通過(guò)調(diào)節(jié)“光伏模擬電壓設(shè)定值”和“蓄電池模擬電壓設(shè)定值”，將示波器的A通道（或是B通道）檢測(cè)探頭分別接到接口底板上的PWM7和GND上，觀(guān)察在模擬不同電壓條件下的控制器輸出斬波波形。條件不符，不進(jìn)行充電滿(mǎn)足條件，太陽(yáng)能電壓15V，蓄電池12V滿(mǎn)足條件，太陽(yáng)能電壓25V，蓄電池12V 滿(mǎn)足條件，太陽(yáng)能電壓30V，蓄電池12V 思考 在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，由于蓄電池電壓放電的變化比較緩慢，怎么看

4、到蓄電池的過(guò)放保護(hù)的過(guò)程？ 在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，由于蓄電池電壓放電的變化比較緩慢，不一定能夠達(dá)到蓄電池過(guò)放保護(hù)條件，為了了解蓄電池過(guò)放保護(hù)的過(guò)程，可以用可調(diào)直流電源來(lái)模擬蓄電池的電壓變化，觀(guān)察蓄電池的過(guò)放保護(hù)過(guò)程。 光伏輸出蓄電池輸入蓄電池輸出負(fù)載DC24V電源充電狀態(tài)輸出指示充電脈寬信號(hào)蓄電池欠電壓控制信號(hào)蓄電池電壓采樣信號(hào)光伏電池電壓采樣信號(hào)光伏電池放電電流采樣信號(hào)蓄電池放電電流采樣信號(hào)AG AD3AG AD1AG AD4AG AD2觸摸屏通訊監(jiān)控一體機(jī)通訊充電脈寬信號(hào)蓄電池欠電壓控制信號(hào)充電狀態(tài)輸出指示DC24V電源可調(diào)電阻的阻值為1000，功率為100W。主要作為光伏電池的負(fù)載，用于檢測(cè)光伏

5、電池的非線(xiàn)性輸出特性，光伏電池的非線(xiàn)性輸出特性檢測(cè).光伏電池的輸出特性曲線(xiàn) 光光伏電池的輸出特性曲線(xiàn)對(duì)于分析光伏電池伏電池的輸出特性曲線(xiàn)對(duì)于分析光伏電池的特性是非常重要，可以看出光伏電池是一個(gè)既的特性是非常重要，可以看出光伏電池是一個(gè)既非恒壓源又非恒流源的非線(xiàn)性直流電源。非恒壓源又非恒流源的非線(xiàn)性直流電源。PLC輸入PLC輸出繼電器是用小電流去控制大電流運(yùn)作的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。工作電源為DC24V。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。KA1-KA8如圖：繼電器原理圖：繼電器原理圖：光伏供電主電路電器原理圖繼電器KA1和繼電器KA2將單相AC220V通過(guò)接插座CON2提供給擺桿偏轉(zhuǎn)

6、電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，安裝在擺桿上的投射燈由東向西方向或由西向東方向移動(dòng)。擺桿偏轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)是單相交流電動(dòng)機(jī)，正、反轉(zhuǎn)由繼電器KA1和繼電器KA2分別完成。繼電器KA7和繼電器KA8將單相AC220V通過(guò)接插座CON3分別提供給投射燈1和投射燈2。光伏電池方陣分別向東偏轉(zhuǎn)或向西偏轉(zhuǎn)是由水平運(yùn)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)控制，正、反轉(zhuǎn)由繼電器KA3和繼電器KA4通過(guò)接插座CON4向直流電動(dòng)機(jī)提供不同極性的直流24V電源，實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)。向北偏轉(zhuǎn)或向南偏轉(zhuǎn)是由另俯仰運(yùn)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)控制，正、反轉(zhuǎn)由繼電器KA5和繼電器KA6完成。光伏供電裝置和光伏供電系統(tǒng)之間的電氣連接是由接插座完成。接插座CON1 CON1定

7、義為光伏組件輸出接插座，有2個(gè)接線(xiàn)端口。4塊光伏電池組件并聯(lián)，通過(guò)CON1輸出到光伏供電系統(tǒng)接線(xiàn)排的XT1.1和XT1.2端口。XT1.1 XT1.2 接插座CON2、CON3、CON4 接插座CON2、CON3、CON4的作用在主電路中已經(jīng)提到了。接插座CON5 CON5定義為擺桿限位接插座，有7個(gè)接線(xiàn)端口。垂直限位接近開(kāi)關(guān)是用于提供擺桿的垂直位置的信號(hào)，通過(guò)CON5連接到光伏供電系統(tǒng)接線(xiàn)排的XT1.12端口。東西向微動(dòng)開(kāi)關(guān)和西東向微動(dòng)開(kāi)關(guān)是用于保護(hù)，提供擺桿的東、西限位的位置信號(hào)，通過(guò)CON5連接到光伏供電系統(tǒng)接線(xiàn)排的XT1.13和XT1.14端口。 接插座CON6 CON6定義為光線(xiàn)傳感

8、器接插座，有8個(gè)接線(xiàn)端口。光線(xiàn)傳感器中的東向、西向、北向、南向光敏電阻接受到不同光照強(qiáng)度時(shí)，分別產(chǎn)生“高”或“低”的開(kāi)關(guān)信號(hào)。通過(guò)CON6連接到接線(xiàn)排XT1.15、XT1.16、XT1.17、XT1.18端口，分別被PLC輸入端I2.2、I2.3、I2.4、I2.5接收。CON6的1、2端口連接到接線(xiàn)排+12V電源，供給光線(xiàn)傳感器控制盒中的繼電器線(xiàn)圈。光線(xiàn)傳感器原理+12V+12V接插座CON7 CON7定義為光伏組件偏轉(zhuǎn)限位接插座，有6個(gè)接線(xiàn)端口。東、西向限位接近開(kāi)關(guān)、北向限位微動(dòng)開(kāi)關(guān)、南向限位微動(dòng)開(kāi)關(guān)安裝在光伏供電裝置的水平和俯仰方向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，用于光伏電池方陣的偏移限位，通過(guò)CON7與接

9、線(xiàn)排XT1.19、XT1.21、XT1.22端口連接，分別被PLC輸入端I1.6、I2.0、I2.1接收。 12V直流電源是用于光線(xiàn)傳感器中的繼電器線(xiàn)圈。目的：將主電源接入接線(xiàn)排，再?gòu)慕泳€(xiàn)排引出，可以分出多條電源線(xiàn)，接線(xiàn)排起到一個(gè)轉(zhuǎn)接器的作用。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(mén)子S7-200PLC、變頻器、繼電器組、接線(xiàn)排、可調(diào)電阻、斷路器、網(wǎng)孔架等組成。大體上與光伏的一樣，不同的是風(fēng)力DSP中有風(fēng)速檢測(cè)信號(hào)輸出給PLC。光耦輸出I1.0風(fēng)速檢測(cè)信號(hào)光耦風(fēng)速儀，簡(jiǎn)單說(shuō)就是一個(gè)小型的直流電機(jī)。當(dāng)風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)速過(guò)大達(dá)到預(yù)定值時(shí)

10、，DSP控制單元通過(guò)光電耦合器給PLC信號(hào)，控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)作側(cè)風(fēng)偏航運(yùn)動(dòng)。從而保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)不受損害。光電耦合器（光耦） 當(dāng)風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)速過(guò)大達(dá)到預(yù)定值時(shí) ，DSP控制單元輸出3.3V,光耦得電，內(nèi)部的發(fā)光二極管發(fā)亮，三極管導(dǎo)通，24V從光耦的3腳到4腳，最后輸入到PLC的I1.0,側(cè)風(fēng)偏航啟動(dòng)。光耦起到隔離、電平的作用。PLC輸入PLC輸出風(fēng)力繼電器組比光伏少，是光伏的一半。KA9-KA12如圖：風(fēng)力供電主電路電氣原理圖繼電器KA9和繼電器KA10將單相AC220V通過(guò)接插座CON9提供給風(fēng)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的單相交流電動(dòng)機(jī)，單相交流電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)由繼電器KA9和繼電器KA10分別完成。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的側(cè)風(fēng)

11、偏航是由直流電動(dòng)機(jī)控制，直流電動(dòng)機(jī)的工作電壓為+12V。繼電器KA11和繼電器KA12通過(guò)接插座CON10向直流電動(dòng)機(jī)提供不同極性的直流電源，實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)。AC220V電源通過(guò)開(kāi)關(guān)QF03作為變頻器的輸入電源，接插座CON12將變頻器輸出的3AC220V電源供給風(fēng)場(chǎng)的軸流風(fēng)機(jī)。接插座CON8 CON8定義為風(fēng)力發(fā)電機(jī)接插座，有2個(gè)接線(xiàn)端口。風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出通過(guò)CON8輸送到風(fēng)力供電系統(tǒng)接線(xiàn)排的XT2.1和XT2.2端口，如圖：插接座CON9 繼電器KA9、KA10與風(fēng)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的單相交流電動(dòng)機(jī)的連接接插座CON10 CON10除了在風(fēng)力供電主電路使用外，其主要功能是作為側(cè)風(fēng)偏航控制的

12、電氣連接。CON10有9個(gè)接線(xiàn)端口，如圖1-33所示。CON10的2、3接線(xiàn)端口是與風(fēng)力供電系統(tǒng)接線(xiàn)排XT2.7和XT2.8相連接，CON10的4、5、6接線(xiàn)端口分別與風(fēng)力供電系統(tǒng)接線(xiàn)排XT2.9、XT2.10、XT2.11相連接，側(cè)風(fēng)偏航初始位信號(hào)、側(cè)風(fēng)偏航45位置信號(hào)、側(cè)風(fēng)偏航90位置信號(hào)分別被PLC的輸入端口I1.1、I1.2、I1.3接收。接插座CON11 CON11有5個(gè)接線(xiàn)端口，其主要功能是作為風(fēng)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)限位和風(fēng)速儀信號(hào)檢測(cè)的電氣連接。CON11的3、4接線(xiàn)端口分別與風(fēng)力供電系統(tǒng)接線(xiàn)排XT2.14、XT2.15相連接，分別被PLC的輸入端口I1.4、I1.5接收。將AC220V變換為

13、三項(xiàng)AC220V，供風(fēng)場(chǎng)電機(jī)使用。變頻器可以設(shè)置手動(dòng)控制和力控控制。變頻器有關(guān)USS 通訊的參數(shù)設(shè)置 P0010=30 /工廠(chǎng)缺省值 P0970=1 /初始化 P0003=1 /設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)級(jí)訪(fǎng)問(wèn) P0010=1 /開(kāi)始快速調(diào)試 P304=220 /設(shè)置電機(jī)額定電壓 P305=1.07 /設(shè)置電機(jī)額定電流 P307=0.35 /設(shè)置電機(jī)額定功率 P310=50 /設(shè)置電機(jī)額定頻率 P311=1400 /設(shè)置電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 P700=5 /設(shè)置為遠(yuǎn)程控制 P1000=5 /設(shè)置為上位機(jī)控制 P3900=1 /結(jié)束快速調(diào)試 P3=3 /設(shè)置為專(zhuān)家級(jí)訪(fǎng)問(wèn) P20090=1 /設(shè)置允許設(shè)定值以絕對(duì)十進(jìn)制數(shù)

14、的形式發(fā)送 P20100=6 /設(shè)置波特率為9600 P20110=3 /設(shè)置變頻器從站地址為311手動(dòng)控制逆變與負(fù)載系統(tǒng)主要由逆變電源控制單元、逆變輸出顯示單元、DC-DC升壓板、全橋逆變板、DSP控制單元、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(xiàn)排、斷路器、網(wǎng)孔架等組成。逆變輸出顯示單元主要由交流電流表、交流電壓表，分別用于測(cè)量和顯示逆變器輸出的交流電流和交流電壓。變壓器副邊輸出直流低壓+24V變壓器副邊輸出直流高壓315V逆變輸出AC220V監(jiān)控一體機(jī)通訊H橋驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWM1-PWM4蓄電池+12v供電逆變與負(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。蓄電池輸出逆變器的輸入由光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)或蓄電池組提供，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。接插座CON13將DC12V電源供給逆變與負(fù)載系統(tǒng)使用。單極性調(diào)制 其特點(diǎn)是在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)兩只功率管以較高的開(kāi)關(guān)頻率互補(bǔ)