KNT-WP01型 風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)1

1、風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)技術(shù)方案南京康尼科技實業(yè)有限公司2013年2月26日第一部分：技術(shù)參數(shù)KNT-WP01型風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)一、 概述2013年全國職業(yè)院校技能大賽高職組“風光互補發(fā)電系統(tǒng)安裝與調(diào)試”賽項使用的大賽設(shè)備是由南京康尼科技實業(yè)有限公司研發(fā)生產(chǎn)的產(chǎn)品“KNT-WP01型風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)”。二、 設(shè)備組成KNT-WP01型風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)主要由光伏供電裝置、光伏供電系統(tǒng)、風力供電裝置、風力供電系統(tǒng)、逆變與負載系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)組成，如圖1所示。KNT-WP01型風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)采用模塊式結(jié)構(gòu)，各裝置和系統(tǒng)具有獨立的功能，可以組合成光伏發(fā)電實訓系統(tǒng)、風力發(fā)電實訓系統(tǒng)。(1)、

2、 設(shè)備尺寸：光伏供電裝置1610×1010×1550mm風力供電裝置1578×1950×1540mm實訓柜3200×650×2000mm(2)、 比賽場地面積：20平方米圖1 KNT-WP01型風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)三、 各單元介紹1、 光伏供電裝置(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動機構(gòu)、擺桿、擺桿減速箱、擺桿支架、單相交流電動機、電容器、直流電動機、接近開關(guān)、微動開關(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

3、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機。電動機旋轉(zhuǎn)時，通過減速箱驅(qū)動擺桿作圓周擺動。擺桿底端與底座支架連接部分安裝了接近開關(guān)和微動開關(guān)，用于擺桿位置的限位和保護。水平和俯仰方向運動機構(gòu)由水平運動減速箱、俯仰運動減速箱、直流電動機、接近開關(guān)和微動開關(guān)組成。直流電動機旋轉(zhuǎn)時，水平運動減速箱驅(qū)動光伏電池方陣作向東方向或向西方向的水平移動、俯仰運動減速箱驅(qū)動光伏電池方陣作向北方向或向南方向的俯仰移動，接近開關(guān)和微動開關(guān)用于光伏電池方陣位置的限位和保護。(2)、 光伏電池組件光伏電池組件的主要參數(shù)為

4、：額定功率 20W額定電壓 17.2V額定電流 1.17A開路電壓 21.4V短路電流 1.27A尺寸 430mm×430mm×28mm2、 光伏供電系統(tǒng)(1)、 光伏供電系統(tǒng)的組成光伏供電系統(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、充/放電控制單元、信號處理單元、西門子S7-200PLC、繼電器組、接線排、蓄電池組、可調(diào)電阻、斷路器、12V開關(guān)電源、網(wǎng)孔架等組成。(2)、 控制方式光伏供電控制單元的追日功能有手動控制盒自動控制兩個狀態(tài)，可以進行手動或自動運行光伏電池組件雙軸跟蹤、燈狀態(tài)、燈運動操作。（3）、 充、放電控制單元和信號處理單元蓄電池

5、的充電過程及充電保護由充電控制單元、信號處理單元及程序完成，蓄電池的放電保護由放電控制單元、信號處理單元完成，當蓄電池放電電壓低于規(guī)定值，放電控制單元輸出信號驅(qū)動繼電器工作，繼電器常閉觸點斷開，切斷蓄電池的放電回路。(3)、 蓄電池組蓄電池組選用4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×20mm3、 風力供電裝置(1)、 風力供電裝置的組成風力供電裝置主要由葉片、輪轂、發(fā)電機、機艙、尾舵、側(cè)風偏航控制機構(gòu)、直流電動機、塔架和基礎(chǔ)、測速儀、測速儀支架、軸流風機、軸流風機支架、軸流風機框罩、單相交流電動機、

6、電容器、風場運動機構(gòu)箱、護欄、連桿、滾輪、萬向輪、微動開關(guān)和接近開關(guān)等設(shè)備與器件組成，如圖3所示。 圖3 風力供電裝置葉片、輪轂、發(fā)電機、機艙、尾舵和側(cè)風偏航控制機構(gòu)組裝成水平軸永磁同步風力發(fā)電機，安裝在塔架上。風場由軸流風機、軸流風機支架、軸流風機框罩、測速儀、測速儀支架、風場運動機構(gòu)箱體、傳動齒輪鏈機構(gòu)、單相交流電動機、滾輪和萬向輪等組成。軸流風機和軸流風機框罩安裝在風場運動機構(gòu)箱體上部，傳動齒輪鏈機構(gòu)、單相交流電動機、滾輪和萬向輪組成風場運動機構(gòu)。當風場運動機構(gòu)中的單相交流電動機旋轉(zhuǎn)時，傳動齒輪鏈機構(gòu)帶動滾輪轉(zhuǎn)動，風場運動機構(gòu)箱體圍繞風力發(fā)電機的塔架作圓周旋轉(zhuǎn)運動，當軸流風機輸送可變風量

7、風時，在風力發(fā)電機周圍形成風向和風速可變的風場。在可變風場中，風力發(fā)電機利用尾舵實現(xiàn)被動偏航迎風，使風力發(fā)電機輸出最大電能。測速儀檢測風場的風量，當風場的風量超過安全值時，側(cè)風偏航控制機構(gòu)動作，使尾舵?zhèn)蕊L45º，風力發(fā)電機葉片轉(zhuǎn)速變慢。當風場的風量過大時，尾舵?zhèn)蕊L90º，風力發(fā)電機處于制動狀態(tài)。4、 風力供電系統(tǒng)(1)、 風力供電系統(tǒng)的組成風力供電系統(tǒng)主要由風電電源控制單元、風電輸出顯示單元、觸摸屏、風力供電控制單元、充/放電控制單元、信號處理單元、西門子S7-200PLC、繼電器組、接線排、可調(diào)電阻、斷路器、網(wǎng)孔架等組成。(2)、 控制方式風力供電控制單元的偏航功能有手動

8、和自動兩個狀態(tài)，可以進行手動或自動可變風向操作?？勺冿L量是由變頻器控制軸流風機實現(xiàn)。手動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，軸流風機轉(zhuǎn)速在0至額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變化，實現(xiàn)可變風量輸出。（3）、 充、放電控制單元和信號處理單元蓄電池的充電過程及充電保護由充電控制單元、信號處理單元及程序完成，蓄電池的放電保護由放電控制單元、信號處理單元完成，當蓄電池放電電壓低于規(guī)定值，放電控制單元輸出信號驅(qū)動繼電器工作，繼電器常閉觸點斷開，切斷蓄電池的放電回路。（4）、 測風偏航風力發(fā)電機風輪葉片在氣流作用下產(chǎn)生力矩驅(qū)動風輪轉(zhuǎn)動，通過輪轂將扭矩輸入到傳動系統(tǒng)。當風速增加超過額定風

9、速時，風力發(fā)電機風輪轉(zhuǎn)速過快，發(fā)電機可能因超負荷而燒毀。對于定槳距風輪，當風速增加超過額定風速時，如果氣流與葉片分離，風輪葉片將處于“失速”狀態(tài)，風力發(fā)電機不會因超負荷而燒毀。對于變槳距風輪，當風速增加時，可根據(jù)風速的變化調(diào)整氣流對葉片的攻角。當風速超過額定風速時，輸出功率可穩(wěn)定地保持在額定功率上。特別是在大風的情況下，風力機處于順槳狀態(tài)，使槳葉和整機的受力狀況大為改善。小型風力發(fā)電機多數(shù)是定槳距風輪，在大風的情況下，采用側(cè)風偏航控制使氣流與葉片分離，使風輪葉片處于“失速”狀態(tài)，安全地保護風力發(fā)電機。另外，還可以通過側(cè)風偏航控制風力發(fā)電機保持恒定功率輸出。5、 逆變與負載系統(tǒng)(1)、 逆變與負

10、載系統(tǒng)的組成逆變與負載系統(tǒng)主要由逆變電源控制單元、逆變輸出顯示單元、逆變控制單元、直流升壓單元、全橋逆變單元、逆變器參數(shù)檢測模塊、變頻器、三相交流電機、發(fā)光管舞臺燈光模塊、警示燈、接線排、斷路器、網(wǎng)孔架等組成。1)、 逆變電源控制單元逆變電源控制單元主要由斷路器、+24V開關(guān)電源、AC220V電源插座、指示燈、接線端子DT14和DT15等組成。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)、 逆變與負載系統(tǒng)主電路逆變與負載系統(tǒng)主要由逆變器、交流調(diào)速系統(tǒng)、逆變器測試模塊、發(fā)光管舞臺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)、風力

11、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機組成，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供三相交流電動機使用。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)光管舞臺燈光模塊使用。逆變器測試模塊用于檢測逆變器的死區(qū)、基波、SPWM波形。（2）、逆變裝置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、工作過程不盡相同。本實訓裝置使用的逆變裝置由DC-DC升壓單元、逆變控制單元、全橋逆變單元組成，逆變的工作過程

12、是將蓄電池的12V直流電通過DC-DC和DC-AC變換，轉(zhuǎn)變成正弦波220/50Hz(可調(diào))的工頻交流電。本逆變器有很多優(yōu)點，升壓部分由SG3525驅(qū)動兩個升壓MOS管，SG3525脈寬調(diào)試控制器，不僅具有可調(diào)整的死區(qū)時間控制功能，而且還具有可編程式軟啟動，脈沖控制鎖保護等功能。全橋逆變部分采用具有DSP性能的嵌入式微處理器TMS320F2812實現(xiàn)SPWM的調(diào)制，同時能夠與上位機的遠程通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的上載與下載等功能。6、 監(jiān)控系統(tǒng)(1)、 監(jiān)控系統(tǒng)組成監(jiān)控系統(tǒng)主要由一體機、鍵盤、鼠標、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。(2)、 監(jiān)控系統(tǒng)功能4)、 通信監(jiān)控系統(tǒng)與

13、光伏充、放電控制器，風能充、放電控制器，逆變控制器、儀表、PLC、變頻器通信。5)、 界面、 監(jiān)控系統(tǒng)具有主界面，光伏供電系統(tǒng)界面，風力供電系統(tǒng)界面，逆變與負載系統(tǒng)界面，風光互補能量轉(zhuǎn)換界面，分別顯示各自的運行狀態(tài)參數(shù)。、 光伏供電系統(tǒng)界面設(shè)置相應(yīng)的按鈕，實現(xiàn)光伏電池方陣自動跟蹤。、 風力供電系統(tǒng)界面設(shè)置相應(yīng)的按鈕，實現(xiàn)風力發(fā)電單元變頻器控制和測風偏航控制。、 具有光伏發(fā)電采集報表和風力發(fā)電集報表，記錄光伏輸出電壓、電流，風力發(fā)電機的輸出電壓、電流；逆變與負載系統(tǒng)的逆變輸出電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)并打印數(shù)據(jù)報表。四、 主要實驗實訓內(nèi)容1)、 單晶硅光伏電池單體的工作原理實驗2)、 太陽能電池組件

14、方陣設(shè)計實驗3)、 光伏供電裝置的組成與控制實驗4)、 PLC編程手動、自動控制光伏電池追蹤太陽實驗5)、 光敏電阻、電壓比較器的工作特性實驗6)、 光線傳感器工作原理實驗7)、 光伏供電系統(tǒng)電氣控制原理設(shè)計8)、 光伏電池的I-U特性測試實驗9)、 光伏電池的輸出功率特性實驗10)、 DSP控制器對蓄電池的脈寬調(diào)制充電過程實驗11)、 DSP控制器對蓄電池的放電保護實驗12)、 蓄電池實際充電檢測實驗13)、 蓄電池模擬充電實驗14)、 水平軸永磁同步風力發(fā)電機的組成安裝實驗15)、 模擬風場的設(shè)計與搭建實驗16)、 風力發(fā)電機被動偏航與主動偏航原理實驗17)、 水平軸永磁同步風力發(fā)電機被動

15、偏航中側(cè)風偏航機構(gòu)設(shè)計18)、 風力供電系統(tǒng)的組成及工作原理19)、 可變風向和可變風量控制實驗20)、 風力供電系統(tǒng)電氣控制原理實驗21)、 風力發(fā)電機偏航手動、自動控制方式實驗22)、 風力發(fā)電機輸出特性測試23)、 逆變器工作原理實驗24)、 SG3525實驗25)、 逆變器基波、SPWM、死區(qū)等波形檢測實驗26)、 上位機下載逆變幾波頻率、死去時間、調(diào)制比等參數(shù)實驗27)、 逆變器不同負載設(shè)計連接實驗28)、 上位機與各單元通信方式與連接實驗29)、 通信協(xié)議設(shè)定實驗30)、 三維組態(tài)力控軟件的應(yīng)用實驗31)、 力控軟件的基本開發(fā)流程實驗五、 主要技術(shù)參數(shù)一、風力供電裝置序號名稱技術(shù)參

16、數(shù)數(shù)量1水平軸永磁同步風力發(fā)電機輸出功率：300W輸出（整流）電壓： +12V葉片旋轉(zhuǎn)直徑：1.2m葉片數(shù)量：3個葉片材質(zhì)：玻璃纖維啟動風速：1m/s切入風速：1.5m/s安全風速：25 m/s偏航：程序控制自動偏航偏航電機：工作電壓（DC 24V）、轉(zhuǎn)速（25rpm）12風速儀輸出電壓：0-5V風碗數(shù)：3個13軸流通風機流量：2100m3/h電壓：380V（由變頻器控制）全壓：215Pa頻率：50Hz功率：0.37Kw轉(zhuǎn)速：1400r/min軸流風機支架軸流風機框罩14風向控制電機減速比：1：40電壓：AC220V和運動機構(gòu)的鏈接機構(gòu)：鏈輪1二、光伏供電裝置序號名稱技術(shù)參數(shù)數(shù)量1電池組件功率

17、：20W誤差：±5%輸出電壓：17.2V輸出電流：1.17A開路電壓：21.4V短路電流：1.27A工作環(huán)境溫度：45±2尺寸：430×430×28mm42追日傳感器輸出電壓：0-5V跟蹤精度：1度結(jié)構(gòu)：4電橋13投射燈擺臂機構(gòu)：渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)（2個減速箱）電壓：220V頻率：50Hz電流：1.36A最大功率：300W24追日機構(gòu)結(jié)構(gòu)：渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)（減速箱）驅(qū)動：直流電機軸數(shù)：雙軸二維1三、風力供電系統(tǒng)序號名稱技術(shù)參數(shù)數(shù)量1電源控制單元含漏電保護斷路器，AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈、電源插座12風電控制電源單元含漏電保護斷路器，AC220V和DC24

18、V狀態(tài)指示燈13觸摸屏7",彩色14充、放電控制器核心板，接口底板，信號處理板15直流輸入單元電流表： DC 0-5A電壓表： DC 0-500V接口：RS48516風力供電控制單元風場運動方向：順時、逆時軸流風機控制：給風偏航控制：偏航、停止自動控制：啟動、急停17PLCS7-200 CPU22418變頻器MM420-0.37Kw9可調(diào)電阻范圍：0-1000，無級可調(diào)（有刻度）1四、光伏供電系統(tǒng)序號名稱技術(shù)參數(shù)數(shù)量1電源控制單元含漏電保護斷路器，AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈、電源插座12光伏控制電源單元含漏電保護斷路器，AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈13觸摸屏7"

19、;,彩色14充、放電控制器核心板，接口底板，信號處理板15直流輸入單元電流表：PA1951-AK1G，DC 0-5A電壓表：PZ195U-AK1G，DC 0-500V接口：RS48516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投光燈運動方向：東西、西東、停止自動控制：啟動、急停18PLCS7-200 CPU22619可調(diào)電阻范圍：0-1000，無級可調(diào)（有刻度）1五、逆變與負載系統(tǒng)序號名稱技術(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：RS48512逆變控制電源單元含漏電保護斷路器，AC220V和DC24V狀態(tài)指示燈13逆變裝置輸

20、入電壓：DC12V輸入電壓范圍：DC9.5V-15.5V輸出電壓：AC180220V可調(diào)±5%額定輸出電流：1.4A輸出頻率：50Hz60Hz可調(diào)±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%4開關(guān)電源型號：DR-120-24輸入電壓：AC 220V輸出電壓：DC 24V輸出電流：5A15變頻器MM420-0.37Kw16電機負載功率：25W電壓：AC220V轉(zhuǎn)速：1300rpm17模擬舞臺燈光負載二極管字樣為“KNT”的發(fā)光模塊18閥控密封式鉛酸蓄電池容量 12V 18Ah/20HR重量 1.9kg尺寸 345mm×195mm&#

21、215;20mm4六、監(jiān)控系統(tǒng)序號名稱技術(shù)參數(shù)數(shù)量1工控機6個串口，含鍵盤鼠標12組態(tài)軟件力控6.113打印機HP Deskjt 10001七、實驗臺序號名稱技術(shù)參數(shù)數(shù)量1網(wǎng)孔板實驗臺豎式網(wǎng)孔板基本結(jié)構(gòu)：下方為工具箱+4個輪子，上方為豎式網(wǎng)孔板尺寸：800(長)×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。42微軟操作系統(tǒng)軟件Window XP13通訊電纜0.3mm²雙芯屏蔽線14實驗指導書風光互補發(fā)電系統(tǒng)實訓指導書1第二部分 商務(wù)條款一、 設(shè)備清單及價格人民幣：元序號類別名稱型號規(guī)格數(shù)量單位單價廠家品牌1風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)光伏供電裝置KNT-WP011套230000南京康尼光伏供電系統(tǒng)1套風力供電裝置1套風力供電系統(tǒng)1套逆變與負載系統(tǒng)1套監(jiān)控系統(tǒng)1套打印機HP De