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風光互補并網發電與機電實訓系統

能源是國民經濟發展和人民生活必須的重要物質基礎。在過去的200多年里，建立在煤炭、石油、天然氣等化石燃料基礎上的能源體系極大的推動了人類社會的發展。但是人類在使用化石燃料的同時，也帶來了嚴重的環境污染和生態系統破壞。近年來，世界各國逐漸認識到能源對人類的重要性，更認識到常規能源利用過程中對環境和生態系統的破壞。各國紛紛開始根據國情，治理和緩解已經惡化的環境，并把可再生、無污染的新能源的開發利用作為可持續發展的重要內容。風光互補發電系統是利用風能和太陽能資源的互補性，具有較高性價比的一種新型能源發電系統，具有很好的應用前景。

風光互補并網發電與機電實訓系統TH-FGB500-Ⅲ由太陽能光伏電板、雙軸跟蹤控制模塊、蓄電池模塊、太陽能控制器模塊、太陽能逆變器模塊、模擬風洞發電模塊、開關控制模塊、環境監測模塊、上位機監控模塊，儀表顯示部分,（各功能轉換接口模塊）等組成；各控制系統集成于風能發電、光伏發電為一體的教學實訓臺；各系統通過連接電纜進行連接，形成一套可完成風力及光伏發電、同步并網、離網電源的實驗及教學演示。幫助學生理解太陽能并網、離網及風力發電系統的原理，從而起到學習工程實際應用技能的作用。

各部件接口采用安全插口式設計，各模塊通過實驗線纜連接，實驗方便、操作靈活。

風光互補并網發電與機電實訓系統應用范圍：主要面向職高、大學、研究生、企業技工以風力發電和太陽能離網、并網發電為主課題的研究和培訓。

一、主要技術規格參數： 

 1、系統規格

  ◆ 系統zui大電壓：DC12V，AC220V

  ◆ 系統zui大電流：10A

  ◆ 系統zui大功率：300W

 2、太陽光電實習教學模塊 

 太陽能電池規格：單晶硅太陽能電池 

  ◆ 元件尺寸(L*W*H)：630*530*25mm*4

  ◆ *功率：160W

  ◆ *工作電壓：17.05±0.5V

  ◆ *工作電流：10.20±0.10A，

  ◆ 短路電流：10.34±0.10A，

  ◆ 開路電壓：21.0±0.5V

  ◆ 模擬光源模塊：1000W

 3、風力發電機實習教學模塊

  ◆ 風洞調速范圍：0～13 m/s，功率5.0KW

  ◆ 風力發電機額定輸出電壓：12VDC，功率：400W

  ◆ 風機類型；永磁同步發電機，上風式

  ◆ 啟動風速；2.5m/s

  ◆ 風葉材質：碳光纖化合物

 4、風光互補控制器：

  ◆ 充電方式：PWM脈寬調制 

  ◆ 充電zui大電流 35A

  ◆ 過放保護電壓 10.6V ±0.5  

  ◆ 過放恢復電壓 12.6V ±0.5 

  ◆ 輸出保護電壓 16V ±0.5 

  ◆ 卸載開始電壓（出廠值）15.5V ±0.5 

  ◆ 卸載開始電流（出廠值） 15A 

  ◆ 保護功能：蓄電池過充電、蓄電池過放電、蓄電反接、負載過載、防雷、風機限流、風機自動剎車和手動剎車。

  ◆ 使用32們高速單片機，實現智能控制，自動識別12/24V系統。 采用串聯式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。

  ◆ 多種保護功能，包括蓄電池反接、蓄電池過、欠壓保護、太陽能電池組件短路保護，具有自動恢的輸出過流保護功能，輸出短路保護功能。

  ◆ 具有豐富的工作模式，如光控，光控＋延時，通用控制等模式。

  ◆ 具有直流輸出或1Hz頻閃輸出2種輸出選擇，頻閃輸出特別適用于LED交通警示燈等。

在頻閃輸出模式，負載可以使用感性負載。浮充電溫度補償功能。使用數字LED顯示及設置，采用一鍵式操作完成所有設置。

  ◆ 大屏幕LCD顯示，太陽能電池、蓄電池、負載電流、電壓等電參數。

 5、并網逆變器

  ◆ 輸出電壓：AC 180-260V

  ◆ 工作電壓：10.8 - 28V，

  ◆ 額定輸出功率≥200W

  ◆ 輸出波形：正弦波(失真度≤3﹪)

  ◆ 輸出頻率：47-55Hz，

  ◆ LED方式顯示工作狀態，

   并網逆變器具有DC－DC和DC－AC兩級能量變換的結構。DC－DC變換環節調整光伏陣列的工作點使其跟蹤zui大功率點；DC－AC逆變環節主要使輸出電流與電網電壓同相位，同時獲得單位功率因數。

 6、離網逆變器

  ◆ 純正弦波輸出(失真率<4%)
  ◆ 輸入輸出*隔離設計
  ◆ 能快速并行啟動電容、電感負載
  ◆ 三色指示燈顯示，輸入電壓,輸出電壓，負載水準和故障情形
  ◆ 負載控制風扇冷卻
  ◆ 過壓/欠壓/短路/過載/超溫保護

  ◆ 輸出電壓：AC220V

  ◆ 工作電壓：9.7 - 15V，

  ◆ 額定輸出功率≥200W

  ◆ 輸出波形：正弦波(失真度≤3﹪)

  ◆ 輸出頻率：50±3Hz，

7、西門子S7-300 PLC 

S7-300 PLC是模擬式中小型PLC，電源、CPU和其他模塊都是獨立的，可以通過U形總線把電源（PS）、CPU和其他模塊緊密固定在西門子S7-300的標準軌道上。每個模塊都有一個總線連接器，后者插在各模塊的背后。電源模塊總是安裝在機架的zui左邊，CPU模塊緊靠電源模塊。CPU的右邊是可以選擇的IM接口模塊，如果只用主架導軌而沒有使用擴展支架可以不選擇IM接口模塊。

S7編程軟件組態主架導軌硬件時，電源，CPU和IM分別放在導軌的1號槽、2號槽和3號槽上。一條導軌共有11個槽號：1號槽至11號槽，其中4號槽至11號槽可以隨意放置除電源、CPU和IM以外的其他模塊。如：DI（數字量輸入）、DO（數字量輸出）、AI（模擬量輸入）、AO（模擬量輸出）、FM（功能模塊）和CP（通信模塊）等

 8、監控系統（工業觸摸屏）

  ◆ 尺寸(英寸) 10.2

  ◆ 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

  ◆ 內存：64M

  ◆ 存儲設備：128M FLASH

  ◆ 組態軟件：MCGS嵌入式組態軟件（運行版）

環境條件 　

  ◆ 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

產品規格

  ◆ 結構：工業塑料結構

  ◆ 顏色：工業灰

  ◆ 面板尺寸：226.5mm×163mm

  ◆ 機柜開孔：215mm×152mm

外部接口：　

  ◆ 串口：1×RS232、1×RS485

  ◆ USB ：1主1從

 9、其它

  ◆ 系統實驗時的備用電源（2路0-30V/2A直流可調穩壓電源）；

  ◆ 有市電互補切換

  ◆ LED恒流驅動

  ◆ 提供并網、離網逆變器實套件

  ◆ 設置電壓模塊，確保實驗過程的安全；

  ◆ 可變電阻，電阻值調整范圍為0～999kΩ

  ◆ DC/DC：5個DC/DC電源模塊

  ◆ 支援外接PC計算機量測太陽能電池I-V特性曲線(VB軟件or LabView)

 10、電表規格：

  ◆ 電流表：× 2個，DC20A， 顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示

  ◆ 電壓表：× 2個，DC50V，顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示

  ◆ 電流表：× 2個，AC5A， 顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示

  ◆ 電壓表：× 2個，AC220V，顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示

  ◆ 溫度表：× 1個，0～99.9℃

  ◆ 多功能網絡電參數表：×1個，AC220V，顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示，包含RS485，RS232通訊功能，

 11、負載：

   直流負載

  ◆ 風扇：×1個，額定電壓：12V，工作電流：0.25A，功率：3W

  ◆ 交通燈：2組(R,G,B)，額定電壓：12V，工作電流：0.25A，功率：3W

  ◆ LED燈：1組

   交流負載

  ◆ 節能燈：×1個，額定電壓：220V，工作電流：0.15 A

  ◆ 馬達：×1個，額定電壓：220V，工作電流：0.2 

 12、電池：

  ◆ 太陽能閥控式密封膠體蓄電池，額定電壓：12V，額定容量(18-20Ah),充電方法（恒壓）；

  ◆ 具有如下特點：自放電率低，使用壽命長，深放電能力強，充電效率高，工作溫度范圍寬。

13、系統外形尺寸；長1200×寬780×高1800（㎜）附滾輪方便推動至戶外教學。

二、實訓內容

1、太陽光電實習教學模塊實驗內容：  

實驗一 太陽能電池發電原理實驗

實驗1-1 太陽能光電板能量轉換實驗

實驗1-2 環境對光電轉換影響實驗

實驗二 太陽能電池光電系統直接負載實驗

實驗三 光電控制型太陽能系統發電實驗

實驗3-1 光電型控制單元工作原理實驗

實驗3-2 光電型控制單元充放電保護實驗

實驗四 交通警示燈模塊設計實驗

實驗五 太陽能系統負載實驗

實驗六 綜合實驗 

實驗七 太陽能電池基本特性測試實驗

實驗八 外部擴充DC轉AC外接電器實驗

實驗九 單晶太陽能電池I-V特性曲線實驗

實驗十 離網逆變器設計實驗

實驗十一 離網逆變器工作特性實驗

實驗十二 離網逆變器帶載及保護實驗

實驗十三 并網逆變器設計實驗

實驗十四 并網實驗

  實驗十五 追日原理與追日過程實驗

2、風力電實習教學模塊實驗內容：  

  實驗一、風力發電基礎理論原理性實驗 

  實驗二、風力發電系統設計實驗

  實驗三、風力發電控制技術實驗

  實驗四、風力發電相關測量技術實驗

  實驗五、風力發電基礎理論與應用技術仿真實驗

  實驗六、發電機轉速與輸出電壓關系實驗

  實驗七、發電機轉速與輸出電流關系實驗

  實驗八、發電機轉速與輸出頻率關系實驗

  實驗九、風速即轉速與與出功率關系實驗

3、PLC實訓內容

實驗一 STEP 7軟件安裝及注意事項

實驗二 SIMATIC管理器

實驗三 SIMATIC Manager自定義

實驗四  PG/PC接口設置

實驗五 用PLC控制三相交流異步電動機起/停

實驗六 PLC系統的硬件組態及程序編制

實驗七 基本邏輯指令的應用

實驗八 定時器、計數器的應用

實驗九 技能訓練，人行橫道控制

實驗十 模擬量的控制

實驗十一 順序控制系統控制方法的設計

實驗十二 步與步的動作

實驗十三 PLC通信

4、觸摸屏實訓內容

實驗一 組態軟件應用及界面設計

實驗二 上傳、下載文件

實驗三 曲線圖、柱狀圖、圓形圖、動態圖

實驗四 數字輸入和文數字顯示

實驗五 歷史資料顯示

實驗六 系統控制讀寫

實驗七 控制系統中觸摸屏的畫面

實驗八 狀態圖

實驗九 控制系統中PLC的程序

三、系統基本配置單