概述

本實訓(xùn)平臺參照兆瓦級風(fēng)機控制系統(tǒng)設(shè)計，具有形象的物理仿真對象，創(chuàng)造了良好的實訓(xùn)環(huán)境，包括一套風(fēng)力發(fā)電機模擬對象和四臺控制柜。

1、風(fēng)機對象模型（MW級見機結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)主動偏航功能）；

2、能源管理、監(jiān)控管理及氣象站、偏航控制系統(tǒng)、能源轉(zhuǎn)換儲存控制系統(tǒng)、風(fēng)能變流器系統(tǒng)?？梢詫崿F(xiàn)風(fēng)機偏航系統(tǒng)的控制過程、電氣系統(tǒng)、相關(guān)實訓(xùn)和風(fēng)機的整機運行演示?？捎糜诼殬I(yè)院校學(xué)生的風(fēng)力發(fā)電電動偏航裝置電氣控制操作及電氣故障、風(fēng)電并網(wǎng)控制技術(shù)培訓(xùn)，也可用于風(fēng)電檢修工技能鑒定培訓(xùn)。

實訓(xùn)平臺各部分通過電纜連接，可組成一套既能演示又能動手設(shè)計、安裝、調(diào)試的風(fēng)力發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng)。

二、     設(shè)備組成

SYXNY-FL01 大型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)實訓(xùn)平臺臺主要由模擬風(fēng)能裝置、模擬能源控制系統(tǒng)、能源轉(zhuǎn)換儲存控制系統(tǒng)、并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)和能源監(jiān)控管理系統(tǒng)五個部分組成，如圖1所示。

SYXNY-FL01 大型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)實訓(xùn)平臺采用模塊式結(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(xùn)平臺、風(fēng)力發(fā)電實訓(xùn)平臺。

(1)、     設(shè)備尺寸： 模擬風(fēng)能控制裝置  2000mm×1500mm×2000mm

模擬風(fēng)能裝置   1300mm×1100mm×2600mm

                       實訓(xùn)柜（3個）  2400mm×650mm×2000mm

(2)、     場地面積：25平方米

三、     各單元介紹

1、 模擬風(fēng)能裝置

(1)、    模擬風(fēng)能裝置的組成

模擬風(fēng)能裝置主要由葉片、輪轂、發(fā)電機、機艙、尾舵、側(cè)風(fēng)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(fēng)機、軸流風(fēng)機支架、軸流風(fēng)機框罩、單相交流電動機、電容器、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。

葉片、輪轂、發(fā)電機、機艙、尾舵和側(cè)風(fēng)偏航控制機構(gòu)組裝成水平軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機，安裝在塔架上。軸流風(fēng)機支架、軸流風(fēng)機框罩、測速儀、測速儀支架、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(fēng)機和軸流風(fēng)機框罩安裝在風(fēng)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(fēng)場運動機構(gòu)。

風(fēng)力發(fā)電機利用尾舵實現(xiàn)被動偏航迎風(fēng)，使風(fēng)力發(fā)電機輸出最大電能。測速儀檢測風(fēng)場的風(fēng)量，當(dāng)風(fēng)場的風(fēng)量超過安全值時，側(cè)風(fēng)偏航控制機構(gòu)動作，使尾舵?zhèn)蕊L(fēng)45o，風(fēng)力發(fā)電機葉片轉(zhuǎn)速變慢。當(dāng)風(fēng)場的風(fēng)量過大時，尾舵?zhèn)蕊L(fēng)90o，風(fēng)力發(fā)電機處于制動狀態(tài)。

模擬能源控制系統(tǒng)
2.1 風(fēng)力供電單元

（1） 風(fēng)力供電單元的組成

風(fēng)力供電單元主要由風(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、ARM控制單元、接口單元、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(fēng)力供電控制單元的偏航功能有手動和自動兩個狀態(tài)，可以進(jìn)行手動或自動可變風(fēng)向操作。

可變風(fēng)量是由變頻器控制軸流風(fēng)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(fēng)機轉(zhuǎn)速在0至額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變化，實現(xiàn)可變風(fēng)量輸出。

（3） ARM控制單元和側(cè)風(fēng)偏航

風(fēng)力發(fā)電機風(fēng)輪葉片在氣流作用下產(chǎn)生力矩驅(qū)動風(fēng)輪轉(zhuǎn)動，通過輪轂將扭矩輸入到傳動系統(tǒng)。當(dāng)風(fēng)速增加超過額定風(fēng)速時，風(fēng)力發(fā)電機風(fēng)輪轉(zhuǎn)速過快，發(fā)電機可能因超負(fù)荷而燒毀。

對于定槳距風(fēng)輪，當(dāng)風(fēng)速增加超過額定風(fēng)速時，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)電機不會因超負(fù)荷而燒毀。

對于變槳距風(fēng)輪，當(dāng)風(fēng)速增加時，可根據(jù)風(fēng)速的變化調(diào)整氣流對葉片的攻角。當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)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(fēng)的情況下，風(fēng)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(fēng)力發(fā)電機多數(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。另外，還可以通過側(cè)風(fēng)偏航控制風(fēng)力發(fā)電機保持恒定功率輸出。

2.4  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 24Ah

重量   1.9kg

尺寸   345mm×195mm×20mm

2、 并網(wǎng)逆變、負(fù)載控制系統(tǒng)

(1)、    系統(tǒng)的組成

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、接線端等組成。

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(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、工作過程不盡相同。本實訓(xùn)裝置使用的逆變器由DC-DC升壓PWM控制芯片單元、驅(qū)動+升壓功率MOS管單元、升壓變壓器、SPWM芯片單元、高壓驅(qū)動芯片單元、全橋逆變功率MOS管單元、LC濾波器組成。

3、  能源監(jiān)控管理系統(tǒng)

(1)、    能源監(jiān)控管理系統(tǒng)

能源監(jiān)控與管理系統(tǒng)主要由一體機、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。

(2)、    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

①、 監(jiān)控系統(tǒng)具有主界面，模擬能源控制系統(tǒng)界面，風(fēng)力供電單元界面，逆變與負(fù)載系統(tǒng)界面，風(fēng)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)。

②、 模擬能源控制系統(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。

③、 風(fēng)力供電單元界面設(shè)置相應(yīng)的按鈕，實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機側(cè)風(fēng)偏航控制。

④、 具有光伏發(fā)電采集報表和風(fēng)力發(fā)電集報表，記錄光伏輸出電壓、電流，風(fēng)力發(fā)電機的輸出電壓、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)報表。

    （3） 新能源系統(tǒng)教學(xué)軟件

一、軟件要求

1、通過該軟件可以系統(tǒng)性學(xué)習(xí)太陽能光伏硅材料、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內(nèi)容。

2、配備文字與動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，幫助教師對光伏發(fā)電課程教案的快速編寫，提高學(xué)生對新能源專業(yè)知識快速掌握和快速學(xué)習(xí)。

4、軟件組成

(1)太陽能光伏硅材料講解與展示系統(tǒng)

主要功能

1、展示各種太陽能光伏電池使用的硅材料實物；

2、配備文字與動畫展示各種材料的生產(chǎn)工藝與使用方法

3、功能列表（約11課時）

u  光伏硅產(chǎn)品基本情況介紹

u  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

u  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

u  硅的生長原理及定型

u  硅的提純方法：包括化學(xué)提純與物理提純方法

u  多晶硅的制備及其缺陷和雜質(zhì)：包括冶金硅級制備、高純多晶硅制備、鑄造多晶硅制備

u  單晶硅的制備及其缺陷和雜質(zhì)：包括單晶硅生長、單晶硅的雜質(zhì)與缺陷

u  單晶硅與多晶硅加工方法

u  硅薄膜材料：包括非晶硅薄膜材料、多晶硅薄膜材料

u  硅材料的測試與分析方法：包括導(dǎo)電型號測量、電阻率測量、少子壽命測量、霍爾系數(shù)的測定、遷移率的測量、化學(xué)性能分析、晶體結(jié)構(gòu)分析等

u  硅材料測試與分析依據(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)太陽能光伏電池片講解與展示系統(tǒng)

主要功能

1、展示各種太陽能光伏電池片；

2、配備文字與動畫展示各種電池片的生產(chǎn)工藝與使用方法

3、功能列表（約9課時）

u  太陽能電池片基本情況介紹

u  太陽能電池片基本結(jié)構(gòu)分析

u  太陽能電池片分類

u  晶體硅太陽能電池片生產(chǎn)工藝：包括生產(chǎn)方法與生產(chǎn)設(shè)備介紹

u  晶體硅太陽能電池片生產(chǎn)主要原材料

u  太陽能電池片測試技術(shù)與方法：包括測試方法與測試設(shè)備介紹

u  太陽能電池片測試依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

(3)太陽能光伏組件講解與展示系統(tǒng)

1、展示各種太陽能光伏光伏組件；

2、配備文字與動畫展示各種光伏組件的生產(chǎn)工藝與使用方法

3、功能列表（約10課時）

u  太陽能電池組件基本介紹

u  太陽能電池組件的分類及各種組件的優(yōu)缺點

u  太陽能電池組件的生產(chǎn)工藝介紹及相關(guān)設(shè)備

u  太陽電池組件的評定標(biāo)準(zhǔn)

u  太陽能電池組件的測試方法與測試設(shè)備

u  太陽能電池組件的發(fā)展方向

(4)太陽能光伏組件附屬材料講解與展示系統(tǒng)

主要功能

1、展示各種太陽能光伏光伏組件附屬材料；

2、配備文字與動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、功能列表（約7課時）

u  太陽能組件附屬設(shè)施情況介紹

u  太陽能組件對鋼化玻璃的具體要求

u  太陽能組件對支架鋁型材的具體要求

u  太陽能組件對EVA封膠的具體要求

u  太陽能組件對TPT背板的具體要求

u  太陽能組件附屬設(shè)施檢測方法

u  太陽能組件附屬設(shè)施測試標(biāo)準(zhǔn)

二、展示與講解功能內(nèi)容（要求圖、文、聲并茂）

2.1 太陽能光伏應(yīng)用產(chǎn)品講解與展示系統(tǒng)（約5課時）

2.1.1 太陽能發(fā)電系統(tǒng)：

2.1.2 家用太陽能發(fā)電機直流系統(tǒng)多媒體電視機

2.1.3 太陽能便攜電源：

2.1.4 太陽能殺蟲燈

2.1.5 太陽能警示燈

2.1.6 太陽能野營燈

2.2 太陽能光伏發(fā)電基本原理

2.3 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)組成部分介紹

2.4 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計方法

2.5 太陽能光伏電站施工建設(shè)方法

2.5.1、項目前期考察 

2.5.2、項目建設(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/市級相關(guān)部門的批復(fù)文件

第三階段：獲得開工許可 

2.5.3、項目施工圖設(shè)計 

2.5.4、項目實施建設(shè) 

2.5.5、帶電前的必備條件 

2.6太陽能光伏并網(wǎng)電站介紹

2.6.1、光伏并網(wǎng)電站簡要描述 

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 家用型太陽能電站建設(shè)方案

2.7.1、項目概述 

2.7.2、方案設(shè)計 （附詳細(xì)方案設(shè)計）

（一）用戶負(fù)載信息

（二）系統(tǒng)方案設(shè)計 

（三）效益計算：  

2.8 逆變器基本原理介紹

2.9 控制器基本原理介紹

（4）實驗室智慧用電安全控制系統(tǒng)

智能電源管理系統(tǒng)具有過溫、短路、過流、過壓、欠壓、失壓、功率限定7大保護(hù)功能；電源具有一鍵鎖定功能，處理故障時，防止漏電保護(hù)器合閘，造成觸電危險；電源具有故障鎖定功能，發(fā)生故障導(dǎo)致跳閘時，不能人為上電，只能通過遠(yuǎn)程清除故障后，才能上電成功；能通過無線4G和有線以太網(wǎng)與手機APP和PC端云平臺通訊，沒有網(wǎng)絡(luò)的情況下，教室整套智能電源管理系統(tǒng)可離線獨立運行。

1、智能終端：智能電源管理系統(tǒng)以32位ARM為核心，采用4.3寸彩色觸摸屏為人機交互界面，實時監(jiān)控設(shè)備運行情況，提供Zigbee、CAN等多種通信模式，具備語音播報功能。能實時監(jiān)測三相電壓、電流、功率，功率因數(shù)、頻率、電能等參數(shù)，液晶觸摸屏監(jiān)測數(shù)值。能監(jiān)控實驗室電源的故障類型和故障次數(shù)；設(shè)備時間管理包含年月日時間的顯示；用戶通過刷卡方式請求開啟設(shè)備，PC端進(jìn)行授權(quán)之后，設(shè)備可啟動使用，PC端可分時預(yù)約設(shè)備的啟動和停止！

2、手機APP：用電狀態(tài)界面實時顯示當(dāng)前電壓、電流、有無功功率、電能、設(shè)備溫度、漏電電流值等；用電數(shù)據(jù)界面能智能查找近2年用電數(shù)據(jù)，設(shè)置界面能設(shè)置限定電能值、負(fù)載值、設(shè)備超溫值、過欠壓值、過欠壓恢復(fù)時間值等。后臺查看報警日志、操作日志、故障日志等?？刂疲嚎稍谖⑿判〕绦蛑羞h(yuǎn)程控制智能開關(guān)的通斷。

3、PC端軟件：每個設(shè)備狀態(tài)信息顯示，具有多個子界面，具有故障分析，用電能效分析、集中管理、個人中心資料管理、用戶報警定位跟蹤與信息統(tǒng)計；具有管理員信息修改與權(quán)限管理等功能?？梢绘I開啟和關(guān)閉所有設(shè)備，可單獨控制每臺設(shè)備的開關(guān)！

4、后臺系統(tǒng)：包含賬號管理、設(shè)備管理、報修管理、用戶管理，設(shè)備管理：①、包含監(jiān)控管理：實時視頻監(jiān)控每個教室，可一鍵預(yù)覽所有設(shè)備的在線和運行情況，分析設(shè)備使用率及運行時間！②、包含設(shè)備節(jié)點：可顯示設(shè)備所在位置、編碼名稱、掛載情況、用戶編輯、用戶查詢等。

5、報修管理：用戶可進(jìn)行遠(yuǎn)程報修，反應(yīng)設(shè)備故障信息，編輯報修情況，后臺可進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)，及時跟進(jìn)，以有效解決用戶設(shè)備維護(hù)。

6、用戶管理：可連通手機號，對賬戶進(jìn)行一對一的安全加密，實名認(rèn)證，防止賬戶泄密、防盜，現(xiàn)場數(shù)據(jù)連接云平臺后臺數(shù)據(jù)庫管理。

現(xiàn)場需對功能逐一演示，提供有效、權(quán)威的證明文件，佐證該產(chǎn)品的可靠、安全、先進(jìn)性。

四、     主要實驗實訓(xùn)內(nèi)容

4.1風(fēng)力發(fā)電機特性仿真

4.2 模擬變槳原理實訓(xùn)

4.3 偏航原理及實訓(xùn)

4.4 解纜系統(tǒng)原理實訓(xùn)

4.5 并網(wǎng)逆變器工作原理實訓(xùn)

4.6并網(wǎng)逆變器參數(shù)設(shè)置與電能質(zhì)量分析

4.7風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運行與調(diào)試

4.8能源監(jiān)控管理系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計