SB-WS02風(fēng)力發(fā)電實驗系統(tǒng)

一、系統(tǒng)概述                 

風(fēng)力發(fā)電實驗系統(tǒng)為小型水平軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電實驗系統(tǒng)，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，電氣測試點均采用安全的實驗插孔與實驗導(dǎo)線連接。 模擬風(fēng)源采用變頻器實時控制大功率調(diào)速電動機，通過軸流風(fēng)洞模擬自然風(fēng)； 風(fēng)力發(fā)電機在模擬風(fēng)源的吹動下向外輸送電能；多路儀表可實時顯示系統(tǒng)發(fā)用電信息，集成通訊接口，可將數(shù)據(jù)遠程傳遞給上位機，進行遠程綜合監(jiān)測，并可進行數(shù)據(jù)報表存儲、查詢；平臺內(nèi)集成了風(fēng)機控制器、蓄電池、離網(wǎng)逆變器以及交直流負載，可以組成離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。

二、主要參數(shù)

2.1、系統(tǒng)輔助電源

?電源1：輸入：AC220V、輸出：DC24V/2.5A

?電源2：輸入：AC220V、輸出：DC12V/2.0A

?電源3：輸入：AC220V、輸出：DC5V/2.0A

2.2 模擬風(fēng)源采用軸流通風(fēng)機，額定電壓220V、額定頻率50HZ、額定功率0.75KW、額定轉(zhuǎn)速960rpm；風(fēng)速可調(diào)（0-10m/s）、風(fēng)速控制精度：0.1m/s、風(fēng)向控制精度：0.1°

?風(fēng)量：12069 mз/h

?風(fēng)壓：188Pa

?轉(zhuǎn)速：960 r/min

?功率：0.75kW    

?可調(diào)風(fēng)速：0～10級連續(xù)可調(diào)

2.3 風(fēng)力發(fā)電機

?額定功率：300(W)

?額定電壓：12(V)

?額定電流：33.3

?風(fēng)輪直徑：1.24(m)

?啟動風(fēng)速：2.5(m/s)

?額定風(fēng)速：9.6(m/s)

?安全風(fēng)速：35(m/s)

?工作形式：永磁同步發(fā)電機

?風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)方向：順時針

?風(fēng)葉數(shù)量：3（片）   

?風(fēng)葉材料：玻璃增強聚丙烯材料

?電機材料：鋁合金

2.4、測風(fēng)系統(tǒng)

?測量范圍： 風(fēng)速：0～60m/s

?精    度： ±0.1m/s  ± 3° 

?工作電源： DC12V、5V或其他供電。

?記錄間隔：1分鐘～240分鐘連續(xù)可設(shè)置

?通訊接口：  RS-485通訊

?環(huán)境溫度：   -40℃～50℃  

?轉(zhuǎn)速傳感器：0～5000 風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)速檢測顯示（室內(nèi)）

2.5、風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)：

?工作電壓：12VDC

?充電功率Pmax ：600W

?光伏功率Pmax ：150W

?風(fēng)機功率Pmax ：450W

?充電方式：PWM脈寬調(diào)制

?充電最大電流 35A

?過放保護電壓 11V 

?過放恢復(fù)電壓 12.6V

?輸出保護電壓 16V  

?卸載開始電壓（出廠值）15.5V

?卸載開始電流（出廠值） 15A

?控制器設(shè)有蓄電池過充、過放電保護、蓄電池開路保護、負載過電壓保護、夜間防反充電保護、輸出短路保護、電池接反保護、欠壓和過壓防震蕩保護、均衡充電、溫度補償、光控開關(guān)功能；

?負載為100W以下的12V直流負載，控制單元一通道為常開輸出，另一通道為多類定時輸出（光控開、光控關(guān)，定時開、定時關(guān)，）。

?使用32位高速單片機，實現(xiàn)智能控制，自動識別12/24V系統(tǒng)。 采用串聯(lián)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(fù)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＋定時，通用控制等模式。

2.6、離網(wǎng)逆變器

?直流輸入電壓：9.7～16VDC 電壓可選

?額定蔬出功率：300W

?輸出電壓：110/220VAC

?輸出波形：純正弦波

?輸出頻率：50Hz

?工作效率：85%

?功率因數(shù)：>0.88

?波形失真率≤5%

?工作環(huán)境：溫度-20℃～50℃

?相對濕度：﹤90﹪（25℃）

?保護功能：極性反接、短路、過熱、過載保護具有輸出短路、過溫、過載、欠壓保護及保護具有自動恢復(fù)功能，采用風(fēng)機冷卻方式，輸入輸出完全隔離設(shè)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(fēng)扇冷卻，過壓/欠壓/短路/過載/超溫保護

2.7、監(jiān)控系統(tǒng)（工業(yè)觸摸屏）

?尺寸(英寸) 7

?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(nèi)存：64M

?存儲設(shè)備：128M FLASH

?組態(tài)軟件：MCGS嵌入式組態(tài)軟件（運行版）

環(huán)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

外部接口：　

?串口：1×RS232、1×RS485   USB ：1主1從

2.8、儀表顯示單元

?三相交流電壓表：AC0-100V

?三相交流電流表：AC0-5A

?直流電壓表：DC0-100V

?直流電流表：DC0-5A

?交流電壓表：AC0-300V

?交流電流表：AC0-5A

?隔離RS485信號輸出、標準Modbus協(xié)議

2.9、仿真規(guī)劃軟件基于Unity3D軟件，使用C#語言進行開發(fā)，采用My Sql作為后臺數(shù)據(jù)庫，通過FTP協(xié)議與數(shù)據(jù)庫進行通信。軟件使用者通過使用光伏、風(fēng)力、地?zé)?、生物質(zhì)4種能源設(shè)計多能互補方案，完成區(qū)域能源的供能結(jié)構(gòu)改造方案設(shè)計，并結(jié)合區(qū)域的氣候數(shù)據(jù)，模擬區(qū)域內(nèi)實時能耗與供能數(shù)據(jù)，從而優(yōu)化出合理的能源結(jié)構(gòu)。

?用戶管理功能：

注冊：支持學(xué)生或教師按照學(xué)校名稱和手機號碼注冊用戶

登錄：支持學(xué)生或教師根據(jù)手機號碼或用戶名登錄系統(tǒng)。

找回密碼：支持學(xué)生或教師根據(jù)手機號碼找回密碼

權(quán)限管理：支持主用戶添加或刪除子用戶

用戶信息管理：支持用戶信息查看，包括用戶名、學(xué)校、真實姓名、學(xué)號、上級用戶等

異地登錄：同一個賬號24小時內(nèi)只能在同一臺電腦上登錄，無法在其他電腦上登錄。

?氣象數(shù)據(jù)庫支持查看全國超過32個城市的模擬地圖氣候數(shù)據(jù)。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)置日期進行查看。每個城市的氣候數(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3D地圖上的模擬能耗布置相應(yīng)學(xué)習(xí)任務(wù)，同時可以修改多種參數(shù)以最大化的適應(yīng)不同實際情況，最后可以根據(jù)學(xué)生完成情況進行相應(yīng)的評分。

根據(jù)項目及學(xué)習(xí)任務(wù)需要規(guī)劃設(shè)計的區(qū)域面積大小，選擇對應(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、加載在3D地圖上的是真實的地形地貌，包含設(shè)計成虛擬的地形地貌、3D地圖模型、山川、河流與樹木；

支持修改光伏發(fā)電的相關(guān)評分參數(shù)：整機效率、最佳傾角、除組件和逆變器以外的其他成本參數(shù)等。

支持修改風(fēng)力發(fā)電的相關(guān)評分參數(shù)：整機效率、風(fēng)力波動（自定義風(fēng)速的每小時波動數(shù)據(jù)以體現(xiàn)出風(fēng)力發(fā)電機組隨著每小時風(fēng)速數(shù)據(jù)的變化，發(fā)電量在1天24小時內(nèi)隨機波動的特點；）

支持修改地?zé)崮艿南嚓P(guān)評分參數(shù)：換熱能力、熱協(xié)調(diào)參數(shù)、成本單價

支持修改生物質(zhì)能的相關(guān)評分參數(shù)：生物質(zhì)年供應(yīng)、整機效率、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、運維成本等。同時可自動根據(jù)公司計算得出每年最大可建設(shè)的電站功率作為評分準則。

（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）

設(shè)計區(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），通過設(shè)置每個建筑模型的最大功率、制冷制熱能耗占比、每小時實際用電系數(shù)、日能耗時長，可以獲得區(qū)域內(nèi)建筑每小時、每天、全年的耗電情況以及制冷制熱能耗需求；

可選擇全國任意地區(qū)（精確城市）、任意氣候時段作為區(qū)域能源模擬的目標區(qū)域，通過對比數(shù)據(jù)庫可以得出當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度、光伏組件全年最高、最低工作溫度，并可以自動計算最大、最小電壓、最大開路電壓、最大直流電流等數(shù)據(jù)，可以自行比較同一模型不同規(guī)劃方案的優(yōu)劣，通過比較傾角偏差、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?、風(fēng)力電站布局、外部電力輸入、外部電力波動、建設(shè)總成本等，可以對同一模型下的方案進行自動評分

命名：教師可以自行命名模型的名字

刪除：教師可以對模型進行刪除操作

支持學(xué)生通過設(shè)置3D地圖上的各種能源搭配的方案來解答教師給出的學(xué)習(xí)任務(wù)，并給出相應(yīng)的數(shù)據(jù)報表

在3d地圖上，根據(jù)模擬的每小時用能數(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；

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行能源供應(yīng)模擬并能自動計算產(chǎn)能。

根據(jù)設(shè)施地區(qū)經(jīng)緯度與氣候參數(shù)，通過選擇不同型號規(guī)格的逆變器與光伏組件，來完成光伏組件方陣的設(shè)計，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、傾角設(shè)計、逆變器數(shù)量、組件間距設(shè)計、組串串并聯(lián)的數(shù)量等完成區(qū)域光伏電站設(shè)置。

根據(jù)每小時的用電情況，實現(xiàn)戶式/小型分布式光伏電站的模擬設(shè)計，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載的合并運行情況可設(shè)置不同容量大小的風(fēng)機，模擬風(fēng)力發(fā)電功率

根據(jù)模擬時段內(nèi)的氣溫數(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。

模擬淺層地?zé)釗Q熱能力與埋管面積的關(guān)系；同時學(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；

學(xué)習(xí)生物質(zhì)發(fā)電過程中，通過生物質(zhì)能電站的一系列參數(shù)，強化學(xué)生對于生物質(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）并模擬白天時段，光伏發(fā)電設(shè)施每小時發(fā)電數(shù)據(jù)，體現(xiàn)出白天每小時光伏發(fā)電量隨光照強度變化、夜晚光伏沒有發(fā)電的量的特點；

根據(jù)逆變器、光伏組件的價格，風(fēng)機機組價格，地?zé)犭娬緝r格，生物質(zhì)電站價格對所設(shè)計的多能互補方案的建設(shè)總成本自動統(tǒng)計在初始化并部署完成后，展示整個區(qū)域能源狀態(tài)，并根據(jù)預(yù)設(shè)值進行計算和輸出，根據(jù)輸出結(jié)果形成各類報表。包括總數(shù)據(jù)和日數(shù)據(jù)；

能源數(shù)據(jù)報表中，通過模擬時間過程，以及設(shè)計好的方案，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。

根據(jù)用能模塊預(yù)設(shè)的用能參數(shù)，模擬計算出用能情況實時曲線與各類產(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)生進行相應(yīng)能源的設(shè)計配比。

命名：學(xué)生可自行對設(shè)計方案進行命名或重命名

刪除：教師或?qū)W生可刪除方案

2.10、蓄電池組：鉛酸電池12V/12AH

2.11、負載單元

（1）DC12V直流負載五組。（感性負載3組，阻性負載2組）

1）感性負載有：12V直流風(fēng)扇、12V直流電機、12V蜂鳴器

2）阻性負載有：12V交通燈、3W 高亮度LED燈

（2）AC220V交流負載四組。（感性負載1組，阻性負載2組）

1）感性負載有：220V直流風(fēng)扇

2）阻性負載：220V交通燈.220V 3W高亮度LED燈

（3）可調(diào)穩(wěn)壓電源（0-12V，0-2A）。

（4）可調(diào)電阻箱技術(shù)參數(shù)如下：

1）阻值范圍：0-2000歐連續(xù)可調(diào),功率100W

2）誤差范圍：±1%

三、可完成實驗項目

3.1）小型風(fēng)力發(fā)電機結(jié)構(gòu)與原理

3.2）小型風(fēng)力發(fā)電機輸出特性

3.3）風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的組成

3.4）蓄電池的充放電特性

3.5）風(fēng)機控制器的原理與功能

3.6）離網(wǎng)逆變器的原理與功能

四、主要設(shè)備清單