SB-WIN-400小型風力發(fā)電實訓裝置
一、系統(tǒng)概述
小型風力發(fā)電實訓裝置由風力發(fā)電機、風力發(fā)電控制器、電力蓄能單元、逆變模塊、開關(guān)控制單元、負載單元、顯示單元共七大單元系統(tǒng)組成，系統(tǒng)能進行風力發(fā)電相關(guān)全過程實驗，是職高、大學、研究生以風力發(fā)電為主課題的研究和培訓、教學的理想產(chǎn)品。
教學特點
?系統(tǒng)實驗平臺集成了室內(nèi)溫/濕度儀，風速測量系統(tǒng)，讓使用者操作起來更直觀。
?系統(tǒng)采用數(shù)字化DSP技術(shù)，對蓄電池充放電進行全智能化的管理。
?系統(tǒng)面板上采用直觀的數(shù)字儀表和液晶顯示，讓用戶即時了解系統(tǒng)工作狀態(tài)。
?系統(tǒng)上的離網(wǎng)電源可以為用戶提供交流110V/220V純正弦波交流電能。
?風力發(fā)電教學實驗系統(tǒng)，可以讓實訓學生自行拆裝移動，使用簡便、節(jié)能環(huán)保、無污染。
?增加分布式發(fā)電原理與實驗模塊，讓學生增加對新知識的理解
二、系統(tǒng)運行技術(shù)條件
1.風力系統(tǒng)
?風輪直徑：1.24(m)
?啟動風速：2.5(m/s)
?額定風速：12(m/s)
?安全風速：35(m/s)
?工作形式：上風式永磁同步發(fā)電機
?風葉旋轉(zhuǎn)方向：順時針
?風葉數(shù)量：3（片）
?風葉材料：玻璃增強聚丙烯材料
?電機材料：鋁合金&不銹鋼
模擬風洞：
?風量：34073 m3/h，1275Pa-2138Pa
?電壓：三相四線 380VAC
?功率：2.2kW
?調(diào)速單元：2.2KW 矢量變頻器，輸出頻率：0-100Hz
2.充電系統(tǒng)
?額定功率：400(W)
?額定電壓：12/24(V)
?額定電流：33.3/16.7（A）
3.電力蓄能系統(tǒng)（機內(nèi)）
?儲能形式：閥控式密封鉛酸蓄電池
?額定電壓：12V
?額定容量：55Ah
?充電方法（恒壓），循環(huán)︰最大充電電流為5.6A
4.離網(wǎng)逆變模塊系統(tǒng)
?直流輸入電壓：10.5～16.8 VDC
?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
5.控制模塊系統(tǒng)
?工作電壓：12VDC
?充電功率：500W
?光伏功率：100W
?風機功率：400W
?充電方式：PWM脈寬調(diào)制
?充電最大電流 16.5A
?過放保護電壓 10.5V
?過放恢復電壓 12.6V
?輸出保護電壓 16.2V
?卸載開始電壓（出廠值）15V
?卸載開始電流（出廠值） 12A
?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、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?shù)裙δ埽?/span>
6.負載模塊裝置系統(tǒng)
?風扇：×1個，額定電壓：12/24V，工作電流：1.25A，功率：15W
?交通燈：1組(R,G,B)，額定電壓：12/24V，工作電流：0.8A，功率：9.6W
?馬達：×1個，額定電壓：12/24V，工作電流：0.35A，功率：5W 轉(zhuǎn)速：20rmp/min
?交流LED燈×1個，交流節(jié)能燈×1個
?直流模擬負載：12V/24V/28WLED路燈板，帶PWM調(diào)光功能，輸出功率可設(shè)置
7、測風系統(tǒng)
?測量范圍 風速：0～60m/s
?精 度 ±0.1m/s
?工作電源：AC 220V±20% 50HZ， DC12V、5V或其他供電。
?記錄間隔：1分鐘～240分鐘連續(xù)可設(shè)置
?內(nèi)部存儲：4M bit
?環(huán)境溫度：-40℃～50℃
?轉(zhuǎn)速傳感器：0～5000 風力發(fā)電機轉(zhuǎn)速檢測顯示（室內(nèi)）
?過風速報警中斷輸出功能，可以設(shè)備閉環(huán)形式連接，增加實驗安全性。
8.顯示裝置系統(tǒng)
?直流電流表：× 1個，20A， 顯示模式︰0.5"LED
?直流電壓表：× 1個，50V， 顯示模式︰0.5"LED
?交流電壓表：× 1個，500V，顯示模式︰0.5"LED
?交流電流表：× 1個，5A， 顯示模式︰0.5"LED
?交流電壓表：× 1個，50V， 顯示模式︰0.5"LED
?交流電流表：× 1個，50A， 顯示模式︰0.5"LED
?時間、溫/濕度表：× 1個，-20～99.9℃ 顯示時間，室內(nèi)溫、濕度
?風機轉(zhuǎn)速表：× 1個，5A， 顯示模式︰0.5"LED
9.電氣開關(guān)操作臺:交流漏電開關(guān)、緊急停止開關(guān)、儀表開關(guān)、風機輸入開關(guān)、直流輸入開關(guān)
儀表顯示、控制按鈕（開關(guān)）、智能型風光互補控制器、風速儀、鼓風機調(diào)速。
10.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、風力、地熱、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：支持學生或教師按照學校名稱和手機號碼注冊用戶
登錄：支持學生或教師根據(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、學校、真實姓名、學號、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學習任務(wù)，同時可以修改多種參數(shù)以最大化的適應不同實際情況，最后可以根據(jù)學生完成情況進行相應的評分。
根據(jù)項目及學習任務(wù)需要規(guī)劃設(shè)計的區(qū)域面積大小，選擇對應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；
支持修改風力發(fā)電的相關(guān)評分參數(shù)：整機效率、風力波動（自定義風速的每小時波動數(shù)據(jù)以體現(xiàn)出風力發(fā)電機組隨著每小時風速數(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；）
支持修改地熱能的相關(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、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?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、淺層地熱容量、風力電站布局、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習任務(wù)，并給出相應的數(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""風力發(fā)電""生物質(zhì)發(fā)電""淺層地熱設(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、風力、生物質(zhì)、地熱4種新能源并結(jié)合外部電力輸入以進行能源供應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機，模擬風力發(fā)電功率
根據(jù)模擬時段內(nèi)的氣溫數(shù)據(jù)，判斷當日是否存在制冷制熱需求，并根據(jù)當日的冷熱程度模擬制冷制熱能耗情況。
模擬淺層地熱換熱能力與埋管面積的關(guān)系；同時學生根據(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；
學習生物質(zhì)發(fā)電過程中，通過生物質(zhì)能電站的一系列參數(shù)，強化學生對于生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化公式學習。（最大生物質(zhì)電站功率=年供應量*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，風機機組價格，地熱電站價格，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、風力發(fā)電量、淺層地熱能量、生物質(zhì)能發(fā)電量以及外部電力輸入等。
根據(jù)用能模塊預設(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，有助于學生進行相應能源的設(shè)計配比。
命名：學生可自行對設(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
11、監(jiān)控軟件
? PC監(jiān)控模塊：監(jiān)控主機、監(jiān)控軟件。
?顯示內(nèi)容：蓄電池電壓、風機電壓、光伏電壓、風機電流、光伏電流、風機功率、光伏功率，能量模擬圖，當前風速（米/秒），當前風向（度），當前風力資源平估。
系統(tǒng)工作主界面 系統(tǒng)工作數(shù)據(jù)主界面（可切換不同曲線界面）
三、教學項目及實驗內(nèi)容
實驗1.風力發(fā)電基礎(chǔ)理論原理性實驗
實驗2.風力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計實驗
實驗3.風力發(fā)電基礎(chǔ)理論與應用技術(shù)仿真實驗
實驗4.風力發(fā)電相關(guān)測量技術(shù)實驗
實驗5.風力發(fā)電控制技術(shù)實驗
實驗6.風力發(fā)電電力電子實驗
實驗7.過放保護、過放恢復、過充保護、過充恢復均充保護、均充恢復、浮充保護、浮充恢復
實驗8.過風速報警、欠風速報警、液晶顯示風速
實驗9.風力發(fā)電系統(tǒng)的直接負載實驗
實驗10.風力發(fā)電系統(tǒng)的風速變化影響實驗
實驗11.限速機械保護系統(tǒng)原理實驗
實驗12.限速電控保護系統(tǒng)原理實驗
實驗13.風機過功率保護實驗
實驗14.風機超速保護實驗
實驗15.不同轉(zhuǎn)速下風力發(fā)電曲線實驗
實驗16.風況檢測實驗
實驗17.獨立風機系統(tǒng)實驗
實驗18. 綜合實驗。
四、主要設(shè)備清單
序號 | 名 稱 | 數(shù) 量 | 單 位 |
1 | 風力發(fā)電系統(tǒng)操作臺 | 1 | 臺 |
2 | 400W風力發(fā)電機 | 1 | 臺 |
3 | 塔架、拉索 | 1 | 套 |
4 | 轉(zhuǎn)速儀表（含支架） | 1 | 臺 |
5 | 風力發(fā)電控制器 | 1 | 臺 |
6 | 蓄電池組55Ah | 1 | 組 |
7 | 實驗附件 | 1 | 套 |
8 | 軟件 | 1 | 套 |
