HL-WGE01風力發(fā)電系統(tǒng)實訓裝置

一、概述

HL-WGE01風力發(fā)電系統(tǒng)實物一體化設(shè)計，真實的展現(xiàn)風能發(fā)電的系統(tǒng)構(gòu)成。利用輔助設(shè)備來實現(xiàn)風源的模擬輸出，通過不同的負載較真實的反映風能發(fā)電系統(tǒng)的運行狀況；面向高等院校、職業(yè)技術(shù)學校大中專生、本科生、研究生深刻了解風能的基本知識以及各種風能發(fā)電技術(shù)的實驗教學平臺。通過該平臺可以對家用風力機的安裝、調(diào)試、運行、維護、故障分析和故障診斷有所理解和分析。
二、HL-WGE01風力發(fā)電系統(tǒng)實訓裝置結(jié)構(gòu)示及原理：
1、風源控制系統(tǒng)
2、模擬系統(tǒng)
3、風能控制系統(tǒng)
4、離網(wǎng)逆變系統(tǒng)
5、負載系統(tǒng)
6、儲能系統(tǒng)
7、控制系統(tǒng)
8、風機
三、HL-WGE01風力發(fā)電系統(tǒng)實訓裝置參數(shù)：
1、風力發(fā)電機：300W，葉輪直徑：1.65m，啟動風速：2.3m/s，切入風速：3m/s，額定風速：12m/s，三相交流電輸出，支架高度1.5m，總高度2.6m；
2、風速風向儀：風速：0～45M/S，風向：0～360°，精度±0.3M/S±3°，工作電源：AC220V，50HZ，DC12V可選。過風速報警、欠風速報警、液晶顯示風速、配有與PC通訊的接口：RS-232；
3、可調(diào)速的鼓風機：4670m3/h，1275Pa-2138Pa，2.2kW；
4、電氣操作柜：儀表顯示、控制按鈕（開關(guān)）、戶用型控制器、風速儀、鼓風機調(diào)速。
四、HL-WGE01風力發(fā)電系統(tǒng)實訓裝置實驗類型：
實驗一：限速機械保護系統(tǒng)原理實驗
實驗二：限速電控保護系統(tǒng)原理實驗
實驗三：風、光互補功率點跟蹤控制實驗
實驗四：風機過功率保護實驗
實驗五：風機超速保護實驗
實驗六：不同轉(zhuǎn)速下風力發(fā)電曲線實驗
實驗七：風況檢測實驗
實驗八：獨立風機系統(tǒng)實驗
實驗九：綜合實驗。
五、HL-WGE01風力發(fā)電系統(tǒng)實訓裝置各單元介紹：
⑴風力發(fā)電系統(tǒng)--風源控制系統(tǒng)

風力發(fā)電控制系統(tǒng)的功率控制是風電系統(tǒng)研究的重要內(nèi)容，根據(jù)在不同風速條件下通過控制發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩來調(diào)節(jié)發(fā)電機和風機的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)在不同風速下的功率跟蹤。本實驗系統(tǒng)可以通過直流無刷電機控制器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)模擬風速的變化。該裝置具有風向檢測偏航系統(tǒng)，可以人為的模擬風向的變化，來控制風力發(fā)電機的偏航角度。

二、系統(tǒng)功能：
風能是一種無污染可再生的綠色能源,風能的大規(guī)模開發(fā)和利用,將會有效減少化石能源的使用和溫室氣體的排放,成為解決性能源危機和環(huán)境危機的重要手段。
風力發(fā)電系統(tǒng)研究和實驗平臺的設(shè)計方案:利用變頻器控制的異步風機模擬風力特性,驅(qū)動風力發(fā)電機運行。便可實現(xiàn)風機的模擬。在變風速和變轉(zhuǎn)速兩種典型運行條件下的實驗結(jié)果表明,風機可以準確的對風力機特性進行模擬。該平臺可方便地用于實驗室條件下的風力發(fā)電系統(tǒng)研究；

三、系統(tǒng)參數(shù)：
1、風力發(fā)電機：功率：300W， 葉輪直徑：1.65m， 啟動風速：2.3m/s，
切入風速：3m/s， 額定風速：12m/s， 三相交流電輸出，支架高度1.5m， 總高度2.6m；
2、風速風向儀：風速：0～45M/S， 風向：0～360°， 精度±0.3M/S ± 3°，
工作電源：AC 220V/50HZ，DC 12V可選 過風速報警、欠風速報警、液晶顯示風速、配有與PC通訊的接口：RS-232；
3、可調(diào)速的鼓風機：4670m3/h，1275Pa-2138Pa，2.2kW；
4、電氣操作柜：儀表顯示、控制按鈕（開關(guān)）、戶用型控制器、風速儀、鼓風機調(diào)速。

四、實驗類型：
1、風力發(fā)電基礎(chǔ)理論原理性實驗；
2、風力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計實驗；
3、風力發(fā)電基礎(chǔ)理論與應(yīng)用技術(shù)仿真實驗；
4、風力發(fā)電相關(guān)測量技術(shù)實驗；
5、風力發(fā)電控制技術(shù)實驗；
6、風力發(fā)電電力電子實驗。
 

⑵風力發(fā)電系統(tǒng)--模擬系統(tǒng)

HL-WGE01型風力發(fā)電系統(tǒng)，在實際教學和設(shè)備的使用過程中，由于太陽、風等新能源系統(tǒng)的不穩(wěn)定性、短時性，造成了在人們進行實驗時常常不能夠及時的得到相應(yīng)的的結(jié)果和數(shù)據(jù)，因此在新能源實驗系統(tǒng)的使用過程中，常常需要利用模擬系統(tǒng)來提供仿真的太陽、風等新能源。提供給后續(xù)實驗設(shè)備使用。

二、系統(tǒng)功能：
1、模擬交流系統(tǒng)中三相風力發(fā)電機的輸出：AC 0-400V,3kW的風力發(fā)電機組的輸出。
2、模擬系統(tǒng)模擬直流系統(tǒng)中太陽能電池組件的輸出：DC 0-100V,1kW的太陽能電池組件的輸出。
3、系統(tǒng)單元具備了遠程通訊單元，可以通過后臺來實現(xiàn)遠程控制調(diào)節(jié)。大大的提高了使用效率，對數(shù)據(jù)分析和裝置性能的判斷提供便捷。

三、系統(tǒng)參數(shù)：
1、三項同步調(diào)壓器：功率3kW；
2、可控硅控制模塊：220VAC等級；整流濾波，穩(wěn)壓；
3、可控硅：CTT60可控硅；導(dǎo)通電流60A；
4、功率電能顯示儀表：4670m3/h，1275Pa-2138Pa，2.2kW；
5、電氣操作柜：儀表顯示、控制按鈕（開關(guān)）、蓄電池、戶用型控制器、風速儀、鼓風機調(diào)速。

四、實驗類型：
1、太陽組件模擬輸出實驗
2、風力發(fā)電設(shè)備模擬輸出實驗

五、系統(tǒng)特點：
1、用雙路電源供電，可手動、自動切換。使用接觸器可帶負荷切換，保證了供電的可靠性。
2、交流電源采用大容量隔離變壓器，將系統(tǒng)電源與試驗電源進行隔離；
3、使試驗電源免受電網(wǎng)暫態(tài)過程和其他諧波干擾。變壓器采用△ /Y0接線方式，大大削弱了三次諧波，保證了電源質(zhì)量；
4、直流電源可以連續(xù)平滑的調(diào)節(jié)電壓，以適應(yīng)不同試驗項目的需要；
5、輸出交流電源裝有漏電保護開關(guān)，確保試驗人員的安全；
6、直流回路使用GM32M直流斷路器。

⑶風力發(fā)電系統(tǒng)--風能控制系統(tǒng)

風力發(fā)電機的工作原理是風葉在風力作用下旋轉(zhuǎn)，將風的動能轉(zhuǎn)變?yōu)轱L葉軸旋轉(zhuǎn)的機械能，發(fā)電機在風葉軸的帶動下旋轉(zhuǎn)發(fā)電，整流器將發(fā)電機產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)化成直流電，并通過集流轉(zhuǎn)向裝置和連接電纜將電能傳遞到控制器，控制器的主要作用是控制和顯示風力發(fā)電機對蓄電池的充電狀態(tài)，當風力達到切入風速、發(fā)電機產(chǎn)生的電能壓達到蓄電池的充電要求時，形成穩(wěn)定的電壓和電流輸出，進而向蓄電池組充電；而當風力達到切出風速、發(fā)電機產(chǎn)生的電壓和電流超出蓄電池的充電要求或在蓄電池組已充滿時，斷開充電電流，形成卸荷，進而保護蓄電池不會過充，同時卸荷后在風力發(fā)電機內(nèi)部形成阻尼，進而降低發(fā)電機的轉(zhuǎn)速、保證風力發(fā)電機的運行安全。

二、系統(tǒng)特點：
1、風力發(fā)電機運行中系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，有防止風力發(fā)電機空轉(zhuǎn)、飛車的保護功能；
2、具有蓄電池防反接保護，蓄電池防脫節(jié)保護，蓄電池損壞保護功能；
3、遇大風充電電流過大時，控制器自動對風力發(fā)電機卸荷，小電流對蓄電池充電；
4、蓄電池充足后（當蓄電池電壓充至額定電壓125%），控制器自動將風力發(fā)電機剎車，停止對蓄電池充電；
6、控制器具有手動緊急剎車開關(guān)，用戶可根據(jù)情況使用。

三、系統(tǒng)參數(shù)：
1、風力發(fā)電機控制器：0.3KW-12V
2、蓄電池：48V
3、工作方式：連續(xù)
4、功能：充電、控制
5、工作環(huán)境：溫度-10-40℃濕度≤80%
6、PWM卸荷電壓(v):>52V
7、風力發(fā)電機剎車動作電壓(v):30V±1
8、風力發(fā)電機恢復(fù)充電動作電壓(v)：26V±1
9、電瓶虧電(V)：44V±1
10、充電保險(A)：125A

四、實驗類型：
1、限速機械保護系統(tǒng)原理實驗
2、限速電控保護系統(tǒng)原理實驗
3、風、光互補功率點跟蹤控制實驗
4、風機過功率保護實驗
5、風機超速保護實驗
6、不同轉(zhuǎn)速下風力發(fā)電曲線實驗
7、風況檢測實驗
8、獨立風機系統(tǒng)實驗

⑷風力發(fā)電系統(tǒng)--離網(wǎng)逆變系統(tǒng)

逆變器也稱逆變電源，是通過半導(dǎo)體功率開關(guān)的開通和關(guān)斷作用，把直流電能轉(zhuǎn)變成交流電能的一種變換裝置，是整流變換的逆過程，是太陽能、風力發(fā)電中的重要部件。
逆變器系統(tǒng)是采用單片機控制正弦波輸出的逆變電源，它以48V直流電源作為輸入，輸出220V、50Hz、的正弦波交流電，以滿足高校教學演示和電子實驗測試的需求。該電源采用推挽升壓和全橋逆變兩級變換，前后級之間隔離，采用單片機數(shù)字化SPWM控制方式，采樣直流母線電壓做電壓前饋控制，同時采樣電流做反饋控制；在保護上，具有輸入過、欠壓保護，輸出過載、短路保護，過熱保護等多重保護功能電路，增強了該電源的可靠性和安全性

二、系統(tǒng)功能：
將太陽電池組件產(chǎn)生的直流電或者蓄電池釋放的直流電轉(zhuǎn)化為負載需要的低壓交流電。具有輸入過、欠壓保護，輸出過載、短路保護，過熱保護等多重保護功能電路，增強了該電源的可靠性和安全性。

三、系統(tǒng)參數(shù)：
1、額定輸入電壓46.5-50.5V；
2、額定輸出電壓220V±10%、50Hz±1Hz、/三相220V±10%、50Hz±1Hz；
3、額定功率：1KVA；
5、逆變效率：≥80%；
6、電壓調(diào)整率：線性負載≤3%，非線性負載≤5%；

四、系統(tǒng)單元主要測試點：
1、開關(guān)管柵極漏極波形；
2、蓄電池欠電壓測量；
3、蓄電池保護點測量；
4、升壓變壓器次級整流電壓；
5、單片機工作電壓的測量；
6、單片機SPWM驅(qū)動腳波形測量；
7、全橋驅(qū)動器輸出波形測量；
8、母線電壓輸出波形（有效值、峰值）測量；
9、母線電壓輸出頻率測量；
10、母線前饋電壓電流采集測量。

五、主要實驗：
1、逆變原理實驗（結(jié)合試驗箱上電路原理圖、測試點、顯示儀表和原理）；
2、逆變過載保護實驗（結(jié)合試驗箱上電路原理圖、測試點、顯示儀表和原理）；
3、逆變器與市電互補實驗（結(jié)合試驗箱上電路原理圖、測試點、顯示儀表和原理）；
4、逆變器欠過壓等保護實驗（結(jié)合試驗箱上電路原理圖、測試點、顯示儀表和原理）。

⑸風力發(fā)電系統(tǒng)--負載系統(tǒng)

作為整個風力發(fā)電系統(tǒng)的一部分，主要是完成發(fā)電系統(tǒng)的負載測試用。主回路由阻性負載、感性負載和容性負載三部分組成。三部分組合后，功率因數(shù)可調(diào)整，裝機總?cè)萘?/span>150VA

二、系統(tǒng)參數(shù)：
1、適用環(huán)境溫度范圍：-10～+40℃
2、接入負載電壓：三相AC380V/50Hz（線電壓380V，相電壓220V）
3、接線方式：三相四線制
4、電壓精度為±0.5％，電壓分辨率為0.1V
5、頻率測量范圍為40-60Hz
6、電流測量范圍為0-50A
7、冷卻方式：強制風冷
8、負載柜本身帶有控制面板，并帶有RS232接口，負載和計算機連接，并通過相關(guān)軟件實現(xiàn)負載中存儲的數(shù)據(jù)傳到PC機中進行處理。
9、PC機控制軟件可顯示本次測試中的功率值。
10、工作電源: AC 220V/50Hz。

⑹風力發(fā)電系統(tǒng)--儲能系統(tǒng)

蓄電池的作用是保證在太陽光照連續(xù)低于平均值的情況下負載仍可以正常工作。新能源系統(tǒng)中使用的蓄電池有鎳氫、鎳鎘電池和鉛酸蓄電池，但是在較大的系統(tǒng)中考慮到技術(shù)成熟性和成本等因素，通常使用鉛酸蓄電池。
蓄電池在線監(jiān)測管理系統(tǒng)是針對鉛酸蓄電池系統(tǒng)使用的12V閥控鉛酸蓄電池而開發(fā)的專用監(jiān)測管理系統(tǒng)，

二、系統(tǒng)功能：
1、單電池電壓、內(nèi)阻監(jiān)測；
2、電池組電壓、充放電電流監(jiān)測；
3、電池組工作環(huán)境溫度監(jiān)測；
4、在線估算容量；
5、電池組過充、過放、浮充電壓高、浮充電壓低和充放電電流過大告警；
6、單電池浮充電壓高、浮充電壓低和單電池過放告警；
7、環(huán)境溫度過高、過低告警；
8、系統(tǒng)本身運行故障告警；
9、實時數(shù)據(jù)、實時告警事件存儲；
10、實時數(shù)據(jù)、實時告警查詢；
11、歷史事件、歷史數(shù)據(jù)查詢；
12、放電曲線分析。

三、系統(tǒng)參數(shù)：

1、單電池電壓、內(nèi)阻監(jiān)測
2、電池組電壓、充放電電流監(jiān)測
3、電池組工作環(huán)境溫度監(jiān)測
4、在線估算容量

⑺風力發(fā)電系統(tǒng)--控制系統(tǒng)

為用戶提供一個遠程監(jiān)控風光互補科研實驗平臺系統(tǒng)的在線系統(tǒng)，提供實時數(shù)據(jù)顯示與處理、系統(tǒng)功能分析、系統(tǒng)事故追憶、各種文檔備份、用戶級別選擇、遠程特定功能控制實現(xiàn)、在線幫助等功能強大、界面友好、人機對話簡單的管理軟件。
實時數(shù)據(jù)顯示與處理采用召喚應(yīng)答式規(guī)約，在線實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時顯示。
事故追憶包括離線事故和在線事故．為不能長時間開啟電腦的客戶提供更多便利。
具備詳細的事故記錄（精確到秒，以時間段顯示，同時記錄系統(tǒng)所有運行參數(shù)備查）,多種查詢方式（按站點，按時間，按日期及起組合方式）報表生成和打印。
具備報警參數(shù)設(shè)定，告警參數(shù)顯示與保持，提供聲音（內(nèi)容可以自行選擇，滿足個性需求，同時提供pc機內(nèi)部蜂鳴器報警，為用戶節(jié)約電能。），光等報警。
對用戶：提供權(quán)限管理、密碼登錄、無誤操作設(shè)計，免費在線升級電源知識數(shù)據(jù)庫，新電源用戶學習影像資料．
對電源設(shè)備：實時控制，參數(shù)全面具體，防誤操作處理等等。

二、系統(tǒng)功能：
1、環(huán)境檢測：顯示風速、風向（地理角度）、溫度等；
2、太陽能觀測：
太陽能：顯示充電電壓、充電電流、功率、運行狀態(tài)；
蓄電池：顯示蓄電池電壓、蓄電池放電電流、蓄電池放電功率、蓄電池運行狀態(tài)；
負載：顯示負載電壓、負載電流、負載功率、負載狀態(tài)；
電能計量：顯示月發(fā)電量、月用電量、日發(fā)電量、日用電量；
其他：顯示當前溫度、溫度補償系數(shù)等；各種參數(shù)保護數(shù)據(jù)。
3、風機觀測:
風機:顯示充電電壓、充電電流、功率、運行狀態(tài)；
蓄電池:顯示蓄電池電壓、蓄電池放電電流、蓄電池放電功率、蓄電池運行狀態(tài)；
負載:顯示負載電壓、負載電流、負載功率、負載狀態(tài);
電能:顯示計量月發(fā)電量、月用電量、日發(fā)電量、日用電量；
其他:顯示當前溫度、溫度補償系數(shù)等；各種參數(shù)保護數(shù)據(jù)；假負載投入比例。
4、 并網(wǎng):
實時參數(shù):顯示電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)電流、風機電壓、風機電流、直流電壓、直流電流、電 網(wǎng)電量、頻率、電網(wǎng)功率、太陽能功率、環(huán)境溫度、散熱器溫度；多站觀 測；
故障代碼:顯示直流欠壓、直流過壓、直流過流、交流過壓、交流欠壓、交流過流、 頻率異常、孤島效應(yīng)、溫度異常、微機異常、接地異常、模塊異常;控制:并/脫網(wǎng)實驗；MPPT模式選擇等。