一、項目概述

室內(nèi)外風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)為科研創(chuàng)新理念與實驗、實訓型相結(jié)合的集風力發(fā)電，光伏發(fā)電、鉛酸電池儲能（磷酸鐵鋰電池儲能）、的多元化“風、光混合型新能源發(fā)電實訓系統(tǒng)"。

室內(nèi)外風光互補發(fā)電實訓系統(tǒng)由風力發(fā)電機組、太陽能電池方陣、風力及光伏控制系統(tǒng)、儲能控制系統(tǒng)所組成的微網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。

其工作原理是風力、光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電，并由電池儲能，由儲能逆變系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成交流電后接入電網(wǎng)，可離網(wǎng)運行亦可并網(wǎng)運行，在網(wǎng)端能耗負荷內(nèi)完成削峰填谷功能。

在天氣晴朗的白天，系統(tǒng)運行在微網(wǎng)模式并在補充儲能電池容量的同時將多余電量通過逆變系統(tǒng)送入電網(wǎng)，到夜間再將儲能電池電能通過儲能逆變器送入電網(wǎng)以彌補由于夜間網(wǎng)端負荷過大造成的電網(wǎng)電壓過低，在儲能電池不夠用時，系統(tǒng)將轉(zhuǎn)入正常模式，一邊自行彌補儲能電池的虧空，一邊通過系統(tǒng)向負載供電。

圖1   系統(tǒng)拓撲圖

1.2 功能特點

①整套系統(tǒng)的各個模塊預留了CANRS485RS232USBTCPIP通訊接口，可以通過該通訊接口對系統(tǒng)中各個模塊進行監(jiān)控，便于未來項目開發(fā)使用。

②系統(tǒng)實驗平臺集成了室內(nèi)溫/濕度儀，風速測量、光照度測量系統(tǒng)，讓使用者操作起來更直觀；

③系統(tǒng)DC-AC并網(wǎng)同步電源，采用高頻脈沖調(diào)制技術(shù)，具有小體積、高效率及高功率因數(shù)輸出；

④系統(tǒng)面板上采用直觀的數(shù)字表和液晶顯示，讓用戶了解當前系統(tǒng)工作狀態(tài)；

⑤實訓系統(tǒng)，可以讓實訓學生自行拆裝移動，使用簡便、無噪音、無污染；

⑥系統(tǒng)增加市電與風光互補發(fā)電切換模塊，讓實驗更具操作性；

⑦增加分布式供電原理與實驗電路，讓學生增加對新知識的理解；

⑧增設直流母線單元，方便系統(tǒng)各模塊之間連接及實驗；

⑨獨立的后備膠體蓄電池及充放電管理單元；
二、方案參數(shù)概述
2.1風力發(fā)電系統(tǒng)的組成

風力發(fā)電機是利用風力帶動風車葉片旋轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)換為機械功，機械功帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，最終輸出交流電的電力設備，是風力發(fā)電系統(tǒng)中的核心部件。

風力發(fā)電系統(tǒng)由一臺2KW垂直軸風力發(fā)電機組、尾翼、葉片、風機控制器塔架等組成。

注：此圖為垂直軸發(fā)電機組，用戶可選擇水平軸機組

廣義地說，風能也是太陽能，所以也可以說風力發(fā)電機，是一種以太陽為熱源，以大氣為工作介質(zhì)的熱能利用發(fā)電機。
風力發(fā)電機參數(shù)：

安裝場地選擇

選擇土質(zhì)堅實的平地作為安裝場地，安裝風力發(fā)電機的組位置應該至少遠離房屋及人員活動場所50米，務必在選定安裝場地時考慮到風葉的光影影響及風力發(fā)電機組運行時產(chǎn)生的噪音影響（正常工作時噪音約為65dbA）。同時避免周圍有高大的樹木、建筑物等影響風速風向的障礙物。

禁止安裝在松軟的沙地、高低不平的場地、有下陷或塌方可能的場地、洼地及其他容易受氣候影響而發(fā)生地質(zhì)變化的場地。同時需要考慮從風力發(fā)電機的電機部分到您的蓄電池組的距離，距離越短，所用傳輸電纜越短，因而傳輸過程中的耗能也越少，如果必須得有較長的距離,則盡量選用粗些的標準電纜。
風力發(fā)電控制器

專為風力發(fā)電機控制和蓄電池充電而設計，能有效提升風力發(fā)電的效能。風能充電控制器，能有效防止風速過快時的失控，和發(fā)生強風時對風力發(fā)電機所產(chǎn)生的危險。

風力發(fā)電控制器是對風力發(fā)電機所發(fā)的電能進行調(diào)節(jié)和控制，一方面把調(diào)整后的能量送往直流負載或交流負載，另一方面把多余的能量按蓄電池的特性曲線對蓄電池組進行充電，當所發(fā)的電不能滿足負載需要時，控制器又把蓄電池的電能送往負載。蓄電池充滿電后，控制器要控制蓄電池不被過充。當蓄電池所儲存的電能放完時，控制器要控制蓄電池不被過放電，保護蓄電池。

控制器采用PWM無級卸載方式控制風機對蓄電池進行智能充電。在風力發(fā)電機所發(fā)出的電能超過蓄電池存儲量時，控制系統(tǒng)必須將多余的能量消耗掉。在正常卸載情況下，可確保蓄電池電壓始終穩(wěn)定在浮充電壓點，而只是將多余的電能釋放到卸荷器上。從而保證了最佳的蓄電池充電特性，使得電能得到充分利用。
風力發(fā)電控制器參數(shù)：

2.2光伏發(fā)電系統(tǒng)

5KW太陽能電池組件采用標準鋼結(jié)構(gòu)件固定在C型定制鋼件上，呈40度正面朝向正南方，整體支架系統(tǒng)放置在地面或者屋頂；經(jīng)電纜輸送至室內(nèi)實驗設備，可實現(xiàn)分布式屋頂發(fā)電相關實驗，所發(fā)電能與風力發(fā)電相結(jié)合，經(jīng)DC-AC逆變成正弦波220V交流電，多余電能經(jīng)儲能逆變器送入電網(wǎng)。

地面固定式方陣及支架
所有系統(tǒng)的設計、安裝與實際工程一樣，可在老師的指導下做為學生練習拆卸、組裝實習樣機來用。
太陽能光電池組

太陽能電池組是本實訓臺的核心組成部分亦是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，是將光能轉(zhuǎn)換為電能并通過光伏控制系統(tǒng)儲存在儲能電池當中做為直流總線電源供給DC-AC并網(wǎng)同步電源。

太陽能電池組為多晶硅或單晶硅，是由高效晶體硅太陽能電池片、超白布紋鋼化玻璃、EVA、透明TPT背板以及鋁合金邊框組成。
其規(guī)格如下：

1、抗鹽霧和氨腐蝕等國際測試；
2、可承受風壓2400Pa,雪壓7200Pa；
3、優(yōu)秀的弱光環(huán)境發(fā)電性能，陰天也能發(fā)電；
4、輸出功率年衰減率小于0.7%，第25年不低于組件初始功率的80.70%
1.組件型號：BY260P-29b  多晶
2.最大功率（W）：260
3.開路電壓（V）：35.9
4.短路電流（A）：7.27
5.最大功率點的工作電壓（V）：28.1
6.最大功率點的工作電流（Ａ）：6.7
7.轉(zhuǎn)化效率：17.12%
8.開路電壓溫度系數(shù)：-0.292%/K
9.短路電流溫度系數(shù)：+0.045%/K
10.功率溫度系統(tǒng)：-0.408%/K
11.最大系統(tǒng)電壓（V）：1000
12.組件尺寸（長×寬×高）：1640×992×40mm
13.重量：19.1kg
14.框架：陽極氧化鋁
15.玻璃：白色鋼化安全玻璃3.2mm
16.電池片封裝：EVA
17.背板：復合薄膜
18.太陽能電池片：6×10片多晶硅太陽能電池片（156mm×156mm）
19.接線盒
1)6個旁路二極管
2)絕緣材料：PPO
3)防水等級：IP65
?連接器
1)常規(guī)額定電流：30A
2)耐電壓：DC1000V
3)接觸電阻：<2mΩ
4)絕緣電阻：＞500MΩ
5)適用單芯電纜截面：2.5-6mm2
6)電纜外徑范圍：Φ5mm～Φ 7mm
7)環(huán)境溫度：-40℃～+ 105℃
8)防護等級：IP67
9)安全等級：Ⅱ
10)殼體：PC料，黑色
11)接觸件：紫銅CN，鍍錫SN
12)接線方式：壓接  MC4
20.電纜
1)長度：450mm,
2)規(guī)格：1×4mm2
3)顏色：紅、黑
?溫度范圍系數(shù)：-40°C to+85°C
?抗冰雹系數(shù)：最大直徑25mm,撞擊速度23m/s(51.2mph)
?最大表面負荷：7200pa
5KW光伏儲能逆變器

逆變器外觀圖

產(chǎn)品主電路

主電路框圖

產(chǎn)品主電路采用雙向PWM逆變電路及相應的控制電路、保護和監(jiān)控電路。直流側(cè)由緩沖電阻、防反二極管和直流接觸器組成了直流側(cè)緩沖電路，當初始連接各種電池時對直流母線電容進行緩沖。主電路電源可有交直兩用供電，以使系統(tǒng)在電池或電網(wǎng)有電時都可以工作。
產(chǎn)品特點
5KW光伏儲能逆變器介紹

產(chǎn)品主電路采用雙向PWM逆變電路及相應的控制電路、保護和監(jiān)控電路。直流側(cè)由緩沖電阻、防反二極管和直流接觸器組成了直流側(cè)緩沖電路，當初始連接各種電池時對直流母線電容進行緩沖。主電路電源可有交直兩用供電，以使系統(tǒng)在電池或電網(wǎng)有電時都可以工作。

產(chǎn)品特點

1）技術(shù)*，全面滿足電網(wǎng)或負荷的接入與控制要求

①具有并網(wǎng)充放電、獨立逆變功能，適合各種應用場合

②具有并網(wǎng)和離網(wǎng)并聯(lián)功能，良好的擴容性

③可與多種蓄電池接口，具有多種充放電工作模式

④可以實時接受系統(tǒng)調(diào)度指令和BMS指令，通訊方式有RS485、CAN、以太網(wǎng)

⑤無功功率可調(diào)，功率因數(shù)范圍超前0.9至滯后0.9

⑥直流電壓范圍，支持低壓48V蓄電池輸入

⑦110%額定輸出功率可實現(xiàn)長時間運行
2）高效節(jié)能，更集成，更好的客戶體驗

①正面維護，可靠墻安裝，安裝維護更方便，降低維護成本

②防護等級為IP21，具有防滴水功能，具備防凝露功能

③高效PWM調(diào)制算法，降低開關損耗
3）更多優(yōu)點

①雙電源冗余供電方案提升系統(tǒng)可靠性

②完善的保護及故障告警系統(tǒng)，更加安全可靠

③采用動態(tài)圖形液晶界面，提供友好的操作體驗

④-25℃~+55℃可連續(xù)滿功率運行

⑤適應高海拔惡劣環(huán)境，可長期連續(xù)、可靠運行

⑥支持離網(wǎng)主動運行功能

⑦適合共直流母線系統(tǒng)和共交流母線系統(tǒng)

產(chǎn)品技術(shù)指標
工作邏輯架構(gòu)

a.并網(wǎng)發(fā)電、離網(wǎng)備用功能

1.電網(wǎng)供電時，儲能逆變器并網(wǎng)工作在恒壓模式，維持蓄電池SOC在一定水平，光伏逆變器并網(wǎng)發(fā)電

2.微網(wǎng)供電時，儲能逆變器工作在獨立逆變模式建網(wǎng)，光伏逆變器并網(wǎng)工作，光伏發(fā)電大于負載時，光伏優(yōu)先供負載供電，剩余電力給電池充電；光伏發(fā)電小于負載時，儲能和光伏共同為負載供電。

3.可選擇電網(wǎng)優(yōu)先或微網(wǎng)優(yōu)先，根據(jù)選擇的模式進行供電邏輯切換

4.觸摸屏控制啟動、停止和參數(shù)設置

b.電網(wǎng)（或柴油機）、微網(wǎng)切換功能

1.電網(wǎng)供電時，當電池組SOC超過設定值時，儲能逆變器和光伏逆變器不工作；當電池組SOC不足時，儲能逆變器獨立逆變建網(wǎng)，光伏逆變器并網(wǎng)工作，給電池組充電。

2.微網(wǎng)供電時，儲能逆變器工作在獨立逆變模式建網(wǎng)，光伏逆變器并網(wǎng)工作，光伏發(fā)電大于負載時，光伏優(yōu)先供負載供電，剩余電力給電池充電；光伏發(fā)電小于負載時，儲能和光伏共同為負載供電。

3.可選擇電網(wǎng)優(yōu)先或微網(wǎng)優(yōu)先，根據(jù)選擇的模式進行供電邏輯切換

4.觸摸屏控制啟動、停止和參數(shù)設置 
儲能蓄電池

蓄電池的作用主要是儲存能量，在晚上或多云等氣候情況下，光伏陣列不能提供足夠的能量時，蓄電池供給負載，保證系統(tǒng)的正常運行。

采用磷酸鐵鋰電池，安全性高適合長期充放電循環(huán)模塊化設計，電壓、容量按需配置。
系統(tǒng)由1個主控模塊和多個電池模塊組成，通過48V電池模塊串聯(lián)組成不同電壓等級系統(tǒng)，通過多個機柜并聯(lián)，可以在同一個電壓平臺上擴展容量定制化電池管理系統(tǒng)（BMS），實時進行數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)控及控制，保證系統(tǒng)安全可靠運行。
規(guī)格參數(shù)：

4）雙向DC-DC電源模塊
雙向DC-DC變換器(Bi-directional?DC/DC?Converter,?BDC)是能夠根據(jù)能量的需要調(diào)節(jié)能量雙向傳輸、是可雙象限運行的直流-直流變換器。該變換器能夠根據(jù)實際需要調(diào)節(jié)能量的流動方向，在功能上相當于兩個單向直流-直流變換器。
一、雙向DCDC變換器的工作模式

二、性能特點

①全數(shù)字化，各種參數(shù)及信號全部數(shù)字化處理，由數(shù)字處理器智能靈活地管理。性能和可控性均遠優(yōu)于普通的模擬式雙向DC-DC變換器。

②模塊化設計，單模塊額定輸出功率5KW，可多臺雙向DC-DC變換器并聯(lián)運行。

③雙向變換都采用零電壓變換軟開關控制，使得轉(zhuǎn)換效率達到95%以上。

④能工作于恒流、恒壓、MPPT和壓控電流源等多種工作模式，并可在線快速頻繁地切換工作模式。

⑤運用多相交錯技術(shù)，有效地抑制了紋波，減弱了大電流了對器件的沖擊。

⑥空載功耗低于20W，處于監(jiān)控待機狀態(tài)功耗低于12W。

⑦雙向變換的電流大小和方向，既可用數(shù)字方式設定，也可用模擬量方式控制。

⑧高低電壓側(cè)的工作電壓可單獨設定。

⑨高低電壓側(cè)的過壓保護電壓可單獨設定，保護兩側(cè)的設備不至于過壓損壞。

⑩高低電壓側(cè)的限壓也可單獨設定，保護兩側(cè)的電壓不至于過放電。

?高低電壓任何一側(cè)加電，均可使模塊啟動。

?開機軟啟動，防止產(chǎn)生過強的電壓電流沖擊兩端的電源。

?模塊帶有LED顯示面板，可實時顯示兩側(cè)電流，電壓，設定兩側(cè)工作電流，最高限壓。

?帶RS485串口通信功能，遵循MODBUS-RTU協(xié)議，方便計算機或監(jiān)控終端遠程監(jiān)測和設置的參數(shù)和工作狀態(tài)。

?RS485串口利用光耦隔離，可以有效防止雷擊對遠程監(jiān)控計算機或者監(jiān)控終端的影響。

?掉電狀態(tài)恢復功能：即使關斷雙向DC-DC變換器的供電，下次開機時也能恢復掉電前的設置和狀態(tài)。

?輸入極性防反接功能，電源極性接反不會有電流流過。

?各種異常情況保護功能：帶有過壓，過流，過熱，短路保護功能，故障撤銷后自動恢復工作。

?小體積：外殼尺寸360mm X160mm X 94mm，模塊尺寸295mm X142mm X 85mm。

?帶外殼整機重量3.8Kg，模塊重量為2.5Kg 。

2.6顯示單元
系統(tǒng)配置有方陣電壓、電流；逆變電壓、電流、功率；實驗室溫度和濕度、實驗記時時鐘、逆向電量計量表等。方便在沒有與PC機聯(lián)機狀況下查看系統(tǒng)工作狀態(tài)和各項參數(shù)。
可以通過教師機進行信息共享至大屏幕，實現(xiàn)教室內(nèi)局域網(wǎng)計算機數(shù)據(jù)交換與共享。

2.7主控系統(tǒng)
主控系統(tǒng)是整個微網(wǎng)的監(jiān)測、控制核心單元。通過內(nèi)置的數(shù)據(jù)采集、通訊傳輸?shù)饶K，實現(xiàn)對微網(wǎng)系統(tǒng)的可視化監(jiān)測及控制。