HL-WGE01風力發電系統實訓裝置

一、概述

HL-WGE01風力發電系統實物一體化設計，真實的展現風能發電的系統構成。利用輔助設備來實現風源的模擬輸出，通過不同的負載較真實的反映風能發電系統的運行狀況；面向高等院校、職業技術學校大中專生、本科生、研究生深刻了解風能的基本知識以及各種風能發電技術的實驗教學平臺。通過該平臺可以對家用風力機的安裝、調試、運行、維護、故障分析和故障診斷有所理解和分析。
二、HL-WGE01風力發電系統實訓裝置結構示及原理：
1、風源控制系統
2、模擬系統
3、風能控制系統
4、離網逆變系統
5、負載系統
6、儲能系統
7、控制系統
8、風機
三、HL-WGE01風力發電系統實訓裝置參數：
1、風力發電機：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）、戶用型控制器、風速儀、鼓風機調速。
四、HL-WGE01風力發電系統實訓裝置實驗類型：
實驗一：限速機械保護系統原理實驗
實驗二：限速電控保護系統原理實驗
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：不同轉速下風力發電曲線實驗
實驗七：風況檢測實驗
實驗八：獨立風機系統實驗
實驗九：綜合實驗。
五、HL-WGE01風力發電系統實訓裝置各單元介紹：
⑴風力發電系統--風源控制系統

風力發電控制系統的功率控制是風電系統研究的重要內容，根據在不同風速條件下通過控制發電機的轉矩來調節發電機和風機的轉速，從而實現在不同風速下的功率跟蹤。本實驗系統可以通過直流無刷電機控制器調節轉速來實現模擬風速的變化。該裝置具有風向檢測偏航系統，可以人為的模擬風向的變化，來控制風力發電機的偏航角度。

二、系統功能：
風能是一種無污染可再生的綠色能源,風能的大規模開發和利用,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境危機的重要手段。
風力發電系統研究和實驗平臺的設計方案:利用變頻器控制的異步風機模擬風力特性,驅動風力發電機運行。便可實現風機的模擬。在變風速和變轉速兩種典型運行條件下的實驗結果表明,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電系統研究；

三、系統參數：
1、風力發電機：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）、戶用型控制器、風速儀、鼓風機調速。

四、實驗類型：
1、風力發電基礎理論原理性實驗；
2、風力發電系統設計實驗；
3、風力發電基礎理論與應用技術仿真實驗；
4、風力發電相關測量技術實驗；
5、風力發電控制技術實驗；
6、風力發電電力電子實驗。
 

⑵風力發電系統--模擬系統

HL-WGE01型風力發電系統，在實際教學和設備的使用過程中，由于太陽、風等新能源系統的不穩定性、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的的結果和數據，因此在新能源實驗系統的使用過程中，常常需要利用模擬系統來提供仿真的太陽、風等新能源。提供給后續實驗設備使用。

二、系統功能：
1、模擬交流系統中三相風力發電機的輸出：AC 0-400V,3kW的風力發電機組的輸出。
2、模擬系統模擬直流系統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、系統單元具備了遠程通訊單元，可以通過后臺來實現遠程控制調節。大大的提高了使用效率，對數據分析和裝置性能的判斷提供便捷。

三、系統參數：
1、三項同步調壓器：功率3kW；
2、可控硅控制模塊：220VAC等級；整流濾波，穩壓；
3、可控硅：CTT60可控硅；導通電流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）、蓄電池、戶用型控制器、風速儀、鼓風機調速。

四、實驗類型：
1、太陽組件模擬輸出實驗
2、風力發電設備模擬輸出實驗

五、系統特點：
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，將系統電源與試驗電源進行隔離；
3、使試驗電源免受電網暫態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，保證了電源質量；
4、直流電源可以連續平滑的調節電壓，以適應不同試驗項目的需要；
5、輸出交流電源裝有漏電保護開關，確保試驗人員的安全；
6、直流回路使用GM32M直流斷路器。

⑶風力發電系統--風能控制系統

風力發電機的工作原理是風葉在風力作用下旋轉，將風的動能轉變為風葉軸旋轉的機械能，發電機在風葉軸的帶動下旋轉發電，整流器將發電機產生的交流電轉化成直流電，并通過集流轉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電機對蓄電池的充電狀態，當風力達到切入風速、發電機產生的電能壓達到蓄電池的充電要求時，形成穩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、發電機產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電機內部形成阻尼，進而降低發電機的轉速、保證風力發電機的運行安全。

二、系統特點：
1、風力發電機運行中系統出現故障時，有防止風力發電機空轉、飛車的保護功能；
2、具有蓄電池防反接保護，蓄電池防脫節保護，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，用戶可根據情況使用。

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

四、實驗類型：
1、限速機械保護系統原理實驗
2、限速電控保護系統原理實驗
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、不同轉速下風力發電曲線實驗
7、風況檢測實驗
8、獨立風機系統實驗

⑷風力發電系統--離網逆變系統

逆變器也稱逆變電源，是通過半導體功率開關的開通和關斷作用，把直流電能轉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、風力發電中的重要部件。
逆變器系統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、系統功能：
將太陽電池組件產生的直流電或者蓄電池釋放的直流電轉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、系統參數：
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、電壓調整率：線性負載≤3%，非線性負載≤5%；

四、系統單元主要測試點：
1、開關管柵極漏極波形；
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驅動腳波形測量；
7、全橋驅動器輸出波形測量；
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（結合試驗箱上電路原理圖、測試點、顯示儀表和原理）。

⑸風力發電系統--負載系統

作為整個風力發電系統的一部分，主要是完成發電系統的負載測試用。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，功率因數可調整，裝機總容量150VA

二、系統參數：
1、適用環境溫度范圍：-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，并通過相關軟件實現負載中存儲的數據傳到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風力發電系統--儲能系統

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

二、系統功能：
1、單電池電壓、內阻監測；
2、電池組電壓、充放電電流監測；
3、電池組工作環境溫度監測；
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、環境溫度過高、過低告警；
8、系統本身運行故障告警；
9、實時數據、實時告警事件存儲；
10、實時數據、實時告警查詢；
11、歷史事件、歷史數據查詢；
12、放電曲線分析。

三、系統參數：

1、單電池電壓、內阻監測
2、電池組電壓、充放電電流監測
3、電池組工作環境溫度監測
4、在線估算容量

⑺風力發電系統--控制系統

為用戶提供一個遠程監控風光互補科研實驗平臺系統的在線系統，提供實時數據顯示與處理、系統功能分析、系統事故追憶、各種文檔備份、用戶級別選擇、遠程特定功能控制實現、在線幫助等功能強大、界面友好、人機對話簡單的管理軟件。
實時數據顯示與處理采用召喚應答式規約，在線實現數據實時顯示。
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，同時記錄系統所有運行參數備查）,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。
具備報警參數設定，告警參數顯示與保持，提供聲音（內容可以自行選擇，滿足個性需求，同時提供pc機內部蜂鳴器報警，為用戶節約電能。），光等報警。
對用戶：提供權限管理、密碼登錄、無誤操作設計，免費在線升級電源知識數據庫，新電源用戶學習影像資料．
對電源設備：實時控制，參數全面具體，防誤操作處理等等。

二、系統功能：
1、環境檢測：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；
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；
負載：顯示負載電壓、負載電流、負載功率、負載狀態；
電能計量：顯示月發電量、月用電量、日發電量、日用電量；
其他：顯示當前溫度、溫度補償系數等；各種參數保護數據。
3、風機觀測:
風機:顯示充電電壓、充電電流、功率、運行狀態；
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；
負載:顯示負載電壓、負載電流、負載功率、負載狀態;
電能:顯示計量月發電量、月用電量、日發電量、日用電量；
其他:顯示當前溫度、溫度補償系數等；各種參數保護數據；假負載投入比例。
4、 并網:
實時參數:顯示電網電壓、電網電流、風機電壓、風機電流、直流電壓、直流電流、電 網電量、頻率、電網功率、太陽能功率、環境溫度、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、溫度異常、微機異常、接地異常、模塊異常;控制:并/脫網實驗；MPPT模式選擇等。