光伏發電設備安裝與調試實訓系統

一、概述

光伏發電設備安裝與調試實訓系統由光源模擬跟蹤裝置、光源模擬跟蹤控制系統、能量轉換控制存儲系統、離網逆變負載系統、監控系統五個部分組成，各功能部分通過通訊電纜和連接電纜進行連接，形成一套能夠展示并動手設計、安裝、調試的太陽能光伏發電工廠應用的設備。
二、光伏發電設備安裝與調試實訓系統技術參數：
1、設備尺寸：4500×800×2000mm
2、場地面積：16平方米
3、設備組成部分：光源模擬跟蹤裝置、光源模擬控制系統、能量轉換控制存儲系統、離網逆變負載系統、監控系統、輔助儀器設備。
4、光源模擬跟蹤裝置：
光源模擬跟蹤裝置及控制系統由光源模擬跟蹤裝置和光源模擬跟蹤控制系統組成，如圖2所示。該系統由太陽能電池組件、模擬太陽光燈、太陽能模擬追日跟蹤傳感器、太陽能板二維運動機構、直流電動機、減速箱、GE可編程序控制器、按鈕和繼電器等低壓電器等組成。

圖2（a）光源模擬跟蹤裝置
光源模擬跟蹤裝置技術參數：
1）太陽能電池規格： 20W/18V*4
2）模擬光源功率：300W*3
3）跟蹤方式：單軸，俯仰180°
4）跟蹤精度：< ±1.5°
5）日跟蹤驅動功耗：< 1W（根據光照強度工作）
6）工作電壓：DC24V
7）抗風等級：10級
8）機械壽命：>25年
9）外形尺寸： 1100mm*1240mm*1710mm
5、光源模擬跟蹤控制系統：
光源模擬跟蹤控制系統控制燈光來模擬太陽光源（晨日太陽、午日太陽、夕日太陽）的運行軌跡以及太陽光的入射角度，太陽能電池板上的模擬追日跟蹤傳感器采集模擬太陽光照度信息及位置信息，控制兩維運動機構，使太陽能電池板始終正對著模擬太陽光源，以提高太陽能電池的發電效率。

圖3光源模擬跟蹤控制系統
光源模擬跟蹤控制系統技術參數：
1）GE-PLC ：IC200UDR020
2）PLC額定電壓：24V
3）工作環境：溫度 -10-40℃  濕度≤80%
4）外形尺寸： 800mm*780mm*2000mm
6、能量轉換控制存儲系統：該系統主要由直流電壓采集模塊、溫度采集模塊、IGBT驅動模塊、直流電流采集模塊、繼電器驅動模塊、蓄電池組、直流負載、通信模塊、人機界面、空氣開關、直流電壓表、直流電流表等模塊組成。能量轉換控制存儲系統是將太陽能電池板發出的電量提供給直流負載和蓄電池，或者輸送給逆變器使用。該系統具有溫度檢測，充、放電檢測、PWM脈寬調制、最大功率點跟蹤（MPPT）功能以及過沖、過放等保護功能。

圖4能量轉換控制存儲系統
能量轉換控制存儲系統技術參數：
1）功率：200W
2）蓄電池容量：12V20AH，4節
3）控制器額定輸出電壓、電流：24V/10A
4）工作環境：溫度 -10-40℃  濕度≤80%
5）外形尺寸： 800mm*610mm*2000mm
7、離網逆變負載系統：由直流電壓采集模塊、直流電流采集模塊、IGBT驅動模塊、繼電器驅動模塊、LCD人機對話模塊、通信模塊、單相逆變器-主電路單元模塊、頻率采集模塊、直流電壓表、直流電流表、交流電壓表、交流電流表、交流諧波表、空氣開關、低壓電器、交流負載等組成。
該系統將太陽能電池板產生的直流電或蓄電池釋放的直流電通過逆變器SPWM調制轉化為單相220V交流電，供交流負載使用。系統具有輸入過、欠壓保護，輸出過載、短路保護，過熱保護等功能。具有逆變輸出的電壓幅度、頻率、功率因數、諧波檢測和調整功能。

圖5 離網逆變負載系統
離網逆變負載系統技術參數：
1）額定輸入電壓：DC24V；
2）額定輸出電壓：220V±10%、50Hz±1Hz；
3）額定功率：200VA；
4）輸出功率因數：≥0.80（感性負載、容性負載）；
5）逆變效率：≥80%；
6）電壓調整率：線性負載≤3%，非線性負載≤5%。
7）外形尺寸： 800mm*610mm*2000mm
8、監控系統：由通訊管理機、顯示器、打印機、組態軟件等組成。
主要功能：
1）顯示充電電壓、充電電流、功率、運行狀態；
2）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；
3）顯示負載電壓、負載電流、負載功率、負載狀態；
4）顯示當前溫度、溫度補償系數，各種參數保護、實時數據顯示與處理、詳細的事故記錄、報警參數設定、對用戶提供權限管理、密碼登錄等。

監控系統
監控系統技術參數：
1）組態軟件：POWER9000
2）外形尺寸： 800mm*900mm*2000mm
三、系統內容描述：
1、系統設計與制圖：
根據大賽提供的相關設備和任務書中的功能要求，在計算機上利用CAD等相關軟件完成設計任務。
▲  相關理論計算；
▲  系統整體設計；
▲  各組件單元參數配置；
▲  系統組件的接線；
▲  系統組件的接線編號圖。
2、系統的安裝與調試：
1）光伏電池單元的安裝與調試安裝
調試
▲  根據任務書選擇適當組數的電池主件，搭建成最合適的電池組件方陣；
▲  根據任務書要求安裝最合適的光伏電池組件方陣的支架；
▲  根據任務書要求安裝模擬光源。
▲  根據根據任務書要求，編程控制PLC實現模擬太陽的運動軌跡；
▲  編程控制PLC完成太陽能電池板追日功能，使得輸出功率最大；
2）光伏控制單元的安裝與調試
安裝
▲  根據任務書要求，進行控制開關、儀表的安裝與接線；
▲  根據任務書要求，進行匯流單元的安裝與接線；
▲  根據任務書要求，進行光伏控制器的安裝與接線；
調試
▲  根據任務書要求，進行控制器的參數設置與調試；
▲  實現對蓄電池的充放電控制；
▲  完成太陽能電池板的伏安特性曲線測試和繪制；
▲  完成恒電壓（CVT）跟蹤和最大功率點跟蹤（MPPT）；
▲  進行對蓄電池的過沖、過放、過流等保護調試；
▲  根據任務書要求，提供直流負載電源。
3）儲能單元的安裝與調試
選型
▲  根據任務書要求，進行蓄電池參數的選型
安裝
▲  根據任務書要求，進行控制開關、儀表的安裝與接線；
▲  根據任務書要求，進行蓄電池的安裝與接線；
▲  根據任務書要求，分析蓄電池的保護電路并調試。
4）單相離網逆變單元的安裝與調試
安裝
▲  根據任務書要求，進行控制開關、儀表的安裝與接線；
▲  根據任務書要求，進行單相離網逆變器的安裝與接線；
調試
▲  根據任務書要求，單相正弦波離網逆變器控制方式調試；
▲  根據任務書要求，輸出過載、短路保護調試；
▲  離網逆變器輸出電壓、電流檢測與調整；
▲  離網逆變器輸出的功率因數檢測與調整；
▲  離網逆變器輸出的頻率檢測與調整；
▲  離網逆變器輸出的諧波檢測與調整；
5）負載單元的安裝與調試
安裝
▲  根據任務書要求，進行控制開關、儀表的安裝與接線；
▲  根據任務書要求，進行直流負載、單相交流負載的安裝與接線；
運行與測試
▲  直流負載的電流、電壓檢測；
▲  交流負載的電流、電壓檢測；
▲  負載運行狀況測試。
6）監控單元的安裝與調試
安裝
▲  根據任務書要求，進行監控單元的安裝與接線；
▲  根據任務書要求，進行監控單元與其他單元之間的通訊安裝與接線；
調試
▲  根據任務書要求，在監控單元上實現組態界面繪制、參數配置；
▲  完成監控單元與各監控單元的通信調試。