光伏發電設備安裝與調試實訓系統

一、系統組成

光伏發電設備安裝與調試實訓系統有光伏供電裝置、光伏供電系統、逆變與負載系統、監控系統四個部分組成。

光伏發電設備安裝與調試實訓系統采用模塊式結構，各裝置和系統具有獨立的功能，應用靈活，即可組合應用，也可獨立工作運行。

二、技術參數
1、光伏供電裝置

主要由光伏電池組件、投射燈、光線傳感器、光線傳感器控制盒、水平方向和俯仰方向運動機構、擺桿、擺桿減速箱、擺桿支架、單相交流電動機、電容器、直流電動機、接近開關、微動開關、底座支架等設備與器件組成。

設備尺寸：光伏供電裝置1610×1010×1550mm、實訓柜1000×1000×2000mm；
2、電池組件
(1)功率：20W、誤差：±5%、
(2)輸出電壓：17.2V、
(3)輸出電流：1.17A、
(4)開路電壓：21.4V、
(5)短路電流：1.27A、
(6)工作環境溫度：45℃±2℃、
(7)尺寸：230×230×28mm；
3、光伏供電系統
1）光伏供電系統的組成

光伏供電系統主要由光伏電源控制單元、光伏輸出顯示單元、觸摸屏、光伏供電控制單元、DSP控制單元、接口單元、西門子S7-200PLC、繼電器組、接線排、蓄電池組、可調電阻、斷路器、12V開關電源、網孔架等組成。
2）控制方式

光伏供電控制單元的追日功能有手動控制盒自動控制兩個狀態，可以進行手動或自動運行光伏電池組件雙軸跟蹤、燈狀態、燈運動操作。
3）DSP控制單元和接口單元

蓄電池的充電過程及充電保護由DSP控制單元、接口單元及程序完成，蓄電池的放電保護由DSP控制單元、接口單元及繼電器完成，當蓄電池放電電壓低于規定值，DSP控制單元輸出信號驅動繼電器工作，繼電器常閉觸點斷開，切斷蓄電池的放電回路。
4）蓄電池組
蓄電池組選用4節閥控密封式鉛酸蓄電池，主要參數：
容量：12V 18Ah/20HR
重量：1.9kg
尺寸：345mm×195mm×20mm
含漏電保護斷路器，AC220V 和DC24V狀態指示燈、電源插座；
4、逆變與負載系統
（1）逆變與負載系統的組成
逆變與負載系統主要由逆變電源控制單元、逆變輸出顯示單元、逆變器、逆變器參數檢測模塊、變頻器、三相交流電機、發光管舞臺燈光模塊、警示燈、接線排、斷路器、網孔架等組成。
1）逆變電源控制單元

逆變電源控制單元面板如圖19所示，逆變電源控制單元主要由斷路器、+24V開關電源、AC220V電源插座、指示燈、接線端子DT14和DT15等組成。
 2）逆變輸出顯示單元

逆變輸出顯示單元主要由交流電流表、交流電壓表、接線端子等組成。
3）逆變與負載系統主電路

逆變與負載系統主要由逆變器、交流調速系統、逆變器測試模塊、發光管舞臺燈光模塊和警示燈組成。

逆變器的輸入由光伏發電系統或蓄電池提供，逆變器輸出單相220V、50Hz的交流電源。交流調速系統由變頻器和三相交流電動機組成，逆變器的輸出AC220V電源是變頻器的輸入電源，變頻器將單相AC220V變換為三相AC220V供三相交流電動機使用。逆變電源控制單元的AC220V電源由逆變器提供，逆變電源控制單元輸出的DC24V供發光管舞臺燈光模塊使用。逆變器測試模塊用于檢測逆變器的死區、基波、SPWM波形。
（2）逆變器

逆變器是將低壓直流電源變換成高壓交流電源的裝置，逆變器的種類很多, 各自的具體工作原理、工作過程不盡相同。本實訓裝置使用的逆變器由DC-DC升壓PWM控制芯片單元、驅動+升壓功率MOS管單元、升壓變壓器、SPWM芯片單元、高壓驅動芯片單元、全橋逆變功率MOS管單元、LC濾波器組成。
（3）逆變與負載系統運行參數
逆變器輸入電壓：DC12V、
輸入電壓范圍：DC9.5V-15.5V、
輸出電壓：AC220V±5%
額定輸出電流：1.4A
輸出頻率：50Hz±0.5Hz
額定功率：300VA
輸出波形：正弦波
波形失真：＜5%
轉換效率：＞85%
實驗模塊：正弦波逆變器原理模塊
5、監控系統
（1）監控系統組成
監控系統主要由一體機、鍵盤、鼠標、接線排、電源插座、通信線、微軟操作系統軟件、力控組態軟件組成。
（2）監控系統功能
1）通信
監控系統與控制器、PLC、儀表進行通信。
2）界面

監控系統具有主界面，光伏供電系統界面，風力供電系統界面，逆變與負載系統界面，風光互補能量轉換界面，分別顯示各自的運行狀態參數。

光伏供電系統界面設置相應的按鈕，實現光伏電池方陣自動跟蹤。

風力供電系統界面設置相應的按鈕，實現風力發電機側風偏航控制。

具有光伏發電采集報表和風力發電集報表，記錄光伏輸出電壓、電流，風力發電機的輸出電壓、電流；逆變與負載系統的逆變輸出電壓、電流、功率等數據并打印數據報表。

六、3D地圖功能
6.1模型

支持教師通過3D地圖上的模擬能耗布置相應學習任務，同時可以修改多種參數以適應不同實際情況，最后可以根據學生完成情況進行相應的評分。

1.根據項目及學習任務需要規劃設計的區域面積大小，選擇對應面積以及地形相似度高的區域，并定期更新可用的區域3d地圖

2.加載在3D地圖上的是真實的地形地貌，包含設計成虛擬的地形地貌、3D地圖模型、山川、河流與樹木；

3.支持修改光伏發電的相關評分參數：整機效率、最佳傾角、除組件和逆變器以外的其他成本參數等。

4.支持修改風力發電的相關評分參數：整機效率、風力波動（自定義風速的每小時波動數據以體現出風力發電機組隨著每小時風速數據的變化，發電量在1天24小時內隨機波動的特點；）

5.支持修改地熱能的相關評分參數：換熱能力、熱協調參數、成本單價

6.支持修改生物質能的相關評分參數：生物質年供應、整機效率、生物質殘余物平均能源折算系數、生物質平均谷草比系數、生物質殘余物能源利用可獲得系數、建設成本、燃料成本、運維成本等。同時可自動根據公司計算得出每年最大可建設的電站功率作為評分準則。
（最大生物質電站功率=年供應量*1000*平均能源折算系數*谷草比系數*殘余物能源利用可獲得系數/3600/365/24）

7.設計區域內的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、日能耗時長，可以獲得區域內建筑每小時、每天、全年的耗電情況以及制冷制熱能耗需求；

8.可選擇全國任意地區（精確城市）、任意氣候時段作為區域能源模擬的目標區域，通過對比數據庫可以得出當地經緯度、光伏組件全年工作溫度，并可以自動計算最大、最小電壓、最大開路電壓、最大直流電流等數據

9.可以自行比較同一模型不同規劃方案的優劣，通過比較傾角偏差、組件逆變器功率比、間距誤差、逆變器數量、生物質電站容量、淺層地熱容量、風力電站布局、外部電力輸入、外部電力波動、建設總成本等，可以對同一模型下的方案進行自動評分

10.命名：教師可以自行給模型命名

11.刪除：教師可以對模型進行刪除操作
6.2方案

支持學生通過設置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，并給出相應的數據報表

1.在3d地圖上，根據模擬的每小時用能數據，合理布局“光伏發電"“風力發電"“生物質發電"“淺層地熱設施"設置各種產能模塊的產能參數，滿足區域用能需求，以完成需求側區域能源規劃方案的設計；

2.使用光伏、風力、生物質、地熱4種新能源并結合外部電力輸入以進行能源供應模擬并能自動計算產能。

3.根據設施地區經緯度與氣候參數，通過選擇不同型號規格的逆變器與光伏組件，來完成光伏組件方陣的設計，主要包含參數有：方陣行數、方陣列數、組件安裝方式設計、傾角設計、逆變器數量、組件間距設計、組串串并聯的數量等完成區域光伏電站設置

4.根據每小時的用電情況，實現戶式/小型分布式光伏電站的模擬設計，并根據所選光伏組件與逆變器估算該電站的建設成本以及模擬該分布式電站與負載的合并運行情況

5.可設置不同容量大小的風機，模擬風力發電功率

6.根據模擬時段內的氣溫數據，判斷當日是否存在制冷制熱需求，并根據當日的冷熱程度模擬制冷制熱能耗情況。

7.模擬淺層地熱換熱能力與埋管面積的關系；同時學生根據模擬數據需要，設置生物質能建設所需面具，以達到模擬建筑制冷制熱能耗需求；

8.學習生物質發電過程中，通過生物質能電站的一系列參數，強化學生對于生物質能轉化公式學習。（最大生物質電站功率=年供應量*1000*平均能源折算系數*谷草比系數*殘余物能源利用可獲得系數/3600/365/24）

9.模擬白天時段，光伏發電設施每小時發電數據，體現出白天每小時光伏發電量隨光照強度變化、夜晚光伏沒有發電的量的特點；

10.根據逆變器、光伏組件的價格，風機機組價格，地熱電站價格，生物質電站價格對所設計的多能互補方案的建設總成本自動統計

11.在初始化并部署完成后，展示整個區域能源狀態，并根據預設值進行計算和輸出，根據輸出結果形成各類報表。包括總數據和日數據；

12.能源數據報表中，通過模擬時間過程，以及設計好的方案，可以顯示各種能源的產能情況，包括：總產能、光伏發電量、風力發電量、淺層地熱能量、生物質能發電量以及外部電力輸入等。

13.根據用能模塊預設的用能參數，模擬計算出用能情況實時曲線與各類產能設施的產能占比，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計配比。

14.命名：學生可自行對設計方案進行命名或重命名

15.刪除：教師或學生可刪除方案
七、其他
1.小工具：

光伏陣列間距計算器：可通過計算器自動計算出最佳傾角下的方陣最佳間距。涵蓋了全國32個城市。可查詢的數據有：經緯度、不同光伏陣列傾角下的日平均輻射、年度總太陽輻射等。同時根據選擇的組件尺寸，根據傾角自動計算出方陣最佳間距。
2.參考計算公示：D=0.707H/tan[arcsin(0.648cosα-0.399sinα）]