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一、概述
ZRFG-PV04風光互補發電實訓系統主要由光伏供電裝置、風力供電系統、逆變與負載系統、監控系統組成，
風光互補發電實訓系統采用模塊式結構，各裝置和系統具有獨立的功能，可以組合成光伏發電實訓系統、風力發電實訓系統。
二、設備組成
ZRFG-PV04型風光互補發電實訓系統主要由光伏供電裝置、光伏供電系統、風力供電裝置、風力供電系統、逆變與負載系統、監控系統組成，如圖1所示。ZRFG-PV04型風光互補發電實訓系統采用模塊式結構，各裝置和系統具有獨立的功能，可以組合成光伏發電實訓系統、風力發電實訓系統。
(1)、設備尺寸：光伏供電裝置1610×1010×1550mm
風力供電裝置1578×1950×1540mm
實訓柜   3200×650×2000mm
(2)、場地面積：25平方米
三、各單元介紹
1、光伏供電裝置
(1)、光伏供電裝置的組成
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，如圖2所示。
4塊光伏電池組件并聯組成光伏電池方陣，光線傳感器安裝在光伏電池方陣中央。2盞300W的投射燈安裝在擺桿支架上，擺桿底端與減速箱輸出端連接，減速箱輸入端連接單相交流電動機。電動機旋轉時，通過減速箱驅動擺桿作圓周擺動。擺桿底端與底座支架連接部分安裝了接近開關和微動開關，用于擺桿位置的限位和保護。水平和俯仰方向運動機構由水平運動減速箱、俯仰運動減速箱、直流電動機、接近開關和微動開關組成。直流電動機旋轉時，水平運動減速箱驅動光伏電池方陣作向東方向或向西方向的水平移動、俯仰運動減速箱驅動光伏電池方陣作向北方向或向南方向的俯仰移動，接近開關和微動開關用于光伏電池方陣位置的限位和保護。
(2)、光伏電池組件
光伏電池組件的主要參數為：
額定功率 20W
額定電壓 17.2V
額定電流 1.17A
開路電壓 21.4V
短路電流 1.27A
尺寸 430mm×430mm×28mm
2、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。如圖3所示。
(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
3、風力供電裝置
(1)、風力供電裝置的組成
風力供電裝置主要由葉片、輪轂、發電機、機艙、尾舵、側風偏航控制機構、直流電動機、塔架和基礎、測速儀、測速儀支架、軸流風機、軸流風機支架、軸流風機框罩、單相交流電動機、電容器、風場運動機構箱、護欄、連桿、滾輪、萬向輪、微動開關和接近開關等設備與器件組成，如圖3所示。
葉片、輪轂、發電機、機艙、尾舵和側風偏航控制機構組裝成水平軸永磁同步風力發電機，安裝在塔架上。風場由軸流風機、軸流風機支架、軸流風機框罩、測速儀、測速儀支架、風場運動機構箱體、傳動齒輪鏈機構、單相交流電動機、滾輪和萬向輪等組成。軸流風機和軸流風機框罩安裝在風場運動機構箱體上部，傳動齒輪鏈機構、單相交流電動機、滾輪和萬向輪組成風場運動機構。當風場運動機構中的單相交流電動機旋轉時，傳動齒輪鏈機構帶動滾輪轉動，風場運動機構箱體圍繞風力發電機的塔架作圓周旋轉運動，當軸流風機輸送可變風量風時，在風力發電機周圍形成風向和風速可變的風場。
在可變風場中，風力發電機利用尾舵實現被動偏航迎風，使風力發電機輸出最大電能。測速儀檢測風場的風量，當風場的風量超過安全值時，側風偏航控制機構動作，使尾舵側風45º，風力發電機葉片轉速變慢。當風場的風量過大時，尾舵側風90º，風力發電機處于制動狀態。
4、風力供電系統
(1)、風力供電系統的組成
風力供電系統主要由風電電源控制單元、風電輸出顯示單元、觸摸屏、風力供電控制單元、DSP控制單元、接口單元、西門子S7-200PLC、繼電器組、接線排、可調電阻、斷路器、網孔架等組成。
(2)、控制方式
風力供電控制單元的偏航功能有手動和自動兩個狀態，可以進行手動或自動可變風向操作。
可變風量是由變頻器控制軸流風機實現。手動操作變頻器操作面板上的有關按鍵，使變頻器的輸出頻率在0-50Hz之間變化，軸流風機轉速在0至額定轉速范圍內變化，實現可變風量輸出。
(3)、 DSP控制單元和側風偏航
風力發電機風輪葉片在氣流作用下產生力矩驅動風輪轉動，通過輪轂將扭矩輸入到傳動系統。當風速增加超過額定風速時，風力發電機風輪轉速過快，發電機可能因超負荷而燒毀。
對于定槳距風輪，當風速增加超過額定風速時，如果氣流與葉片分離，風輪葉片將處于“失速”狀態，風力發電機不會因超負荷而燒毀。
對于變槳距風輪，當風速增加時，可根據風速的變化調整氣流對葉片的攻角。當風速超過額定風速時，輸出功率可穩定地保持在額定功率上。特別是在大風的情況下，風力機處于順槳狀態，使槳葉和整機的受力狀況大為改善。
小型風力發電機多數是定槳距風輪，在大風的情況下，采用側風偏航控制使氣流與葉片分離，使風輪葉片處于“失速”狀態，安全地保護風力發電機。另外，還可以通過側風偏航控制風力發電機保持恒定功率輸出。
5、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DT16和DT17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、風力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。
6、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
①、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。
②、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。
③、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。
④、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。
7、建筑大樓與智能樓宇電氣安裝虛擬仿真軟件
基于unity3d設計，用戶自行根據電腦配置選擇不同的交互界面大小，可選六級畫質等級。軟件內模型可進行360°旋轉、放大、縮小、平移。軟件使用過程有小助手提示，內容如下：
A、濕式報警系統
1、系統概述：濕式報警系統概述
2、設備認知：設有最佳視角、設備詳情（顯示該設備的介紹或參數）、練習（內置6道選擇題，選擇正確與錯誤均有提示）、原理圖（可從原理圖中進入到設備中）。設備有：噴頭、水流指示器、信號蝶閥、排氣閥、火災報警控制、高管壓力表、高位水箱、威亞控制柜、穩壓罐、流量開關、末端試水裝置、排水設施、水泵接合器、水力警鈴、延時器、濕式報警器、蝶閥、止回閥、消防泵、安全穩壓閥、消防水池。
3、原理展示：展示濕式報警系統的工作原理，三維動畫演示，三維模型半透明化，可以見內部水流。配備練習模塊（內置4道選擇題，選擇正確與錯誤均有提示）
4、設計布置：設有選擇題、計算題，每題均有計分，提交后顯示正確答案與得分
B、氣體滅火系統
1、系統概述：氣體滅火系統概述
2、設備認知：設有最佳視角、設備詳情（顯示該設備的介紹或參數）、練習（內置8道選擇題，選擇正確與錯誤均有提示）、原理圖（可從原理圖中進入到設備中）。設備有：噴頭、HFC-227儲瓶、瓶頭閥、七氟丙烷單向閥、高壓軟管、氣體單向閥、安全閥、稱重報警儀、電磁啟動器、選擇閥、煙感報警器、火災報警控制器。
3、原理展示：展示氣體滅火系統的工作原理，三維動畫演示，三維模型半透明化，可以見內部氣體。配備練習模塊（內置3道選擇題，選擇正確與錯誤均有提示）
4、設計布置：設有6道選擇題，每題均有計分，提交后顯示正確答案與得分
C、逃生演練：采用趣味游戲的形式進行教學，在限定的時間內逃出著火房間，選擇失誤將直接進入分數界面。
四、主要實驗實訓內容
（1）光伏發電系統實訓
（2）風力發電系統實訓
（3）風光互補發電系統實訓
（4）PLC能源管理系統實訓
（5）單晶硅光伏電池單體的工作原理實驗
（6）太陽能電池組件方陣設計實驗
（7）光伏供電裝置及系統的安裝、接線與調試；
（8）光伏電池方陣輸出特性測試；
（9）風力供電裝置及系統的安裝、接線與調試；
（10）逆變與負載系統的安裝、接線與調試以及相關參數測定、下載；
（11）蓄電池組充放電檢測及參數的測量；
（13）MCGS 觸摸屏及MCGS通用版與各單元的通信測試
（14）MCGS 觸摸屏組態界面操作；
（15）MCGS通用版上位機軟件操作練習）
（16）RS232 和RS485等通訊連接線的焊接練習；
（17）太陽能電池組件方陣設計及安裝、測試；
（18）光伏供電裝置及系統的組成與控制實訓；
（19）PLC 編程手動、自動控制光伏電池追蹤太陽實訓；
（20）光敏電阻、電壓比較器的工作特性測試；
（21）光伏電池的 I-U 特性及輸出功率測試；
（22）風力發電機及供電系統安裝及輸出特性測試；
（23）風力發電機被動偏航與主動偏航性能調試；
（24）風力供電系統電氣控制原理實驗；
（25）PLC 編程手動、自動控制風力發電機偏航實訓；
（26）可通過上位機軟件keil5修改相關參數通訊實訓
（27）逆變器不同負載設計連接實訓；
（28）上位機與各單元通信方式與連接、協議設定實訓；
（29）MCGS通用版軟件的應用及開發流程實驗實訓
(30)光伏路燈系統仿真設計；
(31)光伏水泵系統仿真設計；
(32)光伏離網系統仿真設計；
五、主要技術參數

一、光伏供電裝置
序號	名稱	技術參數	數量
1	電池組件	功率：≥20W 誤差：±5% 輸出電壓：17.2V 輸出電流：1.17A 開路電壓：21.4V 短路電流：1.27A 工作環境溫度：45℃±2℃ 尺寸：43043028mm	4
2	追日傳感器	輸出電壓：0-5V 跟蹤精度：1° 結構：電阻分壓	1
3	投射燈	擺臂機構：渦輪蝸桿結構（2個減速箱）電壓：220V 頻率：50Hz 電流：1.36A 最大功率：500W	2
4	追日機構	結構：渦輪蝸桿結構（減速箱）驅動：直流電機軸數：雙軸二維	1
二、光伏供電系統
序號	名稱	技術參數	數量
1	光伏電源控制單元	含漏電保護斷路器，AC220V和DC24V狀態指示燈、AC220V電源插座，接線端子排	1
2	光伏輸出顯示單元	精度等級：0.5級顯示方式：LED 相數：單相輸入方式：直流信號輸入通信接口：RS485（Modbus RTU協議）	1
3	光伏供電控制單元	電池板跟蹤方向：東、南、西、北投光燈控制：燈1、燈2 投光燈運動方向：東西、西東、停止自動控制：啟動、急停	1
4	觸摸屏	7",彩色	1
5	充、放電控制器	核心板，接口底板，信號處理板	1
6	PLC	S7-200 smart CPU SR40 工作電源：AC 220V 輸入：24路輸出：16路輸出類型：繼電器型	1
7	可調電阻	可調范圍：0~2000O歐姆連續可調額定功率：100W 允許偏差：±5% 外型：圓盤	1
三、風力供電裝置
序號	名稱	技術參數	數量
1	水平軸永磁同步風力發電機	輸出功率：300W 輸出（整流）電壓：＞ +12V 葉片旋轉直徑：1m 葉片數量：3個葉片材質：玻璃纖維啟動風速：1m/s 切入風速：1.5m/s 安全風速：25 m/s 偏航：程序控制自動偏航偏航電機：工作電壓（DC 24V）、轉速（25rpm）	1
2	風速儀	輸出電壓：0~5V 風碗數：3個	1
3	軸流通風機	流量：2100m3/h 電壓：380V（由變頻器控制）全壓：215Pa 頻率：50Hz 功率：0.37Kw 轉速：1400r/min 軸流風機支架軸流風機框罩	1
4	風向控制電機	減速比：1：40 電壓：AC220V 和運動機構的鏈接機構：鏈輪	1
四、風力供電系統
序號	名稱	技術參數	數量
1	風力電源控制單元	含漏電保護斷路器，AC220V和DC24V狀態指示燈、電源插座	1
2	風力輸出顯示單元	精度等級：0.5級顯示方式：LED 相數：單相輸入方式：直流信號輸入通信接口：RS485（Modbus RTU協議）	1
3	風力供電控制單元	風場運動方向：順時、逆時偏航控制：偏航、停止自動控制：啟動、急停	1
4	觸摸屏	7",彩色	1
5	充、放電控制器	核心板，接口底板，信號處理板	1
6	PLC	S7-200 smart CPU SR40 工作電源：AC 220V 輸入：24路輸出：16路輸出類型：繼電器型	1
7	變頻器	V20 電壓：1AC220V~240V 額定輸出功率：0.37KW	1
8	可調電阻	可調范圍：0~1000歐姆，連續可調額定功率：100W 允許偏差：±5% 外型：圓盤	1
五、逆變與負載系統
序號	名稱	技術參數	數量
1	逆變電源控制單元	含漏電保護斷路器，AC220V和DC24V狀態指示燈、電源插座	1
2	逆變輸出顯示單元	精度等級：0.5級顯示方式：LED 相數：單相輸入方式：交流信號輸入通信接口：RS485（Modbus RTU協議）	1
3	逆變裝置	輸入電壓：DC12V 輸入電壓范圍：DC9.5V-15.5V 輸出電壓：AC180~220V可調±5% 額定輸出電流：1.4A 輸出頻率：50Hz~60Hz可調±0.5Hz 額定功率：300VA 輸出波形：正弦波波形失真：＜5% 轉換效率：＞85%	1
4	開關電源	型號：DR-120-24 輸入電壓：AC220V 輸出電壓：DC24V 輸出電流：5A	1
5	變頻器	MM420-0.12Kw	1
6	電機負載	功率：25W 電壓：AC220V 轉速：1300rpm	1
7	模擬舞臺燈光負載	二極管字樣為“KNT”的發光模塊	1
8	鉛酸蓄電池	容量：12V/18Ah/20HR 重量：1.9kg 尺寸：34519520mm	4
六、監控系統
序號	名稱	技術參數	數量
1	工控機	含鍵盤鼠標	1
2	組態軟件	力控	1
3	串口網關服務器	8路	1
4	工業以太網交換機	8路	1
七、新能源光伏系統設計軟件
1	新能源光伏系統設計軟件	主要功能應包括對光伏電站的系統設計、模擬運行、財務分析和投資估算、經濟評價、輸出設計方案及可研報告等能夠提供全國各地的權威氣象數據，以及各種光伏電站所需產品的數據庫。需包含對光伏路燈、光伏水泵等小型光伏發電系統的設計和對離網光伏發電系統的設計。對路燈的設計應包含照明設計和燈桿設計。對水泵的設計應提供直流水泵和交流變頻水泵兩種水泵的設計。提供知名廠商的選型資料庫，提供根據所選的產品（光伏組件、蓄電池、控制器、并網逆變器、離網逆變器、匯流箱等），自動展示該產品的詳細技術參數。設計完成后，能夠提供詳細的經濟性分析，包括投資及運行成本等。設計完成后，能夠提供詳細的環保效益分析，包括溫室氣體減排量和標煤節約量等。可根據給定信息計算出光伏電站的發電量與整體收益，并對電站的整體投資價值進行估算。中文版界面教師教學設計系統：系統可以導入3DS、STL文件。并支持通過系統對此文件進行重新編輯，支持AC設置、CA設置、TA設置，將“AC設置”和“CA設置”中的動作進行串連，并可以設置每個動作的啟停時間，同時還具備全部重置和全部刪除功能。可以通過平臺配套control將模型動畫文件加載到課件上進行三維動畫教學，實現課件中完全三維交互。該文件可支持PPT播放。虛擬頻譜儀、邏輯分析儀、示波器、三用表仿真軟件：本軟件為apk的格式，可在PC端使用，也可在移動端使用，本軟件的功能有：電阻的測量、交流電壓的測量（測量變壓器，若變壓器測量燒壞多用表時，冒黑煙提示并可以重置多用表）、晶體管的極性判斷、直流電壓測量（通電流表檔時燈光亮）、直流電流的測量、以及電容好壞的判斷。本軟件可任意拖動紅色與黑色筆頭，2個筆頭拖拽至被測物體上定位時顯示紅圈，如未定位準確無紅圈顯示，并在進行錯誤操作的時（如所選量程錯誤、所測數據錯誤等等），儀表指針將無反應、提示錯誤重新測量等，本多用表可選擇交流電壓檔，直流電壓檔，電阻檔，電流檔，電阻調0，并且可放大顯示數據，可清楚觀看所測數據大小。學生可以通過本軟件學習多用表的正確使用方法。虛擬多用表參數：交流電壓量程檔位分：10、50、250、1000 直流電壓檔位分：0.25、1、2.5、10、50、250、1000 歐姆檔分：x1，x10，,100，,1000，,1K，x10K，x100K 電流表檔位：50μa、0.5、5、50、500 BATT：1.2-3.6V，RL=12Ω BUZZ：R×3 紅外發射檢測功能：垂直角度±15°距離1-30cm 三極管測量孔	1
八、實驗臺
序號	名稱	技術參數	數量
1	網孔板實驗臺	豎式網孔板基本結構：下方為工具箱+4個輪子，上方為豎式網孔板尺寸：800(長)600（寬）2000(高) 外框架構成：鋁合金型材；內嵌噴塑鋼板鋼板尺寸：1200*820mm 鋼板厚度：2mm 網孔板配有推拉式抽屜，抽屜采用型材外框、2mm鋼板底部；網孔架底部裝有滑輪。	4
2	微軟操作系統	Window 7	1
3	通訊電纜	網線	1
4	實驗指導書	風光互補發電系統實訓指導書	1