TYT-31分布式風光互補離并網(wǎng)發(fā)電教學實驗平臺|太陽能技術及應用實訓裝置

一、系統(tǒng)概述

TYT-31分布式風光互補離并網(wǎng)發(fā)電教學實驗平臺|太陽能技術及應用實訓裝置，主要由光伏組件方陣及其支撐支架、直流匯流箱、防雷系統(tǒng)、并網(wǎng)逆變器、交流配電箱、監(jiān)控系統(tǒng)及其連接線纜等組成。

在晴朗的白天，裝在屋頂上的光伏組件發(fā)出的直流電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器逆變成與電網(wǎng)同頻率同相位的單相交流電給負載進行供電，在夜晚或陰雨天等太陽光照不足的情況下，系統(tǒng)處于待機狀態(tài)，負載用電全部來自電網(wǎng)。您可以通過系統(tǒng)監(jiān)控軟件來實時查看系統(tǒng)的運行狀態(tài)和故障信息，或者是選配遠程通訊數(shù)據(jù)采集器，將系統(tǒng)工作數(shù)據(jù)通過GPRS或以太網(wǎng)，傳輸?shù)侥氖謾C、平板電腦或任意一臺聯(lián)網(wǎng)的電腦，以便于您遠程實時掌控電站的信息。

二、系統(tǒng)主要特點

• 一站式交鑰匙服務；
• 系統(tǒng)所選設備及材料質量可靠、價格低廉，使電站；
• 選用帶隔離變壓器的并網(wǎng)逆變器，實現(xiàn)直流側與交流側的電氣隔離，對電網(wǎng)和人身安全提供了強有力的保障；
• 多種監(jiān)控方式可選，并創(chuàng)造性的將物聯(lián)網(wǎng)技術應用到光伏遠程監(jiān)控中，可以隨時隨地的通過手持終端（如手機、平板電腦等）或任意一臺聯(lián)網(wǎng)電網(wǎng)，來掌控電站的信息。
• 分布式并網(wǎng)光伏電站具有綠色環(huán)保、無污染、就地消納、損耗小等優(yōu)點；
• 并網(wǎng)方式靈活，可以根據(jù)實際情況，選擇“自發(fā)自用；自發(fā)自用、余電上網(wǎng)；全部上網(wǎng)"三種并網(wǎng)方式的任意一種，并網(wǎng)流程簡單；

三、系統(tǒng)技術參數(shù)：

四、系統(tǒng)原理圖：

  4.1 自發(fā)自用，余電上網(wǎng)模式

  4.2 自發(fā)自用，全部上網(wǎng)模式

  4.2 風光互補離網(wǎng)工作模式

離網(wǎng)與并網(wǎng)模式之間可一鍵切換，操作簡單便捷，或者將5KW太陽能電池，分成2路分別供給離網(wǎng)發(fā)電和并網(wǎng)發(fā)電。

風力發(fā)電作為單獨發(fā)電系統(tǒng)，配合風光互補控制系統(tǒng)完成風力發(fā)電相關實驗項目

五、主要單元參數(shù)

  5.1 太陽能電池組件

• 組件型號：YL250P-29b  多晶
• zui大功率（W）：250
• 開路電壓（V）：38.4
• 短路電流（A）：8.81
• zui大功率點的工作電壓（V）：29.9
• zui大功率點的工作電流（Ａ）：8.36
• 轉化效率：17.12%
• 開路電壓溫度系數(shù)：-0.292%/K
• 短路電流溫度系數(shù)：+0.045%/K
• 功率溫度系統(tǒng)：-0.408%/K
• zui大系統(tǒng)電壓（V）：1000
• 保險絲額定電流（A）：20
• 組件尺寸（長×寬×高）：1650×990×40mm
• 重量：19.1kg
• 框架：陽極氧化鋁
• 玻璃：白色鋼化安全玻璃3.2mm
• 電池片封裝：EVA
• 背板：復合薄膜
• 太陽能電池片：6×10片多晶硅太陽能電池片（156mm×156mm）
• 接線盒

• 6個旁路二極管
• 絕緣材料：PPO
• 防水等級：IP65

• 連接器

• 常規(guī)額定電流：30A
• 耐電壓：DC1000V
• 接觸電阻：<2mΩ
• 絕緣電阻：＞500MΩ
• 適用單芯電纜截面：2.5-6mm2
• 電纜外徑范圍：Φ5mm～Φ 7mm
• 環(huán)境溫度：-40℃～+ 105℃
• 防護等級：IP67
• 安全等級：Ⅱ
• 殼體：PC料，黑色
• 接觸件：紫銅CN，鍍錫SN
• 接線方式：壓接

• 鎖緊系統(tǒng)：嵌入式常規(guī)額定電流：30A

• 耐電壓：DC1000V
• 接觸電阻：<2mΩ
• 絕緣電阻：＞500MΩ
• 適用單芯電纜截面：2.5mm2, 4mm2, 6mm2或14AWG, 12AWG, 10AWG
• 電纜外徑范圍：Φ5mm～Φ 7mm
• 環(huán)境溫度：-40℃～+ 105℃
• 防護等級：IP67
• 安全等級：Ⅱ
• 殼體：PC料，黑色
• 接觸件：紫銅CN，鍍錫SN
• 接線方式：壓接
• 鎖緊系統(tǒng)：嵌入式
• 重量：約0.025Kg

• 電 纜

• 長度：450mm,
• 規(guī)格：1×4mm2
• 顏色：紅、黑

• 溫度范圍系數(shù)：-40°C to+85°C
• 抗冰雹系數(shù)：zui大直徑25mm,撞擊速度23m/s(51.2mph)
• zui大表面負荷：7200pa

5.2 光伏并網(wǎng)逆變器

采用數(shù)字化高精度DSP控制，高效率方案、高穩(wěn)定度設計，*的MPPT,實時跟蹤光伏方陣的zui大輸出功率，zui大轉化效率可達到97.5%，MPPT追蹤效率高達99.9%。正弦波輸出，自動同步電網(wǎng)，電流諧波含量小，對電網(wǎng)無污染，無沖擊；防孤島運行控制，全面的保護和報警功能，具有良好的人機交互LCD界面，配備wifi模塊，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)監(jiān)視。

5.2.1 產(chǎn)品特點

• 無變壓器設計，zui大效率可達97.5%，歐洲效率可達96.6%
• *的MPP跟蹤精度（>99.9%）
• 較寬的直流電壓輸入范圍（80-500Vdc），廣泛兼容各種類型的太陽能組件
• 接線、安裝簡單，易于操作
• IP65設計，適合室內外各種環(huán)境下的安裝

5.2.2 智能監(jiān)控系統(tǒng)

教學系統(tǒng)所采用的逆變器外配Wifi卡，PMB能保存?zhèn)鞲衅鞯乃兄匾獢?shù)據(jù)。同時配備RS485、RS232、USB和以太網(wǎng)標準接口?？梢赃x擇使用wifi-kit和GPRS-kit。免費的監(jiān)控軟件能夠通過電腦及移動終端清晰直觀的查看輸出數(shù)據(jù)，您可以在任何時候查看光伏電站的太陽能產(chǎn)量和公共電網(wǎng)的供電量情況。

兩個RJ45插頭用于多點通信，也就是說，通過這兩個插頭和電纜，zui多可連接 50 臺逆變器到一個上位機上，上位機可以在同一時間通過一個單一的信號電纜與這些逆變器通信，通過這些插頭，用戶可以從這些逆變器中得到數(shù)據(jù)，并且可以配置參數(shù)。

5.2.3 界面友好，便于操作

系統(tǒng)采用的逆變器擁有精美的顯示屏，顯示機器所有相關的運行信息和設置，三個LED燈分別指示機器的運行狀況，通信狀態(tài)和是否有錯誤信息，用戶可以一目了然的了解機器的實時運行狀況。

5.2.4 并網(wǎng)逆變器參數(shù)

• 直流側參數(shù)

• zui大輸入功率：3000W 兩路輸入
• PV短路電流：12A  兩路輸入
• zui大輸入電流：16A 兩路輸入
• 滿載MPP電壓范圍：180-450V
• zui大輸入電壓：500V
• zui小輸入電壓：150V
• 啟 動 電 壓：170V
• zui大功率跟蹤數(shù)：1
• 防逆流功能：有，配套防逆流傳感器

• 交流側參數(shù)

• 額定交流功率：3000W
• zui大輸出電流：14.4A
• 連接方式：單相
• 額定輸出電壓：220Vac,230Vac（電網(wǎng)匹配）
• 輸出電壓范圍：185v-276v
• 額定輸出頻率：50Hz/60Hz
• 總電流波形畸變率：＜3%
• 功率因數(shù)：≥0.99
• zui大功率跟蹤效率：99.9%
• 安全等級：一級
• 防護等級：IP65

• 參考標準

• 安規(guī)標準：EN 62109, AS/NZS 3100
• 電磁兼容標準：EN 61000-6-1, EN 61000-6-2, EN 61000-6-3, EN 61000-6-4, EN 61000-3-2, EN 61000-3-3
• 并網(wǎng)標準：VDE 0126-1-1, RD1699, EN5, C10/11, G83/2, UTE C15-712-1, AS4777, CQC, CEI 0-21

5.2.5 支架

系統(tǒng)支架設計容量為5KW，采用標準工程件，鍍鋅方鋼，鍍鋅C型鋼，結構美觀，強度高，由20塊250Wp太陽能光伏組件，成40度斜面，固定于C型鋼架上，（此圖僅供參考）

• 斜面式，標準工程用C型鍍鋅鋼
• 支架材料：工程用鍍鋅方鋼，含標準件，接地孔等所需的全部部件，含支架基建底座。
• 方陣點地面積：安裝于樓頂或地面點地約 32平方米
• 電池組件可單獨或分組固定在陽臺、墻壁、樓層圍欄

5.2.6 電纜

• 規(guī)格：阻燃電力電纜  4mm2 ,顏色：黑色，紅色， 光伏

5.2.7光電聯(lián)接方式： 20塊250W太陽能組件，每10塊串聯(lián)，分2組輸送至室內實驗臺

5.2.8 斷路器

• 斷路器品牌：正泰交流，  *施奈德：交流/直流

5.2.9 電表：

•  單項電子電能表 DDS607   5（20）A

5.2.10 雙向計量電度表：

• 適用范圍：計量單相兩線交流有功電能，適用于執(zhí)行單費率電價的太陽能和光伏發(fā)電的用戶雙向計量  5（20）A
• 主要功能

• ?液晶LCD數(shù)字顯示 
• ?正反向雙向計量，正向電量6位整數(shù)1位小數(shù)（999999.9）反向電量5位整數(shù)1位小數(shù)（F99999.9）。

5.3 風力發(fā)電機

• 發(fā)電機功率：1KW
• 輸出電壓：48V
• 輸出形式：三相交流
• 風輪直徑：1.8(m)
• 啟動風速：2.5(m/s)
• 額定風速：12(m/s)
• 安全風速：35(m/s)
• 工作形式：上風式永磁同步發(fā)電機
• 風葉旋轉方向：順時針 
• 風葉數(shù)量：3（片）    
• 風葉材料：玻璃增強聚丙烯材料
• 電機材料：鋁合金&不銹鋼

5.4 模擬風洞（鼓風機）

• 風量：34073 m3/h，1275Pa-2138Pa
• 電壓：三相四線 380VAC
• 功率：5.5kW
• 調速單元：5.5KW 矢量變頻器，輸出頻率：0-100Hz

5.5 風光互補控制器

• 工作電壓：48VDC
• 充電功率：1200W 
• 風機功率：1000W
• 充電方式：PWM脈寬調制 
• 充電zui大電流 22.5A
• 過放保護電壓 40.5V  
• 過放恢復電壓 44.2V
• 輸出保護電壓 65V
• 卸載開始電壓（出廠值）55V
• 卸載開始電流（出廠值） 18A 
• 控制器設有蓄電池過充、過放電保護、蓄電池開路保護、負載過電壓保護、輸出短路保護、電池接反保護、欠壓和過壓防震蕩保護、均衡充電、溫度補償等功能
• 控制器帶數(shù)據(jù)傳輸功能，可在工控機上位機中查看光伏發(fā)電、風力發(fā)電、蓄電池、負載、電壓、電流、功率、KWh曲線等，所采集數(shù)據(jù)可長期保存于工控機中，以備隨時查看或打印。

5.6 離網(wǎng)逆變器

離網(wǎng)逆變電源在系統(tǒng)當中，是將直流電轉換成交流電的設備，所轉換的交流電可以驅動家用電器產(chǎn)品，如電風扇，洗衣機，電燈，節(jié)能燈等，阻性負載、感性負載等

• 直流輸入電壓：40～76 VDC
• 額定蔬出功率：5KW
• 輸出電壓：220VAC
• 輸出波形：純正弦波
• 輸出頻率：50Hz
• 工作效率：85%      
• 功率因數(shù)：>0.88
• 波形失真率≤5% 
• 工作環(huán)境：溫度-20℃～50℃
• 相對濕度：﹤90﹪（25℃）
• 保護功能：短路、過熱、過載保護                  離網(wǎng)逆變電源

特殊功能：完善的旁路功能，可以實現(xiàn)市電→光伏或光伏→市電之間的無縫切換，可優(yōu)選光伏優(yōu)先或市電優(yōu)先。

5.7 鉛酸蓄電池

在風、光離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，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，風力發(fā)電機和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。

該系統(tǒng)所采用的鉛酸蓄電池規(guī)格如下：

• 蓄電池電壓： 12V
• 蓄電池容量：200Ah
• 外形尺寸：497*260*207mm
• 參考重量：62KG
• 聯(lián)接方式：4節(jié)串聯(lián)，組合成48V/200Ah

5.7.1 放電特性

鉛酸蓄電池具有的良好的放電特性，尤其是大電流放電的特性更為*。電池放電的容量取決于放電電流，終止電壓和放電時間。

不同放電率的放電性能和終止電壓選擇如下圖：

放電時間

溫 度（℃）

5.7.2 自放電特性

鉛酸蓄電池儲存時的自放電特性如下圖：

自放電特性

5.7.3 充電特性

鉛酸蓄電池要求采用限流恒壓的充電方法進行充電。在環(huán)境度為25℃的條件下，浮充電壓為13.6±0.1V 臺X臺數(shù)，充電開始時的電流應限制在0.25C10A的范圍內。

恒壓充電特性(25℃)如下圖：

充電時間

在不同的環(huán)境溫度下，適宜的電池充電恒壓值可按下所示，找出整組電池的恒壓浮充電壓值(電池充電電壓X電池組中的電池臺數(shù))。

電池浮充電電壓與環(huán)境溫度的關系

六、主要實驗實訓內容

6、1、 光伏能量變換實驗

實驗1、光伏陣列單元組成原理。

實驗2、太陽能光電池能量轉換組合原理。

實驗3、陣列電池zui大功率跟蹤器原理。

實驗4、陣列匯流與防雷接地原理。

實驗5、陣列結構件組合安裝原理。 

實驗6、zui大功率跟蹤器與光伏轉換提效實驗。

實驗7、在不同天氣和日照強度下光波對光伏轉換效率的影響實驗。

實驗8、在不同季節(jié)環(huán)境溫度變換下對光伏能量轉換的影響實驗。

6、2、光伏并網(wǎng)同步逆變電源實驗

實驗1、逆變電源單元組成原理。

實驗2、逆變電源MPPT的zui大功率跟蹤控制方法的實驗。

實驗3、逆變電源輸出功率與光伏能量變換的實驗。

實驗4、MPPT與電子跟蹤器有效結合和分離控制方面的比較實驗。

實驗5、逆變器并入的電網(wǎng)供電中斷，逆變器應在2s內停止向電網(wǎng)供電，同時發(fā)出警示信號的防孤島效應保護試驗。

實驗6、逆變電源直流輸入欠電壓控制實驗。

6、3、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)軟件實驗

實驗1、在工控一體機上位軟件里查看單站監(jiān)控項目

• 當前功率 KW、當日電量 KWh、當月電量 KWh、當前電量 KWh、總電量 KWh
• 累計減少砍伐樹木（棵）、累計減排二氧化碳（噸）、收益（元）需要設置
• 每日/周功率曲線、電量曲線

實驗2、在移動設備監(jiān)控軟件里查看單站電量記錄項目：

• 當前功率 KW、當日電量 KWh、當月電量 KWh、當前電量 KWh、總電量 KWh
• 累計減少砍伐樹木（棵）、累計減排二氧化碳（噸）、收益（元）需要設置
• 每日/周功率曲線、電量曲線

實驗3、在上位軟件里查看單站故障記錄項目：

• 直流過壓、直流欠壓、直流過流
• 交流過壓、交流欠壓、交流過流
• 系統(tǒng)過載、頻率異常、孤島保護、ADC異常（快速檢測并網(wǎng)電壓，電流）、IPM故障、過流保護、過溫保護、溫度異常、DSP異常（數(shù)字信號處理器，將模擬信號轉為數(shù)字信號）

6、4、風力發(fā)電機運行過程與風能量變換演示實驗

實驗1、風力發(fā)電基礎理論原理性實驗 

實驗2、風力發(fā)電系統(tǒng)設計實驗

實驗3、風力發(fā)電控制技術實驗

實驗4、風力發(fā)電相關測量技術實驗

實驗5、風力發(fā)電基礎理論與應用技術仿真實驗

實驗6、發(fā)電機轉速與輸出電壓關系實驗

實驗7、發(fā)電機轉速與輸出電流關系實驗

實驗8、發(fā)電機轉速與輸出頻率關系實驗

實驗9、風速即轉速與出功率關系實驗

實驗10、變頻器調速實驗

七、主要設備清單