SB-WIN-400小型风力发电实训装置

一、系统概述

小型风力发电实训装置由风力发电机、风力发电控制器、电力蓄能单元、逆变模块、开关控制单元、负载单元、显示单元共七大单元系统组成，系统能进行风力发电相关全过程实验，是职高、大学、研究生以风力发电为主课题的研究和培训、教学的理想产品。

教学特点

Ø系统实验平台集成了室内温/湿度仪，风速测量系统，让使用者操作起来更直观。

Ø系统采用数字化DSP技术，对蓄电池充放电进行全智能化的管理。

Ø系统面板上采用直观的数字仪表和液晶显示，让用户即时了解系统工作状态。

Ø系统上的离网电源可以为用户提供交流110V/220V纯正弦波交流电能。

Ø风力发电教学实验系统，可以让实训学生自行拆装移动，使用简便、节能环保、无污染。

Ø增加分布式发电原理与实验模块，让学生增加对新知识的理解

二、系统运行技术条件

1.风力系统

Ø风轮直径：1.24(m)

Ø启动风速：2.5(m/s)

Ø额定风速：12(m/s)

Ø安全风速：35(m/s)

Ø工作形式：上风式永磁同步发电机

Ø风叶旋转方向：顺时针

Ø风叶数量：3（片）   

Ø风叶材料：玻璃增强聚丙烯材料

Ø电机材料：铝合金&不锈钢

模拟风洞：

Ø风量：34073 m3/h，1275Pa-2138Pa

Ø电压：三相四线 380VAC

Ø功率：2.2kW

Ø调速单元：2.2KW 矢量变频器，输出频率：0-100Hz

2.充电系统

Ø额定功率：400(W)

Ø额定电压：12/24(V)

Ø额定电流：33.3/16.7（A）

3.电力蓄能系统（机内）

Ø储能形式：阀控式密封铅酸蓄电池

Ø额定电压：12V

Ø额定容量：55Ah

Ø充电方法（恒压），循环︰最大充电电流为5.6A

4.离网逆变模块系统

Ø直流输入电压：10.5～16.8 VDC

Ø额定蔬出功率：300W

Ø输出电压：110/220VAC

Ø输出波形：纯正弦波

Ø输出频率：50Hz

Ø工作效率：85%

Ø功率因数：>0.88

Ø波形失真率≤5%

Ø工作环境：温度-20℃～50℃

Ø相对湿度：﹤90﹪（25℃）

Ø保护功能：极性反接、短路、过热、过载保护

5.控制模块系统

Ø工作电压：12VDC

Ø充电功率：500W

Ø光伏功率：100W

Ø风机功率：400W

Ø充电方式：PWM脉宽调制

Ø充电最大电流 16.5A

Ø过放保护电压 10.5V 

Ø过放恢复电压 12.6V

Ø输出保护电压 16.2V

Ø卸载开始电压（出厂值）15V

Ø卸载开始电流（出厂值） 12A

Ø控制器设有蓄电池过充、过放电保护、蓄电池开路保护、负载过电压保护、输出短路保护、电池接反保护、欠压和过压防震荡保护、均衡充电、温度补偿等功能；

6.负载模块装置系统

Ø风扇：×1个，额定电压：12/24V，工作电流：1.25A，功率：15W

Ø交通灯：1组(R,G,B)，额定电压：12/24V，工作电流：0.8A，功率：9.6W

Ø马达：×1个，额定电压：12/24V，工作电流：0.35A，功率：5W  转速：20rmp/min

Ø交流LED灯×1个，交流节能灯×1个

Ø直流模拟负载：12V/24V/28WLED路灯板，带PWM调光功能，输出功率可设置

7、测风系统

Ø测量范围   风速：0～60m/s

Ø精    度    ±0.1m/s

Ø工作电源：AC 220V±20%  50HZ， DC12V、5V或其他供电。

Ø记录间隔：1分钟～240分钟连续可设置

Ø内部存储：4M bit

Ø环境温度：-40℃～50℃  

Ø转速传感器：0～5000 风力发电机转速检测显示（室内）

Ø过风速报警中断输出功能，可以设备闭环形式连接，增加实验安全性。

8.显示装置系统

Ø直流电流表：× 1个，20A， 显示模式︰0.5"LED

Ø直流电压表：× 1个，50V， 显示模式︰0.5"LED

Ø交流电压表：× 1个，500V，显示模式︰0.5"LED

Ø交流电流表：× 1个，5A，  显示模式︰0.5"LED

Ø交流电压表：× 1个，50V， 显示模式︰0.5"LED

Ø交流电流表：× 1个，50A， 显示模式︰0.5"LED

Ø时间、温/湿度表：× 1个，-20～99.9℃  显示时间，室内温、湿度

Ø风机转速表：× 1个，5A，  显示模式︰0.5"LED

9.电气开关操作台:交流漏电开关、紧急停止开关、仪表开关、风机输入开关、直流输入开关

仪表显示、控制按钮（开关）、智能型风光互补控制器、风速仪、鼓风机调速。

10.仿真规划软件:基于Unity3D软件，使用C#语言进行开发，采用My Sql作为后台数据库，通过FTP协议与数据库进行通信。软件使用者通过使用光伏、风力、地热、生物质4种能源设计多能互补方案，完成区域能源的供能结构改造方案设计，并结合区域的气候数据，模拟区域内实时能耗与供能数据，从而优化出合理的能源结构。

Ø用户管理功能：

注册：支持学生或教师按照学校名称和手机号码注册用户

登录：支持学生或教师根据手机号码或用户名登录系统。

找回密码：支持学生或教师根据手机号码找回密码

权限管理：支持主用户添加或删除子用户

用户信息管理：支持用户信息查看，包括用户名、学校、真实姓名、学号、上级用户等

异地登录：同一个账号24小时内只能在同一台电脑上登录，无法在其他电脑上登录。

Ø气象数据库支持查看全国超过32个城市的模拟地图气候数据。支持查看2013-2016年的精确到天的模拟地图气候数据，可自由设置日期进行查看。每个城市的气候数据均可查看：平均气温、最高最低气温、湿度、降水量、辐照量、气压、风速、土地湿度摄氏度等。

Ø3D地图功能支持教师通过3D地图上的模拟能耗布置相应学习任务，同时可以修改多种参数以最大化的适应不同实际情况，最后可以根据学生完成情况进行相应的评分。

根据项目及学习任务需要规划设计的区域面积大小，选择对应面积以及地形相似度高的区域，并定期更新可用的区域3d地图、加载在3D地图上的是真实的地形地貌，包含设计成虚拟的地形地貌、3D地图模型、山川、河流与树木；

支持修改风力发电的相关评分参数：整机效率、风力波动（自定义风速的每小时波动数据以体现出风力发电机组随着每小时风速数据的变化，发电量在1天24小时内随机波动的特点；）

支持修改地热能的相关评分参数：换热能力、热协调参数、成本单价

支持修改生物质能的相关评分参数：生物质年供应、整机效率、生物质残余物平均能源折算系数、生物质平均谷草比系数、生物质残余物能源利用可获得系数、建设成本、燃料成本、运维成本等。同时可自动根据公司计算得出每年最大可建设的电站功率作为评分准则。

（最大生物质电站功率=年供应量*1000*平均能源折算系数*谷草比系数*残余物能源利用可获得系数/ 3600/365/24）

设计区域内的5种用能建筑模型（底层住宅、交通枢纽、酒店、小高层、写字楼），通过设置每个建筑模型的最大功率、制冷制热能耗占比、每小时实际用电系数、日能耗时长，可以获得区域内建筑每小时、每天、全年的耗电情况以及制冷制热能耗需求；

可选择全国任意地区（精确城市）、任意气候时段作为区域能源模拟的目标区域，通过对比数据库可以得出当地经纬度、光伏组件全年最高、最低工作温度，并可以自动计算最大、最小电压、最大开路电压、最大直流电流等数据，可以自行比较同一模型不同规划方案的优劣，通过比较倾角偏差、组件逆变器功率比、间距误差、逆变器数量、生物质电站容量、浅层地热容量、风力电站布局、外部电力输入、外部电力波动、建设总成本等，可以对同一模型下的方案进行自动评分

命名：教师可以自行命名模型的名字

删除：教师可以对模型进行删除操作

支持学生通过设置3D地图上的各种能源搭配的方案来解答教师给出的学习任务，并给出相应的数据报表

在3d地图上，根据模拟的每小时用能数据，合理布局"光伏发电""风力发电""生物质发电""浅层地热设施"设置各种产能模块的产能参数，满足区域用能需求，以完成需求侧区域能源规划方案的设计；

使用光伏、风力、生物质、地热4种新能源并结合外部电力输入以进行能源供应模拟并能自动计算产能。

根据设施地区经纬度与气候参数，通过选择不同型号规格的逆变器与光伏组件，来完成光伏组件方阵的设计，主要包含参数有：方阵行数、方阵列数、组件安装方式设计、倾角设计、逆变器数量、组件间距设计、组串串并联的数量等完成区域光伏电站设置。

根据每小时的用电情况，实现户式/小型分布式光伏电站的模拟设计，并根据所选光伏组件与逆变器估算该电站的建设成本以及模拟该分布式电站与负载的合并运行情况可设置不同容量大小的风机，模拟风力发电功率

根据模拟时段内的气温数据，判断当日是否存在制冷制热需求，并根据当日的冷热程度模拟制冷制热能耗情况。

模拟浅层地热换热能力与埋管面积的关系；同时学生根据模拟数据需要，设置生物质能建设所需面具，以满足模拟建筑制冷制热能耗需求；

学习生物质发电过程中，通过生物质能电站的一系列参数，强化学生对于生物质能转化公式学习。（最大生物质电站功率=年供应量*1000*平均能源折算系数*谷草比系数*残余物能源利用可获得系数/ 3600/365/24）并模拟白天时段，光伏发电设施每小时发电数据，体现出白天每小时光伏发电量随光照强度变化、夜晚光伏没有发电的量的特点；

根据逆变器、光伏组件的价格，风机机组价格，地热电站价格，生物质电站价格对所设计的多能互补方案的建设总成本自动统计在初始化并部署完成后，展示整个区域能源状态，并根据预设值进行计算和输出，根据输出结果形成各类报表。包括总数据和日数据；

能源数据报表中，通过模拟时间过程，以及设计好的方案，可以显示各种能源的产能情况，包括：总产能、光伏发电量、风力发电量、浅层地热能量、生物质能发电量以及外部电力输入等。

根据用能模块预设的用能参数，模拟计算出用能情况实时曲线与各类产能设施的产能占比，并同步图表显示，包括总能耗、一般能耗、制冷制热能耗等，有助于学生进行相应能源的设计配比。

命名：学生可自行对设计方案进行命名或重命名

删除：教师或学生可删除方案

11、监控软件

Ø PC监控模块：监控主机、监控软件。

Ø显示内容：蓄电池电压、风机电压、光伏电压、风机电流、光伏电流、风机功率、光伏功率，能量模拟图，当前风速（米/秒），当前风向（度），当前风力资源平估。

系统工作主界面          系统工作数据主界面（可切换不同曲线界面）

三、教学项目及实验内容

实验1.风力发电基础理论原理性实验

实验2.风力发电系统设计实验

实验3.风力发电基础理论与应用技术仿真实验

实验4.风力发电相关测量技术实验

实验5.风力发电控制技术实验

实验6.风力发电电力电子实验

实验7.过放保护、过放恢复、过充保护、过充恢复均充保护、均充恢复、浮充保护、浮充恢复

实验8.过风速报警、欠风速报警、液晶显示风速

实验9.风力发电系统的直接负载实验

实验10.风力发电系统的风速变化影响实验

实验11.限速机械保护系统原理实验

实验12.限速电控保护系统原理实验

实验13.风机过功率保护实验

实验14.风机超速保护实验

实验15.不同转速下风力发电曲线实验

实验16.风况检测实验

实验17.独立风机系统实验

实验18. 综合实验。

四、主要设备清单