HL-WGE01风力发电系统实训装置

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一、概述

HL-WGE01风力发电系统实物一体化设计，真实的展现风能发电的系统构成。利用辅助设备来实现风源的模拟输出，通过不同的负载较真实的反映风能发电系统的运行状况；面向高等院校、职业技术学校大中专生、本科生、研究生深刻了解风能的基本知识以及各种风能发电技术的实验教学平台。通过该平台可以对家用风力机的安装、调试、运行、维护、故障分析和故障诊断有所理解和分析。

二、HL-WGE01风力发电系统实训装置结构示及原理：

1、风源控制系统

2、模拟系统

3、风能控制系统

4、离网逆变系统

5、负载系统

6、储能系统

7、控制系统

8、风机

三、HL-WGE01风力发电系统实训装置参数：

1、风力发电机：300W，叶轮直径：1.65m，启动风速：2.3m/s，切入风速：3m/s，额定风速：12m/s，三相交流电输出，支架高度1.5m，总高度2.6m；

2、风速风向仪：风速：0～45M/S，风向：0～360°，精度±0.3M/S±3°，工作电源：AC220V，50HZ，DC12V可选。过风速报警、欠风速报警、液晶显示风速、配有与PC通讯的接口：RS-232；

3、可调速的鼓风机：4670m3/h，1275Pa-2138Pa，2.2kW；

4、电气操作柜：仪表显示、控制按钮（开关）、户用型控制器、风速仪、鼓风机调速。

四、HL-WGE01风力发电系统实训装置实验类型：

实验一：限速机械保护系统原理实验

实验二：限速电控保护系统原理实验

实验三：风、光互补最大功率点跟踪控制实验

实验四：风机过功率保护实验

实验五：风机超速保护实验

实验六：不同转速下风力发电曲线实验

实验七：风况检测实验

实验八：独立风机系统实验

实验九：综合实验。

五、HL-WGE01风力发电系统实训装置各单元介绍：

⑴风力发电系统--风源控制系统

风力发电控制系统的最佳功率控制是风电系统研究的重要内容，根据在不同风速条件下通过控制发电机的转矩来调节发电机和风机的转速，从而实现在不同风速下的最佳功率跟踪。本实验系统可以通过直流无刷电机控制器调节转速来实现模拟风速的变化。该装置具有风向检测偏航系统，可以人为的模拟风向的变化，来控制风力发电机的偏航角度。

二、系统功能：

风能是一种无污染可再生的绿色能源,风能的大规模开发和利用,将会有效减少化石能源的使用和温室气体的排放,成为解决全球性能源危机和环境危机的重要手段。

风力发电系统研究和实验平台的设计方案:利用变频器控制的异步风机模拟风力特性,驱动风力发电机运行。便可实现风机的模拟。在变风速和变转速两种典型运行条件下的实验结果表明,风机可以准确的对风力机特性进行模拟。该平台可方便地用于实验室条件下的风力发电系统研究；

三、系统参数：

1、风力发电机：功率：300W， 叶轮直径：1.65m， 启动风速：2.3m/s，

切入风速：3m/s， 额定风速：12m/s， 三相交流电输出，支架高度1.5m， 总高度2.6m；

2、风速风向仪：风速：0～45M/S， 风向：0～360°， 精度±0.3M/S ± 3°，

工作电源：AC 220V/50HZ，DC 12V可选 过风速报警、欠风速报警、液晶显示风速、配有与PC通讯的接口：RS-232；

3、可调速的鼓风机：4670m3/h，1275Pa-2138Pa，2.2kW；

4、电气操作柜：仪表显示、控制按钮（开关）、户用型控制器、风速仪、鼓风机调速。

四、实验类型：

1、风力发电基础理论原理性实验；

2、风力发电系统设计实验；

3、风力发电基础理论与应用技术仿真实验；

4、风力发电相关测量技术实验；

5、风力发电控制技术实验；

6、风力发电电力电子实验。

⑵风力发电系统--模拟系统

HL-WGE01型风力发电系统，在实际教学和设备的使用过程中，由于太阳、风等新能源系统的不稳定性、短时性，造成了在人们进行实验时常常不能够及时的得到相应的的结果和数据，因此在新能源实验系统的使用过程中，常常需要利用模拟系统来提供仿真的太阳、风等新能源。提供给后续实验设备使用。

二、系统功能：

1、模拟交流系统中三相风力发电机的输出：AC 0-400V,3kW的风力发电机组的输出。

2、模拟系统模拟直流系统中太阳能电池组件的输出：DC 0-100V,1kW的太阳能电池组件的输出。

3、系统单元具备了远程通讯单元，可以通过后台来实现远程控制调节。大大的提高了使用效率，对数据分析和装置性能的判断提供便捷。

三、系统参数：

1、三项同步调压器：功率3kW；

2、可控硅控制模块：220VAC等级；整流滤波，稳压；

3、可控硅：CTT60可控硅；最大导通电流60A；

4、功率电能显示仪表：4670m3/h，1275Pa-2138Pa，2.2kW；

5、电气操作柜：仪表显示、控制按钮（开关）、蓄电池、户用型控制器、风速仪、鼓风机调速。

四、实验类型：

1、太阳组件模拟输出实验

2、风力发电设备模拟输出实验

五、系统特点：

1、用双路电源供电，可手动、自动切换。使用接触器可带负荷切换，保证了供电的可靠性。

2、交流电源采用大容量隔离变压器，将系统电源与试验电源进行隔离；

3、使试验电源免受电网暂态过程和其他谐波干扰。变压器采用△ /Y0接线方式，大大削弱了三次谐波，保证了电源质量；

4、直流电源可以连续平滑的调节电压，以适应不同试验项目的需要；

5、输出交流电源装有漏电保护开关，确保试验人员的安全；

6、直流回路使用GM32M直流断路器。

⑶风力发电系统--风能控制系统

风力发电机的工作原理是风叶在风力作用下旋转，将风的动能转变为风叶轴旋转的机械能，发电机在风叶轴的带动下旋转发电，整流器将发电机产生的交流电转化成直流电，并通过集流转向装置和连接电缆将电能传递到控制器，控制器的主要作用是控制和显示风力发电机对蓄电池的充电状态，当风力达到切入风速、发电机产生的电能压达到蓄电池的充电要求时，形成稳定的电压和电流输出，进而向蓄电池组充电；而当风力达到切出风速、发电机产生的电压和电流超出蓄电池的充电要求或在蓄电池组已充满时，断开充电电流，形成卸荷，进而保护蓄电池不会过充，同时卸荷后在风力发电机内部形成阻尼，进而降低发电机的转速、保证风力发电机的运行安全。

二、系统特点：

1、风力发电机运行中系统出现故障时，有防止风力发电机空转、飞车的保护功能；

2、具有蓄电池防反接保护，蓄电池防脱节保护，蓄电池损坏保护功能；

3、遇大风充电电流过大时，控制器自动对风力发电机卸荷，小电流对蓄电池充电；

4、蓄电池充足后（当蓄电池电压充至额定电压125%），控制器自动将风力发电机刹车，停止对蓄电池充电；

6、控制器具有手动紧急刹车开关，用户可根据情况使用。

三、系统参数：

1、风力发电机控制器：0.3KW-12V

2、蓄电池：48V

3、工作方式：连续

4、功能：充电、控制

5、工作环境：温度-10-40℃湿度≤80%

6、PWM卸荷电压(v):52V

7、风力发电机刹车动作电压(v):30V±1

8、风力发电机恢复充电动作电压(v)：26V±1

9、电瓶亏电(V)：44V±1

10、充电保险(A)：125A

四、实验类型：

1、限速机械保护系统原理实验

2、限速电控保护系统原理实验

3、风、光互补最大功率点跟踪控制实验

4、风机过功率保护实验

5、风机超速保护实验

6、不同转速下风力发电曲线实验

7、风况检测实验

8、独立风机系统实验

⑷风力发电系统--离网逆变系统

逆变器也称逆变电源，是通过半导体功率开关的开通和关断作用，把直流电能转变成交流电能的一种变换装置，是整流变换的逆过程，是太阳能、风力发电中的重要部件。

逆变器系统是采用单片机控制正弦波输出的逆变电源，它以48V直流电源作为输入，输出220V、50Hz、的正弦波交流电，以满足高校教学演示和电子实验测试的需求。该电源采用推挽升压和全桥逆变两级变换，前后级之间完全隔离，采用单片机数字化SPWM控制方式，采样直流母线电压做电压前馈控制，同时采样电流做反馈控制；在保护上，具有输入过、欠压保护，输出过载、短路保护，过热保护等多重保护功能电路，增强了该电源的可靠性和安全性

二、系统功能：

将太阳电池组件产生的直流电或者蓄电池释放的直流电转化为负载需要的低压交流电。具有输入过、欠压保护，输出过载、短路保护，过热保护等多重保护功能电路，增强了该电源的可靠性和安全性。

三、系统参数：

1、额定输入电压46.5-50.5V；

2、额定输出电压220V±10%、50Hz±1Hz、/三相220V±10%、50Hz±1Hz；

3、额定功率：1KVA；

5、逆变效率：≥80%；

6、电压调整率：线性负载≤3%，非线性负载≤5%；

四、系统单元主要测试点：

1、开关管栅极漏极波形；

2、蓄电池欠电压测量；

3、蓄电池保护点测量；

4、升压变压器次级整流电压；

5、单片机工作电压的测量；

6、单片机SPWM驱动脚波形测量；

7、全桥驱动器输出波形测量；

8、母线电压输出波形（有效值、峰值）测量；

9、母线电压输出频率测量；

10、母线前馈电压电流采集测量。

五、主要实验：

1、逆变原理实验（结合试验箱上电路原理图、测试点、显示仪表和原理）；

2、逆变过载保护实验（结合试验箱上电路原理图、测试点、显示仪表和原理）；

3、逆变器与市电互补实验（结合试验箱上电路原理图、测试点、显示仪表和原理）；

4、逆变器欠过压等保护实验（结合试验箱上电路原理图、测试点、显示仪表和原理）。

⑸风力发电系统--负载系统

作为整个风力发电系统的一部分，主要是完成发电系统的负载测试用。主回路由阻性负载、感性负载和容性负载三部分组成。三部分组合后，功率因数可调整，装机总容量150VA

二、系统参数：

1、适用环境温度范围：-10～+40℃

2、接入负载电压：三相AC380V/50Hz（线电压380V，相电压220V）

3、接线方式：三相四线制

4、电压精度为±0.5％，电压分辨率为0.1V

5、频率测量范围为40-60Hz

6、电流测量范围为0-50A

7、冷却方式：强制风冷

8、负载柜本身带有控制面板，并带有RS232接口，负载和计算机连接，并通过相关软件实现负载中存储的数据传到PC机中进行处理。

9、PC机控制软件可显示本次测试中的最大功率值。

10、工作电源: AC 220V/50Hz。

⑹风力发电系统--储能系统

蓄电池的作用是保证在太阳光照连续低于平均值的情况下负载仍可以正常工作。新能源系统中使用的蓄电池有镍氢、镍镉电池和铅酸蓄电池，但是在较大的系统中考虑到技术成熟性和成本等因素，通常使用铅酸蓄电池。

蓄电池在线监测管理系统是针对铅酸蓄电池系统使用的12V阀控铅酸蓄电池而开发的专用监测管理系统，

二、系统功能：

1、单电池电压、内阻监测；

2、电池组电压、充放电电流监测；

3、电池组工作环境温度监测；

4、在线估算容量；

5、电池组过充、过放、浮充电压高、浮充电压低和充放电电流过大告警；

6、单电池浮充电压高、浮充电压低和单电池过放告警；

7、环境温度过高、过低告警；

8、系统本身运行故障告警；

9、实时数据、实时告警事件存储；

10、实时数据、实时告警查询；

11、历史事件、历史数据查询；

12、放电曲线分析。

三、系统参数：

单电池电压测试范围

0~16v

电池组电流测试精度

与电流传感器有关

单电池电压测试精度

0.2%

环境温度测试范围

0~75℃

单电池内阻测试范围

0~100mΩ

环境温度测试精度

2℃

单电池内阻测试精度

0.5%

工作环境温度

-5~45℃

电池组电压测试范围

0~1000v

工作环境湿度

90RH%

电池组电压测试精度

0.2%

安全指标

符合GB4793-84标准

电池组电流测试范围

与电流传感器有关

主机绝缘电阻＞5M

绝缘强度 1500V/50Hz

1、单电池电压、内阻监测

2、电池组电压、充放电电流监测

3、电池组工作环境温度监测

4、在线估算容量

⑺风力发电系统--控制系统

为用户提供一个远程监控风光互补科研实验平台系统的在线系统，提供实时数据显示与处理、系统功能分析、系统事故追忆、各种文档备份、用户级别选择、远程特定功能控制实现、在线帮助等功能强大、界面友好、人机对话简单的管理软件。

实时数据显示与处理采用召唤应答式规约，在线实现数据实时显示。

事故追忆包括离线事故和在线事故．为不能长时间开启电脑的客户提供更多便利。

具备详细的事故记录（精确到秒，以时间段显示，同时记录系统所有运行参数备查）,多种查询方式（按站点，按时间，按日期及起组合方式）报表生成和打印。

具备报警参数设定，告警参数显示与保持，提供声音（内容可以自行选择，满足个性需求，同时提供pc机内部蜂鸣器报警，为用户节约电能。），光等报警。

对用户：提供权限管理、密码登录、无误操作设计，免费在线升级电源知识数据库，新电源用户学习影像资料．

对电源设备：实时控制，参数全面具体，防误操作处理等等。

二、系统功能：

1、环境检测：显示风速、风向（地理角度）、温度等；

2、太阳能观测：

太阳能：显示充电电压、充电电流、功率、运行状态；

蓄电池：显示蓄电池电压、蓄电池放电电流、蓄电池放电功率、蓄电池运行状态；

负载：显示负载电压、负载电流、负载功率、负载状态；

电能计量：显示月发电量、月用电量、日发电量、日用电量；

其他：显示当前温度、温度补偿系数等；各种参数保护数据。

3、风机观测:

风机:显示充电电压、充电电流、功率、运行状态；

蓄电池:显示蓄电池电压、蓄电池放电电流、蓄电池放电功率、蓄电池运行状态；

负载:显示负载电压、负载电流、负载功率、负载状态;

电能:显示计量月发电量、月用电量、日发电量、日用电量；

其他:显示当前温度、温度补偿系数等；各种参数保护数据；假负载投入比例。

4、 并网:

实时参数:显示电网电压、电网电流、风机电压、风机电流、直流电压、直流电流、电 网电量、频率、电网功率、太阳能功率、环境温度、散热器温度；多站观 测；

故障代码:显示直流欠压、直流过压、直流过流、交流过压、交流欠压、交流过流、 频率异常、孤岛效应、温度异常、微机异常、接地异常、模块异常;控制:并/脱网实验；MPPT模式选择等。