上海同广科教仪器有限公司

一、     概述

本实训平台参照兆瓦级风机控制系统设计，具有形象的物理仿真对象，创造了良好的实训环境，包括一套风力发电机模拟对象和四台控制柜。

1、风机对象模型（MW级见机结构，可实现主动偏航功能）；

2、能源管理、监控管理及气象站、偏航控制系统、能源转换储存控制系统、风能变流器系统。可以实现风机偏航系统的控制过程、电气系统、相关实训和风机的整机运行演示。可用于职业院校学生的风力发电电动偏航装置电气控制操作及电气故障、风电并网控制技术培训，也可用于风电检修工技能鉴定培训。

实训平台各部分通过电缆连接，可组成一套既能演示又能动手设计、安装、调试的风力发电实训系统。

二、     设备组成

SYXNY-FL01 大型风力发电系统实训平台台主要由模拟风能装置、模拟能源控制系统、能源转换储存控制系统、并网逆变控制系统和能源监控管理系统五个部分组成，如图1所示。

SYXNY-FL01 大型风力发电系统实训平台采用模块式结构，各装置和系统具有独立的功能，可以组合成光伏发电实训平台、风力发电实训平台。

(1)、     设备尺寸： 模拟风能控制装置  2000mm×1500mm×2000mm

模拟风能装置   1300mm×1100mm×2600mm

                       实训柜（3个）  2400mm×650mm×2000mm

(2)、     场地面积：25平方米

三、     各单元介绍

1、 模拟风能装置

(1)、    模拟风能装置的组成

模拟风能装置主要由叶片、轮毂、发电机、机舱、尾舵、侧风偏航控制机构、直流电动机、塔架和基础、测速仪、测速仪支架、轴流风机、轴流风机支架、轴流风机框罩、单相交流电动机、电容器、连杆、滚轮、万向轮、微动开关和接近开关等设备与器件组成。

叶片、轮毂、发电机、机舱、尾舵和侧风偏航控制机构组装成水平轴永磁同步风力发电机，安装在塔架上。轴流风机支架、轴流风机框罩、测速仪、测速仪支架、传动齿轮链机构、单相交流电动机、滚轮和万向轮等组成。轴流风机和轴流风机框罩安装在风场运动机构箱体上部，传动齿轮链机构、单相交流电动机、滚轮和万向轮组成风场运动机构。

风力发电机利用尾舵实现被动偏航迎风，使风力发电机输出最大电能。测速仪检测风场的风量，当风场的风量超过安全值时，侧风偏航控制机构动作，使尾舵侧风45º，风力发电机叶片转速变慢。当风场的风量过大时，尾舵侧风90º，风力发电机处于制动状态。

模拟能源控制系统
2.1 风力供电单元

（1） 风力供电单元的组成

风力供电单元主要由风电电源控制单元、风电输出显示单元、触摸屏、风力供电控制单元、ARM控制单元、接口单元、西门子S7-200PLC、继电器组、接线排、可调电阻、断路器、网孔架等组成。

（2） 控制方式

风力供电控制单元的偏航功能有手动和自动两个状态，可以进行手动或自动可变风向操作。

可变风量是由变频器控制轴流风机实现。手动操作变频器操作面板上的有关按键，使变频器的输出频率在0-50Hz之间变化，轴流风机转速在0至额定转速范围内变化，实现可变风量输出。

（3） ARM控制单元和侧风偏航

风力发电机风轮叶片在气流作用下产生力矩驱动风轮转动，通过轮毂将扭矩输入到传动系统。当风速增加超过额定风速时，风力发电机风轮转速过快，发电机可能因超负荷而烧毁。

对于定桨距风轮，当风速增加超过额定风速时，如果气流与叶片分离，风轮叶片将处于“失速”状态，风力发电机不会因超负荷而烧毁。

对于变桨距风轮，当风速增加时，可根据风速的变化调整气流对叶片的攻角。当风速超过额定风速时，输出功率可稳定地保持在额定功率上。特别是在大风的情况下，风力机处于顺桨状态，使桨叶和整机的受力状况大为改善。

小型风力发电机多数是定桨距风轮，在大风的情况下，采用侧风偏航控制使气流与叶片分离，使风轮叶片处于“失速”状态，安全地保护风力发电机。另外，还可以通过侧风偏航控制风力发电机保持恒定功率输出。

2.4  蓄电池组

蓄电池组选用4节阀控密封式铅酸蓄电池，主要参数：

容量   12V 24Ah

重量   1.9kg

尺寸   345mm×195mm×20mm

2、 并网逆变、负载控制系统

(1)、    系统的组成

逆变与负载系统主要由逆变电源控制单元、逆变输出显示单元、逆变器、逆变器参数检测模块、变频器、三相交流电机、发光管舞台灯光模块、警示灯、接线排、断路器、网孔架等组成。

1)、 逆变电源控制单元

逆变电源控制单元主要由断路器、+24V开关电源、AC220V电源插座、指示灯、接线端子等组成。

2)、 逆变输出显示单元

逆变输出显示单元主要由交流电流表、交流电压表、接线端等组成。

3)、 逆变与负载系统主电路

逆变与负载系统主要由逆变器、交流调速系统、逆变器测试模块、发光管舞台灯光模块和警示灯组成。

逆变器的输入由光伏发电系统、风力发电系统或蓄电池提供，逆变器输出单相220V、50Hz的交流电源。交流调速系统由变频器和三相交流电动机组成，逆变器的输出AC220V电源是变频器的输入电源，变频器将单相AC220V变换为三相AC220V供三相交流电动机使用。逆变电源控制单元的AC220V电源由逆变器提供，逆变电源控制单元输出的DC24V供发光管舞台灯光模块使用。逆变器测试模块用于检测逆变器的死区、基波、SPWM波形。

(2)、    逆变器

逆变器是将低压直流电源变换成高压交流电源的装置，逆变器的种类很多, 各自的具体工作原理、工作过程不尽相同。本实训装置使用的逆变器由DC-DC升压PWM控制芯片单元、驱动+升压功率MOS管单元、升压变压器、SPWM芯片单元、高压驱动芯片单元、全桥逆变功率MOS管单元、LC滤波器组成。

3、  能源监控管理系统

(1)、    能源监控管理系统

能源监控与管理系统主要由一体机、键盘、鼠标、接线排、电源插座、通信线、微软操作系统软件、力控组态软件组成。

(2)、    监控系统功能

1)、 通信

监控系统与控制器、PLC、仪表进行通信。

2)、 界面

①、 监控系统具有主界面，模拟能源控制系统界面，风力供电单元界面，逆变与负载系统界面，风光互补能量转换界面，分别显示各自的运行状态参数。

②、 模拟能源控制系统界面设置相应的按钮，实现光伏电池方阵自动跟踪。

③、 风力供电单元界面设置相应的按钮，实现风力发电机侧风偏航控制。

④、 具有光伏发电采集报表和风力发电集报表，记录光伏输出电压、电流，风力发电机的输出电压、电流；逆变与负载系统的逆变输出电压、电流、功率等数据并打印数据报表。

    （3） 新能源系统教学软件

一、软件要求

1、通过该软件可以系统性学习太阳能光伏硅材料、电池片、光伏组件、光伏组件附属材料、光伏应用产品等全部系列光伏知识内容。

2、配备文字与动画展示并介绍从原材料至成品包括中间环节加工工艺等与使用方法。

3、多媒体系统自带语音讲解，图、文、声并茂展示讲解、与系统所述文字同步播放，帮助教师对光伏发电课程教案的快速编写，提高学生对新能源专业知识快速掌握和快速学习。

4、软件组成

(1)太阳能光伏硅材料讲解与展示系统

主要功能

1、展示各种太阳能光伏电池使用的硅材料实物；

2、配备文字与动画展示各种材料的生产工艺与使用方法

3、功能列表（约11课时）

u  光伏硅产品基本情况介绍

u  硅单质性质：包括硅的物理性质、化学性质、硅的分类与应用

u  硅化合物性质：包括二氧化硅、一氧化硅、硅的卤化物、三氯氢硅、硅烷等

u  硅的生长原理及定型

u  硅的提纯方法：包括化学提纯与物理提纯方法

u  多晶硅的制备及其缺陷和杂质：包括冶金硅级制备、高纯多晶硅制备、铸造多晶硅制备

u  单晶硅的制备及其缺陷和杂质：包括单晶硅生长、单晶硅的杂质与缺陷

u  单晶硅与多晶硅加工方法

u  硅薄膜材料：包括非晶硅薄膜材料、多晶硅薄膜材料

u  硅材料的测试与分析方法：包括导电型号测量、电阻率测量、少子寿命测量、霍尔系数的测定、迁移率的测量、化学性能分析、晶体结构分析等

u  硅材料测试与分析依据标准（GB标准、UL标准、IEC标准、SEMI标准）

(2)太阳能光伏电池片讲解与展示系统

主要功能

1、展示各种太阳能光伏电池片；

2、配备文字与动画展示各种电池片的生产工艺与使用方法

3、功能列表（约9课时）

u  太阳能电池片基本情况介绍

u  太阳能电池片基本结构分析

u  太阳能电池片分类

u  晶体硅太阳能电池片生产工艺：包括生产方法与生产设备介绍

u  晶体硅太阳能电池片生产主要原材料

u  太阳能电池片测试技术与方法：包括测试方法与测试设备介绍

u  太阳能电池片测试依据标准

(3)太阳能光伏组件讲解与展示系统

1、展示各种太阳能光伏光伏组件；

2、配备文字与动画展示各种光伏组件的生产工艺与使用方法

3、功能列表（约10课时）

u  太阳能电池组件基本介绍

u  太阳能电池组件的分类及各种组件的优缺点

u  太阳能电池组件的生产工艺介绍及相关设备

u  太阳电池组件的评定标准

u  太阳能电池组件的测试方法与测试设备

u  太阳能电池组件的发展方向

(4)太阳能光伏组件附属材料讲解与展示系统

主要功能

1、展示各种太阳能光伏光伏组件附属材料；

2、配备文字与动画展示各种光伏组件附属材料的生产工艺与使用方法

3、功能列表（约7课时）

u  太阳能组件附属设施情况介绍

u  太阳能组件对钢化玻璃的具体要求

u  太阳能组件对支架铝型材的具体要求

u  太阳能组件对EVA封胶的具体要求

u  太阳能组件对TPT背板的具体要求

u  太阳能组件附属设施检测方法

u  太阳能组件附属设施测试标准

二、展示与讲解功能内容（要求图、文、声并茂）

2.1 太阳能光伏应用产品讲解与展示系统（约5课时）

2.1.1 太阳能发电系统：

2.1.2 家用太阳能发电机直流系统多媒体电视机

2.1.3 太阳能便携电源：

2.1.4 太阳能杀虫灯

2.1.5 太阳能警示灯

2.1.6 太阳能野营灯

2.2 太阳能光伏发电基本原理

2.3 太阳能光伏发电系统组成部分介绍

2.4 太阳能光伏发电系统设计方法

2.5 太阳能光伏电站施工建设方法

2.5.1、项目前期考察 

2.5.2、项目建设前期资料及批复文件 

第一阶段：可研阶段 

第二阶段：获得省级/市级相关部门的批复文件

第三阶段：获得开工许可 

2.5.3、项目施工图设计 

2.5.4、项目实施建设 

2.5.5、带电前的必备条件 

2.6太阳能光伏并网电站介绍

2.6.1、光伏并网电站简要描述 

2.6.2、光伏并网电站设备组成 

2.6.2、光伏并网电站设备功能 

2.7 家用型太阳能电站建设方案

2.7.1、项目概述 

2.7.2、方案设计 （附详细方案设计）

（一）用户负载信息

（二）系统方案设计 

（三）效益计算：  

2.8 逆变器基本原理介绍

2.9 控制器基本原理介绍

（4）实验室智慧用电安全控制系统

智能电源管理系统具有过温、短路、过流、过压、欠压、失压、功率限定7大保护功能；电源具有一键锁定功能，处理故障时，防止漏电保护器合闸，造成触电危险；电源具有故障锁定功能，发生故障导致跳闸时，不能人为上电，只能通过远程清除故障后，才能上电成功；能通过无线4G和有线以太网与手机APP和PC端云平台通讯，没有网络的情况下，教室整套智能电源管理系统可离线独立运行。

1、智能终端：智能电源管理系统以32位ARM为核心，采用4.3寸彩色触摸屏为人机交互界面，实时监控设备运行情况，提供Zigbee、CAN等多种通信模式，具备语音播报功能。能实时监测三相电压、电流、功率，功率因数、频率、电能等参数，液晶触摸屏监测数值。能监控实验室电源的故障类型和故障次数；设备时间管理包含年月日时间的显示；用户通过刷卡方式请求开启设备，PC端进行授权之后，设备可启动使用，PC端可分时预约设备的启动和停止！

2、手机APP：用电状态界面实时显示当前电压、电流、有无功功率、电能、设备温度、漏电电流值等；用电数据界面能智能查找近2年用电数据，设置界面能设置限定电能值、负载值、设备超温值、过欠压值、过欠压恢复时间值等。后台查看报警日志、操作日志、故障日志等。控制：可在微信小程序中远程控制智能开关的通断。

3、PC端软件：每个设备状态信息显示，具有多个子界面，具有故障分析，用电能效分析、集中管理、个人中心资料管理、用户报警定位跟踪与信息统计；具有管理员信息修改与权限管理等功能。可一键开启和关闭所有设备，可单独控制每台设备的开关！

4、后台系统：包含账号管理、设备管理、报修管理、用户管理，设备管理：①、包含监控管理：实时视频监控每个教室，可一键预览所有设备的在线和运行情况，分析设备使用率及运行时间！②、包含设备节点：可显示设备所在位置、编码名称、挂载情况、用户编辑、用户查询等。

5、报修管理：用户可进行远程报修，反应设备故障信息，编辑报修情况，后台可进行远程维护，及时跟进，以有效解决用户设备维护。

6、用户管理：可连通手机号，对账户进行一对一的安全加密，实名认证，防止账户泄密、防盗，现场数据连接云平台后台数据库管理。

现场需对功能逐一演示，提供有效、权威的证明文件，佐证该产品的可靠、安全、先进性。

四、     主要实验实训内容

4.1风力发电机特性仿真

4.2 模拟变桨原理实训

4.3 偏航原理及实训

4.4 解缆系统原理实训

4.5 并网逆变器工作原理实训

4.6并网逆变器参数设置与电能质量分析

4.7风力发电系统运行与调试

4.8能源监控管理系统组态设计