风光储智能微网实训系统,智能微电网实训系统
2024-03-17 08:33风光储是指风能、太阳能和储能技术的结合体。风光储系统利用风能和太阳能这两种可再生能源进行发电，并通过储能技术解决可再生能源发电的间歇性和波动性问题，以实现稳定、可靠的电力供应。
风光储系统主要由风力发电单元、光伏发电单元和能量储存单元组成。风能和光能是通过风力发电机和光伏阵列进行收集和转换的，而储能单元则负责对电能进行存储和释放，以平衡电力系统的供需关系。
风光储系统的应用具有许多优点。首先，它克服了地域和环境限制，能够广泛应用于各种场景。其次，风光储系统具有投资少、输出时间长、维护成本低等特点，有助于降低电力系统的整体成本。此外，风光储系统还可以提高风电和光伏发电的稳定性和可靠性，使不稳定的能源变得更为稳定可靠，从而增加电网对可再生能源的吸收接纳程度。
在电力系统中，风光储系统可以通过多种方式应用储能技术，例如采用超级电容器平抑风电场功率波动、直接控制分布式电源本身改善其输出功率特性等。此外，风光储联合发电系统还可以充分利用风能和光能在时间及地域上的天然互补性，改善整个发电系统的功率输出特性，降低对电网的不利影响。
一、项目概述
20KW风光储智能微网实训系统为科研创新理念与实验、实训型相结合的集风力发电，光伏发电、数据采集等多元化“风、光、混合新能源实验实训系统”。
20KW风光储智能微网实训系统由风力发电机组、太阳能电池组、追日系统、风力及光伏控制系统主控系统组成的微网发电系统。
其工作原理是风力、光伏发电系统发电，并由磷酸铁锂电池储能，DC/AC逆变成交流电，其系统本身作为一个小型的变、送电站、驱动交流充电桩或其它供电设备。
20KW风光储智能微网实训系统会根据既定策略运行，用电低谷时段通过光伏发电或者风力发电向储能系统充电，当夜晚光伏能量不足或无风情况下从电网取电来补充储能电池的电量差，在电网用电高峰时段再将蓄电池电能经变流系统持续向电网送电，形成峰谷补偿效能，系统可以自动运行，也可自定义时段运行或者通过本地计算机制定运行策略，方便管理。
① 24KWH储能池及BMS管理系统
② 光伏控制系统
③ 风力控制系统
④ 50kw微网储能双向变流器（含STS 、DC/DC变换器）
⑤ 配置微网能量管理EMS及监控软件
⑥ 配置综合交流配电的电能质量检测机柜
1.1系统拓扑图
图1 系统拓扑图
1.2 功能特点
整套系统的各个模块预留了CANRS485RS232USBTCPIP通讯接口，可以通过该通讯接口对系统中各个模块进行监控，便于未来项目开发使用。
Ø 系统实验平台集成了室内温/湿度仪，风速测量、光照度测量系统，让使用者操作起来更直观；
Ø 系统DC-AC并网同步电源，采用高频脉冲调制技术，具有小体积、高效率及高功率因数输出；
Ø 系统面板上采用直观的数字表和液晶显示，让用户了解当前系统工作状态；
Ø 系统上的离网电源可以为用户提供交流110V/220V/380V纯正弦波交流电能；
Ø 实训系统，可以让实训学生自行拆装移动，使用简便、无噪音、无污染；
Ø 系统增加市电与风光互补发电切换模块，让实验更具操作性；
Ø 增加分布式供电原理与实验电路，让学生增加对新知识的理解；
Ø 增设直流母线单元，方便系统各模块之间连接及实验；
Ø 独立的后备磷酸铁锂储能电池及BMS充放电管理单元；
二、方案概述
2.1风力发电系统的组成
风力发电系统由1台（套）风力并网控制系统、10KW垂直轴风力发电机组、叶片、风机控制系统、塔架等组成。
风力发电控制系统 风力发电机 发电机示意图
2.1.1 发力发电控制系统：
分布式风力发电并网系统、风光互补并网发电系统、风力发电并网系统；
2.1.2 特点：
Ø 风力发电专用并网控制逆变一体机
Ø 宽范围风力发电 MPPT 功能，可 30 个点设定功率曲线
Ø 完善的保护功能
Ø 可选 RS232/RS485/GPRS 进行电脑监控，其中 GPRS 可同时实现 APP 监控
2.1.3 技术参数：
| 型号 | WWGI50 | ||
| 风机输入参数 | |||
| 额定输入功率 | 10kW | ||
| 额定输入电压 | 380Vdc | ||
| 输入电压范围 | 0~600Vdc | ||
| 切入电压 | 60Vdc（出厂值，60Vdc~360Vdc 可设定） | ||
| 额定输入电流 | 10Adc | ||
| 手动制动 | 长按按键 5s 后完全卸荷，需手动恢复（再次长按5s恢复） | ||
| 空气开关闭合时，三相交流短路 | |||
| 过电压制动 | 360Vdc（出厂值，60Vdc~600Vdc可设）达到卸荷电压时开始PWM逐级卸荷，电压再升高，20Vdc 时完全卸荷 | ||
| 过风速制动（可选） | 14m/s（0-30m/s 可设定），达到系统设定风速时完全卸荷，10min 后自动恢复 | ||
| 过转速制动（可选） | 500 转/分（出厂值，0~1000 转/分可设定）达到系统设定转速时完全卸荷，10min后自动恢复； | ||
| 交流输出参数 | |||
| 电网相位数 | 三相 | ||
| 额定输出功率 | 10KW | ||
| 额定电网电压 | 380Vac | ||
| 电网电压范围 | 310~450Vac | ||
| 额定电网频率 | 50Hz | ||
| 工作频率范围 | 47~55Hz | ||
| 额定电网输出电流 | 8A | ||
| 最大输出电流 | 9A | ||
| 效率 | |||
| 最大转换效率 | ≥96% | ||
| 保护功能 | |||
| 直流输入侧过压保护 | 有 | ||
| 交流输出侧过电压/欠电 压保护 | 有 | ||
| 交流输出过频/欠频 | 有 | ||
| 直流反接保护 | 有 | ||
| 直流输入过载保护 | 有 | ||
| 交流短路保护 | 有 | ||
| 浪涌保护 | 有 | ||
| 防孤岛效应保护 | 有 | ||
| 过温保护 | 有 | ||
| 整流方式 | 不控整流 | ||
| 显示方式 | LCD | ||
| 显示内容 | 风机电压、风机电流、风机功率；电网电压、并网电流、并网功率、累计发电量、故障代码等 | ||
| 监控模式（可选） | RS232/RS485/GPRS | ||
| 监控内容 | 风机电压、风机电流、风机功率；电网电压、并网电流、并网功率、累计发电量、故障代码等 | ||
| 隔离方式 | 无变压器 | ||
| 防雷保护 | 有 | ||
| 环境温度 | -20℃～+60℃ | ||
| 湿度 | 4%～100%，有凝露 | ||
| 噪音 | ≤65dB | ||
| 冷却方式 | 风冷 | ||
| 安装方式 | 壁挂式 | ||
| 外壳防护等级 | IP65 | ||
| 产品尺寸(宽×高×深) | 406×540×219mm | ||
| 产品净重 | 29kg | ||
| 卸荷箱尺寸(宽×高×深) | 390×730×190mm | ||
| 卸荷箱净重 | 19kg | ||
风力发电原理是利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。
| 型号 | SHF-10000 |
| 额定功率 | 10.0W |
| 最大功率 | 12KW |
| 额定电压 | 120V/220V/380V |
| 启动风速 | 2.5m/s |
| 额定风速 | 18m/s |
| 最大风速 | 45m/s |
| 风机净重 | 350kg |
| 风轮直径 | 2m |
| 塔架高度 | 9m |
| 叶片高度 | 3.6m |
| 叶片数量 | 4片 |
| 叶片材质 | 铝合金 |
| 发电机 | 三相交流永磁同步发电机/永磁悬浮发电机 |
| 塔架类型 | 独立塔架 |
| 保护 | 风机自我转数保护/电磁制动 |
| 工作温度 | -40℃-80℃ |
选择安装场地
选择土质坚实的平地作为安装场地，安装风力发电机的组位置应该至少远离房屋及人员活动场所50米，务必在选定安装场地时考虑到风叶的光影影响及风力发电机组运行时产生的噪音影响（正常工作时噪音约为65dbA）。同时避免周围有高大的树木、建筑物等影响风速风向的障碍物。
禁止安装在松软的沙地、高低不平的场地、有下陷或塌方可能的场地、洼地及其他容易受气候影响而发生地质变化的场地。同时需要考虑从风力发电机的电机部分到您的储能蓄电池组的距离，距离越短，所用传输电缆越短，因而传输过程中的耗能也越少，如果必须得有较长的距离,则尽量选用粗些的标准电缆。
地基尺寸（地面安装）
请选择在无风天气进行风力发电机安装及接线。
| 型号 | 10KW 塔架 | |
| 塔杆 | 独立塔杆( m) | 12 |
| 地基 | 中心地基( m) | 1.2*1.2*1.5 |
立杆尺寸图 预埋基础图
屋顶安装：
注：屋顶安装时需要现场勘察并征得甲方后勤部门同意，还要对屋顶结构承重做大致评估。
风机、追日支架屋顶基础图
风机、追日支架基础效果图
2.2光伏发电系统
10KW光伏发电前端主要由2个5KW追日发电单元组成、容量相加起来共计10KW。可地面安装或屋顶安装。
10KW光伏储能发电系统主要由光伏子单元、双轴跟踪单元、能量存储单元、电网接入装置和能量管理系统四大部分构成。
系统运行原理
控制原则如下：
Ø 白天，光伏系统发电优先给实验室内负载供电，当光伏发电功率大于负荷功率时多余电能储存在蓄电池中，当光伏发电功率小于负荷功率时，储能电池和光伏发电一起给负载供电；
Ø 夜晚，光伏侧直流停机，由储能电池通过储能逆变器单独给负载供电，当电池剩余容量（SOC）放到设定值，系统自动切入电网，由电网给负载供电，根据需求，电网可以通过储能逆变器给电池充电，也可以不充电；
Ø 当电网出现故障时，光储系统自动切换至离网运行模式，由光伏电池和储能电池同时向负载供电；
Ø 电网可以向储能电池充电，充电功率及充电时间可调；
2.2.1 光伏组件
光伏发电系统前端采用40块260Wp 多晶硅组件，峰值输出功率10.4KW
Ø 
组件型号：ZM260P-29b 多晶
Ø 最大功率（W）：260
Ø 开路电压（V）：40.2
Ø 短路电流（A）：8.81
Ø 最大功率点的工作电压（V）：29.9
Ø 最大功率点的工作电流（Ａ）：8.36
Ø 转化效率：17.12%
Ø 开路电压温度系数：-0.292%/K
Ø 短路电流温度系数：+0.045%/K
Ø 功率温度系统：-0.408%/K
Ø 最大系统电压（V）：1000
Ø 保险丝额定电流（A）：20
Ø 组件尺寸：1650×992×40mm
Ø 重量：19.1kg
Ø 框架：阳极氧化铝
Ø 玻璃：白色钢化安全玻璃3.2mm
Ø 电池片封装：EVA
Ø 背板：复合薄膜
Ø 太阳能电池片：6×10片多晶硅太阳能电池片（156mm×156mm）
Ø 接线盒
1) 6个旁路二极管
2) 绝缘材料：PPO
3) 防水等级：IP65
2.2.2 双轴跟踪系统(跟踪式支架和固定支架二选其一)
双轴跟踪系统是一种能够保持太阳能电池板随时正对太阳，使太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板的动力装置。
5KW 支架三维图 5KW 支架图
跟踪支架的机械结构主要分为三大部分，立柱，横梁和网架。立柱与横梁的连接处为x轴减速机，横梁和网架的连接处为y轴减速机，钢结构支架全部采用热镀锌喷塑。
跟踪系统将增加大于35%的太阳辐射接收量，显著提高太阳能光伏组件的发电效率。
主控采用西门子S7-1200系列主机，高精度、高稳定数字化控制方案设计，先进的天文算法,实时追踪太阳使光伏方阵时刻保持最大输出功率，提高光伏发电转化效率。风速测量装置在正常天气情况下保持静默感知运行，遇到大风天气或风速达到一定等级则会自动运行，并通过控制主机使支架系统自动放平减小风阻、保护支架系统在暴风雨天气能够安全运行。
整体支架系统放置在屋顶，经电缆输送至室内主控台，可实现分布式屋顶发电相关实训，所发电能与风力发电相结合，经DC-AC逆变成三相正弦波380V交流电，可供实验室照明、计算机和制氢系统使用。
所有系统的设计、安装与实际工程一样，可在老师的指导下做为学生练习拆卸、组装实习样机来用。
1、支架整体采用国标钢材，经酸洗后作镀锌、喷漆防锈处理，抗能力可达15级以上。
2、电动推杆是一种将电动机的旋转运动转变为推杆的直线往复运动的电力驱动装置。可用于各种简单或复杂的工艺流程中做为执行机械使用，以实现远距离控制、集中控制或自动控制。
3、回转式减速器，采用回转支承（俗称转盘）作为减速器从动件，可实现无限制的圆周回转和减速，可以承受较大的轴向力、径向力和倾覆力；
² 输出转矩：65 kN.m
² 倾覆力矩：38.7 kN.m
² 轴向静载荷：338 kN.m
² 径向静载荷：135 kN.m
² 减速比：61:1
4、新的模块化SIMATIC S7-1200控制器是我们新推出产品的核心，可实现简单却高度精确的自动化任务。系统有五种不同模块，分别为 CPU 1211C、CPU 1212C 、 CPU 1214C、CPU1215C和CPU1217C。具有快速启动、精确监控和最高等级的可用性。