風光儲智能微網(wǎng)實訓系統(tǒng),智能微電網(wǎng)實訓系統(tǒng)
2024-03-17 08:33風光儲是指風能、太陽能和儲能技術(shù)的結(jié)合體。風光儲系統(tǒng)利用風能和太陽能這兩種可再生能源進行發(fā)電，并通過儲能技術(shù)解決可再生能源發(fā)電的間歇性和波動性問題，以實現(xiàn)穩(wěn)定、可靠的電力供應(yīng)。
風光儲系統(tǒng)主要由風力發(fā)電單元、光伏發(fā)電單元和能量儲存單元組成。風能和光能是通過風力發(fā)電機和光伏陣列進行收集和轉(zhuǎn)換的，而儲能單元則負責對電能進行存儲和釋放，以平衡電力系統(tǒng)的供需關(guān)系。
風光儲系統(tǒng)的應(yīng)用具有許多優(yōu)點。首先，它克服了地域和環(huán)境限制，能夠廣泛應(yīng)用于各種場景。其次，風光儲系統(tǒng)具有投資少、輸出時間長、維護成本低等特點，有助于降低電力系統(tǒng)的整體成本。此外，風光儲系統(tǒng)還可以提高風電和光伏發(fā)電的穩(wěn)定性和可靠性，使不穩(wěn)定的能源變得更為穩(wěn)定可靠，從而增加電網(wǎng)對可再生能源的吸收接納程度。
在電力系統(tǒng)中，風光儲系統(tǒng)可以通過多種方式應(yīng)用儲能技術(shù)，例如采用超級電容器平抑風電場功率波動、直接控制分布式電源本身改善其輸出功率特性等。此外，風光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)還可以充分利用風能和光能在時間及地域上的天然互補性，改善整個發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出特性，降低對電網(wǎng)的不利影響。
一、項目概述
20KW風光儲智能微網(wǎng)實訓系統(tǒng)為科研創(chuàng)新理念與實驗、實訓型相結(jié)合的集風力發(fā)電，光伏發(fā)電、數(shù)據(jù)采集等多元化“風、光、混合新能源實驗實訓系統(tǒng)”。
20KW風光儲智能微網(wǎng)實訓系統(tǒng)由風力發(fā)電機組、太陽能電池組、追日系統(tǒng)、風力及光伏控制系統(tǒng)主控系統(tǒng)組成的微網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。
其工作原理是風力、光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電，并由磷酸鐵鋰電池儲能，DC/AC逆變成交流電，其系統(tǒng)本身作為一個小型的變、送電站、驅(qū)動交流充電樁或其它供電設(shè)備。
20KW風光儲智能微網(wǎng)實訓系統(tǒng)會根據(jù)既定策略運行，用電低谷時段通過光伏發(fā)電或者風力發(fā)電向儲能系統(tǒng)充電，當夜晚光伏能量不足或無風情況下從電網(wǎng)取電來補充儲能電池的電量差，在電網(wǎng)用電高峰時段再將蓄電池電能經(jīng)變流系統(tǒng)持續(xù)向電網(wǎng)送電，形成峰谷補償效能，系統(tǒng)可以自動運行，也可自定義時段運行或者通過本地計算機制定運行策略，方便管理。
① 24KWH儲能池及BMS管理系統(tǒng)
② 光伏控制系統(tǒng)
③ 風力控制系統(tǒng)
④ 50kw微網(wǎng)儲能雙向變流器（含STS 、DC/DC變換器）
⑤ 配置微網(wǎng)能量管理EMS及監(jiān)控軟件
⑥ 配置綜合交流配電的電能質(zhì)量檢測機柜
1.1系統(tǒng)拓撲圖
圖1 系統(tǒng)拓撲圖
1.2 功能特點
整套系統(tǒng)的各個模塊預(yù)留了CANRS485RS232USBTCPIP通訊接口，可以通過該通訊接口對系統(tǒng)中各個模塊進行監(jiān)控，便于未來項目開發(fā)使用。
Ø 系統(tǒng)實驗平臺集成了室內(nèi)溫/濕度儀，風速測量、光照度測量系統(tǒng)，讓使用者操作起來更直觀；
Ø 系統(tǒng)DC-AC并網(wǎng)同步電源，采用高頻脈沖調(diào)制技術(shù)，具有小體積、高效率及高功率因數(shù)輸出；
Ø 系統(tǒng)面板上采用直觀的數(shù)字表和液晶顯示，讓用戶了解當前系統(tǒng)工作狀態(tài)；
Ø 系統(tǒng)上的離網(wǎng)電源可以為用戶提供交流110V/220V/380V純正弦波交流電能；
Ø 實訓系統(tǒng)，可以讓實訓學生自行拆裝移動，使用簡便、無噪音、無污染；
Ø 系統(tǒng)增加市電與風光互補發(fā)電切換模塊，讓實驗更具操作性；
Ø 增加分布式供電原理與實驗電路，讓學生增加對新知識的理解；
Ø 增設(shè)直流母線單元，方便系統(tǒng)各模塊之間連接及實驗；
Ø 獨立的后備磷酸鐵鋰儲能電池及BMS充放電管理單元；
二、方案概述
2.1風力發(fā)電系統(tǒng)的組成
風力發(fā)電系統(tǒng)由1臺（套）風力并網(wǎng)控制系統(tǒng)、10KW垂直軸風力發(fā)電機組、葉片、風機控制系統(tǒng)、塔架等組成。
風力發(fā)電控制系統(tǒng) 風力發(fā)電機 發(fā)電機示意圖
2.1.1 發(fā)力發(fā)電控制系統(tǒng)：
分布式風力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)、風光互補并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)、風力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)；
2.1.2 特點：
Ø 風力發(fā)電專用并網(wǎng)控制逆變一體機
Ø 寬范圍風力發(fā)電 MPPT 功能，可 30 個點設(shè)定功率曲線
Ø 完善的保護功能
Ø 可選 RS232/RS485/GPRS 進行電腦監(jiān)控，其中 GPRS 可同時實現(xiàn) APP 監(jiān)控
2.1.3 技術(shù)參數(shù)：
| 型號 | WWGI50 | ||
| 風機輸入?yún)?shù) | |||
| 額定輸入功率 | 10kW | ||
| 額定輸入電壓 | 380Vdc | ||
| 輸入電壓范圍 | 0~600Vdc | ||
| 切入電壓 | 60Vdc（出廠值，60Vdc~360Vdc 可設(shè)定） | ||
| 額定輸入電流 | 10Adc | ||
| 手動制動 | 長按按鍵 5s 后完全卸荷，需手動恢復(fù)（再次長按5s恢復(fù)） | ||
| 空氣開關(guān)閉合時，三相交流短路 | |||
| 過電壓制動 | 360Vdc（出廠值，60Vdc~600Vdc可設(shè)）達到卸荷電壓時開始PWM逐級卸荷，電壓再升高，20Vdc 時完全卸荷 | ||
| 過風速制動（可選） | 14m/s（0-30m/s 可設(shè)定），達到系統(tǒng)設(shè)定風速時完全卸荷，10min 后自動恢復(fù) | ||
| 過轉(zhuǎn)速制動（可選） | 500 轉(zhuǎn)/分（出廠值，0~1000 轉(zhuǎn)/分可設(shè)定）達到系統(tǒng)設(shè)定轉(zhuǎn)速時完全卸荷，10min后自動恢復(fù)； | ||
| 交流輸出參數(shù) | |||
| 電網(wǎng)相位數(shù) | 三相 | ||
| 額定輸出功率 | 10KW | ||
| 額定電網(wǎng)電壓 | 380Vac | ||
| 電網(wǎng)電壓范圍 | 310~450Vac | ||
| 額定電網(wǎng)頻率 | 50Hz | ||
| 工作頻率范圍 | 47~55Hz | ||
| 額定電網(wǎng)輸出電流 | 8A | ||
| 最大輸出電流 | 9A | ||
| 效率 | |||
| 最大轉(zhuǎn)換效率 | ≥96% | ||
| 保護功能 | |||
| 直流輸入側(cè)過壓保護 | 有 | ||
| 交流輸出側(cè)過電壓/欠電 壓保護 | 有 | ||
| 交流輸出過頻/欠頻 | 有 | ||
| 直流反接保護 | 有 | ||
| 直流輸入過載保護 | 有 | ||
| 交流短路保護 | 有 | ||
| 浪涌保護 | 有 | ||
| 防孤島效應(yīng)保護 | 有 | ||
| 過溫保護 | 有 | ||
| 整流方式 | 不控整流 | ||
| 顯示方式 | LCD | ||
| 顯示內(nèi)容 | 風機電壓、風機電流、風機功率；電網(wǎng)電壓、并網(wǎng)電流、并網(wǎng)功率、累計發(fā)電量、故障代碼等 | ||
| 監(jiān)控模式（可選） | RS232/RS485/GPRS | ||
| 監(jiān)控內(nèi)容 | 風機電壓、風機電流、風機功率；電網(wǎng)電壓、并網(wǎng)電流、并網(wǎng)功率、累計發(fā)電量、故障代碼等 | ||
| 隔離方式 | 無變壓器 | ||
| 防雷保護 | 有 | ||
| 環(huán)境溫度 | -20℃～+60℃ | ||
| 濕度 | 4%～100%，有凝露 | ||
| 噪音 | ≤65dB | ||
| 冷卻方式 | 風冷 | ||
| 安裝方式 | 壁掛式 | ||
| 外殼防護等級 | IP65 | ||
| 產(chǎn)品尺寸(寬×高×深) | 406×540×219mm | ||
| 產(chǎn)品凈重 | 29kg | ||
| 卸荷箱尺寸(寬×高×深) | 390×730×190mm | ||
| 卸荷箱凈重 | 19kg | ||
風力發(fā)電原理是利用風力帶動風車葉片旋轉(zhuǎn)，再通過增速機將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。
| 型號 | SHF-10000 |
| 額定功率 | 10.0W |
| 最大功率 | 12KW |
| 額定電壓 | 120V/220V/380V |
| 啟動風速 | 2.5m/s |
| 額定風速 | 18m/s |
| 最大風速 | 45m/s |
| 風機凈重 | 350kg |
| 風輪直徑 | 2m |
| 塔架高度 | 9m |
| 葉片高度 | 3.6m |
| 葉片數(shù)量 | 4片 |
| 葉片材質(zhì) | 鋁合金 |
| 發(fā)電機 | 三相交流永磁同步發(fā)電機/永磁懸浮發(fā)電機 |
| 塔架類型 | 獨立塔架 |
| 保護 | 風機自我轉(zhuǎn)數(shù)保護/電磁制動 |
| 工作溫度 | -40℃-80℃ |
選擇安裝場地
選擇土質(zhì)堅實的平地作為安裝場地，安裝風力發(fā)電機的組位置應(yīng)該至少遠離房屋及人員活動場所50米，務(wù)必在選定安裝場地時考慮到風葉的光影影響及風力發(fā)電機組運行時產(chǎn)生的噪音影響（正常工作時噪音約為65dbA）。同時避免周圍有高大的樹木、建筑物等影響風速風向的障礙物。
禁止安裝在松軟的沙地、高低不平的場地、有下陷或塌方可能的場地、洼地及其他容易受氣候影響而發(fā)生地質(zhì)變化的場地。同時需要考慮從風力發(fā)電機的電機部分到您的儲能蓄電池組的距離，距離越短，所用傳輸電纜越短，因而傳輸過程中的耗能也越少，如果必須得有較長的距離,則盡量選用粗些的標準電纜。
地基尺寸（地面安裝）
請選擇在無風天氣進行風力發(fā)電機安裝及接線。
| 型號 | 10KW 塔架 | |
| 塔桿 | 獨立塔桿( m) | 12 |
| 地基 | 中心地基( m) | 1.2*1.2*1.5 |
立桿尺寸圖 預(yù)埋基礎(chǔ)圖
屋頂安裝：
注：屋頂安裝時需要現(xiàn)場勘察并征得甲方后勤部門同意，還要對屋頂結(jié)構(gòu)承重做大致評估。
風機、追日支架屋頂基礎(chǔ)圖
風機、追日支架基礎(chǔ)效果圖
2.2光伏發(fā)電系統(tǒng)
10KW光伏發(fā)電前端主要由2個5KW追日發(fā)電單元組成、容量相加起來共計10KW。可地面安裝或屋頂安裝。
10KW光伏儲能發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏子單元、雙軸跟蹤單元、能量存儲單元、電網(wǎng)接入裝置和能量管理系統(tǒng)四大部分構(gòu)成。
系統(tǒng)運行原理
控制原則如下：
Ø 白天，光伏系統(tǒng)發(fā)電優(yōu)先給實驗室內(nèi)負載供電，當光伏發(fā)電功率大于負荷功率時多余電能儲存在蓄電池中，當光伏發(fā)電功率小于負荷功率時，儲能電池和光伏發(fā)電一起給負載供電；
Ø 夜晚，光伏側(cè)直流停機，由儲能電池通過儲能逆變器單獨給負載供電，當電池剩余容量（SOC）放到設(shè)定值，系統(tǒng)自動切入電網(wǎng)，由電網(wǎng)給負載供電，根據(jù)需求，電網(wǎng)可以通過儲能逆變器給電池充電，也可以不充電；
Ø 當電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，光儲系統(tǒng)自動切換至離網(wǎng)運行模式，由光伏電池和儲能電池同時向負載供電；
Ø 電網(wǎng)可以向儲能電池充電，充電功率及充電時間可調(diào)；
2.2.1 光伏組件
光伏發(fā)電系統(tǒng)前端采用40塊260Wp 多晶硅組件，峰值輸出功率10.4KW
Ø 
組件型號：ZM260P-29b 多晶
Ø 最大功率（W）：260
Ø 開路電壓（V）：40.2
Ø 短路電流（A）：8.81
Ø 最大功率點的工作電壓（V）：29.9
Ø 最大功率點的工作電流（Ａ）：8.36
Ø 轉(zhuǎn)化效率：17.12%
Ø 開路電壓溫度系數(shù)：-0.292%/K
Ø 短路電流溫度系數(shù)：+0.045%/K
Ø 功率溫度系統(tǒng)：-0.408%/K
Ø 最大系統(tǒng)電壓（V）：1000
Ø 保險絲額定電流（A）：20
Ø 組件尺寸：1650×992×40mm
Ø 重量：19.1kg
Ø 框架：陽極氧化鋁
Ø 玻璃：白色鋼化安全玻璃3.2mm
Ø 電池片封裝：EVA
Ø 背板：復(fù)合薄膜
Ø 太陽能電池片：6×10片多晶硅太陽能電池片（156mm×156mm）
Ø 接線盒
1) 6個旁路二極管
2) 絕緣材料：PPO
3) 防水等級：IP65
2.2.2 雙軸跟蹤系統(tǒng)(跟蹤式支架和固定支架二選其一)
雙軸跟蹤系統(tǒng)是一種能夠保持太陽能電池板隨時正對太陽，使太陽光的光線隨時垂直照射太陽能電池板的動力裝置。
5KW 支架三維圖 5KW 支架圖
跟蹤支架的機械結(jié)構(gòu)主要分為三大部分，立柱，橫梁和網(wǎng)架。立柱與橫梁的連接處為x軸減速機，橫梁和網(wǎng)架的連接處為y軸減速機，鋼結(jié)構(gòu)支架全部采用熱鍍鋅噴塑。
跟蹤系統(tǒng)將增加大于35%的太陽輻射接收量，顯著提高太陽能光伏組件的發(fā)電效率。
主控采用西門子S7-1200系列主機，高精度、高穩(wěn)定數(shù)字化控制方案設(shè)計，先進的天文算法,實時追蹤太陽使光伏方陣時刻保持最大輸出功率，提高光伏發(fā)電轉(zhuǎn)化效率。風速測量裝置在正常天氣情況下保持靜默感知運行，遇到大風天氣或風速達到一定等級則會自動運行，并通過控制主機使支架系統(tǒng)自動放平減小風阻、保護支架系統(tǒng)在暴風雨天氣能夠安全運行。
整體支架系統(tǒng)放置在屋頂，經(jīng)電纜輸送至室內(nèi)主控臺，可實現(xiàn)分布式屋頂發(fā)電相關(guān)實訓，所發(fā)電能與風力發(fā)電相結(jié)合，經(jīng)DC-AC逆變成三相正弦波380V交流電，可供實驗室照明、計算機和制氫系統(tǒng)使用。
所有系統(tǒng)的設(shè)計、安裝與實際工程一樣，可在老師的指導(dǎo)下做為學生練習拆卸、組裝實習樣機來用。
1、支架整體采用國標鋼材，經(jīng)酸洗后作鍍鋅、噴漆防銹處理，抗能力可達15級以上。
2、電動推桿是一種將電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U的直線往復(fù)運動的電力驅(qū)動裝置。可用于各種簡單或復(fù)雜的工藝流程中做為執(zhí)行機械使用，以實現(xiàn)遠距離控制、集中控制或自動控制。
3、回轉(zhuǎn)式減速器，采用回轉(zhuǎn)支承（俗稱轉(zhuǎn)盤）作為減速器從動件，可實現(xiàn)無限制的圓周回轉(zhuǎn)和減速，可以承受較大的軸向力、徑向力和傾覆力；
² 輸出轉(zhuǎn)矩：65 kN.m
² 傾覆力矩：38.7 kN.m
² 軸向靜載荷：338 kN.m
² 徑向靜載荷：135 kN.m
² 減速比：61:1
4、新的模塊化SIMATIC S7-1200控制器是我們新推出產(chǎn)品的核心，可實現(xiàn)簡單卻高度精確的自動化任務(wù)。系統(tǒng)有五種不同模塊，分別為 CPU 1211C、CPU 1212C 、 CPU 1214C、CPU1215C和CPU1217C。具有快速啟動、精確監(jiān)控和最高等級的可用性。