TYT-31分布式風光互補離并網發電教學實驗平臺|太陽能技術及應用實訓裝置

一、系統概述

TYT-31分布式風光互補離并網發電教學實驗平臺|太陽能技術及應用實訓裝置，主要由光伏組件方陣及其支撐支架、直流匯流箱、防雷系統、并網逆變器、交流配電箱、監控系統及其連接線纜等組成。

在晴朗的白天，裝在屋頂上的光伏組件發出的直流電經過并網逆變器逆變成與電網同頻率同相位的單相交流電給負載進行供電，在夜晚或陰雨天等太陽光照不足的情況下，系統處于待機狀態，負載用電全部來自電網。您可以通過系統監控軟件來實時查看系統的運行狀態和故障信息，或者是選配遠程通訊數據采集器，將系統工作數據通過GPRS或以太網，傳輸到您的手機、平板電腦或任意一臺聯網的電腦，以便于您遠程實時掌控電站的信息。

二、系統主要特點

• 一站式交鑰匙服務；
• 系統所選設備及材料質量可靠、價格低廉，使電站；
• 選用帶隔離變壓器的并網逆變器，實現直流側與交流側的電氣隔離，對電網和人身安全提供了強有力的保障；
• 多種監控方式可選，并創造性的將物聯網技術應用到光伏遠程監控中，可以隨時隨地的通過手持終端（如手機、平板電腦等）或任意一臺聯網電網，來掌控電站的信息。
• 分布式并網光伏電站具有綠色環保、無污染、就地消納、損耗小等優點；
• 并網方式靈活，可以根據實際情況，選擇“自發自用；自發自用、余電上網；全部上網"三種并網方式的任意一種，并網流程簡單；

三、系統技術參數：

四、系統原理圖：

  4.1 自發自用，余電上網模式

  4.2 自發自用，全部上網模式

  4.2 風光互補離網工作模式

離網與并網模式之間可一鍵切換，操作簡單便捷，或者將5KW太陽能電池，分成2路分別供給離網發電和并網發電。

風力發電作為單獨發電系統，配合風光互補控制系統完成風力發電相關實驗項目

五、主要單元參數

  5.1 太陽能電池組件

• 組件型號：YL250P-29b  多晶
• zui大功率（W）：250
• 開路電壓（V）：38.4
• 短路電流（A）：8.81
• zui大功率點的工作電壓（V）：29.9
• zui大功率點的工作電流（Ａ）：8.36
• 轉化效率：17.12%
• 開路電壓溫度系數：-0.292%/K
• 短路電流溫度系數：+0.045%/K
• 功率溫度系統：-0.408%/K
• zui大系統電壓（V）：1000
• 保險絲額定電流（A）：20
• 組件尺寸（長×寬×高）：1650×990×40mm
• 重量：19.1kg
• 框架：陽極氧化鋁
• 玻璃：白色鋼化安全玻璃3.2mm
• 電池片封裝：EVA
• 背板：復合薄膜
• 太陽能電池片：6×10片多晶硅太陽能電池片（156mm×156mm）
• 接線盒

• 6個旁路二極管
• 絕緣材料：PPO
• 防水等級：IP65

• 連接器

• 常規額定電流：30A
• 耐電壓：DC1000V
• 接觸電阻：<2mΩ
• 絕緣電阻：＞500MΩ
• 適用單芯電纜截面：2.5-6mm2
• 電纜外徑范圍：Φ5mm～Φ 7mm
• 環境溫度：-40℃～+ 105℃
• 防護等級：IP67
• 安全等級：Ⅱ
• 殼體：PC料，黑色
• 接觸件：紫銅CN，鍍錫SN
• 接線方式：壓接

• 鎖緊系統：嵌入式常規額定電流：30A

• 耐電壓：DC1000V
• 接觸電阻：<2mΩ
• 絕緣電阻：＞500MΩ
• 適用單芯電纜截面：2.5mm2, 4mm2, 6mm2或14AWG, 12AWG, 10AWG
• 電纜外徑范圍：Φ5mm～Φ 7mm
• 環境溫度：-40℃～+ 105℃
• 防護等級：IP67
• 安全等級：Ⅱ
• 殼體：PC料，黑色
• 接觸件：紫銅CN，鍍錫SN
• 接線方式：壓接
• 鎖緊系統：嵌入式
• 重量：約0.025Kg

• 電 纜

• 長度：450mm,
• 規格：1×4mm2
• 顏色：紅、黑

• 溫度范圍系數：-40°C to+85°C
• 抗冰雹系數：zui大直徑25mm,撞擊速度23m/s(51.2mph)
• zui大表面負荷：7200pa

5.2 光伏并網逆變器

采用數字化高精度DSP控制，高效率方案、高穩定度設計，*的MPPT,實時跟蹤光伏方陣的zui大輸出功率，zui大轉化效率可達到97.5%，MPPT追蹤效率高達99.9%。正弦波輸出，自動同步電網，電流諧波含量小，對電網無污染，無沖擊；防孤島運行控制，全面的保護和報警功能，具有良好的人機交互LCD界面，配備wifi模塊，實現遠程數據監視。

5.2.1 產品特點

• 無變壓器設計，zui大效率可達97.5%，歐洲效率可達96.6%
• *的MPP跟蹤精度（>99.9%）
• 較寬的直流電壓輸入范圍（80-500Vdc），廣泛兼容各種類型的太陽能組件
• 接線、安裝簡單，易于操作
• IP65設計，適合室內外各種環境下的安裝

5.2.2 智能監控系統

教學系統所采用的逆變器外配Wifi卡，PMB能保存傳感器的所有重要數據。同時配備RS485、RS232、USB和以太網標準接口?？梢赃x擇使用wifi-kit和GPRS-kit。免費的監控軟件能夠通過電腦及移動終端清晰直觀的查看輸出數據，您可以在任何時候查看光伏電站的太陽能產量和公共電網的供電量情況。

兩個RJ45插頭用于多點通信，也就是說，通過這兩個插頭和電纜，zui多可連接 50 臺逆變器到一個上位機上，上位機可以在同一時間通過一個單一的信號電纜與這些逆變器通信，通過這些插頭，用戶可以從這些逆變器中得到數據，并且可以配置參數。

5.2.3 界面友好，便于操作

系統采用的逆變器擁有精美的顯示屏，顯示機器所有相關的運行信息和設置，三個LED燈分別指示機器的運行狀況，通信狀態和是否有錯誤信息，用戶可以一目了然的了解機器的實時運行狀況。

5.2.4 并網逆變器參數

• 直流側參數

• zui大輸入功率：3000W 兩路輸入
• PV短路電流：12A  兩路輸入
• zui大輸入電流：16A 兩路輸入
• 滿載MPP電壓范圍：180-450V
• zui大輸入電壓：500V
• zui小輸入電壓：150V
• 啟 動 電 壓：170V
• zui大功率跟蹤數：1
• 防逆流功能：有，配套防逆流傳感器

• 交流側參數

• 額定交流功率：3000W
• zui大輸出電流：14.4A
• 連接方式：單相
• 額定輸出電壓：220Vac,230Vac（電網匹配）
• 輸出電壓范圍：185v-276v
• 額定輸出頻率：50Hz/60Hz
• 總電流波形畸變率：＜3%
• 功率因數：≥0.99
• zui大功率跟蹤效率：99.9%
• 安全等級：一級
• 防護等級：IP65

• 參考標準

• 安規標準：EN 62109, AS/NZS 3100
• 電磁兼容標準：EN 61000-6-1, EN 61000-6-2, EN 61000-6-3, EN 61000-6-4, EN 61000-3-2, EN 61000-3-3
• 并網標準：VDE 0126-1-1, RD1699, EN5, C10/11, G83/2, UTE C15-712-1, AS4777, CQC, CEI 0-21

5.2.5 支架

系統支架設計容量為5KW，采用標準工程件，鍍鋅方鋼，鍍鋅C型鋼，結構美觀，強度高，由20塊250Wp太陽能光伏組件，成40度斜面，固定于C型鋼架上，（此圖僅供參考）

• 斜面式，標準工程用C型鍍鋅鋼
• 支架材料：工程用鍍鋅方鋼，含標準件，接地孔等所需的全部部件，含支架基建底座。
• 方陣點地面積：安裝于樓頂或地面點地約 32平方米
• 電池組件可單獨或分組固定在陽臺、墻壁、樓層圍欄

5.2.6 電纜

• 規格：阻燃電力電纜  4mm2 ,顏色：黑色，紅色， 光伏

5.2.7光電聯接方式： 20塊250W太陽能組件，每10塊串聯，分2組輸送至室內實驗臺

5.2.8 斷路器

• 斷路器品牌：正泰交流，  *施奈德：交流/直流

5.2.9 電表：

•  單項電子電能表 DDS607   5（20）A

5.2.10 雙向計量電度表：

• 適用范圍：計量單相兩線交流有功電能，適用于執行單費率電價的太陽能和光伏發電的用戶雙向計量  5（20）A
• 主要功能

• ?液晶LCD數字顯示 
• ?正反向雙向計量，正向電量6位整數1位小數（999999.9）反向電量5位整數1位小數（F99999.9）。

5.3 風力發電機

• 發電機功率：1KW
• 輸出電壓：48V
• 輸出形式：三相交流
• 風輪直徑：1.8(m)
• 啟動風速：2.5(m/s)
• 額定風速：12(m/s)
• 安全風速：35(m/s)
• 工作形式：上風式永磁同步發電機
• 風葉旋轉方向：順時針 
• 風葉數量：3（片）    
• 風葉材料：玻璃增強聚丙烯材料
• 電機材料：鋁合金&不銹鋼

5.4 模擬風洞（鼓風機）

• 風量：34073 m3/h，1275Pa-2138Pa
• 電壓：三相四線 380VAC
• 功率：5.5kW
• 調速單元：5.5KW 矢量變頻器，輸出頻率：0-100Hz

5.5 風光互補控制器

• 工作電壓：48VDC
• 充電功率：1200W 
• 風機功率：1000W
• 充電方式：PWM脈寬調制 
• 充電zui大電流 22.5A
• 過放保護電壓 40.5V  
• 過放恢復電壓 44.2V
• 輸出保護電壓 65V
• 卸載開始電壓（出廠值）55V
• 卸載開始電流（出廠值） 18A 
• 控制器設有蓄電池過充、過放電保護、蓄電池開路保護、負載過電壓保護、輸出短路保護、電池接反保護、欠壓和過壓防震蕩保護、均衡充電、溫度補償等功能
• 控制器帶數據傳輸功能，可在工控機上位機中查看光伏發電、風力發電、蓄電池、負載、電壓、電流、功率、KWh曲線等，所采集數據可長期保存于工控機中，以備隨時查看或打印。

5.6 離網逆變器

離網逆變電源在系統當中，是將直流電轉換成交流電的設備，所轉換的交流電可以驅動家用電器產品，如電風扇，洗衣機，電燈，節能燈等，阻性負載、感性負載等

• 直流輸入電壓：40～76 VDC
• 額定蔬出功率：5KW
• 輸出電壓：220VAC
• 輸出波形：純正弦波
• 輸出頻率：50Hz
• 工作效率：85%      
• 功率因數：>0.88
• 波形失真率≤5% 
• 工作環境：溫度-20℃～50℃
• 相對濕度：﹤90﹪（25℃）
• 保護功能：短路、過熱、過載保護                  離網逆變電源

特殊功能：完善的旁路功能，可以實現市電→光伏或光伏→市電之間的無縫切換，可優選光伏優先或市電優先。

5.7 鉛酸蓄電池

在風、光離網發電系統中，蓄電池的作用主要是儲存能量，在晚上或多云等氣候情況下，風力發電機和光伏陣列不能提供足夠的能量時，蓄電池供給負載，保證系統的正常運行。

該系統所采用的鉛酸蓄電池規格如下：

• 蓄電池電壓： 12V
• 蓄電池容量：200Ah
• 外形尺寸：497*260*207mm
• 參考重量：62KG
• 聯接方式：4節串聯，組合成48V/200Ah

5.7.1 放電特性

鉛酸蓄電池具有的良好的放電特性，尤其是大電流放電的特性更為*。電池放電的容量取決于放電電流，終止電壓和放電時間。

不同放電率的放電性能和終止電壓選擇如下圖：

放電時間

溫 度（℃）

5.7.2 自放電特性

鉛酸蓄電池儲存時的自放電特性如下圖：

自放電特性

5.7.3 充電特性

鉛酸蓄電池要求采用限流恒壓的充電方法進行充電。在環境度為25℃的條件下，浮充電壓為13.6±0.1V 臺X臺數，充電開始時的電流應限制在0.25C10A的范圍內。

恒壓充電特性(25℃)如下圖：

充電時間

在不同的環境溫度下，適宜的電池充電恒壓值可按下所示，找出整組電池的恒壓浮充電壓值(電池充電電壓X電池組中的電池臺數)。

電池浮充電電壓與環境溫度的關系

六、主要實驗實訓內容

6、1、 光伏能量變換實驗

實驗1、光伏陣列單元組成原理。

實驗2、太陽能光電池能量轉換組合原理。

實驗3、陣列電池zui大功率跟蹤器原理。

實驗4、陣列匯流與防雷接地原理。

實驗5、陣列結構件組合安裝原理。 

實驗6、zui大功率跟蹤器與光伏轉換提效實驗。

實驗7、在不同天氣和日照強度下光波對光伏轉換效率的影響實驗。

實驗8、在不同季節環境溫度變換下對光伏能量轉換的影響實驗。

6、2、光伏并網同步逆變電源實驗

實驗1、逆變電源單元組成原理。

實驗2、逆變電源MPPT的zui大功率跟蹤控制方法的實驗。

實驗3、逆變電源輸出功率與光伏能量變換的實驗。

實驗4、MPPT與電子跟蹤器有效結合和分離控制方面的比較實驗。

實驗5、逆變器并入的電網供電中斷，逆變器應在2s內停止向電網供電，同時發出警示信號的防孤島效應保護試驗。

實驗6、逆變電源直流輸入欠電壓控制實驗。

6、3、光伏并網發電系統軟件實驗

實驗1、在工控一體機上位軟件里查看單站監控項目

• 當前功率 KW、當日電量 KWh、當月電量 KWh、當前電量 KWh、總電量 KWh
• 累計減少砍伐樹木（棵）、累計減排二氧化碳（噸）、收益（元）需要設置
• 每日/周功率曲線、電量曲線

實驗2、在移動設備監控軟件里查看單站電量記錄項目：

• 當前功率 KW、當日電量 KWh、當月電量 KWh、當前電量 KWh、總電量 KWh
• 累計減少砍伐樹木（棵）、累計減排二氧化碳（噸）、收益（元）需要設置
• 每日/周功率曲線、電量曲線

實驗3、在上位軟件里查看單站故障記錄項目：

• 直流過壓、直流欠壓、直流過流
• 交流過壓、交流欠壓、交流過流
• 系統過載、頻率異常、孤島保護、ADC異常（快速檢測并網電壓，電流）、IPM故障、過流保護、過溫保護、溫度異常、DSP異常（數字信號處理器，將模擬信號轉為數字信號）

6、4、風力發電機運行過程與風能量變換演示實驗

實驗1、風力發電基礎理論原理性實驗 

實驗2、風力發電系統設計實驗

實驗3、風力發電控制技術實驗

實驗4、風力發電相關測量技術實驗

實驗5、風力發電基礎理論與應用技術仿真實驗

實驗6、發電機轉速與輸出電壓關系實驗

實驗7、發電機轉速與輸出電流關系實驗

實驗8、發電機轉速與輸出頻率關系實驗

實驗9、風速即轉速與出功率關系實驗

實驗10、變頻器調速實驗

七、主要設備清單