风光互补发电测量与控制实训系统

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技术文章

作者：茂育科教发布时间：2026-03-04 14:10

风光互补发电测量与控制实训系统主要由风力发电机组、太阳能光伏电池组、控制器、蓄电池、逆变器、交流直流负载、开关控制模块、环境监测模块、仪表显示等部分组成，通过PLC控制、触摸屏和变频器作为控制核心，带有A/D、D/A模块、模拟量输入/输出模块、交流电机变频调速系统。系统于风能发电、光伏发电为一体的教学实训系统；各系统通过连接电缆进行连接，形成一套可完成风力及光伏发电、同步并网、离网电源的实验及教学演示。帮助学生理解太阳能并网、离网及风力发电系统的原理，从而起到学习工程实际应用技能的作用。适用于职高、大学、研究生、企业技工以风力发电和太阳能离网、并网发电为主课题的研究和培训。
一、主要技术规格参数：
1、系统规格
输入电源：三相，单相AC220V±10% 50Hz
系统最大电压：DC12V，AC220V/50Hz
系统最大电流：50A
系统最大功率：600W
2、太阳能电池板
太阳能电池板采用阵列组装形式，主要采用4块单晶小型太阳能电池板组建，可实现太阳能电池板的并接方式和串接方式，进而提供大电流或大电压的两种太阳能电池板组网方式。
额定功率：20W
额定电压：17.2V
额定电流：1.42A×4
开路电压：21.4V
短路电流：1.41A×4
尺寸：500mm×450mm×25mm
3、风力发电机
额定功率：400(W)
额定电压：12(V)
额定电流：33.3
风轮直径：1.65(m)
启动风速：2.5(m/s)
额定风速：9.6(m/s)
安全风速：35(m/s)
工作形式：永磁同步发电机
风叶旋转方向：顺时针
风叶数量：3（片）
风叶材料：玻璃增强聚丙烯材料
电机材料：铝合金
护栏网：铝型材内夹钢丝网，高度约1.5米
4、模拟风洞模块
风量：32073 m^з/h
风压：388Pa
转速：1440 r/min
功率：2.2kW
可调风速：0～13级连续可调
变频器：采用2.2KW矢量变频器
5、风光控制器系统：
工作电压：12/24VDC可选
充电功率Pmax ：1000W
光伏功率Pmax ：300W
风机功率Pmax ：700W
充电方式：PWM脉宽调制
充电最大电流 35A
过放保护电压 11V
过放恢复电压 12.6V
输出保护电压 16V
卸载开始电压（出厂值）15.5V
卸载开始电流（出厂值）15A
控制器设有蓄电池过充、过放电保护、蓄电池开路保护、负载过电压保护、夜间防反充电保护、输出短路保护、电池接反保护、欠压和过压防震荡保护、均衡充电、温度补偿、光控开关功能；
负载为100W以下的12V直流负载，控制单元一通道为常开输出，另一通道为多类定时输出（光控开、光控关，定时开、定时关，）。
使用32们高速单片机，实现智能控制，自动识别12/24V系统。采用串联式PWM充电控制方式，使充电回路的电压损失较原二极管充电方式降低一半，充电效率较非PWM高3－6%;过放恢复的提升充电，正常的直充，浮充自动控制方式有利于提高蓄电池寿命。
多种保护功能，包括蓄电池反接、蓄电池过、欠压保护、太阳能电池组件短路保护，具有自动恢的输出过流保护功能，输出短路保护功能。
具有丰富的工作模式，如光控，光控＋定时，通用控制等模式。
5、并网逆变器
输出电压：AC 180-260V
工作电压：10.8 - 28V，
额定输出功率≥400W
输出波形：正弦波(失真度≤3﹪)
输出频率：47-55Hz，
LED方式显示工作状态，
AC标准电压范围：90V-140V/180V-260VAC ；
AC 频率范围：55Hz~63Hz/45Hz~53Hz；
输出电流总谐波失真：THDIAC<5%；
相位差：<1%
并网逆变器具有DC－DC和DC－AC两级能量变换的结构。DC－DC变换环节调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点；DC－AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位，同时获得单位功率因数。
6、离网逆变器
直流输入电压：9～16VDC 电压可选
额定蔬出功率：300W
输出电压：110/220VAC
输出波形：纯正弦波
输出频率：50Hz
工作效率：85%
功率因数：>0.88
波形失真率≤5%
工作环境：温度-20℃～50℃
相对湿度：﹤90﹪（25℃）
保护功能：极性反接、短路、过热、过载保护
具有输出短路、过温、过载、欠压保护及保护具有自动恢复功能，采用风机冷却方式，输入输出隔离设计，能快速并行启动电容、电感负载，三色指示灯显示，输入电压,输出电压，负载水准和故障情形，负载控制风扇冷却，过压/欠压/短路/过载/超温保护
7、PLC控制系统
采用S7-200 PLC是模拟式中小型PLC，电源、CPU和其他模块都是独立的，可以通过U形总线把电源（PS）、CPU和其他模块紧密固定在西门子S7-1200的标准轨道上。每个模块都有一个总线连接器，后者插在各模块的背后。电源模块总是安装在机架的最左边，CPU模块紧靠电源模块。CPU的右边是可以选择的IM接口模块，如果只用主架导轨而没有使用扩展支架可以不选择IM接口模块。
S7编程软件组态主架导轨硬件时，电源，CPU和IM分别放在导轨的1号槽、2号槽和3号槽上。一条导轨共有11个槽号：1号槽至11号槽，其中4号槽至11号槽可以随意放置除电源、CPU和IM以外的其他模块。如：DI（数字量输入）、DO（数字量输出）、AI（模拟量输入）、AO（模拟量输出）、FM（功能模块）和CP（通信模块）等
8、监控系统（工业触摸屏）
尺寸(英寸) 10.2
液晶屏：TFT液晶显示，LED背光
显示颜色：真彩，65535色
分辨率：800×480
液晶屏亮度：200cd/㎡
触摸屏：电阻式
供电电源：24VDC
额定功率：5W
CPU主板：ARM CPU，400MHz
内存：64M
存储设备：128M FLASH
组态软件：MCGS嵌入式组态软件（运行版）
环境条件
工作温度：0℃~45℃
工作湿度：5%~90%
储存温度：-10℃~60℃
振动频率：10-57Hz 57-150Hz
振动加速度：0.075mm 9.8 m/s2
振动扫频速率：Oct/min ≤1
产品规格
结构：工业塑料结构
颜色：工业灰
面板尺寸：226.5mm×163mm
机柜开孔：215mm×152mm
外部接口：
串口：1×RS232、1×RS485
USB ：1主1从
9、其它
系统实验时的备用电源（2路0-30V/2A直流可调稳压电源）；
有市电互补切换
LED恒流驱动
提供并网、离网逆变器实套件
设置电压模块，确保实验过程的安全；
可变电阻，电阻值调整范围为0～999kΩ
DC/DC：5个DC/DC电源模块
支援外接PC计算机量测太阳能电池I-V特性曲线(VB软件or LabView)
10、电表规格：
电流表：× 2个，DC20A，显示模式︰0.5”LCD液晶显示
电压表：× 2个，DC50V，显示模式︰0.5”LCD液晶显示
电流表：× 2个，AC5A，显示模式︰0.5”LCD液晶显示
电压表：× 2个，AC220V，显示模式︰0.5”LCD液晶显示
温度表：× 1个，0～99.9℃
多功能网络电参数表：×1个，AC220V，显示模式︰0.5”LCD液晶显示，包含RS485，RS232通讯功能，
11、负载：
直流负载
风扇：×1个，额定电压：12V，工作电流：0.25A，功率：3W
交通灯：2组(R,G,B)，额定电压：12V，工作电流：0.25A，功率：3W
LED灯：1组
交流负载
节能灯：×1个，额定电压：220V，工作电流：0.15 A
马达：×1个，额定电压：220V，工作电流：0.2
12、测风系统模块：
测量风速范围：0～60m/s
风向：0～360°
精度： ±0.1m/s±3°
工作电源：AC 220V±20% 50HZ， DC24V、12V、5V或其他供电
记录间隔：1分钟～240分钟连续可设置
内部存储：4M bit
通讯接口： RS-232/485/USB通讯
环境温度：-40℃～50℃
转速传感器：0～5000 风力发电机转速检测显示
13、电池：
太阳能专用阀控式密封胶体蓄电池，额定电压：12V，额定容量(55Ah),充电方法（恒压）；
具有如下特点：自放电率低，使用寿命长，深放电能力强，充电效率高，工作温度范围宽。
14、系统外形尺寸；长1200×宽780×高1800（㎜）附滚轮方便推动至户外教学。
二、实训内容
1、太阳光电实习教学模块实验内容：
实验一太阳能电池发电原理实验
实验1-1 太阳能光电板能量转换实验
实验1-2 环境对光电转换影响实验
实验二太阳能电池光电系统直接负载实验
实验三光电控制型太阳能系统发电实验
实验3-1 光电型控制单元工作原理实验
实验3-2 光电型控制单元充放电保护实验
实验四交通警示灯模块设计实验
实验五太阳能系统负载实验
实验六综合实验
实验七太阳能电池基本特性测试实验
实验八外部扩充DC转AC外接电器实验
实验九单晶太阳能电池I-V特性曲线实验
实验十离网逆变器设计实验
实验十一离网逆变器工作特性实验
实验十二离网逆变器带载及保护实验
实验十三并网逆变器设计实验
实验十四并网实验
2、风力电实习教学模块实验内容：
实验一、风力发电基础理论原理性实验
实验二、风力发电系统设计实验
实验三、风力发电控制技术实验
实验四、风力发电相关测量技术实验
实验五、风力发电基础理论与应用技术仿真实验
实验六、发电机转速与输出电压关系实验
实验七、发电机转速与输出电流关系实验
实验八、发电机转速与输出频率关系实验
实验九、风速即转速与与出功率关系实验
3、PLC实训内容
实验一 STEP 7软件安装及注意事项
实验二 SIMATIC管理器
实验三 SIMATIC Manager自定义
实验四 PG/PC接口设置
实验五用PLC控制三相交流异步电动机起/停
实验六 PLC系统的硬件组态及程序编制
实验七基本逻辑指令的应用
实验八定时器、计数器的应用
实验九技能训练，人行横道控制
实验十模拟量的控制
实验十一顺序控制系统控制方法的设计
实验十二步与步的动作
实验十三 PLC通信
4、触摸屏实训内容
实验一组态软件应用及界面设计
实验二上传、下载文件
实验三曲线图、柱状图、圆形图、动态图
实验四数字输入和文数字显示
实验五历史资料显示
实验六系统控制读写
实验七控制系统中触摸屏的画面
实验八状态图
实验九控制系统中PLC的程序
三、系统基本配置单

序号	名称	型号	数量	单位	价格
1	风光互补实验台		1	台
2	追日支架		1	套
3	太阳能电池组件20W		4	块
4	风力供电装置		1	套
5	S7-200 PLC		1	台
6	10寸触摸屏		1	台
7	模拟风洞 2.2KW		1	台
8	蓄电池组55Ah		1	组
9	实验附件		1	套
10	实训指导书		1	本

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