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SB-WS500W海上風電結(jié)構(gòu)海洋環(huán)境荷載模擬與測試實驗系統(tǒng)
一、功能及用途要求
海上風電結(jié)構(gòu)海洋環(huán)境荷載模擬與測試實驗系統(tǒng)采用永磁同步風力發(fā)電機組，用于模擬風力發(fā)電系統(tǒng)在海洋環(huán)境下風力發(fā)電機的運行過程及載荷測量，使學生增強對海洋環(huán)境下風電系統(tǒng)整體的認識和工作原理的理解。
二、技術(shù)要求
2.1 系統(tǒng)特點
Ø 系統(tǒng)集成溫/濕度儀、風速測量系統(tǒng)，運行過程中顯示環(huán)境溫濕度變化和風速信息、讓實驗過程簡單而輕松。
Ø 系統(tǒng)采用數(shù)字化DSP技術(shù)，對蓄電池充放電進行全智能化的管理。
Ø 系統(tǒng)面板上采用直觀的數(shù)字儀表，讓用戶即時了解系統(tǒng)工作狀態(tài)。
Ø 系統(tǒng)集成離網(wǎng)電源可以為用戶提供交流110V/220V純正弦波交流電能。
Ø 系統(tǒng)集成風電同步并網(wǎng)模塊，在學習離網(wǎng)技術(shù)的同時完成風電并網(wǎng)教學和實踐。
2.2 系統(tǒng)功能
Ø 模擬風力發(fā)電機在海洋環(huán)境不同風速的發(fā)電狀態(tài)與運行；
Ø 模擬風力發(fā)電機在海洋環(huán)境中的啟動、停止、運行及并網(wǎng)過程；
Ø 模擬風力發(fā)電機在海洋環(huán)境中脫網(wǎng)運行、啟動/停機運行；
Ø 模擬風力發(fā)電機在海洋環(huán)境中主控系統(tǒng)，支持遠控/就地啟停、等操作；
Ø 測量風力發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵電氣參數(shù)，實時記錄和圖形顯示關(guān)鍵電氣參數(shù)，支持離線數(shù)據(jù)分析；
Ø 測量風力發(fā)電機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在海洋環(huán)境荷載下的振動響應(yīng)，完成模態(tài)分析
三、系統(tǒng)運行參數(shù)
3.1、太陽能電池
Ø 太陽能電池板采用陣列組裝形式，主要采用3塊（或更多）小型太陽能電池板組建，可實現(xiàn)太陽能電池板的并接方式和串接方式，進而提供大電流或大電壓的兩種太陽能電池板組網(wǎng)方式。
Ø 最大輸出功率：100W*3塊
Ø 開路電壓：35V（并聯(lián)）
Ø 短路電流：3*3.25A（并聯(lián)）
Ø 仰角調(diào)節(jié)：0-80度（連續(xù)調(diào)節(jié)）
Ø 模擬太陽燈：6*500W鹵素燈（光亮度連續(xù)調(diào)節(jié)）
3.2、照度計（增加）
Ø 量程：0-225Lx、200-2250Lx、2000-22500Lx和20K-225KLx（225000Lx）自動切換量程。
Ø 含有照度計、溫度表、濕度表，單片機時鐘系統(tǒng)，實現(xiàn)時間的顯示。
3.3風力發(fā)電機
Ø 運行電壓：0-25V
Ø 額定功率：400W
Ø 風輪直徑：1.65(m)
Ø 啟動風速：1.5(m/s)
Ø 額定風速：12(m/s)
Ø 安全風速：35(m/s)
Ø 工作形式：上風式永磁同步發(fā)電機
Ø 風葉旋轉(zhuǎn)方向：順時針
Ø 風葉數(shù)量：3（片）
Ø 風葉材料：玻璃增強聚丙烯材料
Ø 電機材料：鋁合金
3.4模擬風洞:采用4臺同功率鼓風機機組，組合成矩陣模擬風單元，實現(xiàn)模擬風的輸出和測試。
Ø 風量：34073 m3/h，1275Pa-2138Pa
Ø 電壓：三相四線 380VAC
Ø 功率：2.2kW×4臺
Ø 調(diào)速單元：2.2KW 矢量變頻器，輸出頻率：0-100Hz
3.5電力蓄能系統(tǒng)
Ø 儲能形式：閥控式密封鉛酸蓄電池
Ø 額定電壓：12V
Ø 額定容量：55Ah
Ø 充電方法（恒壓），循環(huán)︰最大充電電流為5.6A
3.6離網(wǎng)逆變模塊:光伏離網(wǎng)型逆變器為功率變換裝置，將輸入的直流電推挽升壓，再經(jīng)過逆變橋SPWM正弦脈寬調(diào)制技術(shù)逆變成220V交流電。
Ø 直流輸入電壓：10.5～16.8 VDC
Ø 額定輸出功率：500W
Ø 輸出電壓：110/220VAC
Ø 輸出波形：純正弦波
Ø 輸出頻率：50Hz
Ø 工作效率：85%
Ø 功率因數(shù)：>0.88
Ø 波形失真率≤5%
Ø 工作環(huán)境：溫度-20℃～50℃
Ø 相對濕度：﹤90﹪（25℃）
Ø 保護功能：極性反接、短路、過熱、過載保護
3.7風電控制模塊:集風能、太陽能控制于一體的智能控制器，專為高端的小型風光互補系統(tǒng)設(shè)計，特別適用于風光互補路燈系統(tǒng)和風光互補監(jiān)控系統(tǒng)。能同時控制風力發(fā)電機和太陽能電池板對蓄電池進行安全高效的智能充電。
Ø 工作電壓：12/24VDC
Ø 充電功率：600W
Ø 光伏功率：100W
Ø 風機功率：500W
Ø 充電方式：PWM脈寬調(diào)制
Ø 充電最大電流 16.5A
Ø 過放保護電壓 10.5V
Ø 過放恢復(fù)電壓 12.6V
Ø 輸出保護電壓 16.2V
Ø 卸載開始電壓（出廠值）15V
Ø 卸載開始電流（出廠值） 12A
Ø 控制器設(shè)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?shù)裙δ埽?/span>
Ø 用于常規(guī)負載為100W以下的12V/24V直流負載，輸出模式有常開輸出、定時輸出，光控開、光控關(guān)，定時開、定時關(guān)等模式。
3.8負載模塊裝置系統(tǒng)
Ø 風扇：×1個，額定電壓：12/24V，工作電流：1.25A，功率：15W
Ø 交通燈：1組(R,G,B)，額定電壓：12/24V，工作電流：0.8A，功率：9.6W
Ø 馬達：×1個，額定電壓：12/24V，工作電流：0.35A，功率：5W 轉(zhuǎn)速：20rmp/min
Ø 交流LED燈×1個，交流節(jié)能燈×1個
3.9測風系統(tǒng):用于測量并記錄大氣中風速與風向的氣象儀器。本儀器采用高清液晶顯示屏顯示當前日期時間及風速、風向值；內(nèi)置大容量FLASH存儲芯片可自動存儲至少一年的氣象數(shù)據(jù)；儀器配備有三種通訊接口（RS232/RS485/USB）用于與計算機建立通訊連接，通過配套的上位機軟件可遠程觀測實時風速風向，用戶還可利用該功能完善的氣象軟件對氣象數(shù)據(jù)作進一步的處理分析。
實時數(shù)據(jù)：當前電腦時間采集到的風速、風向數(shù)據(jù)。（電腦時鐘）
歷史數(shù)據(jù)：風速風向儀按照所設(shè)定的采集周期，記錄到采集儀存儲芯片中的風速、風向數(shù)據(jù)（采集儀時鐘）。
Ø 測量范圍風速：0～60m/s
Ø 精 度±0.1m/s
Ø 工作電源：AC 220V±20% 50HZ， DC12V、5V或其他供電。
Ø 記錄間隔：1分鐘～240分鐘連續(xù)可設(shè)置
Ø 內(nèi)部存儲：4M bit
Ø 環(huán)境溫度：-40℃～50℃
Ø 轉(zhuǎn)速傳感器：0～5000 風力發(fā)電機轉(zhuǎn)速檢測顯示（室內(nèi)）
Ø 過風速報警中斷輸出功能，可以設(shè)備閉環(huán)形式連接，增加實驗安全性。
3.10同步并網(wǎng)模塊:采用感知運算技術(shù)，在不同風速強度而產(chǎn)生不同的電流輸出，采用了先進的處理器運算技術(shù)，精確的MPPT功能、APL功能，自動把風力發(fā)電功率調(diào)整到最大輸出，只需將風力發(fā)電機直接連接到并網(wǎng)逆變器輸入端，無需再連接電池。交流電的0角相經(jīng)隔離放大后輸入到MCU進行高精度檢測分析，相移率只有〈1％，并網(wǎng)的過程中采用SPWM直接產(chǎn)生純正正弦波輸出。從而實現(xiàn)了高精度同相調(diào)制交流電并合輸出功能。
Ø 工作電壓：10.8 - 50VDC
Ø 電壓范圍：90V～140V/180V～260VAC
Ø 頻率范圍：55Hz～63Hz/45Hz～53Hz
Ø 并網(wǎng)輸出功率：600W
Ø 輸出電流總諧波失真：THDIAC <5%
Ø 相 位 差： <1%
Ø 孤島效應(yīng)保護：VAC;f AC
Ø 輸出短路保護：限流
Ø 顯示方式：LED
Ø 待機功耗：<2W
Ø 夜間功耗：<1W
Ø 環(huán)境溫度范圍： -25 ℃～60℃
Ø 環(huán)境濕度：0～99%(Indoor Type Design)并網(wǎng)逆變器具有DC－DC和DC－AC兩級能量變換的結(jié)構(gòu)。DC－DC變換環(huán)節(jié)調(diào)整光伏陣列的工作點使其跟蹤最大功率點；DC－AC逆變環(huán)節(jié)主要使輸出電流與電網(wǎng)電壓同相位，同時獲得單位功率因數(shù)。
3.11電表規(guī)格
Ø 直流電流表：× 2個，10A 1只、20A 1只，顯示模式︰0.5”LED
Ø 直流電壓表：× 2個，0-200V， 顯示模式︰0.5”LED
Ø 交流電壓表：× 2個，500V，顯示模式︰0.5”LED
Ø 交流電流表：× 2個，5A， 顯示模式︰0.5”LED
Ø 時間、溫/濕度表：× 1個，-20～99.9℃ 顯示時間，室內(nèi)溫、濕度
3.11風電系統(tǒng)控制臺
控制臺集成交流漏電開關(guān)、緊急停止開關(guān)、儀表開關(guān)、風機輸入開關(guān)、儀表顯示、控制按鈕（開關(guān)）、智能型風電控制器、風速儀、變頻矢量調(diào)速模塊等。
系統(tǒng)外形尺寸；長1240×寬650×高1700（㎜）附滾輪方便推動至戶外教學。
四、教學及研究及實訓(xùn)項目
實驗1、風力發(fā)電基礎(chǔ)理論原理性實驗
實驗2、風力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計實驗
實驗3、發(fā)電機轉(zhuǎn)速與輸出電壓關(guān)系實驗
實驗4、發(fā)電機轉(zhuǎn)速與輸出功率關(guān)系實驗
實驗5、永磁同步風力發(fā)電機系統(tǒng)運行過程風能量變換演示和實驗
實驗6、模擬風力發(fā)電機在海洋環(huán)境不同風速的發(fā)電狀態(tài)與運行
實驗7、模擬風力發(fā)電機在海洋環(huán)境中的啟動、停止、運行及并網(wǎng)過程
實驗8、模擬風力發(fā)電機在海洋環(huán)境中脫網(wǎng)運行、啟動/停機運行
實驗9、模擬風力發(fā)電機在海洋環(huán)境中主控系統(tǒng)，支持遠控/就地啟停、等操作
實驗10、測量風力發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵電氣參數(shù)，實時記錄和圖形顯示關(guān)鍵電氣參數(shù)，支持離線數(shù)據(jù)分析
實驗11、測量風力發(fā)電機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在海洋環(huán)境荷載下的振動響應(yīng)，完成模態(tài)分析
實驗12、光伏電池的伏安特性
實驗13、光伏發(fā)電的負載特性測試
實驗14、光伏電池輸出功率與入射角的關(guān)系
實驗15、輸出功率與光照強度的關(guān)系
實驗16、控制器原理實驗
實驗17、蓄電池充放電控制實驗
實驗18、蓄電池保護實驗
實驗19、綜合實驗
五、主要設(shè)備清單
|
序號 |
名 稱 |
數(shù) 量 |
單 位 |
|
1 |
海上風電結(jié)構(gòu)海洋環(huán)境荷載模擬與測試實驗系統(tǒng) |
1 |
臺 |
|
2 |
400W永磁同步發(fā)電機 |
1 |
臺 |
|
3 |
模擬風洞系統(tǒng)（風源包含4只鼓風機） |
1 |
套 |
|
4 |
2.2KW矢量變頻器 |
4 |
臺 |
|
5 |
測風系統(tǒng)（含支架） |
1 |
臺 |
|
6 |
風光互補控制器 |
1 |
臺 |
|
7 |
100W太陽能電池組件模塊 |
3 |
塊 |
|
8 |
600W同步并網(wǎng)模塊 |
1 |
臺 |
|
9 |
500W離網(wǎng)DC-AC模塊 |
1 |
臺 |
|
10 |
蓄電池組55Ah |
1 |
組 |
|
11 |
實驗附件（包含1只手持式光照度測量儀） |
1 |
套 |
|
12 |
上位軟件 |
1 |
套 |
