大型风光互补发电实训系统
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大型风光互补发电实训系统
主要技术规格及要求
1. 实训装置的组成及总体要求
风力发电机组装配与调试实训装置由风力发电机组、风电机组控制系统、风电机组操作与监控系统、上位机编程系统等组成，配置小型起吊装置、安全用品及各类操作工具。
风力发电机组机械部分采用真实风力发电机组机械结构，对实际风机主要部件采用比例缩小方式设计，其外形与真实风电机组相同，可完成机组各部分的机械与电气装配模拟实训，并采用小型起吊装置完成吊装，最大限度地还原真实风电机组的装配与吊装工艺。
装置电气部分采用模块化处理方式，通过前期的图纸设计、按图纸连线以及自主编写程序来实现对风电机组的调试与控制，可使学员在整机的电气设计、安装、调试等实际操作方面得到体验和锻炼。
装置的操作实训可分为装配区、吊装区、操作区、调试区四大部分，对风力发电机组从整机厂安装到出厂调试、风电场吊装与调试都提供了多区域操作平台，通过实际操作增强风电工程的实践能力，满足教学实训需求。
总体要求
（1）主要设备尺寸：风电机组：约1660 mm×1660 mm×1710mm
电器柜：约800 mm×500 mm×1850mm
起吊装置：约3000 mm×1500 mm×3000mm
（2）单套设备工位面积要求：约25平方米（约长5000 mm×宽5000mm）；
（3）设备电源：机组电源：单相三线制 AC220V±10% 50Hz
（4）设备最大输出总功率：4kVA。
（5）总体重量：≤500KG
（6）安全保护措施：具有过压、过载、漏电等保护措施，符合国家相关标准。
（7）工作环境：温度：-10°C ～ +40°C
相对湿度：≤ 85%（25°C）
2. 装置的详细技术参数
1).风力发电机组的组成及参数要求
风力发电机组主要由风轮、机舱、发电系统、塔筒等组成，各个部分均可独立进行机械拆装并可以进行分步吊装，如塔筒吊装、机舱吊装、发电机吊装、风轮吊装、叶片吊装等。
参数要求：
| 序号 | 名称 | 型号规格 | 单位 | 数量 |
| 风轮的主要机械部件参数要求 | ||||
| 1 | 轮毂 | Φ352×305；材质：6061 | 件 | 1 |
| 2 | 风轮工装 | Φ220×300；材质：6061 | 件 | 1 |
| 3 | 变桨轴承 | Φ270×Φ190×21；材质：50MnT；技术参数：内齿型 模数1.5 齿数130 | 件 | 3 |
| 4 | 变桨电机 |
Φ24×112；技术参数：带小齿轮 模数1.5 齿数19 偏心量0.5mm |
件 | 3 |
| 5 | 编码器组件 |
66×60×20；技术参数：带小齿轮 模数1.5 齿数20 |
件 | 3 |
| 6 | 限位开关组件 | 件 | 3 | |
| 7 | 变桨控制柜 | 件 | 3 | |
| 8 | 导流罩上支架 | Φ310×Φ130×4；材质：6061 | 件 | 1 |
| 9 | 导流罩下支架 | 63×60×30；材质：6061 | 件 | 3 |
| 10 | 导流罩上罩 | Φ340×95；材质：ABS或玻璃钢 | 件 | 1 |
| 11 | 导流罩下罩 | Φ450×315;材质：ABS或玻璃钢 | 件 | 1 |
| 12 | 叶片 | 材质：ABS或玻璃钢 | 个 | 3 |
| 机舱的主要机械部件参数要求 | ||||
| 1 | 底盘 | 360×360×290；材质：6061 | 件 | 1 |
| 2 | 底盘正置工装 | Φ260×300；材质：6061 | 件 | 1 |
| 3 | 底盘倒置工装 | 340×340×300；材质：6061 | 件 | 1 |
| 4 | 偏航轴承 |
Φ320×Φ220×25；材质：50MnT； 技术参数：外齿型 模数2 齿数158 |
件 | 1 |
| 5 | 偏航电机 |
Φ60×140；技术参数：带小齿轮 模数2 齿数19 偏心量0.5mm |
件 | 2 |
| 6 | 机舱控制柜 | 件 | 1 | |
| 7 | 轮滑泵 | 件 | 1 | |
| 8 | 液压站 | 件 | 1 | |
| 9 | 机舱罩支架 | Φ590×530；材料：ABS或玻璃钢 | 件 | 4 |
| 10 | 机舱罩左罩 | Φ590×530；材料：ABS或玻璃钢 | 件 | 1 |
| 11 | 机舱罩右罩 | Φ590×530；材料：ABS或玻璃钢 | 件 | 1 |
| 12 | 机舱罩上罩 | Φ590×530；材料：ABS或玻璃钢 | 件 | 1 |
| 13 | 机舱罩上盖 | Φ590×530；材料：ABS或玻璃钢 | 件 | 1 |
| 发电系统的主要机械部件参数要求 | ||||
| 1 | 发电机 | Φ580×220； | 套 | 1 |
| 2 | 滑环 | Φ50×30；技术参数：36路 | 个 | 1 |
| 塔筒及底座等机械部件参数要求 | ||||
| 1 | 塔筒底座 | 1660×1660×150；材质：6061；分体设计、福马轮移动或固定位置 | 套 | 1 |
| 2 | 上塔筒 | Φ280×Φ270×300；材质：6061 | 个 | 1 |
| 3 | 中塔筒 | Φ280×Φ270×300；材质：6061 | 个 | 1 |
| 4 | 下塔筒 | Φ280×Φ270×300；材质：6061 | 个 | 1 |
2).控制、操作与监控系统的组成及参数要求
该系统主要由控制系统、操作系统、监控系统等组成。
控制系统主要由主控PLC（西门子300系列）、变桨电机驱动器、偏航电机驱动系统、电网检测模块、电机检测模块、逆变器、整流器、互感器、温度传感器、编码器、限位开关、信号放大器、稳压电源、直流电压变送器组成。可实现对变桨系统控制、偏航系统控制、发电系统控制及对应相关电压、电流、功率、转速、位置的控制及反馈。
操作系统主要由按钮、按钮开关、旋钮、急停按钮、远程手持按钮、电位器、钥匙开关、断路器、安全链、人界界面组成。可通过操作相关器件及界面按钮，完成机组运动控制。
监控系统主要由上位机人界界面组成，实时反馈当前机组运行状态（变桨速度、变桨位置、开关桨状态、机组状态、偏航速度、偏航角度、扭缆角度、液压值、刹车状态、机组故障报警、发电机转速、电压、电流、频率、功率及电网各项参数等）。
参数要求
（1）变桨及偏航电机
| 变桨电机 | 偏航电机 | ||
| 型号 | zwmd012012-1296 | 型号 | ZGA17RU(A3001) |
| 额定电压 | 12VDC | 额定电压 | 12VDC |
| 空载转速 | 7RPM | 空载转速 | 6RPM |
| 电流 | 80mA | 电流 | 100mA |
| 负载转速 | 5 RPM | 负载转速 | 4RPM |
| 负载电流 | 260mA | 负载电流 | 300mA |
| 负载转矩 | 175.6mN.m | 负载转矩 | 147 mN.m |
· 支持电位器/0~5V模拟信号与TTL电平/-5V~+5V差分模拟信号或RS485多种控制方式
· 支持PWM调速(调压)、恒转矩调速(稳流)、自测速闭环调速(稳速)、外接测速发电机闭环调速(稳速)多种调速方式
· 电机电流PID调节控制，电流控制精度0.1A，最大启动/负载电流、制动(刹车)电流可分别配置；支持电机过载和堵转限流，防止过流损坏电机；支持恒电流制动(刹车)，电机刹车时间短、冲击力小
· 支持电机正反转双向调速，可使用电位器调节电机转速；可通过串口预设正/反转速度并存储，通过开关或按钮控制启停和方向
· 支持电机正反转限位，可外接两个行程开关分对正反转限位
· 支持电机换向频率(转速)自测量及稳速，支持电机堵转检测/堵转限位停转
· 支持RS485多机通讯，支持MODBUS-RTU通讯协议，方便多种控制器(如单片机、PC机或PLC)通讯控制，支持通讯中断停机保护
· 18kHz的PWM频率，此频率已接近人耳听觉上限，电机调速无嚣叫声
· 极小的PWM死区，仅0.5us，PWM有效范围0.1%～99.9%
· 全部接口ESD防护，可适应复杂的现场环境
· 极小的尺寸，仅5.5cm×5.5cm，高2.8cm
（2）变桨电机及偏航电机驱动器参数
支持电机电压9V～24V；
最大负载电流10A(持续30秒)，7A(长时间)，10A保险丝；
支持电位器/0～5V模拟信号与TTL电平/-5V ～ +5V差分模拟信号或RS485多种控制方式支持PWM调速(调压)、恒转矩调速(稳流)、自测速闭环调速(稳速)、外接测速发电机闭环调速(稳速)多种调速方式电机电流PID调节控制，电流控制精度0.1A，最大启动/负载电流、制动(刹车)电流可分别配置；
支持电机过载和堵转限流，防止过流损坏电机；支持恒电流制动(刹车)，电机刹车时间短、冲击力小支持电机正反转双向调速，可使用电位器调节电机转速；
可通过串口预设正/反转速度并存储，通过开关或按钮控制启停和方向；
支持电机正反转限位，可外接两个行程开关分对正反转限位；
支持电机换向频率(转速)自测量及稳速，支持电机堵转检测/堵转限位停转；
支持RS485多机通讯，支持MODBUS-RTU通讯协议，方便多种控制器(如单片机、PC机或PLC)通讯控制，支持通讯中断停机保护；
18kHz的PWM频率，此频率已接近人耳听觉上限，电机调速无嚣叫声；
极小的PWM死区，仅0.5us，PWM有效范围0.1%～99.9%；
全部接口ESD防护，可适应复杂的现场环境；
尺寸：5.5cm×5.5cm，高2.8cm。
（3）直流拖动电机参数
额定功率：500W；
额定功率：500W；
额定转速：3000RPM；
额定电压：DC310V；
额定扭矩：16NM；
（4）拖动电机驱动器参数
额定功率：700W；
输入电压：AC180/250V；
额定电流：4A；
输出电压：DC310V；
保存温度 -20℃～+65℃使用环境 避免粉尘、油烟及腐蚀性气体的直接接触；
温度： 0-45℃；
湿度： < 80%，无凝霜、无结霜；
震动： 5.9m/S² MAX保存湿度 0～95%RH；
体积： (长)143mm*（宽）80mm*（高）33mm。
（5）发电机参数
型式：三相交流稀土永磁发电机；
额定功率：200W；
额定电压：DC24V；
启动扭矩：0.5N；
额定转速：600RPM；
（6）风机变流器参数
输出电压：AC220V；
额定功率：300W；
空载电流：≤0.3A；
效率：≥88%；
功率因数：≥0.8；
直流母线电压：DC21-30V；
欠压保护：21±0.3V；
过压保护：31±0.3V。
（7）监控一体机参数
可监控显示风力发电机组运行参数，包含当前变桨状态、偏航状态、发电状态、电网电压、电流、功率、系统工作状态、系统风速切入点、切入时间、切入保持时间等参数，并可对参数进行设置。
一体机参数：嵌入式，19寸电阻屏，主板J1900， CPU 四核1.99G ，内存4G ，硬盘64G固态 。
3).上位机编程系统参数
专用上位机编程系统与PLC通讯并对PLC进行编程。
上位机采用品牌计算机，放置在电脑桌上。
上位机配置：处理器i5系列，4G内存，500G硬盘，集成显卡，DVD光驱，集成网卡/声卡，键盘鼠标，23＂宽屏液晶显示器。
电脑桌尺寸：600 mm×900 mm×750mm
3．装置的主要功能
1)．可完成的专项技能竞赛任务
可完成如下竞赛任务：
（1）风轮安装与调试
l 任务一、风轮组装
l 任务二、变桨系统电气组装
l 任务三、变桨系统编程
l 任务四、变桨系统调试与运行
（2）机舱安装与调试
l 任务五、机舱组装
l 任务六、偏航系统电气组装
l 任务七、偏航系统编程
l 任务八、偏航系统调试与运行
（3）整机吊装
l 任务九、塔筒吊装
l 任务十、机舱吊装
l 任务十一、发电机吊装
l 任务十二、风轮吊装
l 任务十三、叶片吊装
（4）整机调试与运行
l 任务十四、整机电气组装
l 任务十五、风电机组控制系统编程
l 任务十六、整机调试与运行
2).可扩展实验项目
l 直驱永磁发电机组结构讲解实验；
l 永磁发电机及变流器原理介绍实验；
l 风能模拟实验；
l 风模型原理及建立实验；
l 风速对应转速实验；
l 机组空载运行实验；
l 变桨自动调节实验；
l 偏航自动调节实验；
l 扭缆、解缆实验；
l 发电性能及测量实验；
l 模拟风速变化引发的风机切入和切出控制实验；
l 发电机转速与输出电压、电流、频率关系实验；
l 最大功率跟踪实验；
l 并网、脱网、发电实验；
l 发电功率调节实验。
50kW太阳能并网发电系统
主要技术规格及要求
1、预计完成5kW发电量，占地面积40平米，可观赏型，可作为地面使用（但不得有坚硬东西磕地面，或者汽车等大型重物附着上面）。
2、发电功能：发出电可供大型LED显示屏、可供教学楼夜装饰灯用，达到夜饰灯与光伏发电互补功能。
3、电池组件选用型号为：250W，主要参数为：输出峰值功率 250Wp、峰值电压 36V、峰值工 作电流 6.94、开路电压 43.2V、短路电流 8.3 A 。
4、太阳能电池由 2 块串联成 1 个组，共 10组，并联成一路输入，控制器需要 1 路。需要 250Wp 规格组件10 块为一个方阵总功率为：250Wpx10=2500Wpx2，共2个方阵。
5、太阳能电池方阵的主要技术参数为：
5.1 工作电压 72V，开路电压 86.4V；
5.2 工作电流 69.4 A，短路电流83.3 A；
5.3 转换效率大于 17%；
5.4工作温度-40℃～90℃。
6、太阳能电池方阵的主要特点：
6.1 采用高效率晶体硅太阳电池片，转换效率高：≥17%；
6.2 使用寿命长：≥25 年，衰减小；
6.3 采用无螺钉紧固铝合金边框，便于安装，抗机械强度高；
6.4 采用高透光率钢化玻璃封装，透光率和机械强度高；
6.5 采用密封防水的多功能接线盒。
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