GC-T02A太阳能光伏并网发电教学实验台训装置

                     GC-T02A太阳能光伏并网发电教学实验台

一、 系统实训应用范围：

太阳能光伏并网发电教学实验装置、太阳能光伏实验室设备主要针对电子科学与技术专业实践教学，光伏发电是利用半导体光生伏特效应转化成电能的一种发电技术，太阳能光伏实验室设备是通过模拟太阳光让太阳能电池板发电。通过此类试验让学生了解光伏发电的原理，对光伏发电效能进行研究和负载特性试验，提高学生的动手能力和实践能力。太阳能光伏实验装置可完成：太阳能光伏并网、太阳能追光系统、太阳能蓄电池的基本性质、光伏逆变器等多个实验项目。       

太阳能光伏并网发电教学实验设备主要提供于职高、大学、研究生、企业技工以太阳能发电为主课题的研究和培训。

光伏并网发电系统实训台

二、技术参数

2.1、太阳能电池板

太阳能电池板采用阵列组装形式，主要采用3块（或更多）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。光照强度可调，太阳能电池仰角可调。

Ø*输出功率：100W*3块

Ø开路电压：35V（并联）

Ø短路电流：3*3.25A（并联）

Ø光 照 度：0-5000K

Ø仰角范围：30-55度

2.2、照度计

Ø量程：0-225Lx、200-2250Lx、2000-22500Lx和20K-225KLx（225000Lx）自动切换量程。

2.3、环境监测模块技术指标

Ø含有照度计、温度表、湿度表，单片机时钟系统，实现时间的显示

2.4、15.6寸工控一体机，带触摸功能

ØC P U：Intel? Celeron? J6412  2.0GHz 22nm双核处理器TDP 20W超低功耗处理器

Ø主 板：Intel M11工控固态节能主板

Ø内 存：8G DDR3 1333超高速内存，支持1333/1066MHz内存，*可支持8GB。

Ø硬 盘：128G SSD固态硬盘

Ø显 卡：集成Intel HD Graphics核心显卡，提供VGA、LVDS、双HDMI显示输出，LVDS支持双通道24bit，支持单独显示、双显复制、双显扩展。

Ø声 卡：集成ALC662 6声道高保真音频控制器

Ø网 卡：集成1个RTL千兆网卡,支持网络唤醒、PXE功能。

Ø电 源：外置电源（100V至220V宽幅电压，全球通用）

Ø显示屏：15.6寸LED工控屏分辨率：1920*1080

Ø触摸屏：台湾Touchkit 10点电容触摸屏，透光率高；性能稳定，触摸灵敏

Ø整机接口：4* USB 2.0接口,其中两个可支持USB3.0(需定制)，

Ø1* HDMI接口：1* VGA接口，1* RJ-45网络接口，1* Line out（绿色），1* Mic（红色)

Ø3*COM串口，1* 12V DC_JACK输入接口

系统状态：

太阳能控制器（带报警功能）：

Ø输入电压、电流、功率的数据显示及动态曲线显示

Ø输出电压、电流、功率的数据显示及动态曲线显示

Ø蓄电池：电压数据显示及动态曲线显示

2.4.1光伏运维软件

光伏运维系统是太阳能发电系统的专用软件，通过2.4G无线通讯技术实现数据通讯，主要功能有设备工作状态监控、逆变器发电量数据监控和设备发电量曲线分析图。

Ø设备工作状态监控

系统通过电力载波通讯技术可以实时监控每个微型微逆变器的工作状态，用户可以及时了解每个微型逆变器的工作情况，以便在故障或异常时能迅速作出响应。

Ø设备控制功能

用户可以通过运维监控系统直接控制每个微逆变器，主要控制功能有关机、开机、调整功率等。

Ø设备发电量数据监控

运维系统通过实时的电流、电压、发电量、温度采样，实时计算得出每个微逆变器的发电数据并加以储存。

Ø设备发电量曲线分析图

运维系统通过实时采集的发电数据能为用户及时绘制出每个或者多个微逆变器的功率曲线以供用户分析发电系统的发电走势。

Ø运维监控软件菜单介绍

1. 系统菜单；

2. 系统工具栏；

3. 系统页面切换；

4. 系统发电量、收益、环境效益总览；

5. 功率、发电量仪表；

6. 功率曲线图；

7. 系统状态提示栏；

8. 光伏电站设置工具栏；

9. 区域列表；

10. 微型逆变器列表；

11. 逆变器状态；

12. 逆变器操作面板；

13. 历史数据操作工具栏；

14. 历史数据明细表格；

15. 日发电量柱形图；

16. 月发电量柱形图；

17. 年发电量柱形图；

18. 系统涉资及日志工具栏；

19. 系统参数设置；

20. 系统日志显示框；

2.5 并网逆变器：

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*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。

系统面板设有用来测量DC、AC相关参数的多个测试端口，可测量DC-DC电压电流变化和DC-AC逆变过程中的电压电流及曲线变化和波形对比。

6级功率搜索功能

在自动调整的过程中，会看到LOW灯不停的闪烁，功率会由0作为起点，向*功率点加大输出功率，重启最多为6次，然后进入功率锁定状态，锁定时ST灯长亮。

在进行6级功率搜索程序时，所需的时间为10分钟。

Ø直接连接到太阳能电池板（不需要连接电池）

ØAC标准电压范围：90V～140V/180V～260VAC

ØAC频率范围：55Hz～63Hz/45Hz～53Hz

Ø并网输出功率：300W

Ø输出电流总谐波失真：THDIAC <5%

Ø相 位 差：<1%

Ø孤岛效应保护：VAC;f AC

Ø输出短路保护：限流

Ø显示方式：LED

Ø待机功耗：<2W

Ø夜间功耗：<1W

Ø环境温度范围：-25 ℃～60℃

Ø环境湿度：0～99%(Indoor Type Design)

高性能自动功率点追踪（MPPT）

强大的MPPT算法，以优化来自太阳能电池板的功率收集，可精确地捕捉及锁定*输出功率点，使发电量大幅提高到大于25%以上。

MPPT追踪图

电力输出:（逆向电力传输）

高效的电力逆向传输技术，专利技术之一，逆变器在并网输出模式时电力以反方向电力传输，自动检测电路中的负载并优先进行使用，用不完的电力才向电网逆方向传输供应到其他地方使用，电力传输率可达99.9%。在光伏发电应用系统中使输出效率更高。

并网湝波分量测试图

仿真规划软件：

支持学生通过设置3D地图上的各种能源搭配的方案来解答教师给出的学习任务，并给出相应的数据报表

在3d地图上，根据模拟的每小时用能数据，合理布局"光伏发电""风力发电""生物质发电""浅层地热设施"设置各种产能模块的产能参数，满足区域用能需求，以完成需求侧区域能源规划方案的设计；

使用光伏、风力、生物质、地热4种新能源并结合外部电力输入以进行能源供应模拟并能自动计算产能。

根据设施地区经纬度与气候参数，通过选择不同型号规格的逆变器与光伏组件，来完成光伏组件方阵的设计，主要包含参数有：方阵行数、方阵列数、组件安装方式设计、倾角设计、逆变器数量、组件间距设计、组串串并联的数量等完成区域光伏电站设置。

根据每小时的用电情况，实现户式/小型分布式光伏电站的模拟设计，并根据所选光伏组件与逆变器估算该电站的建设成本以及模拟该分布式电站与负载的合并运行情况可设置不同容量大小的风机，模拟风力发电功率

根据模拟时段内的气温数据，判断当日是否存在制冷制热需求，并根据当日的冷热程度模拟制冷制热能耗情况。

模拟浅层地热换热能力与埋管面积的关系；同时学生根据模拟数据需要，设置生物质能建设所需面具，以满足模拟建筑制冷制热能耗需求；

学习生物质发电过程中，通过生物质能电站的一系列参数，强化学生对于生物质能转化公式学习。（*生物质电站功率=年供应量*1000*平均能源折算系数*谷草比系数*残余物能源利用可获得系数/ 3600/365/24）并模拟白天时段，光伏发电设施每小时发电数据，体现出白天每小时光伏发电量随光照强度变化、夜晚光伏没有发电的量的特点；

根据逆变器、光伏组件的价格，风机机组价格，地热电站价格，生物质电站价格对所设计的多能互补方案的建设总成本自动统计在初始化并部署完成后，展示整个区域能源状态，并根据预设值进行计算和输出，根据输出结果形成各类报表。包括总数据和日数据；

能源数据报表中，通过模拟时间过程，以及设计好的方案，可以显示各种能源的产能情况，包括：总产能、光伏发电量、风力发电量、浅层地热能量、生物质能发电量以及外部电力输入等。

根据用能模块预设的用能参数，模拟计算出用能情况实时曲线与各类产能设施的产能占比，并同步图表显示，包括总能耗、一般能耗、制冷制热能耗等，有助于学生进行相应能源的设计配比。

命名：学生可自行对设计方案进行命名或重命名

删除：教师或学生可删除方案

系统组网能量图

2.6  基于物联网实验室安全用电智能控制系统

1、特点

当智能控制系统检测到有漏电或触电情景出现时，智能控制系统在0.1秒断开连接，保证人身和财产安全；智能控制系统本身有故障指示灯，用户可根据智能控制系统故障指示灯显示判断出当前故障状态，便于处理；智能控制系统有挂锁功能，需要检修时，在挂锁位置上锁，★防止他人上电，检修更安全。可以采集现场输出型装置数据，通过多种物联网通信方式上传至云端，实现本地设备的远程监控。

2、功能

基于物联网实验室安全用电智能控制系统，可进行用电数据采集、统计、存储、分析、查询等。运用前端数据可视化技术将实时的用电数据展示在平台上，并以图表的形式提供可视化的用电信息查询功能；运用数据库技术实时监测用电设备和线路运行状况，对异常状况及时告警，从而预防电气火灾；运用用电系统故障定位技术及时发现并精准定位用电故障点，自动生成故障报告，协助用户第一时间修复用电系统故障；运用电能质量监测技术实时分析和评估电能质量问题，并提供定制化的治理方案，协助用户获得优质电能；运用大数据技术和行业数学模型统计、分析并挖掘基础的用电数据，基于数据发掘节能潜力，从而提供能效优化方案。满足用电管理系统可视、安全、可靠、优质和经济的智慧用电模块需求。

3、基于物联网实验室安全用电智能控制系统由执行装置与网机组成，技术参数分别为：

（1）执行装置技术参数

（1）极数：3P+N

（2）脱扣特性：C（5-10）In D（10-14）In

（3）额定电流：In 6A、10A、16A、20A、25A、32A、40A、50A、63A

（4）额定电压：Ue AC 230V/400V

（5）额定频率f：50Hz

（6）额定短路分断能力：Icu10kA

（7）壳架等级额定电流：Inm63A

（8）缺相保护：设备防烧毁保护模式

（9）漏电保护：元器件损坏保护模式

（10）过载保护：电流过大防烧毁模式

（11）短路保护：碰线防烧毁模式

（12）挂锁保护：便于维修安全

（13）过温保护：可监测线路温度

（14）过欠压保护：防止造成人身事故和机械设备损坏

（15）漏电或触电时0.1秒断开

（16）故障指示灯，便于查看工作状态

★（17）挂锁功能，检修更方便

（2）网机技术参数

（1）内置STM32F103C8T6主控芯片

（2）外置8M无源晶振

（3）采用SP3485作为485通信芯片

（4）485防浪涌保护

（5）标准RS485接口，可直接串口设备

（6）智能型数据终端，便捷实现数据传输功能

★（7）提供强大的中心管理软件，方便设备管理

★（8）提供便捷的软件升级和固件更新服务

★（9）提供数据库数据备份，方便查看历史数据

（10）尺寸：89mm*67.5mm*20.5mm

（11）重量：70g

（12）电源：AC220V

（13）功耗：1.5W

（14）工作温度：-25℃ - +70℃

（15）工作湿度：95%

（16）WiFi版*下行传输速率：64kbps

（17）WiFi版*上行传输速率：32kbps

三、教学及研究实训项目

2、1、 光伏能量变换实验

实验1、光伏阵列单元组成原理。

实验2、太阳能光电池能量转换组合原理。

实验3、阵列电子*功率跟踪器原理。

实验4、阵列汇流与防雷接地原理。

实验5、阵列结构件、防腐安装原理。                         

实验6、*功率跟踪器与光伏转换提效实验。

实验7、在不同天气和日照强度下光波对光伏转换效率的影响实验。

实验8、在不同季节太阳运轨变换下对光伏能量转换的影响实验。

实验9、在不同季节环境温度变换下对光伏能量转换的影响实验。

实验10、阵列低、中、高通过开关组合后能量变换实验。

2、2、同步逆变电源实验

实验1、逆变电源单元组成原理。

实验2、逆变电源MPPT的*功率跟踪控制方法的实验。

实验3、逆变电源输出功率与光伏能量变换的实验。

实验4、MPPT与电子跟踪器有效结合和分离控制方面的比较实验。

实验5、晴天，多云，阴雨天情况下逆变电源输出交流电的波形、谐波含有率、功率因素的比较实验。

实验6、逆变器并入的电网供电中断，逆变器应在2s内停止向电网供电，同时发出警示信号的防孤岛效应保护试验。

实验7、逆变电源直流输入欠电压控制实验。

实验8、输入电压为额定值，负荷满载时距离设备水平位置1m处，的噪声测试实验。

2、3、光伏并网发电系统软件实验

实验1、在上位软件里查看单站监控项目：

◆ 直流电压VDC、直流电流A、输入功率KW

◆ 交流电压VDC、交流电流A、输出功率KW

◆ 日发电量KWh、日运行时数h min、总发电量KWh、总运行时数h、 Co2减排量Kg

◆ 系统运行状态 正常/不正常

◆ 系统运行温度 正常/不正常

◆ 系统监控PC机状态 正常/不正常

◆ 系统功率测试曲线

实验2、在上位软件里查看单站电量记录项目：

◆ 设备编号1号机:

日发电度数、日运行时数 h min、总发电量度数、总运行时数h

实验3、在上位软件里查看单站故障记录项目：

◆ 设备编号1号机:

直流过压、直流欠压、直流过流

交流过压、交流欠压、交流过流

系统过载、频率异常、孤岛保护、ADC异常（快速检测并网电压，电流）、IPM故障、过流保护、过温保护、温度异常、DSP异常（数字信号处理器，将模拟信号转为数字信号）

四、运行技术条件（单相输出）

◆ 光伏阵列输出电压 17.5～40VDC

◆ 并网输出电压180～260VAC

◆ 并网频率范围47.8～51.2Hz

◆ 效率94.5%  

◆ 功率因数>0.99

◆ *功率跟踪10.8～28VDC

◆ 工作环境：温度-20℃～50℃

◆ 相对湿度﹤90﹪（25℃）

◆ 保护功能： 防雷、极性反接、短路、漏电、过热、孤岛效应、过载保护、电网过欠压、电网过欠频保护、接地故障保护等。

3、系统单元组成

3、1、光伏阵列单元： 在室外修建约3平方米的平台或者阳台，安装支架，铺设总峰值功率为300W的光伏阵列。 在条件允许的情况下，光伏阵列可选用三种不同类型的太阳能电池进行实验（单晶硅、多晶硅、非晶硅）。

3、2、逆变控制单元：系统根据实验的需要，通过开关单元的开和关，最多可以实现 3台不同型号和产地的并网逆变器同时运行，配备 同时并网通道，可满足对比实验和各种数据采集的需要。

3、3、开关控制单元：所有系统内外单元的引线经隔离开关接至各自的跳线端子上，在实验过程中，一旦发生漏电、短路、过流、过热情况，开关自动断开电源，起到保护仪器仪表和人身的安全。

3、4、方阵连接单元：示意接线面板上,最小单元的引线经隔离开关接至各自的跳线端子，根据实验的需要，可以用跳线自由地组合成不同开路电压17.5～60VDC ，峰值功率50～300W的系统。

3、5、显示单元：方阵电压、电流。逆向交流电压、电流、频率、功率、无功。正向交流电压、电流、频率。设备工作温度、电池方阵温度、实验室温度和湿度、实验记时时钟、逆向电量计量、正向电量计量。

3、6、并网监控单元： 监控装置包括监控主机、监控软件和显示设备。本系统采用高性能工业控制PC机作为系统的监控主机，配置光伏并网系统多机版监控软件，采用RS485通讯方式，可以实时获取所有并网逆变器的运行参数和工作数据。

五、太阳能光伏并网发电教学实验设备配置清单