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SB-WS500W海上風(fēng)電結構海洋環(huán)境荷載模擬與測試實(shí)驗系統
一、功能及用途要求
海上風(fēng)電結構海洋環(huán)境荷載模擬與測試實(shí)驗系統采用永磁同步風(fēng)力發(fā)電機組，用于模擬風(fēng)力發(fā)電系統在海洋環(huán)境下風(fēng)力發(fā)電機的運行過(guò)程及載荷測量，使學(xué)生增強對海洋環(huán)境下風(fēng)電系統整體的認識和工作原理的理解。
二、技術(shù)要求
2.1 系統特點(diǎn)
Ø 系統集成溫/濕度儀、風(fēng)速測量系統，運行過(guò)程中顯示環(huán)境溫濕度變化和風(fēng)速信息、讓實(shí)驗過(guò)程簡(jiǎn)單而輕松。
Ø 系統采用數字化DSP技術(shù)，對蓄電池充放電進(jìn)行全智能化的管理。
Ø 系統面板上采用直觀(guān)的數字儀表，讓用戶(hù)即時(shí)了解系統工作狀態(tài)。
Ø 系統集成離網(wǎng)電源可以為用戶(hù)提供交流110V/220V純正弦波交流電能。
Ø 系統集成風(fēng)電同步并網(wǎng)模塊，在學(xué)習離網(wǎng)技術(shù)的同時(shí)完成風(fēng)電并網(wǎng)教學(xué)和實(shí)踐。
2.2 系統功能
Ø 模擬風(fēng)力發(fā)電機在海洋環(huán)境不同風(fēng)速的發(fā)電狀態(tài)與運行；
Ø 模擬風(fēng)力發(fā)電機在海洋環(huán)境中的啟動(dòng)、停止、運行及并網(wǎng)過(guò)程；
Ø 模擬風(fēng)力發(fā)電機在海洋環(huán)境中脫網(wǎng)運行、啟動(dòng)/停機運行；
Ø 模擬風(fēng)力發(fā)電機在海洋環(huán)境中主控系統，支持遠控/就地啟停、等操作；
Ø 測量風(fēng)力發(fā)電系統的關(guān)鍵電氣參數，實(shí)時(shí)記錄和圖形顯示關(guān)鍵電氣參數，支持離線(xiàn)數據分析；
Ø 測量風(fēng)力發(fā)電機基礎結構在海洋環(huán)境荷載下的振動(dòng)響應，完成模態(tài)分析
三、系統運行參數
3.1、太陽(yáng)能電池
Ø 太陽(yáng)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(yáng)能電池板組建，可實(shí)現太陽(yáng)能電池板的并接方式和串接方式，進(jìn)而提供大電流或大電壓的兩種太陽(yáng)能電池板組網(wǎng)方式。
Ø 最大輸出功率：100W*3塊
Ø 開(kāi)路電壓：35V（并聯(lián)）
Ø 短路電流：3*3.25A（并聯(lián)）
Ø 仰角調節：0-80度（連續調節）
Ø 模擬太陽(yáng)燈：6*500W鹵素燈（光亮度連續調節）
3.2、照度計（增加）
Ø 量程：0-225Lx、200-2250Lx、2000-22500Lx和20K-225KLx（225000Lx）自動(dòng)切換量程。
Ø 含有照度計、溫度表、濕度表，單片機時(shí)鐘系統，實(shí)現時(shí)間的顯示。
3.3風(fēng)力發(fā)電機
Ø 運行電壓：0-25V
Ø 額定功率：400W
Ø 風(fēng)輪直徑：1.65(m)
Ø 啟動(dòng)風(fēng)速：1.5(m/s)
Ø 額定風(fēng)速：12(m/s)
Ø 安全風(fēng)速：35(m/s)
Ø 工作形式：上風(fēng)式永磁同步發(fā)電機
Ø 風(fēng)葉旋轉方向：順時(shí)針
Ø 風(fēng)葉數量：3（片）
Ø 風(fēng)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(fēng)洞:采用4臺同功率鼓風(fēng)機機組，組合成矩陣模擬風(fēng)單元，實(shí)現模擬風(fēng)的輸出和測試。
Ø 風(fēng)量：34073 m3/h，1275Pa-2138Pa
Ø 電壓：三相四線(xiàn) 380VAC
Ø 功率：2.2kW×4臺
Ø 調速單元：2.2KW 矢量變頻器，輸出頻率：0-100Hz
3.5電力蓄能系統
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(guò)逆變橋SPWM正弦脈寬調制技術(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：>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(guò)熱、過(guò)載保護
3.7風(fēng)電控制模塊:集風(fēng)能、太陽(yáng)能控制于一體的智能控制器，專(zhuān)為高端的小型風(fēng)光互補系統設計，特別適用于風(fēng)光互補路燈系統和風(fēng)光互補監控系統。能同時(shí)控制風(fēng)力發(fā)電機和太陽(yáng)能電池板對蓄電池進(jìn)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(fēng)機功率：500W
Ø 充電方式：PWM脈寬調制
Ø 充電最大電流 16.5A
Ø 過(guò)放保護電壓 10.5V
Ø 過(guò)放恢復電壓 12.6V
Ø 輸出保護電壓 16.2V
Ø 卸載開(kāi)始電壓（出廠(chǎng)值）15V
Ø 卸載開(kāi)始電流（出廠(chǎng)值） 12A
Ø 控制器設有蓄電池過(guò)充、過(guò)放電保護、蓄電池開(kāi)路保護、負載過(guò)電壓保護、輸出短路保護、電池接反保護、欠壓和過(guò)壓防震蕩保護、均衡充電、溫度補償等功能；
Ø 用于常規負載為100W以下的12V/24V直流負載，輸出模式有常開(kāi)輸出、定時(shí)輸出，光控開(kāi)、光控關(guān)，定時(shí)開(kāi)、定時(shí)關(guān)等模式。
3.8負載模塊裝置系統
Ø 風(fēng)扇：×1個(gè)，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(gè)，額定電壓：12/24V，工作電流：0.35A，功率：5W 轉速：20rmp/min
Ø 交流LED燈×1個(gè)，交流節能燈×1個(gè)
3.9測風(fēng)系統:用于測量并記錄大氣中風(fēng)速與風(fēng)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(shí)間及風(fēng)速、風(fēng)向值；內置大容量FLASH存儲芯片可自動(dòng)存儲至少一年的氣象數據；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(guò)配套的上位機軟件可遠程觀(guān)測實(shí)時(shí)風(fēng)速風(fēng)向，用戶(hù)還可利用該功能完善的氣象軟件對氣象數據作進(jìn)一步的處理分析。
實(shí)時(shí)數據：當前電腦時(shí)間采集到的風(fēng)速、風(fēng)向數據。（電腦時(shí)鐘）
歷史數據：風(fēng)速風(fēng)向儀按照所設定的采集周期，記錄到采集儀存儲芯片中的風(fēng)速、風(fēng)向數據（采集儀時(shí)鐘）。
Ø 測量范圍風(fēng)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分鐘連續可設置
Ø 內部存儲：4M bit
Ø 環(huán)境溫度：-40℃～50℃
Ø 轉速傳感器：0～5000 風(fēng)力發(fā)電機轉速檢測顯示（室內）
Ø 過(guò)風(fēng)速報警中斷輸出功能，可以設備閉環(huán)形式連接，增加實(shí)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(fēng)速強度而產(chǎn)生不同的電流輸出，采用了先進(jìn)的處理器運算技術(shù)，精確的MPPT功能、APL功能，自動(dòng)把風(fēng)力發(fā)電功率調整到最大輸出，只需將風(fēng)力發(fā)電機直接連接到并網(wǎng)逆變器輸入端，無(wú)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(jìn)行高精度檢測分析，相移率只有〈1％，并網(wǎng)的過(guò)程中采用SPWM直接產(chǎn)生純正正弦波輸出。從而實(shí)現了高精度同相調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兩級能量變換的結構。DC－DC變換環(huán)節調整光伏陣列的工作點(diǎn)使其跟蹤最大功率點(diǎn)；DC－AC逆變環(huán)節主要使輸出電流與電網(wǎng)電壓同相位，同時(shí)獲得單位功率因數。
3.11電表規格
Ø 直流電流表：× 2個(gè)，10A 1只、20A 1只，顯示模式︰0.5”LED
Ø 直流電壓表：× 2個(gè)，0-200V， 顯示模式︰0.5”LED
Ø 交流電壓表：× 2個(gè)，500V，顯示模式︰0.5”LED
Ø 交流電流表：× 2個(gè)，5A， 顯示模式︰0.5”LED
Ø 時(shí)間、溫/濕度表：× 1個(gè)，-20～99.9℃ 顯示時(shí)間，室內溫、濕度
3.11風(fēng)電系統控制臺
控制臺集成交流漏電開(kāi)關(guān)、緊急停止開(kāi)關(guān)、儀表開(kāi)關(guān)、風(fēng)機輸入開(kāi)關(guān)、儀表顯示、控制按鈕（開(kāi)關(guān)）、智能型風(fēng)電控制器、風(fēng)速儀、變頻矢量調速模塊等。
系統外形尺寸；長(cháng)1240×寬650×高1700（㎜）附滾輪方便推動(dòng)至戶(hù)外教學(xué)。
四、教學(xué)及研究及實(shí)訓項目
實(shí)驗1、風(fēng)力發(fā)電基礎理論原理性實(shí)驗
實(shí)驗2、風(fēng)力發(fā)電系統設計實(shí)驗
實(shí)驗3、發(fā)電機轉速與輸出電壓關(guān)系實(shí)驗
實(shí)驗4、發(fā)電機轉速與輸出功率關(guān)系實(shí)驗
實(shí)驗5、永磁同步風(fēng)力發(fā)電機系統運行過(guò)程風(fēng)能量變換演示和實(shí)驗
實(shí)驗6、模擬風(fēng)力發(fā)電機在海洋環(huán)境不同風(fēng)速的發(fā)電狀態(tài)與運行
實(shí)驗7、模擬風(fēng)力發(fā)電機在海洋環(huán)境中的啟動(dòng)、停止、運行及并網(wǎng)過(guò)程
實(shí)驗8、模擬風(fēng)力發(fā)電機在海洋環(huán)境中脫網(wǎng)運行、啟動(dòng)/停機運行
實(shí)驗9、模擬風(fēng)力發(fā)電機在海洋環(huán)境中主控系統，支持遠控/就地啟停、等操作
實(shí)驗10、測量風(fēng)力發(fā)電系統的關(guān)鍵電氣參數，實(shí)時(shí)記錄和圖形顯示關(guān)鍵電氣參數，支持離線(xiàn)數據分析
實(shí)驗11、測量風(fēng)力發(fā)電機基礎結構在海洋環(huán)境荷載下的振動(dòng)響應，完成模態(tài)分析
實(shí)驗12、光伏電池的伏安特性
實(shí)驗13、光伏發(fā)電的負載特性測試
實(shí)驗14、光伏電池輸出功率與入射角的關(guān)系
實(shí)驗15、輸出功率與光照強度的關(guān)系
實(shí)驗16、控制器原理實(shí)驗
實(shí)驗17、蓄電池充放電控制實(shí)驗
實(shí)驗18、蓄電池保護實(shí)驗
實(shí)驗19、綜合實(shí)驗
五、主要設備清單
|
序號 |
名 稱(chēng) |
數 量 |
單 位 |
|
1 |
海上風(fēng)電結構海洋環(huán)境荷載模擬與測試實(shí)驗系統 |
1 |
臺 |
|
2 |
400W永磁同步發(fā)電機 |
1 |
臺 |
|
3 |
模擬風(fēng)洞系統（風(fēng)源包含4只鼓風(fēng)機） |
1 |
套 |
|
4 |
2.2KW矢量變頻器 |
4 |
臺 |
|
5 |
測風(fēng)系統（含支架） |
1 |
臺 |
|
6 |
風(fēng)光互補控制器 |
1 |
臺 |
|
7 |
100W太陽(yáng)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(shí)驗附件（包含1只手持式光照度測量?jì)x） |
1 |
套 |
|
12 |
上位軟件 |
1 |
套 |
