CN203386382U

CN203386382U - 风光互补发电实训平台

Info

Publication number: CN203386382U
Application number: CN201320402683.4U
Authority: CN
Inventors: 邓奕
Original assignee: HANKOU UNIVERSITY
Current assignee: HANKOU UNIVERSITY
Priority date: 2013-07-08
Filing date: 2013-07-08
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2023-07-08

Abstract

本实用新型涉及风光互补发电实训平台，包括风力发电机组、太阳能发电装置和实训操作台三部分；风力发电机组包括风机和与风机连接的风力发电机；风力发电机和太阳能发电装置均与实训操作台上的风光互补控制器连接；风光互补控制器分别连接直流负载或蓄电池组，蓄电池组通过离网逆变器与交流负载连接；太阳能发电装置包括太阳能电池板、太阳能电池板上悬空设置的可调模拟光源；太阳能电池板设置在二维旋转支架上，二维旋转支架的二维方向分别对应设置驱动电机及对应的电机驱动控制模块；太阳能电池板表面设置追日跟踪光学传感器；通过PLC控制器分别连接传感器和电机驱动控制模块。能够自动跟踪模拟光源，真实便利模拟风能和太阳能综合利用。

Description

风光互补发电实训平台

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能、风能互补发电的教学实训装置，具体涉及一种能够对太阳能和风能进行转化和控制、并能够在保证负载供电的同时进行能量存储的电能***。

背景技术

目前，现有风光互补教学实训平台存在的不足主要有：太阳光跟踪精度不够，随季节、温度等环境变化，跟踪装置适应性不强。光伏***供电、风力***发电可靠性不高，运行维护成本高，造价高。发电***各部分容量配置的不合理使发电***的可靠性不够。实验平台模块不够稳定、形象，大多采用黑盒模式即简单的输入输出，不能充分体现基础原理性实训作用。风电和光电独立***在资源上的缺陷较多，适应的场所有特殊要求，利用率不大。

发明内容

为了克服现有的风光互补教学实训平台跟踪精度、可靠性、稳定性与面板形象性上的不足, 本实用新型提供一种风光互补发电实训平台，该平台结构简单、操作便利、且能够安全稳定地模拟现场，非常利于实训、教学和培训。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

风光互补发电实训平台，包括风力发电机组、太阳能发电装置和实训操作台三部分；其特征在于：所述风力发电机组包括风机和与风机连接的风力发电机；风力发电机和太阳能发电装置均与实训操作台上的风光互补控制器连接；风光互补控制器分别连接直流负载或蓄电池组，蓄电池组通过离网逆变器与交流负载连接；太阳能发电装置包括太阳能电池板、太阳能电池板上空悬空设置的可调模拟光源；太阳能电池板设置在二维旋转支架上，二维旋转支架的二维方向分别对应设置驱动电机及对应的电机驱动控制模块；太阳能电池板表面设置追日跟踪光学传感器；实训操作台通过PLC控制器分别连接传感器、风光互补控制器和电机驱动控制模块。

按上述技术方案，所述的实训操作台还包括分别与PLC控制器连接的离网逆变控制模块、蓄电池控制模块、负载模块、电机驱动控制模块、电压电流检测模块、直流稳压源、模拟光源控制模块；PLC控制器与PC机相连，PC机设置在实训操作台的面板上。

按上述技术方案，所述风光互补控制器中包含太阳能DC/DC控制器和风能DC/DC控制器、以及与两个DC/DC控制器分别连接的充电管理模块；充电管理模块分别连接直流负载或蓄电池组。

按上述技术方案，所述可调模拟光源的模拟光源为多展均匀间隔布置的卤素灯，各卤素灯通过悬臂悬挂在门型灯架上，并位于太阳能电池板上方。

该***是集太阳能、风能及蓄电池等多种能源发电技术及***智能控制技术为一体的复合可再生能源发电***，太阳能电池板自动跟踪模拟光源，真实便利模拟风能和太阳能综合利用。通过控制器给蓄电池充电，风力发电机模拟风源，通过控制器给蓄电池充电，蓄电池通过逆变器给交流220V负载供电，并通过监控软件检测和控制相关设备。在保证负载供电的同时进行能量存储，充分互补。

太阳能单元利用太阳能电池板的光伏效应将光能转换为电能，对蓄电池充电，通过逆变器将直流电转换为交流电对负载进行供电；灯架上四盏卤素灯模拟太阳在白天自东向西运动的运行轨迹，接着又自西向东运动，模拟太阳在夜间的运行轨迹。PLC通过太阳能电池板上的追日跟踪光学传感器采集模拟光源即太阳的位置信息，根据位置信息进行智能分析判断，控制太阳能电池板下方的二维电机执行追日的动作，使太阳能电池板始终正对着模拟太阳光源，以提高太阳能电池的发电效率。

风力发电组件通过风力发电机将机械能转换为电能，通过控制器对蓄电池充电，经过逆变器对负载供电。风机在风光互补中模拟自然界中的风能，考虑到本实训台是在室内使用，为了能更加了解风光互补的工作原理，于是采用电机来模拟风，带动风力发电机产生电能，其中风速可自由调节。

风光互补控制器由太阳能控制器和风能控制器组成，在实训操作面板上体现为DC/DC与充电管理共同作用。风光互补控制器一方面把调整后的电能送往直流负载或交流负载，另一方面把多余的能量按蓄电池的特性曲线对蓄电池组进行充电，当所发的电不能满足负载需要时，控制器又把蓄电池的电能送往负载。蓄电池充满电后，控制器控制蓄电池不被过充。当蓄电池所储存的电能放完时，控制器控制蓄电池不被过放电，以保护蓄电池。

蓄电池部分由多块蓄电池组成，在***中同时起到能量调节和平衡负载两大作用。它将风力发电***和光伏发电***输出的电能转化为化学能储存起来，以备供电不足时使用。离网逆变器通过电力电子开关的导通与关断，来完成逆变的功能。风光互补发电实训平台通过连接线路，将各个器件连接成不同的电路，做出不同的实验，充分了解风光互补发电实训平台各个器件在***中的作用，从而熟悉风光互补发电实训平台的工作原理。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果是：

该平台不仅能在太阳能自动跟踪***上实现光源各个角度的最大功率有效追踪，而且风光互补控制器对太阳能和风能转化的电能可以进行***的智能化调整和控制，管理风光发电的互补。整个平台各模块的控制、参数设置以及报表的生成均可在PC机中进行实时监控。

实验平台操作面板直观、形象，能够开展一系列基础原理性验证实验，模拟现场安全、稳定和形象，整个平台的状态，包括各模块的控制、参数设置以及报表的生成均可在常用的PC机中进行实时监视、控制和操作。监控画面直观形象，非常利于实训、教学和培训。风光互补发电实训平台在资源上弥补了风电和光电独立***在资源上的缺陷。发电***各部分容量的合理配置对保证发电***的可靠性非常重要。同时，风电和光电***在蓄电池组和逆变环节是可以通用的，所以风光互补发电***的造价可以降低，***成本趋于合理。本平台增大功率，后期开发可考虑到家用等各个领域，建立风光互补发电站，利用清洁可再生能源互补发电实现能源的有效利用。针对通信基站、微波站、边防哨所、边远牧区、无电户地区及海岛，在远离大电网，处于无电状态、人烟稀少，用电负荷低且交通不便的情况下，利用本地区充裕的风能、太阳能建设的一种经济实用性发电站。

附图说明

图1是风光互补发电实训平台硬件框图；

图2是风光互补发电实训平台通讯框图；

图3风光互补发电实训平台模拟追日流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的描述。

在图1中，风光互补发电实训平台，包括风力发电机组1、太阳能发电装置和实训操作台三部分；其特征在于：所述风力发电机组1包括风机和与风机连接的风力发电机；风力发电机和太阳能发电装置均与实训操作台上的风光互补控制器3连接；与风光互补控制器3分别连接直流负载或蓄电池组，蓄电池组通过离网逆变器与交流负载连接；

太阳能发电装置包括太阳能电池板4、太阳能电池板4上空悬空设置的可调模拟光源；太阳能电池板设置在二维旋转支架上，二维旋转支架的二维旋转方向分别对应设置驱动电机，各驱动电机分别根据追踪路程设置限位开关；太阳能电池板表面4设置追日跟踪光学传感器；PLC通过太阳能电池板4上的追日跟踪光学传感器采集模拟光源即太阳的位置信息，根据位置信息进行智能分析判断，控制太阳能电池板下方的二维电机执行追日的动作，使太阳能电池板始终正对着模拟太阳光源，以提高太阳能电池的发电效率。

实训操作台包括PLC控制器，离网逆变控制模块、蓄电池控制模块、负载模块、二维旋转控制模块（驱动电机控制***）、电压电流检测模块、直流稳压源、模拟光源控制模块（光强采集模块、温度采集模块）；PLC控制器分别连接各模块，PLC控制器与PC机相连。

按上述技术方案，所述风光互补控制器3中包含太阳能DC/DC控制器和风能DC/DC控制器、以及与两个DC/DC控制器分别连接的充电管理模块；充电管理模块分别连接直流负载或蓄电池组。风力发电机通过整流装置2与和风能DC/DC控制器连接。

按上述技术方案，所述可调模拟光源的模拟光源为多展均匀间隔布置的卤素灯（4盏1000W卤素灯），各卤素灯通过悬臂悬挂在门型灯架上，并位于太阳能电池板4上方。太阳能发电装置为能够自动追踪太阳光变化的追日装置，由实训操作台操作面板上光伏发电控制***控制。太阳能电池板4跟踪模拟光源，风力发电机模拟风源，二者产生的电能输进风光互补控制器。风光互补控制器一方面把调整后的电能送往直流负载或交流负载，另一方面把多余的能量存储到蓄电池中。当所发的电不能满足负载需要时，控制器把蓄电池的电能直接送往负载。同时通过逆变器给交流220V负载供电，并通过监控软件监测和控制相关设备。

在图2中，整个风光互补发电实训***由PLC控制。PLC控制器将从各模块（DC/DC模块、充电管理模块、电流采集模块、电压采集模块、光强采集模块、温度采集模块、监控模块、变频器以及LED显示屏）中采集到的电压、电流、温度和光强信号进行处理后实时控制LED显示、变频器运作和监控设备。

在图3中，简要说明本平台的工作过程。整个追日流程为先大范围定位，再根据光强进行精准定位。大范围定位：二维电机先逆时针旋转，直至碰到逆限位，停止逆转。紧接着开始仰转，直至碰到仰限位，停止仰转。再开始俯转，并计时，默认计时10s（根据二维电机实际物理安装位置与限位开关的距离，计时时间可在组态王监控软件中进行相应设置）后停止俯转。如果10秒内，检测到的光强值大于3000lux，此时大范围追踪结束，否则10秒到。下一步。光强值大于2000，则定位成功。

Claims

1.风光互补发电实训平台，包括风力发电机组、太阳能发电装置和实训操作台三部分；其特征在于：所述风力发电机组包括风机和与风机连接的风力发电机；风力发电机和太阳能发电装置均与实训操作台上的风光互补控制器连接；风光互补控制器分别连接直流负载或蓄电池组，蓄电池组通过离网逆变器与交流负载连接；太阳能发电装置包括太阳能电池板、太阳能电池板上空悬空设置的可调模拟光源；太阳能电池板设置在二维旋转支架上，二维旋转支架的二维方向分别对应设置驱动电机及对应的电机驱动控制模块；太阳能电池板表面设置追日跟踪光学传感器；实训操作台通过PLC控制器分别连接传感器、风光互补控制器和电机驱动控制模块。

2.根据权利要求1所述的风光互补发电实训平台，其特征在于：所述的实训操作台还包括分别与PLC控制器连接的离网逆变控制模块、蓄电池控制模块、负载模块、电机驱动控制模块、电压电流检测模块、直流稳压源、模拟光源控制模块；PLC控制器与PC机相连，PC机设置在实训操作台的面板上。

3.根据权利要求1或2所述的风光互补发电实训平台，其特征在于：所述风光互补控制器中包含太阳能DC/DC控制器和风能DC/DC控制器、以及与两个DC/DC控制器分别连接的充电管理模块；充电管理模块分别连接直流负载或蓄电池组。

4.根据权利要求1或2所述的风光互补发电实训平台，其特征在于：所述可调模拟光源的模拟光源为多展均匀间隔布置的卤素灯，各卤素灯通过悬臂悬挂在门型灯架上，并位于太阳能电池板上方。