HDFG-IIC型风光互补发电实训〇平台

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品　　牌：华大电自

产品型号：HDFG-IIC

所在地区：北京

详细说明

HDFG-IIC型风光互补发电实训平台

一、系统组成：

太阳能电池板，二维旋转支架，可调模拟光源，风力发电机组，实训操№作台（含DC/DC模块,充电管理模块，离网逆变模块，蓄电池模块，负载模块，二维旋转控制模」块，电压电流检测模块，直流稳压源，模拟光源控制模块，DeltaPLC，组态王人机监控，PC机）

二、实验方案

1、太阳能跟踪系统实验

当模拟光源开＠启时，光照到光学传感器，光学传感器受到光照输出信号，信号输入西门子PLC，经过程序控制输出信号给继电器，继电器吸和将信号传给重型云台，云台根据输入的信号上下左右运动，从而起到追日的效果。电池的输出功率自动跟踪气候的变化条件

（1）光照强度一定,调整负载,测量光伏电池输♀出功率▲,确定最大功率时负↓载的阻值。

（2）连接太阳能控制器,改变光照强度,观察◣光伏电池功率输出情况。

（3）打开光源模拟器，使其静止并不断调整太阳能板的位置观察光伏电池功率输出情况。

（4）使用遮光板挡住传感器的一面观察它的运◥动方向是否发生了变化

2、太阳能发电原理实验

（1）模拟光源与太阳能电池板互相垂直，辐射光源与光伏组件的距↓离保持不变，以保证整个测量过程是在∴相同光强照度下①进行的，测量太阳能电池板的短路电流，开路电压。

（2）观察太阳能电池板电流表和太阳能电池板电压表的读数。并作出◆记录；

（3）使用不透光的遮挡板完全遮挡太阳能电池板，然后再一次观测太阳能电池板输出直流电压值，并作☆出记录↓；

（4）调☉整光源位置，固定电池板位置，观察电压变化，并作♀出记录；

3、太阳能能量转换实验

光伏阵列首先把太阳光辐射能量转换为PN结的光生电场，通过阵列的引线把光生电场的电←能以直流电能的形式传送出来。这时的直流电能电压、电流、功率等都受☉光伏阵列的本身特性和工作※环境影响，不够稳定。

光∴伏阵列输出的直流电能经由控制器的直-直或直-交变换后，得到稳定的直流或交流电能，可以直接供给直流或交流电机使用，这时电能将转化为机械能，机械能用于带动水泵，从而转化为水的重力势能。而这些水如果用于存储发电，就可以再把水的重力势能再转化←回到电能。这样可以省掉蓄电池等№能量存储设备。

另外，光伏阵列输出直流电能通过控制器的直—直变换功能，得到相对稳↑定的直流电能存储到蓄电池组中，成■为稳定的可存储的直流电能。蓄电池中的直流电能通过逆变器后，转化为交流电能。交流电能可以供给用户使用，用于照明、动力等；也可以并入电网，传送至↓远方；还可以供给其∩他设备使用。

另外，在能量存储和转化过程中，不可避免的存在能量以热能或其他形式损耗和流№失。

光垂直照到太阳能∑　电池板上。测量以下◣数值：

蓄电池ω开路电压

太阳能开路电压

充电状态下蓄电池电△压

充电状态下的太阳能电流

开始充电电压

10分钟后蓄电池电＠压

（1）观测光伏输≡入电压，并作出记∞录；

（2）分别测量蓄电池电压值和太阳能电压值，并ぷ记录下两个电压值，再接入太阳能▲；

（3）观察充电电流表，记录下太阳能为蓄电池充电的电流值，此时光伏电池发出的电能被存到蓄电池中。

4、环境对光伏转换影响实验

光伏电池工作环境多种因素如光照强度、环境温度、粒子辐射等都会对电池板的性能指标带来影响，而温度和光照强度的影响往往是ζ同时存在的。光谱响应、温度特性和光照特性。

（1）在灯随着电★机运动时，光照到电池∑板的入射角度也发生着变化，记录〖五组灯在不同的位置时，太阳能电池板输出电压及输出电流。

（2）不同的透光性的材料遮挡太阳能板，输出的电压也不相同，即在不同光照度的情况下，太阳能板的输出也是不一样的。

（3）选择足够大的几种遮光度不同的材料，如白纸、布、塑料膜等，分别用所∞选择的材料遮挡整块电池板，记录每一种情况下太阳能电池ω　板输出的电压及输出电流；

（4）用同一遮挡板遮挡太阳能电池板，按照被遮挡部分的面积〖增加或减小的顺序，测量并记录太阳能电池板输出的电压及电流值；（注意：遮光时间不宜过长，以免损坏电池板。）分别描绘三个实验的电池板输出伏安特性≡曲线（热斑效应）

5、太阳能电池※光伏系统直接负载特性试验(VI曲线)

（1）不接负载观测光伏输∩入电压光伏输出电流，并作出々记录。

（2）调节滑动电阻○器，观察光伏输入电︼流，电压表，并记录数据。对比太阳能电池板端电压的变化情况。

改∞变负载值，测量每一个负载下太阳能电池板输出电压和电流值，得到太阳能电池板输出功率，分析负载对太阳能电池板的Ψ影响。

绘制伏【安曲线。以太阳能电压每1V为一格，来做输入变化给定，其他数据为记录数∴据

编号	负载值	电压值（V）	电流值（mA）	功率值（W）
1	未接入负载☉	0
2		1

6、太阳能控制器工作原理实验

太阳能控制器的作用是：对光伏电池板转化的电能进行调整和控制，一方面把光伏产生电能优先供给直流负⊙载或交流负载，另一方」面把多余的电能存储到蓄电池组中，当光伏电※池板发电不足以供应负载时，蓄电池补充供应负载使用；在充电过程【中，控制器要对蓄电池☉进行如限制充电电流、限制充电电压、充满断开保护等控制和保护功能；在放电过程中，控制器又对蓄电池进行过放、过流、过载等保护。所以在光伏发电系统中，蓄电池的作用非常重要▲，还决定着蓄电池⊙的使用性能和使用寿命。

（1）开启电源，打开总◥电源和充电控制器开关；

（2）观察光伏输入电压电流以及蓄电池的充电电流、电压，用模拟电源代替光伏阵列，调节输╱出电压、电流，再次观察光伏输入电压电流以及蓄电池的充电电流、电压，并将数据填入表1中。

	光伏输入	模拟电源
光伏输入电压（V）
光伏输入电流（mA）
蓄电池电压（V）
蓄电池电流（mA）

（3）随着模拟电源改变输入值，充电控〒制器输出冲入蓄电池的值也会⌒随之改变，但是却会在蓄电池充饱后停止充电，慢慢调节模拟电源，观察这一现象并讨论这一原理；

（4）用示波器观察光伏输入波形是否为PWM输入波形。

7、太阳能控制器对蓄电池的过充保护实验

充电过程中，蓄电池电压比较低时，使ω用大电流充电，充电回路功率开关器件处∩于全通状态，使蓄电池电压尽□　快恢复；当蓄电池电量达到一定程度后，限制〗为蓄电池充电的电流大小，同时以一恒定的电压为蓄电池充电，这时，充电电流会随着蓄电池电量的增加、电压的升高而减小；当蓄电池电压达到充电保护点后，控制器将停止充电，以确保蓄电◢池不会电压过高，因为如果蓄◆电池充电过满，电压过高，则会出现大量气体析出，损害蓄电池的性能，缩短蓄电池的◆寿命。

（1）调节输入电★压、电流输入值。

（2）当稳压源的输入电压高于蓄电池电压时，对蓄电池进行充电，观察风光互补充电控制器的显示状态。当蓄电池充满电时，充电控制器控制电源不再对蓄电池充电，不会造成对蓄电池的过充，以致蓄电池◆损坏。

蓄电池的ζ两端电压为12V左右，若是蓄电池充满电，则先要进行放电。放电过程比较慢，建议提前放电，等蓄电池两端电压为11.5V时，再进行充电。观察蓄电池两▼端电压，并记录。每隔10分钟记录一次，当蓄电池状态指示灯为绿色慢闪时，则为蓄电池充电充满▃卐，停止充电，记录蓄电池端电压。

8、太阳能控制器对蓄电池的过放保护实验

过放保护︾终止电压：蓄电池放电ζ　不能低于这个值，这是国标规定。蓄电池厂家虽然也有自己的保护参数，但最终还是要向国标靠拢的。需要注意的是，为了安全起见，一般将12V电池过放保护点电压人为的加上0.3V作为温度补偿或者控制电路的零点漂移校正，这样12V电池的过放保护点电压即为：11.10V，那么24V系统的过放保护点电压就为Ψ22.20V。

（1）蓄电池的两端◥电压为12V左右，若是蓄电池端电压不足11V时，则先要进行充电，充电电路如10-3所示。充电过程比较慢，建议提前充电，等蓄电池两端电压为11.5V时，再进行放电实训，放电电路图↙如图10-4所示。观察蓄电池两端电压，并记录。每隔10分钟记录一次，若蓄电池状态指示灯为红色时，则蓄电池放电至电池过放保护点电々压，停止放电，并记录蓄电池【端电压。

时间	10分钟	20分钟	30分钟	40分钟	50分钟
蓄电池电压（V ）

9、离网型逆变器工作原理实验

逆变器是一种由半导体器件组成的电力调整装置，主要用于把直流电力转换成交流电力。一般由升压回路和逆变桥式回路构成。逆变器不仅具有直交流变换功能，还具有最大限度地发挥△太阳电池性能的功能和系统故「障保护功能。归纳起来有←自动运行和停机功能、最大功率跟踪控制功能、防单独运行功能（并网㊣　系统用）、自动电压调整功能（并网系统用】）、直流检测功能（并网系统用）、直流接地检测功能（并网系统用）。

逆变器一般要进行的保护有直流防反接保护、直流电压过压和←欠压保护等。

（1）带有小于200VA的负载的插▆座接到交流输出插座上，然后开启负载，记录此时各参数值，填入下表：

序号	参量名称	参数值	备注
1	蓄电池输入电压（）
2	逆变电源输出电压（）
3	逆变电源输出电流

读取数据并将数据填入表1中；

	逆变输入	逆变输出
电压（V）
电流（mA）
功率 (W)

离网逆变效率公式：η=P_输出/P_输入，计算离网逆变器的逆变效率，并讨︼论原因.

（2）启动离网逆变↓器，调节模拟负载调节电压，模拟蓄电池不同状态，观测逆变输→出状态。

（3）打开总电源，因为太阳能电池板输出电压不够，所以用模拟电源代替。开启模拟电源、逆变器开关。打开离网逆变器开关∞时，机器鸣叫一声，电源指示灯亮，直流12V电压∩经过逆变器，输出交流220V电压左右。在离网逆变器运行◆时，当输入电压小于一定电压值时，机器就报警，连续急鸣以表示欠压。

（4）欠压保护，当模拟电压达到10.8v后时，离网逆变电源将停止工作，关闭SPWM输出自动，负载不工作，当达到过放恢复点时，SPWM波输出，开启逆变；此时可以观察到交流输出电压回升到220V，负载工作；

（5）调节模拟电源的电压◢值，并记录逆变器的逆※变输出电压值：

直流稳压源电压值（V）

逆变输出电压值（V）

是否欠压

(6)过压保护，调节模拟电压当模拟电压达♀到16V左右，逆变电源将停止工作，关闭SPWM输出自动，负载停止工作，当达到过压恢复点15V时，SPWM波输出，开启逆变；此时可以观察到交流输出电压回升到220V，负载工作。查看监控中心的逆变输出参数，记录逆■变器的逆变输出电压值。

（7）将示波器的探头接入离网逆变主电路模块的斩波电压输出、逆变输出、IGBT驱动输入接口两端，获取波形。

一般要求逆变器有一定的过载ζ能力，即要求逆¤变器在120%或150%过载的情况下，能继续输出交流电若干分钟。所以对于过载保护，一般可以根据变压器初级交流电路，得到现在的过载状况，再通过软件计时满足过载能力并完成过载保护。对于短路的保护一般要求逆变器的微电脑控制芯片在最短时间内做出保护动作（一般要→求在2毫妙≡时间以内），以实现对人身、逆变器的安全保护。所以，一般包括切断SPWM波形驱动放大电路和切断微电脑SPWM波形输出两种途径。前一种取决于驱动电路和驱动芯片的型号和功能，后一种一般采用外中断或专门的PWM故障∑　中断等方式实现。

（1）在蓄电池空开处于断开的状态下，连接逆变电源面板上的蓄电池和蓄电池Ψ输入端子；

（2）闭合█蓄电池输入空开，然后按一下显示按键区域内的上部开机按键，开启逆变；观察交流输出电压表，当输出电压达到220V时，才可以向下进行操作；

（3）当交流输出电压达到稳定后，把负载接入到交流输出插座上；测量蓄电池电压，如果蓄电池电压在50V以上，调整负载达▼到200VA；开始计时，并观察现▂象；

（4）过载时间到达保护动作时间时，去掉负载，尝试开启逆变；此时因←保护不能再次开启逆变，必须要断开蓄电池输入空开，然后再按开机顺序进行开机。

10、 风能发电原理实验

由于风力发电所输出的是交流电，所以直接供交流负∑载使用，只要输出的电能＠够稳定且达到一定的功率，可以不用逆变器转换，直接使用。

（1）打开变频器开关，开启风机。

（2）观察风能输入电⊙压、电流表并记←录。

（3）调节变频器使风机输出风速逐渐增大，风速可观察监控中心的风速显示，取样十二组，并记录数据。当风速为多少的时候，风力发电机的发电效率达到最高。

11、 风能能量转换实验

启动风力发电机。测量以︼下数值：

蓄电池开路电压

风力发电机开路电压

充电状态下蓄电池电压

充电状态下的风能〒电流

开始充电电压

10分钟后蓄电池电压

（1）观测风能输入电压，并作【出记录；

（2）分别测量蓄电↓池电压值和风能电压值，并♀记录下两个电压值，再接入风能；

（3）观察充电电流表，记录下风能为蓄＠电池充电的电流值，此时风力发电∩机发出的电能被存到蓄电池中。

12、 风能□　给负载供电特性实验

（1）不接负载观测风力发电机输入电压、风力发电机输出电流，并作』出记录。

（2）调节滑动电阻〓器，观察风力发电机输□入电流，电压表，并记录数据。对比风力发电机端电压的变化情况。

改变负载值，测√量每一个负载下风力发电机输出电压和电流值，得到风力发电机输出功率，分析负载对风力发电机的影响。

绘制伏安曲█线。以风力发电机电压每1V为一格，来做输入变化给定，其他数据为记录数据

编号	负载值	电压值（V）	电流值（mA）	功率值（W）
1	未接入负载	0
2		1

13、 体现出风光互◤补功能

一般冬季〇风大，太阳辐射强度小；夏季风小，太阳辐射强度大，风◆能和太阳能正好可以互相补充利用.

风光互补控制器在整个风¤光互补系统的作用是：对光伏电池板、风力发电机转化的电能进行调整和控制，一方面把光伏、风力发电机№产生电能优先供给直流负载或交流负载，另一方面把多余的电能存储到蓄电池组中，当光伏电〇池板、风力发电机发电不足以■供应负载时，蓄电池补充供应负载使用；在充电≡过程中，控制器要◤对蓄电池进行如限制充电电流、限制充电电压、充满断开保护等控制和保护功能；在放电过程中，控制器又对蓄电池进行过放、过流、过载等保护。所以在风ㄨ光互补发电系统中，蓄电池的作用非常重要，还决定着蓄电池的使用性能和使用寿命。

（1）观察风能输▃入电压、电流表，光伏输入电压、电流表，接入负载，调节直流负载，记录数据。

（2）可用稳压电源代替风能或者太阳能发电系统，通过调节稳压电源输出来观察现象并记录数据。

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