SB-WS500W海上風電結構海洋環境荷載模擬與測試實驗系統
一、功能及用途要求
海上風電結構海洋環境荷載模擬與測試實驗系統采用永磁同步風力發電機組，用于模擬風力發電系統在海洋環境下風力發電機的運行過程及載荷測量，使學生增強對海洋環境下風電系統整體的認識和工作原理的理解。
二、技術要求
2.1 系統特點
Ø 系統集成溫/濕度儀、風速測量系統，運行過程中顯示環境溫濕度變化和風速信息、讓實驗過程簡單而輕松。
Ø 系統采用數字化DSP技術，對蓄電池充放電進行全智能化的管理。
Ø 系統面板上采用直觀的數字儀表，讓用戶即時了解系統工作狀態。
Ø 系統集成離網電源可以為用戶提供交流110V/220V純正弦波交流電能。
Ø 系統集成風電同步并網模塊，在學習離網技術的同時完成風電并網教學和實踐。
2.2 系統功能
Ø 模擬風力發電機在海洋環境不同風速的發電狀態與運行；
Ø 模擬風力發電機在海洋環境中的啟動、停止、運行及并網過程；
Ø 模擬風力發電機在海洋環境中脫網運行、啟動/停機運行；
Ø 模擬風力發電機在海洋環境中主控系統，支持遠控/就地啟停、等操作；
Ø 測量風力發電系統的關鍵電氣參數，實時記錄和圖形顯示關鍵電氣參數，支持離線數據分析；
Ø 測量風力發電機基礎結構在海洋環境荷載下的振動響應，完成模態分析
三、系統運行參數
3.1、太陽能電池
Ø 太陽能電池板采用陣列組裝形式，主要采用3塊（或更多）小型太陽能電池板組建，可實現太陽能電池板的并接方式和串接方式，進而提供大電流或大電壓的兩種太陽能電池板組網方式。
Ø 最大輸出功率：100W*3塊
Ø 開路電壓：35V（并聯）
Ø 短路電流：3*3.25A（并聯）
Ø 仰角調節：0-80度（連續調節）
Ø 模擬太陽燈：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）自動切換量程。
Ø 含有照度計、溫度表、濕度表，單片機時鐘系統，實現時間的顯示。
3.3風力發電機
Ø 運行電壓：0-25V
Ø 額定功率：400W
Ø 風輪直徑：1.65(m)
Ø 啟動風速：1.5(m/s)
Ø 額定風速：12(m/s)
Ø 安全風速：35(m/s)
Ø 工作形式：上風式永磁同步發電機
Ø 風葉旋轉方向：順時針
Ø 風葉數量：3（片）
Ø 風葉材料：玻璃增強聚丙烯材料
Ø 電機材料：鋁合金
3.4模擬風洞:采用4臺同功率鼓風機機組，組合成矩陣模擬風單元，實現模擬風的輸出和測試。
Ø 風量：34073 m3/h，1275Pa-2138Pa
Ø 電壓：三相四線 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︰最大充電電流為5.6A
3.6離網逆變模塊:光伏離網型逆變器為功率變換裝置，將輸入的直流電推挽升壓，再經過逆變橋SPWM正弦脈寬調制技術逆變成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 工作環境：溫度-20℃～50℃
Ø 相對濕度：﹤90﹪（25℃）
Ø 保護功能：極性反接、短路、過熱、過載保護
3.7風電控制模塊:集風能、太陽能控制于一體的智能控制器，專為高端的小型風光互補系統設計，特別適用于風光互補路燈系統和風光互補監控系統。能同時控制風力發電機和太陽能電池板對蓄電池進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 過放保護電壓 10.5V
Ø 過放恢復電壓 12.6V
Ø 輸出保護電壓 16.2V
Ø 卸載開始電壓（出廠值）15V
Ø 卸載開始電流（出廠值） 12A
Ø 控制器設有蓄電池過充、過放電保護、蓄電池開路保護、負載過電壓保護、輸出短路保護、電池接反保護、欠壓和過壓防震蕩保護、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，輸出模式有常開輸出、定時輸出，光控開、光控關，定時開、定時關等模式。
3.8負載模塊裝置系統
Ø 風扇：×1個，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，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，交流節能燈×1個
3.9測風系統:用于測量并記錄大氣中風速與風向的氣象儀器。本儀器采用高清液晶顯示屏顯示當前日期時間及風速、風向值；內置大容量FLASH存儲芯片可自動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，通過配套的上位機軟件可遠程觀測實時風速風向，用戶還可利用該功能完善的氣象軟件對氣象數據作進一步的處理分析。
實時數據：當前電腦時間采集到的風速、風向數據。（電腦時鐘）
歷史數據：風速風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速、風向數據（采集儀時鐘）。
Ø 測量范圍風速：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 環境溫度：-40℃～50℃
Ø 轉速傳感器：0～5000 風力發電機轉速檢測顯示（室內）
Ø 過風速報警中斷輸出功能，可以設備閉環形式連接，增加實驗安全性。
3.10同步并網模塊:采用感知運算技術，在不同風速強度而產生不同的電流輸出，采用了先進的處理器運算技術，精確的MPPT功能、APL功能，自動把風力發電功率調整到最大輸出，只需將風力發電機直接連接到并網逆變器輸入端，無需再連接電池。交流電的0角相經隔離放大后輸入到MCU進行高精度檢測分析，相移率只有〈1％，并網的過程中采用SPWM直接產生純正正弦波輸出。從而實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 環境溫度范圍： -25 ℃～60℃
Ø 環境濕度：0～99%(Indoor Type Design)并網逆變器具有DC－DC和DC－AC兩級能量變換的結構。DC－DC變換環節調整光伏陣列的工作點使其跟蹤最大功率點；DC－AC逆變環節主要使輸出電流與電網電壓同相位，同時獲得單位功率因數。
3.11電表規格
Ø 直流電流表：× 2個，10A 1只、20A 1只，顯示模式︰0.5”LED
Ø 直流電壓表：× 2個，0-200V， 顯示模式︰0.5”LED
Ø 交流電壓表：× 2個，500V，顯示模式︰0.5”LED
Ø 交流電流表：× 2個，5A， 顯示模式︰0.5”LED
Ø 時間、溫/濕度表：× 1個，-20～99.9℃ 顯示時間，室內溫、濕度
3.11風電系統控制臺
控制臺集成交流漏電開關、緊急停止開關、儀表開關、風機輸入開關、儀表顯示、控制按鈕（開關）、智能型風電控制器、風速儀、變頻矢量調速模塊等。
系統外形尺寸；長1240×寬650×高1700（㎜）附滾輪方便推動至戶外教學。
四、教學及研究及實訓項目
實驗1、風力發電基礎理論原理性實驗
實驗2、風力發電系統設計實驗
實驗3、發電機轉速與輸出電壓關系實驗
實驗4、發電機轉速與輸出功率關系實驗
實驗5、永磁同步風力發電機系統運行過程風能量變換演示和實驗
實驗6、模擬風力發電機在海洋環境不同風速的發電狀態與運行
實驗7、模擬風力發電機在海洋環境中的啟動、停止、運行及并網過程
實驗8、模擬風力發電機在海洋環境中脫網運行、啟動/停機運行
實驗9、模擬風力發電機在海洋環境中主控系統，支持遠控/就地啟停、等操作
實驗10、測量風力發電系統的關鍵電氣參數，實時記錄和圖形顯示關鍵電氣參數，支持離線數據分析
實驗11、測量風力發電機基礎結構在海洋環境荷載下的振動響應，完成模態分析
實驗12、光伏電池的伏安特性
實驗13、光伏發電的負載特性測試
實驗14、光伏電池輸出功率與入射角的關系
實驗15、輸出功率與光照強度的關系
實驗16、控制器原理實驗
實驗17、蓄電池充放電控制實驗
實驗18、蓄電池保護實驗
實驗19、綜合實驗
五、主要設備清單
|
序號 |
名 稱 |
數 量 |
單 位 |
|
1 |
海上風電結構海洋環境荷載模擬與測試實驗系統 |
1 |
臺 |
|
2 |
400W永磁同步發電機 |
1 |
臺 |
|
3 |
模擬風洞系統（風源包含4只鼓風機） |
1 |
套 |
|
4 |
2.2KW矢量變頻器 |
4 |
臺 |
|
5 |
測風系統（含支架） |
1 |
臺 |
|
6 |
風光互補控制器 |
1 |
臺 |
|
7 |
100W太陽能電池組件模塊 |
3 |
塊 |
|
8 |
600W同步并網模塊 |
1 |
臺 |
|
9 |
500W離網DC-AC模塊 |
1 |
臺 |
|
10 |
蓄電池組55Ah |
1 |
組 |
|
11 |
實驗附件（包含1只手持式光照度測量儀） |
1 |
套 |
|
12 |
上位軟件 |
1 |
套 |
