SB-WS500W海上风电结构海洋环境荷载模拟与测试实验系统
一、功能及用途要求
海上风电结构海洋环境荷载模拟与测试实验系统采用永磁同步风力发电机组,用于模拟风力发电系统在海洋环境下风力发电机的运行过程及载荷测量,使学生增强对海洋环境下风电系统整体的认识和工作原理的理解。
二、技术要求
2.1系统特点
?系统集成温/湿度仪、风速测量系统,运行过程中显示环境温湿度变化和风速信息、让实验过程简单而轻松。
?系统采用数字化DSP技术,对蓄电池充放电进行全智能化的管理。
?系统面板上采用直观的数字仪表,让用户即时了解系统工作状态。
?系统集成离网电源可以为用户提供交流110V/220V纯正弦波交流电能。
?系统集成风电同步并网模块,在学习离网技术的同时完成风电并网教学和实践。
2.2系统功能
?模拟风力发电机在海洋环境不同风速的发电状态与运行；
?模拟风力发电机在海洋环境中的启动、停止、运行及并网过程；
?模拟风力发电机在海洋环境中脱网运行、启动/停机运行；
?模拟风力发电机在海洋环境中主控系统,支持远控/就地启停、等操作；
?测量风力发电系统的关键电气参数,实时记录和图形显示关键电气参数,支持离线数据分析；
?测量风力发电机基础结构在海洋环境荷载下的振动响应,完成模态分析
三、系统运行参数
3.1、太阳能电池
?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。
?最大输出功率：100W*3块
?开路电压：35V（并联）
?短路电流：3*3.25A（并联）
?仰角调节：0-80度（连续调节）
?模拟太阳灯：6*500W卤素灯（光亮度连续调节）
3.2、照度计（增加）
?量程：0-225Lx、200-2250Lx、2000-22500Lx和20K-225KLx（225000Lx）自动切换量程。
?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。
3.3风力发电机
?运行电压：0-25V
?额定功率：400W
?风轮直径：1.65(m)
?启动风速：1.5(m/s)
?额定风速：12(m/s)
?安全风速：35(m/s)
?工作形式：上风式永磁同步发电机
?风叶旋转方向：顺时针
?风叶数量：3（片）
?风叶材料：玻璃增强聚丙烯材料
?电机材料：铝合金
3.4模拟风洞:采用4台同功率鼓风机机组,组合成矩阵模拟风单元,实现模拟风的输出和测试。
?风量：34073 m3/h,1275Pa-2138Pa
?电压：三相四线380VAC
?功率：2.2kW×4台
?调速单元：2.2KW矢量变频器,输出频率：0-100Hz
3.5电力蓄能系统
?储能形式：阀控式密封铅酸蓄电池
?额定电压：12V
?额定容量：55Ah
?充电方法（恒压）,循环︰最大充电电流为5.6A
3.6离网逆变模块:光伏离网型逆变器为功率变换装置,将输入的直流电推挽升压,再经过逆变桥SPWM正弦脉宽调制技术逆变成220V交流电。
?直流输入电压：10.5～16.8VDC
?额定输出功率：500W
?输出电压：110/220VAC
?输出波形：纯正弦波
?输出频率：50Hz
?工作效率：85%
?功率因数：>0.88
?波形失真率≤5%
?工作环境：温度-20℃～50℃
?相对湿度：﹤90﹪（25℃）
?保护功能：极性反接、短路、过热、过载保护
3.7风电控制模块:集风能、太阳能控制于一体的智能控制器,专为高端的小型风光互补系统设计,特别适用于风光互补路灯系统和风光互补监控系统。能同时控制风力发电机和太阳能电池板对蓄电池进行安全高效的智能充电。
?工作电压：12/24VDC
?充电功率：600W
?光伏功率：100W
?风机功率：500W
?充电方式：PWM脉宽调制
?充电最大电流16.5A
?过放保护电压10.5V
?过放恢复电压12.6V
?输出保护电压16.2V
?卸载开始电压（出厂值）15V
?卸载开始电流（出厂值）12A
?控制器设有蓄电池过充、过放电保护、蓄电池开路保护、负载过电压保护、输出短路保护、电池接反保护、欠压和过压防震荡保护、均衡充电、温度补偿等功能；
?用于常规负载为100W以下的12V/24V直流负载,输出模式有常开输出、定时输出,光控开、光控关,定时开、定时关等模式。
3.8负载模块装置系统
?风扇：×1个,额定电压：12/24V,工作电流：1.25A,功率：15W
?交通灯：1组(R,G,B),额定电压：12/24V,工作电流：0.8A,功率：9.6W
?马达：×1个,额定电压：12/24V,工作电流：0.35A,功率：5W转速：20rmp/min
?交流LED灯×1个,交流节能灯×1个
3.9测风系统:用于测量并记录大气中风速与风向的气象仪器。本仪器采用高清液晶显示屏显示当前日期时间及风速、风向值；内置大容量FLASH存储芯片可自动存储至少一年的气象数据；仪器配备有三种通讯接口（RS232/RS485/USB）用于与计算机建立通讯连接,通过配套的上位机软件可远程观测实时风速风向,用户还可利用该功能完善的气象软件对气象数据作进一步的处理分析。
实时数据：当前电脑时间采集到的风速、风向数据。（电脑时钟）
历史数据：风速风向仪按照所设定的采集周期,记录到采集仪存储芯片中的风速、风向数据（采集仪时钟）。
?测量范围风速：0～60m/s
?精 度±0.1m/s
?工作电源：AC 220V±20%? 50HZ,DC12V、5V或其他供电。
?记录间隔：1分钟～240分钟连续可设置
?内部存储：4M bit
?环境温度：-40℃～50℃
?转速传感器：0～5000风力发电机转速检测显示（室内）
?过风速报警中断输出功能,可以设备闭环形式连接,增加实验安全性。
3.10同步并网模块:采用感知运算技术,在不同风速强度而产生不同的电流输出,采用了先进的处理器运算技术,精确的MPPT功能、APL功能,自动把风力发电功率调整到最大输出,只需将风力发电机直接连接到并网逆变器输入端,无需再连接电池。交流电的0角相经隔离放大后输入到MCU进行高精度检测分析,相移率只有〈1％,并网的过程中采用SPWM直接产生纯正正弦波输出。从而实现了高精度同相调制交流电并合输出功能。
?工作电压：10.8 - 50VDC
?电压范围：90V～140V/180V～260VAC
?频率范围：55Hz～63Hz/45Hz～53Hz
?并网输出功率：600W
?输出电流总谐波失真：THDIAC <5%
?相 位 差：<1%
?孤岛效应保护：VAC;f AC
?输出短路保护：限流
?显示方式：LED
?待机功耗：<2W
?夜间功耗：<1W
?环境温度范围：-25℃～60℃
?环境湿度：0～99%(Indoor Type Design)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最大功率点；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。
3.11电表规格
?直流电流表：×2个,10A 1只、20A 1只,显示模式︰0.5"LED
?直流电压表：×2个,0-200V, 显示模式︰0.5"LED
?交流电压表：×2个,500V,显示模式︰0.5"LED
?交流电流表：×2个,5A,显示模式︰0.5"LED
?时间、温/湿度表：×1个,-20～99.9℃显示时间,室内温、湿度
3.11风电系统控制台
控制台集成交流漏电开关、紧急停止开关、仪表开关、风机输入开关、仪表显示、控制按钮（开关）、智能型风电控制器、风速仪、变频矢量调速模块等。
系统外形尺寸；长1240×宽650×高1700（㎜）附滚轮方便推动至户外教学。
四、教学及研究及实训项目
实验1、风力发电基础理论原理性实验
实验2、风力发电系统设计实验
实验3、发电机转速与输出电压关系实验
实验4、发电机转速与输出功率关系实验
实验5、永磁同步风力发电机系统运行过程风能量变换演示和实验
实验6、模拟风力发电机在海洋环境不同风速的发电状态与运行
实验7、模拟风力发电机在海洋环境中的启动、停止、运行及并网过程
实验8、模拟风力发电机在海洋环境中脱网运行、启动/停机运行
实验9、模拟风力发电机在海洋环境中主控系统,支持远控/就地启停、等操作
实验10、测量风力发电系统的关键电气参数,实时记录和图形显示关键电气参数,支持离线数据分析
实验11、测量风力发电机基础结构在海洋环境荷载下的振动响应,完成模态分析
实验12、光伏电池的伏安特性
实验13、光伏发电的负载特性测试
实验14、光伏电池输出功率与入射角的关系
实验15、输出功率与光照强度的关系
实验16、控制器原理实验
实验17、蓄电池充放电控制实验
实验18、蓄电池保护实验
实验19、综合实验
五、主要设备清单
序号 |
名称 |
数 量 |
单 位 |
1 |
海上风电结构海洋环境荷载模拟与测试实验系统 |
1 |
台 |
2 |
400W永磁同步发电机 |
1 |
台 |
3 |
模拟风洞系统（风源包含4只鼓风机） |
1 |
套 |
4 |
2.2KW矢量变频器 |
4 |
台 |
5 |
测风系统（含支架） |
1 |
台 |
6 |
风光互补控制器 |
1 |
台 |
7 |
100W太阳能电池组件模块 |
3 |
块 |
8 |
600W同步并网模块 |
1 |
台 |
9 |
500W离网DC-AC模块 |
1 |
台 |
10 |
蓄电池组55Ah |
1 |
组 |
11 |
实验附件（包含1只手持式光照度测量仪） |
1 |
套 |
12 |
上位软件 |
1 |
套 |
