光伏发电设备安装与调试实训系统

一、概述

光伏发电设备安装与调试实训系统由光源模拟跟踪装置、光源模拟跟踪控制系统、能量转换控制存储系统、离网逆变负载系统、监控系统五个部分组成，各功能部分通过通讯电缆和连接电缆进行连接，形成一套能够展示并动手设计、安装、调试的太阳能光伏发电工厂应用的设备。
二、光伏发电设备安装与调试实训系统技术参数：
1、设备尺寸：4500×800×2000mm
2、场地面积：16平方米
3、设备组成部分：光源模拟跟踪装置、光源模拟控制系统、能量转换控制存储系统、离网逆变负载系统、监控系统、辅助仪器设备。
4、光源模拟跟踪装置：
光源模拟跟踪装置及控制系统由光源模拟跟踪装置和光源模拟跟踪控制系统组成，如图2所示。该系统由太阳能电池组件、模拟太阳光灯、太阳能模拟追日跟踪传感器、太阳能板二维运动机构、直流电动机、减速箱、GE可编程序控制器、按钮和继电器等低压电器等组成。

图2（a）光源模拟跟踪装置
光源模拟跟踪装置技术参数：
1）太阳能电池规格： 20W/18V*4
2）模拟光源功率：300W*3
3）跟踪方式：单轴，俯仰180°
4）跟踪精度：< ±1.5°
5）日跟踪驱动功耗：< 1W（根据光照强度工作）
6）工作电压：DC24V
7）抗风等级：10级
8）机械寿命：>25年
9）外形尺寸： 1100mm*1240mm*1710mm
5、光源模拟跟踪控制系统：
光源模拟跟踪控制系统控制灯光来模拟太阳光源（晨日太阳、午日太阳、夕日太阳）的运行轨迹以及太阳光的入射角度，太阳能电池板上的模拟追日跟踪传感器采集模拟太阳光照度信息及位置信息，控制两维运动机构，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。

图3光源模拟跟踪控制系统
光源模拟跟踪控制系统技术参数：
1）GE-PLC ：IC200UDR020
2）PLC额定电压：24V
3）工作环境：温度 -10-40℃  湿度≤80%
4）外形尺寸： 800mm*780mm*2000mm
6、能量转换控制存储系统：该系统主要由直流电压采集模块、温度采集模块、IGBT驱动模块、直流电流采集模块、继电器驱动模块、蓄电池组、直流负载、通信模块、人机界面、空气开关、直流电压表、直流电流表等模块组成。能量转换控制存储系统是将太阳能电池板发出的电量提供给直流负载和蓄电池，或者输送给逆变器使用。该系统具有温度检测，充、放电检测、PWM脉宽调制、最大功率点跟踪（MPPT）功能以及过冲、过放等保护功能。

图4能量转换控制存储系统
能量转换控制存储系统技术参数：
1）功率：200W
2）蓄电池容量：12V20AH，4节
3）控制器额定输出电压、电流：24V/10A
4）工作环境：温度 -10-40℃  湿度≤80%
5）外形尺寸： 800mm*610mm*2000mm
7、离网逆变负载系统：由直流电压采集模块、直流电流采集模块、IGBT驱动模块、继电器驱动模块、LCD人机对话模块、通信模块、单相逆变器-主电路单元模块、频率采集模块、直流电压表、直流电流表、交流电压表、交流电流表、交流谐波表、空气开关、低压电器、交流负载等组成。
该系统将太阳能电池板产生的直流电或蓄电池释放的直流电通过逆变器SPWM调制转化为单相220V交流电，供交流负载使用。系统具有输入过、欠压保护，输出过载、短路保护，过热保护等功能。具有逆变输出的电压幅度、频率、功率因数、谐波检测和调整功能。

图5 离网逆变负载系统
离网逆变负载系统技术参数：
1）额定输入电压：DC24V；
2）额定输出电压：220V±10%、50Hz±1Hz；
3）额定功率：200VA；
4）输出功率因数：≥0.80（感性负载、容性负载）；
5）逆变效率：≥80%；
6）电压调整率：线性负载≤3%，非线性负载≤5%。
7）外形尺寸： 800mm*610mm*2000mm
8、监控系统：由通讯管理机、显示器、打印机、组态软件等组成。
主要功能：
1）显示充电电压、充电电流、功率、运行状态；
2）显示蓄电池电压、蓄电池放电电流、蓄电池放电功率、蓄电池运行状态；
3）显示负载电压、负载电流、负载功率、负载状态；
4）显示当前温度、温度补偿系数，各种参数保护、实时数据显示与处理、详细的事故记录、报警参数设定、对用户提供权限管理、密码登录等。

监控系统
监控系统技术参数：
1）组态软件：POWER9000
2）外形尺寸： 800mm*900mm*2000mm
三、系统内容描述：
1、系统设计与制图：
根据大赛提供的相关设备和任务书中的功能要求，在计算机上利用CAD等相关软件完成设计任务。
▲  相关理论计算；
▲  系统整体设计；
▲  各组件单元参数配置；
▲  系统组件的接线；
▲  系统组件的接线编号图。
2、系统的安装与调试：
1）光伏电池单元的安装与调试安装
调试
▲  根据任务书选择适当组数的电池主件，搭建成最合适的电池组件方阵；
▲  根据任务书要求安装最合适的光伏电池组件方阵的支架；
▲  根据任务书要求安装模拟光源。
▲  根据根据任务书要求，编程控制PLC实现模拟太阳的运动轨迹；
▲  编程控制PLC完成太阳能电池板追日功能，使得输出功率最大；
2）光伏控制单元的安装与调试
安装
▲  根据任务书要求，进行控制开关、仪表的安装与接线；
▲  根据任务书要求，进行汇流单元的安装与接线；
▲  根据任务书要求，进行光伏控制器的安装与接线；
调试
▲  根据任务书要求，进行控制器的参数设置与调试；
▲  实现对蓄电池的充放电控制；
▲  完成太阳能电池板的伏安特性曲线测试和绘制；
▲  完成恒电压（CVT）跟踪和最大功率点跟踪（MPPT）；
▲  进行对蓄电池的过冲、过放、过流等保护调试；
▲  根据任务书要求，提供直流负载电源。
3）储能单元的安装与调试
选型
▲  根据任务书要求，进行蓄电池参数的选型
安装
▲  根据任务书要求，进行控制开关、仪表的安装与接线；
▲  根据任务书要求，进行蓄电池的安装与接线；
▲  根据任务书要求，分析蓄电池的保护电路并调试。
4）单相离网逆变单元的安装与调试
安装
▲  根据任务书要求，进行控制开关、仪表的安装与接线；
▲  根据任务书要求，进行单相离网逆变器的安装与接线；
调试
▲  根据任务书要求，单相正弦波离网逆变器控制方式调试；
▲  根据任务书要求，输出过载、短路保护调试；
▲  离网逆变器输出电压、电流检测与调整；
▲  离网逆变器输出的功率因数检测与调整；
▲  离网逆变器输出的频率检测与调整；
▲  离网逆变器输出的谐波检测与调整；
5）负载单元的安装与调试
安装
▲  根据任务书要求，进行控制开关、仪表的安装与接线；
▲  根据任务书要求，进行直流负载、单相交流负载的安装与接线；
运行与测试
▲  直流负载的电流、电压检测；
▲  交流负载的电流、电压检测；
▲  负载运行状况测试。
6）监控单元的安装与调试
安装
▲  根据任务书要求，进行监控单元的安装与接线；
▲  根据任务书要求，进行监控单元与其他单元之间的通讯安装与接线；
调试
▲  根据任务书要求，在监控单元上实现组态界面绘制、参数配置；
▲  完成监控单元与各监控单元的通信调试。