本實用新型涉及電力實驗領域，尤其涉及一種開放式風光互補發(fā)電系統(tǒng)實訓平臺。

背景技術：

近年來，現(xiàn)代風力發(fā)電技術和太陽能發(fā)電技術日臻完善、成本日趨下降，市場份額正不斷擴大，在一些地區(qū)己風光已成為與常規(guī)能源具有一定競爭力的新能源發(fā)電方式。

目前許多風光互補教學實驗平臺提供的實驗功能主要以驗證性教學為主，雖然接線簡單方便存在直觀性和可視性較差，學生無法了解電路結構和器件組成，這類實驗平臺難以完成綜合性設計實驗。

在中國實用新型專利201320722759.1中公開了一種多功能風光互補實驗教學裝置，包括PLC控制臺、能量轉換臺和負載控制臺，他們通過外引導線相連。對比文件中的裝置包括風光互補發(fā)電還包括PLC控制部分，通過PLC的自主編程可以實現(xiàn)對外接模擬光源、太陽能光伏組件、可調風源的相關控制。對比文件的優(yōu)點是能夠充分的鍛煉學生們的動手能力以及編程能力，但是裝置功能單一，無法滿足多種實驗目的的需求。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術問題在于針對現(xiàn)有技術中功能單一的缺陷，提供一種能夠對光源進行跟蹤模擬太陽能發(fā)電，模擬風源進行風力發(fā)電，且能夠對并離網發(fā)電進行實驗的開放式風光互補發(fā)電系統(tǒng)實訓平臺。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：

本實用新型提供一種開放式風光互補發(fā)電系統(tǒng)實訓平臺，包括支架，以及設置在支架上的風力發(fā)電單元、太陽能發(fā)電單元和雙軸光源跟蹤單元；太陽能發(fā)電單元與雙軸光源跟蹤單元固定連接，雙軸光源跟蹤單元根據(jù)光源的方向帶動太陽能發(fā)電單元運動；

該裝置還包括并離網控制單元和蓄電池，風力發(fā)電單元和太陽能發(fā)電單元與蓄電池相連，并離網控制單元一端與蓄電池相連，另一端與交流電輸入相連。

進一步地，本實用新型的并離網控制單元包括并網逆變器和離網逆變器；并網逆變器與電網相連，離網逆變器給220V交流負載供電。

進一步地，本實用新型的裝置還包括用于連接測量儀器和實驗儀器的開放接口。

進一步地，本實用新型的裝置還包括防止蓄電池過充的卸荷單元，卸荷單元與風光互補控制器相連。

進一步地，本實用新型的裝置還包括風光互補控制器，風力發(fā)電單元和太陽能發(fā)電單元通過風光互補控制器與蓄電池相連。

進一步地，本實用新型的裝置還包括可轉動的模擬光源，模擬光源與風光互補控制器相連。

進一步地，本實用新型的裝置還包括可調節(jié)大小的模擬風源，模擬風源與風光互補控制器相連。

進一步地，本實用新型的風力發(fā)電單元和太陽能發(fā)電單元與蓄電池之間設置有防止反充的阻斷二極管。

進一步地，本實用新型的裝置還包括用于顯示電流、電壓等實驗信息的觸摸顯示屏。

本實用新型產生的有益效果是：本實用新型的開放式風光互補發(fā)電系統(tǒng)實訓平臺，通過設置與太陽能發(fā)電單元相連的雙軸光源跟蹤單元，能夠實現(xiàn)太陽能發(fā)電單元隨著光源的移動而對其進行跟蹤的功能，能夠模擬太陽在一天中不同位置時的情況；通過設置并離網控制單元，能夠實現(xiàn)實驗環(huán)境下對并網和離網情況下的電壓、電流控制策略，滿足多種實驗條件的需求；另外，本裝置采用模塊化的設計理念，結構簡單，為用戶提供了較大的自由度，能夠有效的提高學生的動手能力，開拓創(chuàng)新性思維。

附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中：

圖1是本實用新型實施例的開放式風光互補發(fā)電系統(tǒng)實訓平臺的結構示意圖；

圖2是本實用新型實施例的開放式風光互補發(fā)電系統(tǒng)實訓平臺并離網控制單元的原理框圖；

圖3是本實用新型實施例的開放式風光互補發(fā)電系統(tǒng)風光互補控制器結構圖；

圖4是本實用新型實施例的開放式風光互補發(fā)電系統(tǒng)實訓平臺的控制電路設計圖；

圖5是本實用新型實施例的開放式風光互補發(fā)電系統(tǒng)實訓平臺外型結構圖；

圖中，1-支架，2-風力發(fā)電單元，3-太陽能發(fā)電單元，4-雙軸光源跟蹤單元，5-并離網控制單元，6-蓄電池，7-模擬光源，8-模擬風源，501-并網逆變器，502-離網逆變器，9-風光互補控制器，10-外形結構，11-觸摸顯示屏，12-狀態(tài)指示燈。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

如圖1所示，本實用新型實施例的開放式風光互補發(fā)電系統(tǒng)實訓平臺，包括支架1，以及設置在支架1上的風力發(fā)電單元2、太陽能發(fā)電單元3和雙軸光源跟蹤單元4；太陽能發(fā)電單元3與雙軸光源跟蹤單元4固定連接，雙軸光源跟蹤單元4根據(jù)光源的方向帶動太陽能發(fā)電單元3運動；S1、S2、S3分別控制太陽能電池、風力發(fā)電、并離網控制單元的通斷。

該裝置還包括并離網控制單元5和蓄電池6，風力發(fā)電單元2和太陽能發(fā)電單元3與蓄電池6相連，并離網控制單元5一端與蓄電池6相連，另一端與交流電輸入相連。

如圖2所示，并離網控制單元5包括并網逆變器501和離網逆變器502；并網逆變器501與電網相連，離網逆變器502給220V交流負載供電。

該裝置還包括用于連接測量儀器和實驗儀器的開放接口，以及防止蓄電池6過充的卸荷單元，卸荷單元與風光互補控制器9相連。裝置還包括風光互補控制器，風力發(fā)電單元和太陽能發(fā)電單元通過風光互補控制器與蓄電池相連。裝置還包括可轉動的模擬光源，模擬光源與風光互補控制器相連；還包括可調節(jié)大小的模擬風源，模擬風源與風光互補控制器相連。風力發(fā)電單元2和太陽能發(fā)電單元3與蓄電池6之間設置有防止反充的阻斷二極管。蓄電池6還連接有防止深度放電的過放保護單元。

在本實用新型的另一個具體實施例中，本裝置由模擬風源、風力發(fā)電機、雙軸光源模擬跟蹤平臺，太陽能電池板、DSP控制器、電壓電流檢測板、光伏控制器、離網逆變器、蓄電池電源、交直流電壓表、交直流負載器、7寸觸摸屏等組成。整個實訓裝置的資源接口完全給用戶開放，用戶可自行接線進行二次開發(fā)?？刂破饔卸喾N保護，包括蓄電池反接、蓄電池過、欠壓保護、太陽能電池組件短路保護，輸出短路保護等。

如圖3所示，風光互補控制器為風光發(fā)電系統(tǒng)提供蓄電池充電、放電管理功能，太陽能輸出的直流電和風力發(fā)電機輸出的交流電(需整流)，經過控制器對蓄電池充電。

如圖3所示，為了顯示方便和操作方便，設計了方便快捷的人機界面，采用7寸觸摸屏，開關機、電路功能選擇、控制參數(shù)設定、輸入輸出參數(shù)等均可通過觸摸屏設置，觸摸屏顯示風力發(fā)電機電壓、太陽能電池電壓、蓄電池電壓、充/放電電流、溫度檢測等信息；同時還可以控制模擬光源及太陽能板角度。從而方便掌握基本實驗方法與訓練基本實驗技能，并在此基礎上充分運用實驗設備對各種電路進行全方位深入研究，探究實際與理想情況產生差異的原因，并思考可能的解決方案。

如圖3所示，控制器在本實施例中采用DSP處理器，系統(tǒng)采用TMS320F28335型數(shù)字信號處理器，該處理器是TI公司的一款TMS320C28X系列浮點DSP控制器。與以往的定點DSP相比，該處理器的精度高，成本低，功耗小，性能高，外設集成度高，數(shù)據(jù)以及程序存儲量大，A/D轉換更精確快速等。因此該處理器能集中控制整個風光互補系統(tǒng)的所有環(huán)節(jié)包括風力發(fā)電、光伏發(fā)電、蓄電池供電以及等雙軸光源模擬跟蹤平臺電機轉向控制功能。

在此基礎上設計了并網、離網逆變器的電壓、電流控制策略，DSP控制板根據(jù)電路功能不同可選發(fā)出驅動信號，最多可同時發(fā)出6路驅動信號，驅動信號通過驅動電路轉換為隔離PWM驅動信號；多路PWM控制信號給并離網逆變器提供了充足的驅動接口信號。

如圖4所示，在蓄電池未充滿時，控制器的作用是最大限度地對蓄電池充電，當蓄電池被充滿時，控制器自動卸荷，使太陽能與風力發(fā)電機所發(fā)出的電能通過卸荷電阻消耗掉，從而防止蓄電池過充而損壞，蓄電池此時處于浮充狀態(tài)；當蓄電池放電至過放保護電壓限時，控制器將發(fā)出蓄電池電量不足警告并切斷蓄電池的放電回路，以防止蓄電池因過放電而損壞。

控制器的其它功能還包括風力發(fā)電機、光伏陣列以及蓄電池極性反接保護設計，蓄電池經過過充電與過放電之后的恢復延時設計，風機自動投入與卸載(剎車保護)，光控與時控調節(jié)負載輸出，以及系統(tǒng)工作狀態(tài)顯示等。

控制電路主要由充電和放電回來組成，圖4中F1，F(xiàn)2為熔斷器；R1為風機卸荷負載，R2位蓄電池卸荷負載；Q1與Q2分別為太陽能電池與風力發(fā)電機對蓄電池進行充放電的開關器件。Q3為控制風力發(fā)電機卸荷負載的開關器件。G1、G2、G3為對應的開關器件驅動信號，其全部由DSP控制器控制驅動電路產生。

DSP實時檢測蓄電池電壓水平。當蓄電池電壓處于正常范圍內，風光互補系統(tǒng)對蓄電池充電的同時，蓄電池也對負載進行供電。當蓄電池處于欠壓饋電狀態(tài)，DSP發(fā)出指令信號，切除蓄電池負載，風光互補系統(tǒng)繼續(xù)對蓄電池充電，使其電壓不斷升高。當蓄電池電壓過高，能量過大時，DSP發(fā)出停止風光系統(tǒng)對蓄電池充電的指令，同時接入蓄電池輸出端負載。

如圖5所示，該裝置外型柜體10主要由觸摸顯示屏11和狀態(tài)指示燈12組成。

實訓系統(tǒng)的硬件資源接口及代碼完全給用戶開放，用戶可自行接線并在Code Composer Studio v5進行二次開發(fā)。

本實施例中的主要技術參數(shù)為：

1)模擬風源：軸流風機2.2kw、風速可調；

2)風力發(fā)電機：三相交流12V，額定功率100W，額定風速15m/s；

3)太陽能電池組件功率：DC12V/100W；

4)蓄電池電壓：DC12V 24AH；

5)風光互補控制器：DC12V/400W；

6)模擬光源：光強可調0-500W，距離0-50cm可調；

7)跟蹤系統(tǒng)：雙軸跟蹤，水平360度，俯仰180度，精度正負5度；

8)儀表單元:直流電壓電流功率表；

9)觸摸屏人機界面模塊：控制模擬光源及太陽能板角度，以及顯示光伏輸入，控制器輸出，蓄電池電壓電流等；

該平臺的優(yōu)點為：

(1)經濟性。目前國內教學儀器生產廠家實驗儀器定價偏高，特別是專業(yè)實驗設備生產廠家較少，價格更加昂貴，而且其功能不一定滿足教學和科研需要。

(2)平臺提供了相當大的自由度，可以根據(jù)設計的需要進行硬件設計和軟件開發(fā)，直至最后的軟硬件測試。能夠有效的提高動手能力，開拓創(chuàng)新性思維。

(3)實驗機組容量小，耗電小，配置齊全；裝置經過特殊設計,其參數(shù)特性能模擬通用實驗機組。

(4)裝置布局合理，示意圖明確、清晰、直觀；實驗連接線采用強、弱電分開,插頭兩者不能互插，避免強電接入弱電設備，造成該設備損壞；電路連接方式安全、可靠、迅速、簡便。

開放式風光互補發(fā)電系統(tǒng)是面向高等院校電氣信息類本、專科生深刻理解風能與太陽能的實驗教學而設計的作品，具有風力和太陽能互補供電、光源跟蹤、逆變器離網、并網等功能。可以掌握基本實驗方法與訓練基本技能，并在此基礎上充分運用實驗設備對相關電路進行全方位深入研究。

應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本實用新型所附權利要求的保護范圍。