ZN-XNY03型 光伏离并网追日发电实验系统

一、系统概述

       ZN-XNY03型 光伏离并网追日发电实验系统主要由光伏装置、逐日系统装置、控制装置（含控制器、逆变器）、仪表与负载单元、监控系统组成，如图1所示。

      ZN-XNY03型 光伏离并网追日发电实验系统采用模块式结构，各装置和系统具有独立的功能，可以组合成光伏发电实训系统。使用铝合金框架。 
 

二、技术参数：

实训台工作电源：AC220V±10% 50Hz

工作环境：环境温度范围为-20℃～+45℃ 相对湿度＜85%

外形尺寸：

1、实训台：1280mm×600mm×1680mm

2、逐日系统：1050*1400*1640mm

三、各单元介绍

1、光伏跟踪装置

（1）光伏跟踪装置的组成

光伏跟踪装置系统含PLC控制单元、触摸屏、控制系统。光伏供电装置主要由光伏电池组件、光线传感器、投射灯底座支架等设备与器件组成。

4块光伏电池组件并联组成光伏电池方阵，模拟光源：采用2盏300W的投射灯安装在支架上，采用涡轮蜗杆结构（0-60CM可调）、电压220V、*大功率300W。

（2）光伏发电装置

光伏发电装置主要由4块10W的太阳能光伏板组成，可进行并联连接或者串联连接。其主要参数如下

光伏电池组件的主要参数为：

额定功率  4*20W

开路电压：21.87 V（并联），4*18.00V（串联）

短路电流：4*0.31A（并联），0.28A（串联）

工作环境温度45℃±2℃。

（3）光线传感器、光线传感器控制盒

逐日系统光源检测部分采用数字化光源检测技术。采用高档CPU、光敏传感器和硅光电池集合设计。本控制盒是专用于交流24V云台的太阳跟踪控制，其采用24V交流输入，可输出四个方位的控制电压给云台，一般云台的方位控制是一根公正，左右上下各四个，本控制盒就是依些配置。

控制盒中，方位检测与继电器控制一体集成在电路板内。小巧，美观，质量可靠。

跟踪精度可达1度，同时锁定性能良好。技术成熟，属不断改进而形成的*终控制方案。

2、 实验实训台

实验实训台采用铝合金设计，桌面为防火、防水、耐磨高密度板,结构坚固，造形美观大方；设有吊柜，用于放置工具、存放挂箱及资料等。桌面用于安装电源控制屏并提供一个宽敞舒适的工作台面。

（1）电源控制屏

电源控制屏提供1路单相220V交流电源、1路0-30V直流稳压电源（2A）、铅酸蓄电池（蓄电池组选用2节阀控密封式铅酸蓄电池。

主要参数：容量   12V、7Ah）、900Ω×2/0.41A的双层瓷盘可调电阻。光源控制模块（控制光源）。电源系统监测系统：至少配置4通道模拟量输入（0-3V）；4通道数字量输入（光耦隔离）；3通道继电器输出（220V,1A）；2路DA输出（0-3V）；带标准以太网接口（有LED指示其工作状态）；有RS485接口、CAN接口（专用隔离模块）；4位数码管显示；带ARM的仿真与下载口；USB2.0接口（RS232接口）；接基于串口协议的无线模块，模块可更换（带天线,工业级）；位机PC以太网监控程序，可远程直接采集操作本模块的硬件资源；提供多种传感器模块供用户选配，可远程控制系统的电源。

（2）网孔板及安装模块

提供网孔板、直流仪表（电压表、电流表、具有通信接口）、交流仪表（电压表、电流表、功率表三合一、具有通信接口）、直流负载（警示灯、节能灯）、交流负载（白炽灯、风机）、触摸屏、离网逆变器、并网逆变器、风光互补控制器。

(3)仪表

1.直流电压表

具有通信接口、具有手动自动量程、工业级柜装48mm*96mm、精度：0.5级，1000V档位显示格式：999.9，显示单位：V；100V档位显示：99.99，显示单位：V；10V档位显示：9.999，显示单位：V；采用透明面板设计。正反驳接误差不大于5个字。

2.直流电流表

具有通信接口、具有手动自动量程、工业级柜装48mm*96mm、精度：0.5级，5A档位：4.999，显示单位：mA；1000mA档位：999.9，显示单位：mA；100mA档位：99.99，显示单位：mA。采用透明面板设计，全量程内阻0.1毫欧。

（4）交流仪表参数

功率及功率因数表由24位专用DSP、16位高精度AD转换器和高速MPU单元设计而成，通过键控、数显窗口实现人机对话功能控制模式。软件上采用RTOS设计思路，同时配有PC监控软件来加强分析能力。能测量电路的功率、功率因数。功率测量精度为1.0级，功率因数测量范围0.3-1.0，电压电流量程为450V和5A，能自动判别负载性质，并可存储测量数据，供随时查阅。

（5）可编程控制系统

采用兼容西门子可编程控制器CPU224，配下载线与开发环境。

（6）并网逆变器

AC标准电压范围：90V～140V/180V～260VAC

AC频率范围：55Hz～63Hz/45Hz～53Hz

并网输出功率：400W

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)

高性能自动功率点追踪（MPPT）

强大的MPPT算法，以优化来自太阳能电池板的功率收集，可精确地捕捉及锁定*大输出功率点，使发电量大幅提高到大于25%以上。

电力输出:（逆向电力传输）

高效的电力逆向传输技术，逆变器在并网输出模式时电力以反方向电力传输，自动检测电路中的负载并优先进行使用，用不完的电力才向电网逆方向传输供应到其他地方使用，电力传输率可达99.9%。在光伏发电应用系统中使输出效率更高。

(7)离网逆变器

输出	输出电压	220VAC
	功率	300W
	瞬间功率	600W
	输出波形	纯正弦波
	输出频率	50Hz/60Hz
	输出电压误差值	low & high 10%
	空载电流	<0.6A
	效率	>88%
	USB 输出电压（外置）	5V
	LED 显示	显示工作状态，和错误状态
	输入电压	20-28VDC
	工作电压	24VDC
	保险丝	35A
保护	低压报警	20.5+0.3V
	低压关断	20+0.5V
	过压关断	30+0.5V
	过载关断	360W over 10 seconds
	过热保护	>75℃
	过热	输出自动关闭
	工作温度	‘-10℃ and +50℃之间
	有软启动功能

(8)触摸屏

带通信线与开发环境。

分辨率	600X800
处理器	CPU	显示器尺寸(寸)	7
产品认证	CCC	工作温度	0-65
显示器类型	液晶	显示色彩	彩色
输入方式	触摸屏输入	输入电压(V)	24

（9）控制器

采用专业MCU微处理器控制，真正实现充电、放电的智能化控制；采用低损耗、长寿命的MOSFET作为控制器的主要开关器件；光伏充电（PWM）技术，充电效率更高；运行状态、故障指示灯指示；多种控制模式：光控开光控关模式/光控开时控关模式/无光控时控的自动模式；输出吸收回路，可带感性负载；记忆功能，控制器失电重新上电后，自动按失电前的模式工作；完善的保护功能；蓄电池防反接；自动刹车功能；数字显示等功能；具体参数如下：

额定输入电压 (VDC)		12/24
欠压保护 (VDC)		≤21.6
欠压恢复 (VDC)		≥24.6
过压保护 (VDC)		≥33.0
太阳能输入
*大开路电压 (VDC)		50
光控开、关灯	开灯电压 (VDC)	≤7.0
	关灯电压 (VDC)	≥14.0
浮充电压 (VDC)		27.4
过充保护电压 (VDC)		≥28.8
充电恢复电压 (VDC)		≤26.4
直流输出
输出路数 (N)		2路
额定输出电流	负载1 (A)	2.5~15
	负载2 (A)	2.5~15
过载能力		120%过载 60秒关闭输出/150%过载 10s关闭输出
控制模式		光控模式 / 时控模式 / 自动控制模式
串口通信		RS485（A、B）
机械尺寸、工作环境
尺寸 (深 x 宽 x 高)		230 x 145 x 75
参考重量 (Kg)		6
防护等级		IP41
使用海拔 (m)		≤3000
温度范围 (℃)		-20 ~ +65

（10）负载系统的组成

设备配置有直流负载（红色警示灯：供电DC24V尺寸直径72mm*高44mm、LED节能灯：AC/DC24V，额定功率：2W，色温：6500K正白）和交流220V负载（白炽灯、风机）

3、监控系统

1)监控系统组成

监控系统主要由触摸屏、接线排、电源插座、通信线、微软操作系统软件、组态软件组成。

2)监控系统功能

通信

触摸屏、PLC之间进行通信，监控自动跟踪过程与PLC、仪表等之间进行通信。

4、智慧教室综合测控系统

该系统采用一体化设计，要求所有功能集中在一块核心控制器上，禁止采用多种模块拼装，确保使用人员的人身安全及设备安全的性能指标

（一）、虚拟示波器所需实现的功能：50MHz   2路波形测量功能；

（二）2路逻辑分析仪功能；

（三）1路任意波形信号发生器输出；

200MSa/s高速实时采样，50MHz带宽，波形测量完全满足教学实验要求，波形平滑不失真。

（四）2路PWM脉冲信号发生器：可设置频率、占空比。

（五）、万用表功能

1、万用表的电阻测量功能；

2、万用表的直流电压测量功能；

3、万用表的交流电压测量功能；

4、万用表的交流电流测量功能；

（六）、人机界面功能

*1、人机界面显示所测量的波形，并显示相应的量测值；

*2、可通过点击界面按钮，将所测量的波形插入实验报告模板中；

*3、学生的实验报告结果可通过点击界面按钮，统一上传到指定的教师电脑文件夹下；

（七）、实验室安全监控功能

1、环境参数测量：可同时测量显示温湿度、CO2浓度和PM2.5；

2、电气参数测量：可测量控制台电压电流，并计算出功率；

3、过流、过压、欠压（阀值可设置）报警跳闸保护；

4、安全防护：实验室环境安全监控装置（PM2.5、烟雾、可燃气体、温湿度及CO2浓度异常（火警）报警）；

5、节电功能：长期无人实验时，自动关闭总闸开关，实现安全和节电效果；

四、设备整体情况

1）采用发光（光谱）接近太阳光的灯来模拟太阳光。使得实训项目随时都可以进行。从而不需要受天气变化的限制。

2）强调工程实用性，采用电池板（40W）、智能控制器、蓄电池、要求均与现场应用中一样，使学生深刻理解太阳能光伏发电的现场应用。

3）各个部分是完全独立的，学生在实训过程中可根据自己对太阳能光伏发电应用的理解自己动手连接。

4）采用标准工业用电池板，可置于户内和户外，角度可以调节。

5）提供多种模拟应用实训：太阳能路灯、太阳能警示灯和逆变器等。

6）整体尺寸：1280mm*600mm*1680mm，网孔板不小于1200mm*600mm

7)带吊柜用于防置实训器材。

8)提供实验台操作说明书，采用Labview设计，提供实验管理软件。

五、可完成实验项目

1.太阳能电池发电原理实验

2.光伏电池的I-U特性测试实验

3.环境对光伏转换影响实验

4.太阳能电池组件和蓄电池的选择

5.太阳能电池自动追光系统实验

6.控制器工作原理实验

7.控制器充放电保护实验

8.太阳能路灯实验

9.太阳能警示灯实验

10.离网逆变器逆变实验

11.并网逆变器逆变实验