一、系統(tǒng)概述
風力發(fā)電實驗系統(tǒng)為小型水平軸永磁同步風力發(fā)電實驗系統(tǒng)，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，電氣測試點均采用安全的實驗插孔與實驗導線連接。 模擬風源采用變頻器實時控制大功率調(diào)速電動機，通過軸流風洞模擬自然風； 風力發(fā)電機在模擬風源的吹動下向外輸送電能；多路儀表可實時顯示系統(tǒng)發(fā)用電信息，集成通訊接口，可將數(shù)據(jù)遠程傳遞給上位機，進行遠程綜合監(jiān)測，并可進行數(shù)據(jù)報表存儲、查詢；平臺內(nèi)集成了風機控制器、蓄電池、離網(wǎng)逆變器以及交直流負載，可以組成離網(wǎng)型風力發(fā)電系統(tǒng)。 
二、主要參數(shù)
2.1、系統(tǒng)輔助電源
Ø 電源1：輸入：AC220V、輸出：DC24V/2.5A
Ø 電源2：輸入：AC220V、輸出：DC12V/2.0A
Ø 電源3：輸入：AC220V、輸出：DC5V/2.0A
2.2 模擬風源
采用變頻軸流通風機，額定電壓380V、額定頻率50HZ、額定功率2.2KW、額定轉(zhuǎn)速1420rpm；電機采用2.2KW變頻器驅(qū)動；風速可調(diào)（0-13m/s）、風速控制精度：0.1m/s、風向控制精度：0.1°
Ø 風量：32073 m^з/h
Ø 風壓：288Pa
Ø 轉(zhuǎn)速：1440 r/min
Ø 功率：2.2kW     
Ø 可調(diào)風速：0～13級連續(xù)可調(diào)
2.3 風力發(fā)電機
Ø 額定功率：300(W)
Ø 額定電壓：12(V)
Ø 額定電流：33.3
Ø 風輪直徑：1.24(m)
Ø 啟動風速：2.5(m/s)
Ø 額定風速：9.6(m/s)
Ø 安全風速：35(m/s)
Ø 工作形式：永磁同步發(fā)電機
Ø 風葉旋轉(zhuǎn)方向：順時針
Ø 風葉數(shù)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
2.4、測風系統(tǒng)
Ø 測量范圍： 風速：0～60m/s    風向：0～360°
Ø 精    度： ±0.1m/s  ± 3°  
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(xù)可設(shè)置
Ø 內(nèi)部存儲：  4M bit
Ø 通訊接口：  RS-232/485/USB通訊
Ø 環(huán)境溫度：   -40℃～50℃   
Ø 轉(zhuǎn)速傳感器：0～5000 風力發(fā)電機轉(zhuǎn)速檢測顯示（室內(nèi)）
2.5、風力發(fā)電控制系統(tǒng)：
Ø 工作電壓：12VDC
Ø 充電功率Pmax ：600W 
Ø 光伏功率Pmax ：150W
Ø 風機功率Pmax ：450W
Ø 充電方式：PWM脈寬調(diào)制
Ø 充電最大電流 35A
Ø 過放保護電壓 11V  
Ø 過放恢復電壓 12.6V
Ø 輸出保護電壓 16V   
Ø 卸載開始電壓（出廠值）15.5V
Ø 卸載開始電流（出廠值） 15A
Ø 控制器設(shè)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、夜間防反充電保護、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、光控開關(guān)功能；
Ø 負載為100W以下的12V直流負載，控制單元一通道為常開輸出，另一通道為多類定時輸出（光控開、光控關(guān)，定時開、定時關(guān)，）。
Ø 使用32位高速單片機，實現(xiàn)智能控制，自動識別12/24V系統(tǒng)。 采用串聯(lián)式PWM充電控制方式，使充電回路的電壓損失較原二極管充電方式降低一半，充電效率較非PWM高3－6%;過放恢復的提升充電，正常的直充，浮充自動控制方式有利于提高蓄電池壽命。
Ø 多種保護功能，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，具有自動恢的輸出過流保護功能，輸出短路保護功能。
Ø 具有豐富的工作模式，如光控，光控＋定時，通用控制等模式。
2.6、離網(wǎng)逆變器
Ø 直流輸入電壓：9.7～16VDC 電壓可選
Ø 額定蔬出功率：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(shù)：>0.88
Ø 波形失真率≤5% 
Ø 工作環(huán)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
具有輸出短路、過溫、過載、欠壓保護及保護具有自動恢復功能，采用風機冷卻方式，輸入輸出完全隔離設(shè)計，能快速并行啟動電容、電感負載，三色指示燈顯示，輸入電壓,輸出電壓，負載水準和故障情形，負載控制風扇冷卻，過壓/欠壓/短路/過載/超溫保護
2.7、監(jiān)控系統(tǒng)（工業(yè)觸摸屏）
Ø 尺寸(英寸) 7
Ø 液晶屏：TFT液晶顯示，LED背光
Ø 顯示顏色：真彩，65535色
Ø 分辨率：800×480
Ø 液晶屏亮度：200cd/㎡
Ø 觸摸屏：電阻式
Ø 供電電源：24VDC
Ø 額定功率：5W
Ø CPU主板：ARM CPU，400MHz
Ø 內(nèi)存：64M
Ø 存儲設(shè)備：128M FLASH
Ø 組態(tài)軟件：MCGS嵌入式組態(tài)軟件（運行版）
    環(huán)境條件 　
Ø 工作溫度：0℃~45℃
Ø 工作濕度：5%~90%
Ø 儲存溫度：-10℃~60℃
Ø 振動頻率：10-57Hz 57-150Hz
Ø 振動加速度：0.075mm 9.8 m/s2
Ø 振動掃頻速率：Oct/min ≤1
    外部接口：　
Ø 串口：1×RS232、1×RS485   USB ：1主1從
2.8、儀表顯示單元
Ø 三相交流電壓表：AC0-100V
Ø 三相交流電流表：AC0-5A
Ø 直流電壓表：DC0-100V
Ø 直流電流表：DC0-5A
Ø 交流電壓表：AC0-300V
Ø 交流電流表：AC0-5A
Ø 隔離RS485信號輸出、標準Modbus協(xié)議
2.9、仿真規(guī)劃軟件
    基于Unity3D軟件，使用C#語言進行開發(fā)，采用My Sql作為后臺數(shù)據(jù)庫，通過FTP協(xié)議與數(shù)據(jù)庫進行通信。軟件使用者通過使用光伏、風力、地熱、生物質(zhì)4種能源設(shè)計多能互補方案，完成區(qū)域能源的供能結(jié)構(gòu)改造方案設(shè)計，并結(jié)合區(qū)域的氣候數(shù)據(jù)，模擬區(qū)域內(nèi)實時能耗與供能數(shù)據(jù)，從而優(yōu)化出合理的能源結(jié)構(gòu)。
² 用戶管理功能：
注冊：支持學生或教師按照學校名稱和手機號碼注冊用戶
登錄：支持學生或教師根據(jù)手機號碼或用戶名登錄系統(tǒng)。
找回密碼：支持學生或教師根據(jù)手機號碼找回密碼
權(quán)限管理：支持主用戶添加或刪除子用戶
用戶信息管理：支持用戶信息查看，包括用戶名、學校、真實姓名、學號、上級用戶等
異地登錄：同一個賬號24小時內(nèi)只能在同一臺電腦上登錄，無法在其他電腦上登錄。
² 氣象數(shù)據(jù)庫
支持查看全國超過32個城市的模擬地圖氣候數(shù)據(jù)。支持查看2013-2016年的精確到天的模擬地圖氣候數(shù)據(jù)，可自由設(shè)置日期進行查看。每個城市的氣候數(shù)據(jù)均可查看：平均氣溫、最高最低氣溫、濕度、降水量、輻照量、氣壓、風速、土地濕度攝氏度等。
² 3D地圖功能
支持教師通過3D地圖上的模擬能耗布置相應(yīng)學習任務(wù)，同時可以修改多種參數(shù)以最大化的適應(yīng)不同實際情況，最后可以根據(jù)學生完成情況進行相應(yīng)的評分。
支持學生通過設(shè)置3D地圖上的各種能源搭配的方案來解答教師給出的學習任務(wù)，并給出相應(yīng)的數(shù)據(jù)報表
根據(jù)項目及學習任務(wù)需要規(guī)劃設(shè)計的區(qū)域面積大小，選擇對應(yīng)面積以及地形相似度高的區(qū)域，并定期更新可用的區(qū)域3d地圖、加載在3D地圖上的是真實的地形地貌，包含設(shè)計成虛擬的地形地貌、3D地圖模型、山川、河流與樹木；
支持修改光伏發(fā)電的相關(guān)評分參數(shù)：整機效率、最佳傾角、除組件和逆變器以外的其他成本參數(shù)等。
支持修改風力發(fā)電的相關(guān)評分參數(shù)：整機效率、風力波動（自定義風速的每小時波動數(shù)據(jù)以體現(xiàn)出風力發(fā)電機組隨著每小時風速數(shù)據(jù)的變化，發(fā)電量在1天24小時內(nèi)隨機波動的特點；）
支持修改地熱能的相關(guān)評分參數(shù)：換熱能力、熱協(xié)調(diào)參數(shù)、成本單價
支持修改生物質(zhì)能的相關(guān)評分參數(shù)：生物質(zhì)年供應(yīng)、整機效率、生物質(zhì)殘余物平均能源折算系數(shù)、生物質(zhì)平均谷草比系數(shù)、生物質(zhì)殘余物能源利用可獲得系數(shù)、建設(shè)成本、燃料成本、運維成本等。同時可自動根據(jù)公司計算得出每年最大可建設(shè)的電站功率作為評分準則。
（最大生物質(zhì)電站功率=年供應(yīng)量*1000*平均能源折算系數(shù)*谷草比系數(shù)*殘余物能源利用可獲得系數(shù)/ 3600/365/24）
設(shè)計區(qū)域內(nèi)的5種用能建筑模型（底層住宅、交通樞紐、酒店、小高層、寫字樓），通過設(shè)置每個建筑模型的最大功率、制冷制熱能耗占比、每小時實際用電系數(shù)、日能耗時長，可以獲得區(qū)域內(nèi)建筑每小時、每天、全年的耗電情況以及制冷制熱能耗需求；
可選擇全國任意地區(qū)（精確城市）、任意氣候時段作為區(qū)域能源模擬的目標區(qū)域，通過對比數(shù)據(jù)庫可以得出當?shù)亟?jīng)緯度、光伏組件全年最高、最低工作溫度，并可以自動計算最大、最小電壓、最大開路電壓、最大直流電流等數(shù)據(jù)，可以自行比較同一模型不同規(guī)劃方案的優(yōu)劣，通過比較傾角偏差、組件逆變器功率比、間距誤差、逆變器數(shù)量、生物質(zhì)電站容量、淺層地熱容量、風力電站布局、外部電力輸入、外部電力波動、建設(shè)總成本等，可以對同一模型下的方案進行自動評分
命名：教師可以自行命名模型的名字
刪除：教師可以對模型進行刪除操作
2.10、儲能電池：鉛酸電池12V/17AH
2.11、負載單元
（1）DC12V直流負載五組。（感性負載3組，阻性負載2組）
   1）感性負載有：12V直流風扇、12V直流電機、12V蜂鳴器
   2）阻性負載有：12V交通燈、3W 高亮度LED燈
（2）AC220V交流負載四組。（感性負載1組，阻性負載2組）
   1）感性負載有：220V直流風扇
   2）阻性負載：220V交通燈.220V 3W高亮度LED燈
（3）可調(diào)穩(wěn)壓電源（0-12V，0-2A）。
（4）可調(diào)電阻箱技術(shù)參數(shù)如下：
   1）阻值范圍：0-2000歐連續(xù)可調(diào),功率100W
   2）誤差范圍：±1%
 
三、可完成實驗項目
3.1）小型風力發(fā)電機結(jié)構(gòu)與原理
3.2）小型風力發(fā)電機輸出特性
3.3）風力發(fā)電系統(tǒng)的組成
3.4）蓄電池的充放電特性
3.5）風機控制器的原理與功能
3.6）離網(wǎng)逆變器的原理與功能