KNT-WP01型风光互补发电综合实训系统教程之力控教程

2017年全国职业院校技能大赛竞赛项目方案一、赛项名称（一）赛项名称风光互补发电系统安装与调试（二）压题彩照图1.1 赛项设备照片（三）赛项归属产业类型新能源产业、先进制造产业、新材料产业、电子信息产业、物联网产业。

（四）赛项归属专业大类（涉及的专业太多，且不是大类，建议：只提53、56两大类等）二、赛项申报专家组三、赛项目的四、赛项设计原则五、赛项方案的特色与创新点六、竞赛内容简介“风光互补发电系统安装与调试”赛项设计是为了适应新能源产业的发展、建设低碳社会和推动经济结构的调整。

通过技能竞赛，促进职业院校紧贴新能源产业发展与需求，培养新能源产业发展需要的高技术技能人才，推动职业院校新能源技术应用专业及相关专业的建设。

竞赛时间为4小时，包括系统安装时间、接线时间、编程时间、设计时间、调试时间及提交成果时间等。

赛项设备主要由光伏供电装置、光伏供电系统、风力供电装置、风力供电系统、负载与逆变系统、监控系统组成。

赛项设计侧重光伏发电和风力发电设备的安装和调试，对设计、检测和分析思考有一定的要求。

赛项方案体现光伏发电和风力发电过程的真实性，综合了光电材料、风电材料、传感器、PLC、电能转换技术、模拟电子技术和数字电子技术、电力电子技术、计算机控制技术、自动控制技术、智能仪表技术、通信技术、检测技术等多学科知识。

竞赛的主要内容涉及：（一）光伏电池组件、投射灯、传感器的安装。

（二）光伏供电系统中的控制单元、接口单元、PLC、传感器、智能仪表、继电器等器件的安装、接线和测试。

（三）光伏电池伏安特性的测试。

（四）光伏电池组件对光跟踪的程序编制和测试。

（五）蓄电池组的安装、充放电工作参数的测试、过冲过放保护测试。

（六）光伏供电系统相关电路的绘制。

（七）模拟风场组件安装。

（八）风力发电机的组装。

（九）风力发电机输出特性的测试。

（十）风力供电系统中的控制单元、接口单元、PLC、传感器、智能仪表、继电器等器件的安装、接线和测试。

KNT-WP01型风光互补发电综合实训系统教程之力控教程建立一个新的项目的基本流程：1、打开软件：双击桌面上的图标，打开软件，弹出工程管理器对话框，如图1所示，图12、新建工程：点击工程管理对话框上的按钮，弹出新建工程对话框，如图2所示，可对工程项目进行命名等，点击确定。

图23、工程开发制作，点击工程管理对话框上的按钮，弹出如图3所示界面，对工程进行开发制作。

图34、新建窗口，双击开发系统左侧的，弹出窗口对话框，如图4所示，图4可对窗口属性进行设定，如名字、背景色等。

5、新建I/O设备组态，双击图标，可对PLC、变频器、modbus 等下位设备进行I/O设备组态设置。

对话框如图5所示，图5各设备组态可对其设备名称，设备地址，串口，波特率，奇偶校验，数据位以及停止位等进行设置，如下图6、7所示：图6图7表1为各设备的I/O设备的串口，波特率，奇偶校验，数据位，停止位的一些参数。

序号名称描述通信波特奇偶数据停止串口地址1 S7_200_1 光plc PPI 9600 偶8 1 Com1 22 S7_200_2 风plc PPI 9600 偶8 1 Com2 23 VFD(变) 变频器USS 9600 偶8 1 Com2 34 SUN_I 光电流Modbus 9600 无8 1 Com3 15 SUN_V 光电压Modbus 9600 无8 1 Com3 26 WIN_I 风电流Modbus 9600 无8 1 Com3 37 WIN_V 风电压Modbus 9600 无8 1 Com3 48 INVE_I 逆电流Modbus 9600 无8 1 Com3 59 INVE_V 逆电压Modbus 9600 无8 1 Com3 610 S_CTRL 光控制Modbus 19200 无8 1 Com4 111 W_Ctrl 风控制Modbus 19200 无8 1 Com5 112 I_Ctrl 逆控制Modbus 19200 无8 1 Com6 1表16、建立数据库组态，双击图标，弹出数据库组态对话框，如图8所示：图8可建立开关量、模拟量等数据库变量，如表2所示。

风光互补发电实训系统技术方案南京康尼科技实业有限公司2013年2月26日第一部分：技术参数KNT-WP01型风光互补发电实训系统一、概述2013年全国职业院校技能大赛高职组“风光互补发电系统安装与调试”赛项使用的大赛设备是由南京康尼科技实业有限公司研发生产的产品“KNT-WP01型风光互补发电实训系统”。

二、设备组成KNT-WP01型风光互补发电实训系统主要由光伏供电装置、光伏供电系统、风力供电装置、风力供电系统、逆变与负载系统、监控系统组成，如图1所示。

KNT-WP01型风光互补发电实训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、风力发电实训系统。

(1)、设备尺寸：光伏供电装置1610×1010×1550mm风力供电装置1578×1950×1540mm实训柜3200×650×2000mm(2)、比赛场地面积：20平方米图1 KNT-WP01型风光互补发电实训系统三、各单元介绍1、光伏供电装置(1)、光伏供电装置的组成光伏供电装置主要由光伏电池组件、投射灯、光线传感器、光线传感器控制盒、水平方向和俯仰方向运动机构、摆杆、摆杆减速箱、摆杆支架、单相交流电动机、电容器、直流电动机、接近开关、微动开关、底座支架等设备与器件组成，如图2所示。

图2 光伏供电装置4块光伏电池组件并联组成光伏电池方阵，光线传感器安装在光伏电池方阵中央。

2盏300W的投射灯安装在摆杆支架上，摆杆底端与减速箱输出端连接，减速箱输入端连接单相交流电动机。

电动机旋转时，通过减速箱驱动摆杆作圆周摆动。

摆杆底端与底座支架连接部分安装了接近开关和微动开关，用于摆杆位置的限位和保护。

水平和俯仰方向运动机构由水平运动减速箱、俯仰运动减速箱、直流电动机、接近开关和微动开关组成。

直流电动机旋转时，水平运动减速箱驱动光伏电池方阵作向东方向或向西方向的水平移动、俯仰运动减速箱驱动光伏电池方阵作向北方向或向南方向的俯仰移动，接近开关和微动开关用于光伏电池方阵位置的限位和保护。

Topics and reviews 专题与综述0　引言我国早已提出对于深化教学改革，优化人才培养的相关要求，其中特别强调要大力加强实践教学，切实提高大学生的实践能力。

工程型实训平台对于提高电气工程专业学生跨专业系统地解决复杂电气工程的专业人才培养有着重要意义1　风光互补发电实验平台原理与组成风光互补发电实验平台是在室内模拟自然环境中工作条件变化而进行能量转换，电能储存，能量质量智能管理。

结构图如图1所示。

图1风光互补发电实验平台结构实验平台主要由光伏发电模块、风力发电模块、蓄电池、风光互补控制器、逆变器、能量监控系统、交直流负载组成。

各模块间输入输出集成在主控制台之上，学生可通过修改操作台上接口间连线改变整套系统工作状态、有机集成系统、灵活调配功能，以便操作人员自主选择所需状态进行学习与研究[1]。

1.1　光伏发电模块实验平台由可调卤素灯模拟实际光源，将两组由两块25W的太阳能电池板串联使用将光能转化为电能，采集产生的电能进入控制器中通过改变功率开关的开通占空比进行最大功率控制。

图2不同光照强度下的太阳能电池板I-V及P-V特性曲线太阳能电池与常规蓄电池不同，并非稳定的恒流源或恒压源，它属于一种不稳定的非线性直流电源，输出电压受到光照强度与外界温度的影响。

改变光源的光照强度S可得到不同光照强度下光伏电池的I-V与P-V特性曲线如图2所示。

由于卤素灯功率很高，产热能力很强所以不能忽略温度对于太阳能电池板发电的影响，以同一光照强度S=500 W/m2照射太阳能电池板得到不同温度下光伏电池的I-V与P-V特性曲线如图3所示。

图3不同温度下的太阳能电池板I-V及P-V特性曲线综合图2和图3光伏阵列在不同外界条件下的特性曲线可知，温度与光照强度对光伏阵列的输出电压电流有很大影响，且会改变输出功率。

根据其P-V特性曲线可知光伏阵列在每个光照强度与温度的组合下都有一个最大输出功率点即dP/dU=0。

因此综合几种常用太阳能最大功率跟踪算法，如恒电压控制法、扰动观测法、导纳增量法等，可选用导纳增量法作为系统的MPPT算法。

实验10逆变原理实验一、实验目的1.了解光伏并网逆变电路原理。

2.熟练掌握逆变原理实验的操作步骤。

二、实验仪器：序号名称备注1储能系统实验科研平台已配好2室外光伏电池板配电柜实验科研平台已配好3控制系统实验科研平台已配好4风源控制系统用于室外光伏电池板配电柜接线板取电5并网逆变系统实验科研平台已配好三、原理与说明并网逆变器前级加BOOST升压斩波电路的拓扑结构【5，6】，并通过控制BOOST电路的占空比有效跟踪风力发电机的最大功率。

在分析并网逆变器控制系统的同时采用MATLAB根轨迹图解的仿真方法进行调节器设计【7，8】，从而使系统获得了良好的动、静态特性，满足了高效、可靠发电的要求。

系统的组成：图10-1系统采用电压型H桥并网逆变器进行并网电流控制。

考虑到电机的绕组隔离特性，本系统在交流输出侧直接并网，而不需要变压器隔离。

因此采用交－直－交电能变换实现本系统的并网功能。

通过BOOST升压斩波电路得到并网逆变器要求的直流母线电压。

为了满足电压型并网逆变器的工作条件，即直流侧电压至少要达到电网电压的峰值，在H桥并网逆变器的直流侧前级加BOOST斩波升压电路。

系统的拓扑如图10-1。

控制原理H桥PWM并网逆变器是具有电流控制特性的电压型逆变器。

通过对交流并网侧电感电流的控制来实现电能的单位功率因数并网运行。

根据图1，H桥交流侧电路方程是：其中v ab、e、i ac、L2、p、v c2分别为交流斩波电压、电网电压、交流电流，交流电感、微分算子、直流母线电压。

S为开关函数：由式（1），易得显然，公式表明，系统可通过控制开关函数S的PWM调制来实现交流电流的并网控制。

为了实现并网逆变器网侧电流的单位功率因数控制，同时稳定直流母线侧电压，这里采用双闭环控制结构。

其中，电流内环进行正弦电流的跟踪控制；而电压外环稳定直流母线电压。

整个并网逆变器的控制结构如图10-2图10-2电流内环设计并网逆变器的电流内环需要有快速的电流跟踪特性，以保证单位功率因数正弦波电流的输出。

KNT-WP01型风光互补发电系统实训数据在此次KNT-WP01型风光互补发电系统实训中，测量记录的主要数据包括太阳能电池伏安特性曲线和风力发电伏安特性曲线，以及光伏实际充电波形图、光伏模拟充电波形图、风电实际波形图、spwm波形图、基波波形图、300ns死区时间波形图、3000ns 死区时间波形图、300ns单通道逆变输出波形图、3000ns单通道逆变输出波形图。

测量工具主要为示波器。

1、太阳能电池伏安特性曲线光伏电池方阵的负载是1000Ω/50W的可调电位器，通过调节可调电位器，得出十组数据，根据数据画出伏安特性曲线。

表1 光伏电池输出数据图1 光伏电池伏安特性曲线2、风力发电伏安特性曲线风力供电系统的负载也是1000Ω/50W的可调电位器，通过调节可调电位器，得出十组数据，根据数据画出伏安特性曲线。

表2 风力发电输出数据图2 风力发电伏安特性曲线3、蓄电池的实际充电波形（光伏）打开投射灯1和投射灯2，光伏电池组件输出电压约为18V 左右，蓄电池的电压低于13.5V。

将示波器的A通道检测探头分别接到DSP控制单元的JP10-2和0V上，测到如图所示的波形。

图3 蓄电池的实际充电波形4、蓄电池的模拟充电选择光伏模拟电压值和蓄电池的模拟电压，将示波器的A通道检测探头分别接到DSP控制单元的JP10-4和0V上，测到如图所示的波形。

图4 模拟充电波形图图5 模拟充电波形图图6 模拟充电波形图5、蓄电池的实际充电波形（风电）同光伏供电装置一样，启动风力供电装置，风机输出电压约为12V左右，将示波器的A通道检测探头分别接到DSP控制单元上，测到如图所示的波形。

图7 蓄电池的实际充电波形6、SPWM波形图将示波器A通道探头接在逆变器测试模块的23.4K SPWM 测试端，测量得到SPWM波形。

图8 SPWM波形7、50Hz基波将示波器A通道探头接在逆变器测试模块的50Hz基波测试端，测量50Hz基波。

图9 50Hz基波波形8、300ns与3000ns死区时间波形图图10 300ns死区时间波形图11 3000ns死区时间波形9、300ns与3000ns单通道逆变输出波形图图12 300ns单通道逆变输出波形图13 3000ns单通道逆变输出波形逆变器的死区时间反映逆变器输出正弦波的正半周波形与负半周波形之间的延时时间，死区参数与逆变器输出电能的质量有密切关系。

KNT-WP01型风光互补发电实训系统简介
KNT-WP01型风光互补发电实训系统主要由光伏供电装置、光伏供电系统、风力供电装置、风力供电系统、逆变与负载系统、监控系统组成，如图所示。

光伏供电装置主要包括光伏电池组件（太阳能电池板）和模拟太阳光的射灯，光伏电池受到光照作用，在两极产生约0.5V的直流电压，多块电池板串、并联最终得到约18V直流电压。

射灯可以通过摆杆移动，光伏电池也可以移动。

光伏供电系统的功能主要是将光伏电池得到的电能用蓄电池存储起来，电表测出当前光伏电池发电的电压、电流、功率等参数。

并能用PLC控制电池板和射灯移动，使光伏电池追踪太阳至最大功率发电的位置。

风力供电装置主要包括一个电风扇和一个直流发电机，风扇模拟自然风，吹到发电机的叶片上，推动发电机转动发电。

风扇可改变方向和风力大小。

发电机叶片尾部的尾翼可偏斜。

风力供电系统的功能主要是将风力发电机的电能用蓄电池（与光伏发电同一蓄电池）存储起来。

电表测出当前发电机的电压、电流、功率等参数。

并能用PLC控制发电机的尾翼偏斜及风源的大小和方向。

逆变与负载系统的主要功能是将蓄电池中的直流电能转换成交流电，并将电压升到220V以供给常规家电使用。

另外安装了三个常规电器用以检验该风光互补发电设备发出的电能供给电器时能否正常工作。

监控系统由一台安装过力控组态软件的计算机组成，通过该电脑软件界面，可监视当前光伏发电和风力发电的输出电压、电流等参数，打印报表。

同时还可以控制光伏电池组件、射灯的相应移动，以及风源的角度、风力控制、侧风偏航等。

KNTSPV使用手册KNT-SPV01 光伏发电实训系统使用说明书（20XX年全国职业院校技能大赛指定设备）南京康尼科技实业有限公司20XX年3月本使用说明书配系统使用光盘。

在使用KNT-SPV01 光伏发电实训系统之前，请仔细阅读本使用说明书和系统使用光盘。

目录1.1 KNT-SPV01 光伏发电实训系统简介 (4)1.2 光源模拟跟踪装置和光源模拟跟踪控制系统...............................4 1.3 能量转换控制存储系统………………………………………….6 1.4 离网逆变负载系统……………………………………………….7 1.5 监控系统………………………………………………………….82.1 GE PLC的工作任务………………………………………………9 2.2 能量转换控制存储系统的工作任务……………………………16 2.3 离网逆变负载系统的工作任务…………………………………44 2.4 监控系统的工作任务……………………………………………52 附件1：能量转换控制存储系统电气原理框图附件2：离网逆变负载系统电气原理框图附件3：接线图1.1 KNT-SPV01 光伏发电实训系统简介KNT-SPV01光伏发电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、监控系统组成，如图1所示。

（a）（b）（c）（d）（e）图1 光伏发电系统（a）光源模拟跟踪装置（b）光源模拟跟踪控制系统（c）能量转换控制存储系统（d）离网逆变负载系统（e）监控系统1.2 光源模拟跟踪装置和光源模拟跟踪控制系统1. 光源模拟跟踪装置光源模拟跟踪装置由4块太阳能电池板组件、3盏300W投射灯、追日跟踪传感器、X和Y方向运动机构、直流电动机和支架组成。

太阳能电池板组件的主要参数：额定功率20W 额定电压17.2V 额定电流1.17A 开路电压21.4V 短路电流1.27A尺寸430×430×28mm2. 光源模拟跟踪控制系统光源模拟跟踪控制系统由母线单元（SPV01-GE01）、电源组件（SPV01-PO02）、GE可编程序控制器（*****R040）、按钮单元（SPV01-BU03）、继电器、12V开关电源（DR-120-12）和端子排等低压电器等组成。