专利名称：风光互补发电教学实训系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电力设备，尤其涉及一种风光互补发电教学实训系统。
背景技术：
光能和风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。各国都在加大对光能和风能相应发电设备的研究，为了在这个领域培养更多更尖的人才，很多大专院校开设了相应的课程，因此发电教学实训系统对教学效果显得尤为重要。在实际中，光能和风能发电已得到大量应用，但现有发电教学实训系统仅局限于光伏发电系统，更缺乏光能和风能进行互补发电的实训系统。同时现有的光伏发电教学实 训系统还存在一些缺陷，例如模拟太阳光的光源采用多光源而不能像太阳一样升降，且各个光源之间的开启和关闭使得光源方位的改变呈现跳跃性，光源跟踪装置不能进行连续性跟踪，太阳能电池板的发电量也会呈现相应的跳跃性，不能较好地模拟太阳能发电的真实状况。而实际中的风力发电机其尾翼不能调整，这就造成在风力过大时，如果尾翼处于正中位置，就将使机舱正面迎风，转子叶片会过速转动，造成发电设备中相应机构特易损坏。
发明内容本实用新型的目的在于克服上述现有技术之不足，提供一种光能和风能进行互补发电的实训系统，该系统中的光伏发电系统能很好模拟太阳能发电的真实状况，风力发电系统能根据风力的大小调节尾翼的角度保证叶片转子与风向在一个恰当的角度，使叶片转子得到一个较佳的角度，既可获得较大的风力，又不易使相应的设备由受到损坏。该实训系统由以下技术方案实现所述发电教学实训系统，包括光伏供电装置，风力发电装置、光伏供电单元、风力供电单元、逆变与负载单元和监控计算机组成；所述光伏供电装置主要由太阳能电池板、光源、机架、光源摆杆、光源跟踪传感器以及设置在机架上含有光源摆杆驱动电机的光源摆杆驱动机构和含有仰俯电机及转动电机的光源跟踪机构组成，所述太阳能电池板设置在太阳能跟踪机构上，所述光源跟踪传感器设置在太阳能电池板中部，光源摆杆可转动地连接于机架，所述光源设置在光源摆杆上且与太阳能电池板相对；所述风力发电装置主要由机舱、转子叶片、尾翼、尾翼偏航电机、模拟风源和风速传感器组成，所述转子叶片设置在所述机舱头部，所述尾翼可转动地设置于所述机舱尾部，尾翼偏航电机固定设置于机舱尾部且与尾翼传动连接，模拟风源置于与机舱头部相对位置且间隔一定距离，风速传感器置于机舱头部的前端；太阳能电池板的电能输出端通过电力传输线路与光伏供电单元对应端相连，所述光源、光源摆杆驱动电机、仰俯电机、转动电机的电源开关控制信号及光源跟踪传感器输出信号与光伏供电单兀对应端相连；机舱电能输出端通过电力传输线路与风力供电单兀对应端相连，所述尾翼偏航电机的电源开关控制信号及模拟风源的风速和风向信号通过信号线路与风力供电单元对应端相连；所述逆变与负载单元和风力供电单元对应端分别通过电力传输线路与光伏供电单元的对应端相连，光伏供电单元、风力供电单元和逆变与负载单元的对应端分别通过信号线路与监控计算机的对应端相连。所述发电教学实训系统的进一步涉及在于，所述光源跟踪机构包括可转动支撑架、设置在可转动支撑架上的转动电机、转动减速器、俯仰电机和俯仰减速器，所述转动减速器的输入、输出轴分别与转动电机轴、可转动支撑架的转轴连接，所述俯仰减速器的输入、输出轴分别与俯仰电机轴、太阳能电池板的转轴连接；所述光源摆杆驱动机构包括电机和减速机，所述电机的输出轴与减速机的输入轴连接，减速机的输出轴通过所述转轴与光源摆杆连接。所述发电教学实训系统的进一步涉及在于，所述尾翼偏航电机与尾翼通过齿轮啮合传动进行所述传动连接，所述尾翼偏航电机的转轴上设置有主动齿轮，所述尾翼上设有不完全齿轮，两齿轮相互啮合。所述发电教学实训系统的进一步涉及在于，所述光伏供电单元主要由光伏电源供电模块、触摸屏、DSP控制板、PLC以及蓄电池组成，光伏电源供电模块分别通过信号线路与触摸屏、DSP控制板和PLC的对应端相连，触摸屏与DSP控制板的对应端通过信号线路相连， 所述太阳能电池板的电能输出端通过电力传输线路与DSP控制板的对应端相连，DSP控制板的对应端与蓄电对应端通过电力传输线路相连，摆杆驱动电机、转动电机、俯仰电机、光源的电源开关控制信号及光源跟踪传感器输出信号通过信号线路与PLC对应端相连，DSP控制板和PLC分别与所述监控计算机对应端相连。
所述发电教学实训系统的进一步涉及在于，所述光伏供电单元还包括光伏输出显示模块、光伏供电控制操作面板和可调电阻，所述光伏输出显示模块与可调电阻的对应端通过信号线路相连，所述光伏电源信号控制面板与PLC的对应端通过信号线路相连。所述发电教学实训系统的进一步涉及在于，所述风力供电单元主要由风力电源供电模块、触摸屏，DSP控制板和PLC以及变频器组成，风力电源供电模块分别通过信号线路与触摸屏、DSP控制板和PLC的对应端相连，触摸屏与DSP控制板的对应端通过信号线路相连，DSP控制板与蓄电池对应端通过信号线路相连，所述机舱的电能输出端通过电力传输线路与DSP控制板的对应端相连，所述尾翼偏航电机的电源开关控制信号及模拟风源的风速、风向信号通过信号线路与PLC对应端相连，DSP控制板的对应端与蓄电对应端通过电力传输线路相连，DSP控制板和PLC分别与所述监控计算机对应端相连。所述发电教学实训系统的进一步涉及在于，所述风力供电单元主还包括风力输出显示模块、风力供电控制操作面板和可调电阻，风力输出显示模块与可调电阻的对应端通过信号线路相连，风力输出显示模块与PLC对应端通过信号线路相连，风力输出显示模块与所述监控计算机对应端相连。所述发电教学实训系统的进一步涉及在于，所述逆变与负载单元主要由逆变电源供电模块、逆变器、直流负载和交流负载组成，所述逆变电源供电模块与逆变器对应端通过信号线路相连，所述蓄电池、逆变电源供电模块和交流负载与逆变器的对应端通过电力线路相连，逆变电源供电模块与直流负载对应端通过电力线路相连。所述发电教学实训系统的进一步涉及在于，所述逆变与负载单元还包括逆变输出显示模块、逆变器测试模块和变频器，所述逆变输出显示模块、逆变器测试模块分别与逆变器对应端通过信号线路相连，所述交流负载与逆变器对应端之间通过变频器并经信号线路相连。[0014]本实用新型的有益效果在于，I)为光能和风能的综合利用及光能和风能发电设备的研发、教学实例示范提供了一个很好的平台；2)本实用新型在对教学用风力发电机尾翼的改进机对实际的风力发电机的具有指导意义。
图I是本实用新型的风光互补发电教学实训系统的结构示意图。图2是图I所示实训系统中的光伏供电装置的结构示意图。图3是图2所示光伏供电装置中的光源跟踪机构结构示意图。图4是图I所示实训系统中的风力发电装置的结构示意图。图5是图4所示风力发电装置中的机舱尾部的局部放大图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明商用灶具进行详细说明。对照图1，本实用新型的风光互补发电教学实训系统包括这样的六部分光伏供电装置10，风力发电装置20、光伏供电单元40、风力供电单元50、逆变与负载单元60和监控计算机70组成。对照图2，光伏供电装置10主要太阳能电池板16、光源12、机架15、光源摆杆11、光源跟踪传感器13以及设置在机架上光源摆杆驱动机，18和光源跟踪机14组成。太阳能电池板16设置在太阳能跟踪机构16上，由光转变为电的电能由其上的电能输出端输出。光源跟踪传感器13设置在太阳能电池板16的中部。光源摆杆11通过一转轴可转动地连接在机架15上，光源采用两盏金卤灯12，设置在光源摆杆上11上端的水平折弯段，与太阳能电池板相对。光源摆杆驱动机构18包括电机18a和减速机18b，电机的输出轴与减速机的输入轴连接，减速机的输出轴通过上述的转轴与光源摆杆连接。上述光源跟踪机构14可参见图3，包括可转动支撑架14a、设置在可转动支撑架上的转动电机14b、转动减速器14c、俯仰电机14d和俯仰减速器Me0转动减速器14c的输入与转动电机轴连接，输出轴与可转动支撑架的转轴连接，俯仰减速器的输入轴和输出轴分别与俯仰电机轴及设于太阳能电池板下侧面中心部位的的转轴连接。对照图4、图5，风力发电装置20主要由转子叶片25、尾翼22和尾翼偏航电机23、机舱21、模拟风源27和风速传感器13组成。转子叶片25设置在所述机舱头部，尾翼22可转动地设置于机舱尾部，尾翼偏航电机23固定设置于机舱21尾部,尾翼偏航电机的转轴上设置有主动齿轮23a，尾翼上设有不完全齿轮22a，尾翼偏航电机23与尾翼22通过上述两齿轮啮合传动连接。风速传感器13置于机舱头部的前端，并与机舱头部相对位置且间隔一定距离。对上述光伏供电装置10和风力发电装置20所发电的相关参数的显示、调整及所发出的传感信号及根据传感信号和设定的相关参数对该两装置中用电器(比如光源、电机)的控制是由其对应的光伏供电单元40和风力供电单元50来完成的。其中的光伏供电单元40主要由光伏电源供电模块41、触摸屏43、DSP控制板45、PLC47以及蓄电池49组成.。该供电单元40还包括光伏输出显示模块42、光伏供电控制操作面板44和可调电阻48。光伏电源供电模块41分别通过信号线路(图I的双点划线)与触摸屏43、DSP控制板45和PLC47的对应端相连，触摸屏43与DSP控制板45的对应端通过信号线路相连，光伏电源信号控制面板44与PLC47的对应端通过信号线路相连。光伏输出显示模块42与可调电阻48的对应端通过信号线路相连，光伏供电控制操作面板44与PLC47对应端通过信号线路相连，光伏输出显示模块42、DSP控制板45和PLC47分别与监控计算机70对应端相连。上述光伏供电装置10中的太阳能电池板16的电能输出端通过电力传输线路(图I的点划线)与DSP控制板45的对应端相连。摆杆驱动电机18、转动电机14b、俯仰电机14d、金卤灯12的电源开关的控制信号通过信号线路与PLC47对应端相连。其中的风力供电单元50主要由风力电源供电模块51、触摸屏53，DSP控制板55和PLC56以及变频器58组成。该供电单元50还包括风力输出显示模块52、风力供电控制操作面板54和可调电阻57。风力电源供电模块51分别通过信号线路与触摸屏53、DSP控制板55和PLC56的对应端相连，触摸屏53与DSP控制板55的对应端通过信号线路相连，DSP控制板55与蓄电池49对应端通过电力线路相连。风力输出显示模块52与可调电阻57的对应端通过信号线路相连，风力输出显示模块52与PLC56对应端通过信号线路相连，风力 输出显示模块52、DSP控制板55和PLC56分别与监控计算机70对应端相连。机舱电能输出端通过电力传输线路与PLC56对应端相连；尾翼偏航电机23的电源开关控制信号及模拟风源的风速、风向信号通过信号线路与PLC对应端相连；模拟风源27与变频器58的对应端通过电力传输线相连，该变频器连接市电，通过变频器58产生不同的电源输出，模拟风源27产生不同方向、不同大小的风力。对上述光伏供电装置10和风力发电装置20所发出电流进行调制，使其达到交流、直流负载所需的电压、频率值是由逆变与负载单元60来完成的逆变与负载单元60主要由逆变电源供电模块61、逆变器63、直流负载68和交流负载66、67组成。该逆变与负载单元60还包括逆变输出显示模块62、逆变器测试模块64和变频器65。逆变电源供电模块61与逆变器63对应端通过信号线路相连，蓄电池49、逆变电源供电模块61和交流负载分别与逆变器的对应端通过电力线路相连，逆变电源供电模块61与直流负载68对应端通过电力线路相连。逆变输出显示模块62、逆变器器测试模块64分别与逆变器器63对应端通过信号线路相连，交流负载66与逆变器63对应端之间通过变频器65并经信号线路相连。监控计算机70对上述光伏供电单元40、风力供电单元50、逆变与负载单元60三单元的运行进行监控和调试。三单元中的对应输出显示模块42、52、62的对应端与监控计算机70对应端口相连。光伏供电单元40和风力供电单元50中的PLC47、56和DSP控制板45,55的对应端与监控计算机70对应端口相连。本实用新型的实训系统工作时，光伏供电装置10中的摆杆驱动电机18在PLC47的控制下驱动光源摆杆11连续转动，以模拟太阳从日出到日落的运动轨迹，传感器13接受到光源信号并传输给PLC47，PLC根据传感器13的信号控制跟踪机构14将太阳能电池板旋转至正对模拟阳光的方向，使其将光能转变为电能，产生的电流输送到DSP控制板45。DSP控制板对光伏电压、光伏电流、蓄电池电压、蓄电池电流进行采集并处理，并通过触摸屏将之显示出来，并由DSP控制板来控制是否对蓄电池充电。而光伏供电控制操作面板44上有一些按钮，用来控制太阳能电池板在手动状态下的运动方向，比如东向、西向、南向、北向运动。已达到控制模拟光源做相应运动的效果。光伏输出显示单元连到可调电阻，用来显示可调电阻两端的电流电压变化，同时可以记录不同电阻大小下电流电压值，便于学生画出光伏伏安特性曲线和功率曲线。光伏电源供电单元主要提供24V直流电给PLC，触摸屏，DSP工作电源以及实际装置中控制的继电器供电电源。实训系统工作时，风力发电装置中模拟风源27产生风力，使转子叶片25转动，产生电能，该电能被输送到DSP控制板，DSP控制板对风力电压、风力电流、蓄电池电压、蓄电池电流进行采集并处理，并通过触摸屏将之显示出来，由DSP控制板来控制是否对蓄电池充电。而风力供电控制操作面板上的一些按钮，用来控制模拟风源的电机，以此形成不同的风速和风向。当风速传感器13传送的风速信号达到限定值时，就需使转子叶片25侧风偏航，通过PLC56控制尾翼偏航电机23，使尾翼偏转，让模拟风与转子叶片25不正向相对，偏离一定的角度。风力输出显示模块连接可调电阻，可用来显示可调电阻两端的电流电压变化，同时可以记录不同电阻大小下电流电压值，便于学生画出风力伏安特性曲线和功率曲线。风力电源供电单元主要提供24V直流电给PLC，触摸屏，DSP工作电源以及实际装置中控制的继电器供电电源。实训系统工作时，逆变与负载单元把蓄电池的电送到逆变器的一端子，通过逆变器的逆变，升压，滤波等过程，将蓄电池的12V直流电变成稳定的220V交流电，并通过逆变输出显示单元显示出来，变频器用逆变后的220V交流电控制220V的交流电机转动，交流负载也是用的逆变后的电，而逆变后的220V交流电又可以通过逆变电源供电单元，变成24V直流电供给24V直流负载。逆变器测试模块可以用来测试逆变过程中的基波，SPWM波形，以及测出死区电压曲线。实训系统工作时，监控计算机对光伏供电单元40、风力供电单元50、逆变与负载单元6实时数据监控以及进行远程控制。
权利要求1.风光互补发电教学实训系统，其特征在于包括光伏供电装置，风力发电装置、光伏供电单元、风力供电单元、逆变与负载单元和监控计算机；所述光伏供电装置主要由太阳能电池板、光源、机架、光源摆杆、光源跟踪传感器以及设置在机架上含有光源摆杆驱动电机的光源摆杆驱动机构和含有仰俯电机及转动电机的光源跟踪机构组成，所述太阳能电池板设置在太阳能跟踪机构上，所述光源跟踪传感器设置在太阳能电池板中部，光源摆杆可转动地连接于机架，所述光源设置在光源摆杆上且与太阳能电池板相对；所述风力发电装置主要由机舱、转子叶片、尾翼、尾翼偏航电机、模拟风源和风速传感器组成，所述转子叶片设置在所述机舱头部，所述尾翼可转动地设置于所述机舱尾部，尾翼偏航电机固定设置于机舱尾部且与尾翼传动连接，模拟风源置于与机舱头部相对位置且间隔一定距离，风速传感器置于机舱头部的前端；太阳能电池板的电能输出端通过电力传输线路与光伏供电单元对应端相连，所述光源、光源摆杆驱动电机、仰俯电机、转动电机的电源开关控制信号及光源跟踪传感器输出信号与光伏供电单元对应端相连；机舱电能输出端通过电力传输线路与风力供电单元对应端相连，所述尾翼偏航电机的电源开关控制信号及模拟风源的风速和风向信号通过信号线路与风力供电单元对应端相连；所述逆变与负载单元和风力供电单元对应端分别通过电力传输线路与光伏供电单元的对应端相连，光伏供电单元、风力供电单元和逆变与负载单元的对应端分别通过信号线路与监控计算机的对应端相连。
2.根据权利要求I所述的风光互补发电教学实训系统，其特征在于所述光源跟踪机构包括可转动支撑架、设置在可转动支撑架上的转动电机、转动减速器、俯仰电机和俯仰减速器，所述转动减速器的输入、输出轴分别与转动电机轴、可转动支撑架的转轴连接，所述俯仰减速器的输入、输出轴分别与俯仰电机轴、太阳能电池板的转轴连接；所述光源摆杆驱动机构包括电机和减速机，所述电机的输出轴与减速机的输入轴连接，减速机的输出轴通过所述转轴与光源摆杆连接。
3.根据权利要求I所述的风光互补发电教学实训系统，其特征在于所述尾翼偏航电机与尾翼通过齿轮啮合传动进行所述传动连接，所述尾翼偏航电机的转轴上设置有主动齿轮，所述尾翼上设有不完全齿轮，两齿轮相互啮合。
4.根据权利要求I所述的风光互补发电教学实训系统，其特征在于所述光伏供电单元主要由光伏电源供电模块、触摸屏、DSP控制板、PLC以及蓄电池组成，光伏电源供电模块分别通过信号线路与触摸屏、DSP控制板和PLC的对应端相连，触摸屏与DSP控制板的对应端通过信号线路相连，所述太阳能电池板的电能输出端通过电力传输线路与DSP控制板的对应端相连，DSP控制板的对应端与蓄电对应端通过电力传输线路相连，摆杆驱动电机、转动电机、俯仰电机、光源的电源开关控制信号及光源跟踪传感器输出信号通过信号线路与PLC对应端相连，DSP控制板和PLC分别与所述监控计算机对应端相连。
5.根据权利要求4所述的风光互补发电教学实训系统，其特征在于所述光伏供电单元还包括光伏输出显示模块、光伏供电控制操作面板和可调电阻，所述光伏输出显示模块与可调电阻的对应端通过信号线路相连，所述光伏电源信号控制面板与PLC的对应端通过信号线路相连。
6.根据权利要求4所述的风光互补发电教学实训系统，其特征在于所述风力供电单元主要由风力电源供电模块、触摸屏，DSP控制板和PLC以及变频器组成，风力电源供电模块分别通过信号线路与触摸屏、DSP控制板和PLC的对应端相连，触摸屏与DSP控制板的对应端通过信号线路相连，DSP控制板与蓄电池对应端通过信号线路相连，所述机舱的电能输出端通过电力传输线路与DSP控制板的对应端相连，所述尾翼偏航电机的电源开关控制信号及模拟风源的风速、风向信号通过信号线路与PLC对应端相连，DSP控制板的对应端与蓄电对应端通过电力传输线路相连，DSP控制板和PLC分别与所述监控计算机对应端相连。
7.根据权利要求6所述的风光互补发电教学实训系统，其特征在于所述风力供电单元主还包括风力输出显示模块、风力供电控制操作面板和可调电阻，风力输出显示模块与可调电阻的对应端通过信号线路相连，风力输出显示模块与PLC对应端通过信号线路相连，风力输出显示模块与所述监控计算机对应端相连。
8.根据权利要求4所述的风光互补发电教学实训系统，其特征在于所述逆变与负载单元主要由逆变电源供电模块、逆变器、直流负载和交流负载组成，所述逆变电源供电模块与逆变器对应端通过信号线路相连，所述蓄电池、逆变电源供电模块和交流负载与逆变器的对应端通过电力线路相连，逆变电源供电模块与直流负载对应端通过电力线路相连。
9.根据权利要求8所述的风光互补发电教学实训系统，其特征在于所述逆变与负载单 元还包括逆变输出显示模块、逆变器测试模块和变频器，所述逆变输出显示模块、逆变器测试模块分别与逆变器对应端通过信号线路相连，所述交流负载与逆变器对应端之间通过变 频器并经信号线路相连。
专利摘要本实用新型公开了风光互补发电教学实训系统，包括光伏供电装置，风力发电装置、光伏供电单元、风力供电单元、逆变与负载单元和监控计算机。光伏供电装置中的对应端与光伏供电单元对应端相连，风力发电装置的对应端与风力供电单元对应端相连，光伏供电单元、风力供电单元、逆变与负载单元和监控计算机的对应端相连。本实用新型的有益效果在于，1)为光能和风能的综合利用及光能和风能发电设备的研发、教学实例示范提供了一个很好的平台；2)本实用新型在对教学用风力发电机尾翼的改进机对实际的风力发电机的具有指导意义。
文档编号G09B23/18GK202473041SQ20122008718
公开日2012年10月3日 申请日期2012年3月9日 优先权日2012年3月9日
发明者丁猛, 刘蔚钊, 吴广德, 夏庆观, 皇立波, 蔡娅 申请人:南京康尼科技实业有限公司