可移动式风光互补发电实验实训装置的制作方法

本实用新型涉及实训装置技术领域，尤其涉及一种可移动式风光互补发电实验实训装置。

背景技术：

教育部《高等职业教育创新发展行动计划(2015-2018年)》中明确了职业教育的专科、本科层次教育的重要性。而在我国的“十三五”规划中也着重提出要大力发展我国的新能源产业。为了更好地服务新能源产业，为之培养高素质高质量的技术技能型人才，需要大力发展各类高等职业院校的新能源专业，尤其是在新能源专业的实验实训设备方面。因此开发高水平的风光互补发电教学实训设备对职业教育及新能源产业的发展就十分重要。中华人民共和国国家知识产权局2012年10月3日授权了授权公告号为CN202473041U的专利文献，名称是风光互补发电教学实训系统，但其只能在室内使用，不具备可移动性；中华人民共和国国家知识产权局2015年12月30日授权了授权公告号为 CN203386382U的专利文献，名称是风光互补发电实训平台，但其不具备光敏传感器与风速传感器，无法根据真实环境来实现风光互补发电控制。现有的风光互补发电实训设备主要问题在于只能在室内通过模拟光源和模拟风源来模拟太阳的照射和风的现象，不具备在室外进行真实的风光互补发电实训的条件。这个问题导致学生无法真实地学习风光互补发电机制，无法满足学生对于实际风光互补发电系统工程的实训需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种可移动式风光互补发电实验实训装置，可以采集外部环境信息，学生可以根据该信息进行编程调试，实现风光互补发电控制方面的实验实训。

本实用新型为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种可移动式风光互补发电实验实训装置，其特征在于，包括光伏发电模块、风力发电模块、模拟光源模块、模拟风源模块和监控模块组成；

所述光伏发电模块包括光伏组件支架、光敏传感器、光伏组件、光伏发电模块底座；所述光敏传感器设置在所述光伏组件的一侧，所述光伏组件安装在所述光伏组件支架上，所述光伏组件支架的与第一立板的上部铰接，所述第一立板的下部固定在所述光伏发电模块底座上，所述光敏传感器获得光的照射强度信号，通过导线连接到监控模块；

所述风力发电模块包括叶片、风速传感器、风力发电模块底座、风力发电机、尾翼、整流器；所述叶片安装在所述风力发电机的输出轴上，所述风力发电机的下部活动连接在第二立板上，所述第二立板的底部固定在所述风力发电模块底座上，所述风速传感器设置在所述叶片的入风口处，所述尾翼固定在所述风力发电机的尾部，所述整流器固定在所述风力发电机的下部，叶片将风能转化为机械能，风力发电机将机械能转化为交流电能，整流器将交流电能转化为直流电能，风速传感器监测风速信号及风力发电产生的直流电通过导线连接到所述监控模块；

所述模拟光源模块包括模拟光源、模拟光源框架、模拟光源控制盒，所述模拟光源安装在所述模拟光源框架上，所述模拟光源控制盒固定在所述模拟光源框架上并通过导线与所述模拟光源连接，模拟光源控制盒用于控制模拟光源的光强以及启动；

所述模拟风源模块包括模拟风源、模拟风源框架、模拟风源控制盒，所述模拟风源安装在模拟风源框架上，并通过模拟风源控制盒来实现供电和控制，模拟风源控制盒通过盒中的变频器控制模拟风源的风速变化；

所述监控模块包括光伏发电电流电压表、风力发电电流电压表、蓄电池电流电压表、监控触摸屏、充放电控制信号处理板、电位器、空气开关组、继电器组、逆变器、直流供电端口、交流供电端口、交流电插座、端子排、蓄电池组、熔断器组；光伏发电模块和风力发电模块产生的电能进入监控模块，首先经过端子排，再经过光伏发电电流电压表和风力发电电流电压表，然后经过继电器组和空气开关组来进行充电控制；蓄电池组经过蓄电池电流电压表、继电器组和空气开关组控制来进行充放电控制；产生或储存的直流电能经过继电器组和空气开关组直接供给直流供电端口，或再经过熔断器组到逆变器，将直流 24V转化成交流220V，再经熔断器组供给交流供电端口和交流电插座；充放电控制信号处理板与监控触摸屏进行通信；电位器用于测量光伏发电模块的伏安特性曲线。

优选地，所述风力发电模块底座和光伏发电模块底座的底部分别设有固定器以及滚轮。

优选地，所述模拟风源框架和模拟光源框架的底部分别设有所述固定器。

本实用新型的有益效果是:与现有技术相比较，本专利装置可以依靠模拟光源模块和模拟风源模块在室内进行模拟风光互补发电系统的实训，也可以依靠光伏发电模块、风力发电模块和监控模块的滚轮将此三个模块推至室外进行实际环境风光互补发电系统的实训；2.本专利装置的光伏发电模块配备量角器和调节支架，可以精确调节光伏组件的倾角，便于学生比较不同倾角下的风光互补发电状态，并在最佳倾角下进行风光互补发电系统的实训，与太阳能最佳倾角的基本理论计算进行对比；3.本专利装置具有模块化、可拆卸等特点，可用于风光互补发电系统的安装、调试、运行、维护，学生可自主设计电气系统并且完成连接；4.本专利装置配备了光敏传感器和风速传感器，通过光敏传感器和风速传感器可以测量光照强度和风速，这使得本专利装置可以实现基于外部环境的风光互补控制模式方面的实验实训，例如通过光敏传感器或风速传感器来控制风光互补发电；5.本专利装置具有信号采集及处理功能，可反馈到监控触摸屏，学生可自主在监控触摸屏上设计监控系统；6.本专利装置使用标准光伏组件，完全体现实际风光互补发电系统，可以用于风光互补发电系统的演示过程，便于学生整体熟识实际工程中的风光互补发电系统。

附图说明

图1a为光伏发电模块的正视图；

图1b为光伏发电模块的侧视图；

图1c为光伏发电模块的底视图；

图2a为风力发电模块的正视图；

图2b为风力发电模块的侧视图；

图2c为风力发电模块的底视图；

图3a为模拟光源模块的正视图；

图3b为模拟光源模块的侧视图；

图3c为模拟光源模块的底视图；

图4a为模拟风源模块的正视图；

图4b为模拟风源模块的侧视图；

图4c为模拟风源模块的底视图；

图5为本装置的控制柜布局图；

图6为本装置的电能供给与使用电路图；

图7为本装置的信号控制电路图；

1、光伏组件支架，2、光敏传感器，3、光伏组件，4、光伏发电模块底座，5、固定器，6、滚轮，7、量角器，8、调节支架，9、叶片，10、风速传感器，11、风力发电模块底座，12、风力发电机，13、尾翼，14、整流器，15、模拟光源， 16、模拟光源框架，17、模拟光源控制盒，18、模拟风源，19、模拟风源框架， 20、模拟光源控制盒，21、光伏发电电流电压表，22、风力发电电流电压表， 23、蓄电池电流电压表，24、监控触摸屏，25、充放电控制信号处理板，26、电位器，27、空气开关组，28、继电器组，29、逆变器，30、直流供电端口， 31、交流供电端口，32、交流电插座，33、端子排，34、蓄电池组，35、熔断器组。

具体实施方式

下面结合附图及较佳实例详细说明本实用新型的具体实施方式。一种可移动式风光互补发电实验实训装置，当有光照射到光伏发电模块时，如图1a-1c 所示，3光伏组件会产生直流电能，同时2光敏传感器会获得光的照射强度信号，均通过导线连接到监控模块。根据7量角器通过8调节支架可以调节光伏组件的倾角，用于倾角计算方面的实验对比。5固定器和6滚轮可用于光伏发电模块在室内及室外的移动与固定。光伏发电模块和风力发电模块通过监控模块为蓄电池或外部负载供电，监控模块获取本装置的电流电压实时信号和外部气象实时信号，监控充放电状态和风光互补发电模式。用户可以通过监控模块根据气象条件对电能的产生源进行优化选择，并可控制所产生电能的传输、储存、逆变与输出。当在室内进行实验实训时，可借助模拟光源和模拟风源来进行仿真实验实训。当在室外使用时，本装置可完全依靠蓄电池供电，无需外接电源。

可通过量角器和调节支架来定量改变光伏组件的倾角。光伏发电模块底座下方安装了滚轮和固定器，可用于将该模块在室内室外进行移动或固定。

同时，当有风吹过风力发电模块时，如图2a-2c所示，9风速传感器会记录风速信号，10叶片会将风能转化为机械能，12风力发电机会将机械能转化为交流电能，14整流器会将交流电能转化为直流电能，风速信号及风力发电产生的直流电会通过导线连接到监控模块。当风向改变时，13尾翼会垂直旋转12风力发电机使之正对风，10风速传感器因为安装在风力发电机的垂直主旋转轴上也会随之旋转并正对风。

当本专利装置在室内使用时，需要模拟光源模块和模拟风源模块，这两个模块通过固定器5固定，分别连接220V交流电工作。如图3a-3c所示，15模拟光源安装在16模拟光源框架上，其通过17模拟光源控制盒来实现供电和控制， 7模拟光源控制盒可控制15模拟光源并显示，也可通过控制15模拟光源亮灯数来控制模拟光源的光强。如图4a-4c所示，18模拟风源安装在19模拟风源框架上，并通过20模拟风源控制盒来实现供电和控制，20模拟风源控制盒可通过盒中的变频器来控制18模拟风源的风速变化。

如图5所示，光伏发电模块和风力发电模块产生的电能进入监控系统，首先经过端子排33，再经过21光伏发电电流电压表和22风力发电电流电压表，然后经过28继电器组和27空气开关组来进行充电控制。34蓄电池组经过23蓄电池电流电压表、28继电器组和27空气开关组控制来进行充放电控制。产生或储存的直流电能可以经过28继电器组和27空气开关组直接供给30直流供电端口，或再经过35熔断器组到29逆变器，将直流24V转化成交流220V，再经35 熔断器组供给31交流供电端口和32交流电插座。其中28继电器组由25充放电控制信号处理板，25充放电控制信号处理板与24监控触摸屏进行通信。26 电位器用于测量光伏发电模块的伏安特性曲线。

通过图6所示，本专利装置的电能供给与使用电路如下描述。本专利装置的供能主要是24V直流电。PV光伏组件产生电能，经M1光伏发电电流电压表测量其电流电压，经KA1继电器和QF1空气开关来控制其供能。当KA1继电器和 QF1空气开关断开且QF8空气开关闭合时，调节电位器可通过M1光伏发电电流电压表来绘制光伏发电模块的伏安特性曲线图。WT风力发电机产生电能，经M2 风力发电电流电压表测量其电流电压，经KA2继电器和QF2空气开关来控制其供能。BA蓄电池组按照先串联再并联的方式连接，经M3蓄电池电流电压表测量其电流电压，经KA3继电器和QF3空气开关来控制其充放电。产生和储存的24V 直流电通过KA4继电器、QF4空气开关来控制其是否通过逆变器逆变，FU1对逆变器供电端进行保护。逆变后产生220V交流电，FU2对逆变器输电端进行保护。本专利装置的电能使用分为24V直流电和220V交流电，其中24V直流电为LS 光敏传感器、WS风速传感器、EC充放电控制信号处理板及HMI监控触摸屏供电，其中QF5空气开关控制EC充放电控制信号处理板的供电，QF6空气开关控制HMI 监控触摸屏供电。220V交流电为交流供电端口及交流电插座供电，外接负载可以由此接电。

通过图7所示，本专利装置的信号控制电路如下描述。LS光敏传感器连接 EC充放电控制信号处理板的AI1端口，传输光强信号。WS风速传感器连接EC 充放电控制信号处理板的AI2端口，传输风速信号。M1光伏发电电流电压表连接EC充放电控制信号处理板的AI3、AI4端口，传输光伏发电电压电流信号。 M2风力发电电流电压表连接EC充放电控制信号处理板的AI5、AI6端口，传输风力发电电压电流信号。M3蓄电池电流电压表连接EC充放电控制信号处理板的 AI5、AI6端口，传输蓄电池电压及充放电电流信号。EC充放电控制信号处理板根据这些信号与HMI监控触摸屏进行通信，根据信号实现控制。EC充放电控制信号处理板的D01端口控制KA1继电器线圈，从而控制光伏发电的供能。EC充放电控制信号处理板的D02端口控制KA2继电器线圈，从而控制风力发电的供能。EC充放电控制信号处理板的D03端口控制KA3继电器线圈，从而控制蓄电池的重放电过程。EC充放电控制信号处理板的D04端口控制KA4继电器线圈，从而控制逆变器将24V直流电逆变成220V交流电，为外接交流负载供电。

通过本实验实训装置，可以进行以下实验实训项目：

1.光伏发电系统光伏组件与支架的安装

2.光伏发电系统电气系统的设计、安装与调试

3.不同地区理论与实际光伏发电系统最佳倾角的对比实验

4.光伏发电系统的性能测试(包括开路电压、短路电流、伏安特性曲线、功率输出曲线)

5.风力发电系统风力发电机的安装

6.风力发电系统电气系统的设计、安装与调试

7.风力发电系统风向追踪的演示实验

8.风光互补发电系统蓄电池的充放电状态调试

9.模拟风光互补发电系统监控系统的编程与调试

10.基于实际气象信息的风光互补发电系统的编程与调试

11.不同的风光互补发电控制模式的实验比较。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。