本實(shí)用新型涉及電力實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，尤其涉及一種開放式風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺。

背景技術(shù)：

近年來，現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和太陽能發(fā)電技術(shù)日臻完善、成本日趨下降，市場份額正不斷擴(kuò)大，在一些地區(qū)己風(fēng)光已成為與常規(guī)能源具有一定競爭力的新能源發(fā)電方式。

目前許多風(fēng)光互補(bǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺提供的實(shí)驗(yàn)功能主要以驗(yàn)證性教學(xué)為主，雖然接線簡單方便存在直觀性和可視性較差，學(xué)生無法了解電路結(jié)構(gòu)和器件組成，這類實(shí)驗(yàn)平臺難以完成綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

在中國實(shí)用新型專利201320722759.1中公開了一種多功能風(fēng)光互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置，包括PLC控制臺、能量轉(zhuǎn)換臺和負(fù)載控制臺，他們通過外引導(dǎo)線相連。對比文件中的裝置包括風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電還包括PLC控制部分，通過PLC的自主編程可以實(shí)現(xiàn)對外接模擬光源、太陽能光伏組件、可調(diào)風(fēng)源的相關(guān)控制。對比文件的優(yōu)點(diǎn)是能夠充分的鍛煉學(xué)生們的動手能力以及編程能力，但是裝置功能單一，無法滿足多種實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡男枨蟆?/p>

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)中功能單一的缺陷，提供一種能夠?qū)庠催M(jìn)行跟蹤模擬太陽能發(fā)電，模擬風(fēng)源進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電，且能夠?qū)Σ㈦x網(wǎng)發(fā)電進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的開放式風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

本實(shí)用新型提供一種開放式風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺，包括支架，以及設(shè)置在支架上的風(fēng)力發(fā)電單元、太陽能發(fā)電單元和雙軸光源跟蹤單元；太陽能發(fā)電單元與雙軸光源跟蹤單元固定連接，雙軸光源跟蹤單元根據(jù)光源的方向帶動太陽能發(fā)電單元運(yùn)動；

該裝置還包括并離網(wǎng)控制單元和蓄電池，風(fēng)力發(fā)電單元和太陽能發(fā)電單元與蓄電池相連，并離網(wǎng)控制單元一端與蓄電池相連，另一端與交流電輸入相連。

進(jìn)一步地，本實(shí)用新型的并離網(wǎng)控制單元包括并網(wǎng)逆變器和離網(wǎng)逆變器；并網(wǎng)逆變器與電網(wǎng)相連，離網(wǎng)逆變器給220V交流負(fù)載供電。

進(jìn)一步地，本實(shí)用新型的裝置還包括用于連接測量儀器和實(shí)驗(yàn)儀器的開放接口。

進(jìn)一步地，本實(shí)用新型的裝置還包括防止蓄電池過充的卸荷單元，卸荷單元與風(fēng)光互補(bǔ)控制器相連。

進(jìn)一步地，本實(shí)用新型的裝置還包括風(fēng)光互補(bǔ)控制器，風(fēng)力發(fā)電單元和太陽能發(fā)電單元通過風(fēng)光互補(bǔ)控制器與蓄電池相連。

進(jìn)一步地，本實(shí)用新型的裝置還包括可轉(zhuǎn)動的模擬光源，模擬光源與風(fēng)光互補(bǔ)控制器相連。

進(jìn)一步地，本實(shí)用新型的裝置還包括可調(diào)節(jié)大小的模擬風(fēng)源，模擬風(fēng)源與風(fēng)光互補(bǔ)控制器相連。

進(jìn)一步地，本實(shí)用新型的風(fēng)力發(fā)電單元和太陽能發(fā)電單元與蓄電池之間設(shè)置有防止反充的阻斷二極管。

進(jìn)一步地，本實(shí)用新型的裝置還包括用于顯示電流、電壓等實(shí)驗(yàn)信息的觸摸顯示屏。

本實(shí)用新型產(chǎn)生的有益效果是：本實(shí)用新型的開放式風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺，通過設(shè)置與太陽能發(fā)電單元相連的雙軸光源跟蹤單元，能夠?qū)崿F(xiàn)太陽能發(fā)電單元隨著光源的移動而對其進(jìn)行跟蹤的功能，能夠模擬太陽在一天中不同位置時(shí)的情況；通過設(shè)置并離網(wǎng)控制單元，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境下對并網(wǎng)和離網(wǎng)情況下的電壓、電流控制策略，滿足多種實(shí)驗(yàn)條件的需求；另外，本裝置采用模塊化的設(shè)計(jì)理念，結(jié)構(gòu)簡單，為用戶提供了較大的自由度，能夠有效的提高學(xué)生的動手能力，開拓創(chuàng)新性思維。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，附圖中：

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的開放式風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的開放式風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺并離網(wǎng)控制單元的原理框圖；

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的開放式風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)光互補(bǔ)控制器結(jié)構(gòu)圖；

圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的開放式風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺的控制電路設(shè)計(jì)圖；

圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例的開放式風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺外型結(jié)構(gòu)圖；

圖中，1-支架，2-風(fēng)力發(fā)電單元，3-太陽能發(fā)電單元，4-雙軸光源跟蹤單元，5-并離網(wǎng)控制單元，6-蓄電池，7-模擬光源，8-模擬風(fēng)源，501-并網(wǎng)逆變器，502-離網(wǎng)逆變器，9-風(fēng)光互補(bǔ)控制器，10-外形結(jié)構(gòu)，11-觸摸顯示屏，12-狀態(tài)指示燈。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例的開放式風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺，包括支架1，以及設(shè)置在支架1上的風(fēng)力發(fā)電單元2、太陽能發(fā)電單元3和雙軸光源跟蹤單元4；太陽能發(fā)電單元3與雙軸光源跟蹤單元4固定連接，雙軸光源跟蹤單元4根據(jù)光源的方向帶動太陽能發(fā)電單元3運(yùn)動；S1、S2、S3分別控制太陽能電池、風(fēng)力發(fā)電、并離網(wǎng)控制單元的通斷。

該裝置還包括并離網(wǎng)控制單元5和蓄電池6，風(fēng)力發(fā)電單元2和太陽能發(fā)電單元3與蓄電池6相連，并離網(wǎng)控制單元5一端與蓄電池6相連，另一端與交流電輸入相連。

如圖2所示，并離網(wǎng)控制單元5包括并網(wǎng)逆變器501和離網(wǎng)逆變器502；并網(wǎng)逆變器501與電網(wǎng)相連，離網(wǎng)逆變器502給220V交流負(fù)載供電。

該裝置還包括用于連接測量儀器和實(shí)驗(yàn)儀器的開放接口，以及防止蓄電池6過充的卸荷單元，卸荷單元與風(fēng)光互補(bǔ)控制器9相連。裝置還包括風(fēng)光互補(bǔ)控制器，風(fēng)力發(fā)電單元和太陽能發(fā)電單元通過風(fēng)光互補(bǔ)控制器與蓄電池相連。裝置還包括可轉(zhuǎn)動的模擬光源，模擬光源與風(fēng)光互補(bǔ)控制器相連；還包括可調(diào)節(jié)大小的模擬風(fēng)源，模擬風(fēng)源與風(fēng)光互補(bǔ)控制器相連。風(fēng)力發(fā)電單元2和太陽能發(fā)電單元3與蓄電池6之間設(shè)置有防止反充的阻斷二極管。蓄電池6還連接有防止深度放電的過放保護(hù)單元。

在本實(shí)用新型的另一個(gè)具體實(shí)施例中，本裝置由模擬風(fēng)源、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、雙軸光源模擬跟蹤平臺，太陽能電池板、DSP控制器、電壓電流檢測板、光伏控制器、離網(wǎng)逆變器、蓄電池電源、交直流電壓表、交直流負(fù)載器、7寸觸摸屏等組成。整個(gè)實(shí)訓(xùn)裝置的資源接口完全給用戶開放，用戶可自行接線進(jìn)行二次開發(fā)?？刂破饔卸喾N保護(hù)，包括蓄電池反接、蓄電池過、欠壓保護(hù)、太陽能電池組件短路保護(hù)，輸出短路保護(hù)等。

如圖3所示，風(fēng)光互補(bǔ)控制器為風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)提供蓄電池充電、放電管理功能，太陽能輸出的直流電和風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的交流電(需整流)，經(jīng)過控制器對蓄電池充電。

如圖3所示，為了顯示方便和操作方便，設(shè)計(jì)了方便快捷的人機(jī)界面，采用7寸觸摸屏，開關(guān)機(jī)、電路功能選擇、控制參數(shù)設(shè)定、輸入輸出參數(shù)等均可通過觸摸屏設(shè)置，觸摸屏顯示風(fēng)力發(fā)電機(jī)電壓、太陽能電池電壓、蓄電池電壓、充/放電電流、溫度檢測等信息；同時(shí)還可以控制模擬光源及太陽能板角度。從而方便掌握基本實(shí)驗(yàn)方法與訓(xùn)練基本實(shí)驗(yàn)技能，并在此基礎(chǔ)上充分運(yùn)用實(shí)驗(yàn)設(shè)備對各種電路進(jìn)行全方位深入研究，探究實(shí)際與理想情況產(chǎn)生差異的原因，并思考可能的解決方案。

如圖3所示，控制器在本實(shí)施例中采用DSP處理器，系統(tǒng)采用TMS320F28335型數(shù)字信號處理器，該處理器是TI公司的一款TMS320C28X系列浮點(diǎn)DSP控制器。與以往的定點(diǎn)DSP相比，該處理器的精度高，成本低，功耗小，性能高，外設(shè)集成度高，數(shù)據(jù)以及程序存儲量大，A/D轉(zhuǎn)換更精確快速等。因此該處理器能集中控制整個(gè)風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的所有環(huán)節(jié)包括風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、蓄電池供電以及等雙軸光源模擬跟蹤平臺電機(jī)轉(zhuǎn)向控制功能。

在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了并網(wǎng)、離網(wǎng)逆變器的電壓、電流控制策略，DSP控制板根據(jù)電路功能不同可選發(fā)出驅(qū)動信號，最多可同時(shí)發(fā)出6路驅(qū)動信號，驅(qū)動信號通過驅(qū)動電路轉(zhuǎn)換為隔離PWM驅(qū)動信號；多路PWM控制信號給并離網(wǎng)逆變器提供了充足的驅(qū)動接口信號。

如圖4所示，在蓄電池未充滿時(shí)，控制器的作用是最大限度地對蓄電池充電，當(dāng)蓄電池被充滿時(shí)，控制器自動卸荷，使太陽能與風(fēng)力發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電能通過卸荷電阻消耗掉，從而防止蓄電池過充而損壞，蓄電池此時(shí)處于浮充狀態(tài)；當(dāng)蓄電池放電至過放保護(hù)電壓限時(shí)，控制器將發(fā)出蓄電池電量不足警告并切斷蓄電池的放電回路，以防止蓄電池因過放電而損壞。

控制器的其它功能還包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏陣列以及蓄電池極性反接保護(hù)設(shè)計(jì)，蓄電池經(jīng)過過充電與過放電之后的恢復(fù)延時(shí)設(shè)計(jì)，風(fēng)機(jī)自動投入與卸載(剎車保護(hù))，光控與時(shí)控調(diào)節(jié)負(fù)載輸出，以及系統(tǒng)工作狀態(tài)顯示等。

控制電路主要由充電和放電回來組成，圖4中F1，F(xiàn)2為熔斷器；R1為風(fēng)機(jī)卸荷負(fù)載，R2位蓄電池卸荷負(fù)載；Q1與Q2分別為太陽能電池與風(fēng)力發(fā)電機(jī)對蓄電池進(jìn)行充放電的開關(guān)器件。Q3為控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)卸荷負(fù)載的開關(guān)器件。G1、G2、G3為對應(yīng)的開關(guān)器件驅(qū)動信號，其全部由DSP控制器控制驅(qū)動電路產(chǎn)生。

DSP實(shí)時(shí)檢測蓄電池電壓水平。當(dāng)蓄電池電壓處于正常范圍內(nèi)，風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)對蓄電池充電的同時(shí)，蓄電池也對負(fù)載進(jìn)行供電。當(dāng)蓄電池處于欠壓饋電狀態(tài)，DSP發(fā)出指令信號，切除蓄電池負(fù)載，風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)繼續(xù)對蓄電池充電，使其電壓不斷升高。當(dāng)蓄電池電壓過高，能量過大時(shí)，DSP發(fā)出停止風(fēng)光系統(tǒng)對蓄電池充電的指令，同時(shí)接入蓄電池輸出端負(fù)載。

如圖5所示，該裝置外型柜體10主要由觸摸顯示屏11和狀態(tài)指示燈12組成。

實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的硬件資源接口及代碼完全給用戶開放，用戶可自行接線并在Code Composer Studio v5進(jìn)行二次開發(fā)。

本實(shí)施例中的主要技術(shù)參數(shù)為：

1)模擬風(fēng)源：軸流風(fēng)機(jī)2.2kw、風(fēng)速可調(diào)；

2)風(fēng)力發(fā)電機(jī)：三相交流12V，額定功率100W，額定風(fēng)速15m/s；

3)太陽能電池組件功率：DC12V/100W；

4)蓄電池電壓：DC12V 24AH；

5)風(fēng)光互補(bǔ)控制器：DC12V/400W；

6)模擬光源：光強(qiáng)可調(diào)0-500W，距離0-50cm可調(diào)；

7)跟蹤系統(tǒng)：雙軸跟蹤，水平360度，俯仰180度，精度正負(fù)5度；

8)儀表單元:直流電壓電流功率表；

9)觸摸屏人機(jī)界面模塊：控制模擬光源及太陽能板角度，以及顯示光伏輸入，控制器輸出，蓄電池電壓電流等；

該平臺的優(yōu)點(diǎn)為：

(1)經(jīng)濟(jì)性。目前國內(nèi)教學(xué)儀器生產(chǎn)廠家實(shí)驗(yàn)儀器定價(jià)偏高，特別是專業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備生產(chǎn)廠家較少，價(jià)格更加昂貴，而且其功能不一定滿足教學(xué)和科研需要。

(2)平臺提供了相當(dāng)大的自由度，可以根據(jù)設(shè)計(jì)的需要進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)，直至最后的軟硬件測試。能夠有效的提高動手能力，開拓創(chuàng)新性思維。

(3)實(shí)驗(yàn)機(jī)組容量小，耗電小，配置齊全；裝置經(jīng)過特殊設(shè)計(jì),其參數(shù)特性能模擬通用實(shí)驗(yàn)機(jī)組。

(4)裝置布局合理，示意圖明確、清晰、直觀；實(shí)驗(yàn)連接線采用強(qiáng)、弱電分開,插頭兩者不能互插，避免強(qiáng)電接入弱電設(shè)備，造成該設(shè)備損壞；電路連接方式安全、可靠、迅速、簡便。

開放式風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是面向高等院校電氣信息類本、?？粕羁汤斫怙L(fēng)能與太陽能的實(shí)驗(yàn)教學(xué)而設(shè)計(jì)的作品，具有風(fēng)力和太陽能互補(bǔ)供電、光源跟蹤、逆變器離網(wǎng)、并網(wǎng)等功能。可以掌握基本實(shí)驗(yàn)方法與訓(xùn)練基本技能，并在此基礎(chǔ)上充分運(yùn)用實(shí)驗(yàn)設(shè)備對相關(guān)電路進(jìn)行全方位深入研究。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。