新能源發(fā)電綜合實訓場-風光實訓平臺實驗指導書

1、HSNE-SOLAR-CKSX 風光互補發(fā)電測控實訓系統(tǒng)控制單元實驗指導電力工程系電廠設備運行與維護專業(yè)HSNE-SOLAR-CKSX 風光互補發(fā)電測控實訓系統(tǒng)控制單元實驗指導 上海寰晟新能源科技有限公司實驗一 太陽能光伏板的能量轉換實驗實驗目的（1） 掌握太陽能電池的能量轉換原理（2） 熟悉太陽能電池串并聯(lián)組合原理（3） 了解太陽能電池陣列的結構組成實驗類型與建議學時實驗類型：驗證性實驗建議學時：1學時實驗任務與內容（1） 了解實驗指導書或教科書中的光伏轉換原理（2） 了解太陽能電池串并聯(lián)原理。（3） 了解太陽能陣列結構原理。（4） 了解太陽能電池的電流電壓特性。（5） 了解開路電壓、短路電

2、流、工作電壓、工作電流、輸出功率等概念。實驗步驟1. 仔細閱讀教材中給出的光伏轉換的內容，了解其原理；2. 結合教材，仔細觀察教學平臺上的太陽能電池板，畫出其電池串并聯(lián)原理圖和陣列結構圖。3. 在不同光強的環(huán)境下，測量太陽能電池板的開路電壓，如下圖所示：4. 在不同光強的環(huán)境下，給太陽能電池板接入一個1k的電阻，測量太陽能電池板的工作電壓，如下圖所示：5. 在不同光強的環(huán)境下，測量太陽能電池板的短路電流，如下圖所示：6. 在不同光強的環(huán)境下，給太陽能電池板接入一個1k的電阻，測量太陽能電池板的工作電流，并計算輸出功率，如下圖所示：實驗心得和思考題比較不同類型太陽能電池特性。了解不同類型太陽能光

3、伏發(fā)電系統(tǒng)特點。談談太陽能板開路電壓、短路電流、工作電壓、工作電流、輸出功率等概念的含義以及相互之間的關系。實驗二、 環(huán)境對光伏轉換影響實驗一、 實驗目的(1) 了解影響太陽能電池發(fā)電的環(huán)境因素(2) 掌握太陽能板日照角度對能量轉換的影響(3) 掌握光強對能量轉換的影響(4) 掌握溫度對能量轉換的影響二、 實驗類型與建議學時實驗類型：設計性實驗建議學時：2學時三、 實驗任務與內容（1） 設計不同環(huán)境，改變太陽能電池板的日照角、光強和溫度，在變化的測量其開路電壓、工作電壓、短路電流、工作電流和輸出功率。（2） 找出影響太陽能板光伏轉換的環(huán)境因素，并定性說明和定量測量。（3） 在不同日照角、光強和

4、溫度下，繪制電流電壓曲線。（4） 實驗獲得本地的最佳日照角度。（5） 在當日最大光強和最佳日照角度，估算太陽能板的光伏轉換效率。四、 參考實驗步驟按下圖連接線路，準備試驗。1. 參照上圖電流和電壓測量方法，按下圖所示，測量太陽能電池板的開路電壓、工作電壓、短路電流、工作電流，并計算輸出功率。2. 參照上圖電流和電壓測量方法，按下圖所示，測量太陽能電池板的開路電壓、工作電壓、短路電流、工作電流，并計算輸出功率。3. 參照上圖電流和電壓測量方法，按下圖所示，測量太陽能電池板的開路電壓、工作電壓、短路電流、工作電流，并計算輸出功率。4. 討論日照角、光強和溫度對太陽能板輸出的影響，每組試驗測量五種情

5、況下的電流、電壓值。5. 針對不同的日照角，逐點繪制出太陽能電池板的電流電壓特性曲線。6. 根據(jù)上述試驗數(shù)據(jù)，找出本地的最佳日照角度。7. 將太陽能板置于最佳日照角度，以當?shù)厍缋识茸詈玫娜照涨闆r為板標準條件（1000W/，25），估計當日晴朗度，計算太陽能板的光伏轉換效率?？砂慈缦鹿接嬎悖簽樗烙嫯斎涨缋识认禂?shù)，。 為天陽能板的有效光照面積（）五、 實驗心得和思考題1、 日照角、光強和溫度對太陽能輸出電流電壓曲線的影響。2、 太陽能光伏發(fā)電中的尋日裝置的作用和原理，基本的設計思路如何？3、 光伏轉換效率的概念和計算方法。實驗三、尋日系統(tǒng)實驗一、實驗目的1、了解尋日系統(tǒng)的結構以及原理。2、了解

6、尋日傳感器的結構以及原理3、掌握PLC的編程及應用4、掌握繼電器的用法二、實驗類型與建議學時實驗類型：設計型實驗建議學時：8學時三、實驗內容與任務1、PLC編程設計：根據(jù)提供的相關信息，設計編寫尋日程序，要求能夠正確的尋日，并且限位開關有效。2、接線：根據(jù)PLC程序，列出相關的I/O配置點，根據(jù)I/O點進行相關的接線四、實驗步驟1、根據(jù)原始的PLC程序：列出I/O分配表 逆時針旋轉 I0.0 逆時針旋轉輸出 Q0.0 順時針旋轉 I0.1 順時針旋轉輸出 Q0.1 向上旋轉 I0.3 向上旋轉輸出 Q0. 3 向下旋轉 I0.2 向下旋轉輸出 Q0.2 東限位 I0.5 西限位 I0.4 上限

7、位 I0.7下限位 I0.6 2、根據(jù)上述的I/O地址分配表接線PLC輸入部分：PLC的輸出接到繼電器的線圈上 按照接線圖完成水平電機與垂直電機的接線工作，先自行檢查連線，再請指導老師檢查連線，將編寫的PLC程序下載到PLC里面，將PLC開關撥到RUN上，查看實驗結果。五、實驗心得與思考1、如果是室外安裝尋日系統(tǒng)，還需要考慮什么因素。2、查找資料，了解除了傳感器尋日外的其他尋日方法。實驗四 太陽能電池光伏系統(tǒng)直接負載實驗一、 實驗目的（1） 掌握太陽能電池直接負載連接方法。（2） 了解太陽能電池光伏系統(tǒng)直接負載法的優(yōu)缺點，以及該方法的應用前景。二、 實驗類型與建議學時實驗類型：驗證性實驗建議學

8、時：1學時三、 實驗任務與內容（1） 將太陽能電池板輸出直接連接至負載，并畫出連接線路原理圖。（2） 總結出太陽能板直接負載法的優(yōu)缺點，了解直接負載法在實際中的應用方面。四、 實驗步驟1. 按下圖所示完成直接負載實驗的接線。·如果需要進行數(shù)據(jù)的測量與保存，那么將電流表串進回路，將電壓表并進回路2、打開碘鎢燈按鈕開關，將電位器順時針旋轉到底，使碘鎢燈亮度最大，觀察電壓表、電流表的數(shù)值。3、打開電腦桌面上“風光互補實訓軟件”，選擇通訊方式后，點擊運行軟件。點擊界面“風光VI測試”，控制器接入負載，不接入蓄電池。4、切換至“光電輸入”界面。點擊“光電輸入”按鈕，控制器自動只輸入光電。5、將

9、可調電子負載從1-99歐姆依次旋轉，波動 ，觀察電壓表、電流表的數(shù)據(jù)，并且選取合適的電壓、電流值在上位機軟件上保存下來，并且生成對應的V-I曲線。6、改變光伏PWM波占空比，即改變光伏電壓，重復實驗步驟，記錄電壓、電流值。實驗五、太陽能電池板充電實驗一、實驗目的（1）熟悉怎么使用太陽能光伏板進行對蓄電池的充電實驗（2）測量光伏板對蓄電池進行充電時的充電電壓與充電電流（3）了解和熟悉蓄電池充電曲線二、實驗類型與建議學時 實驗類型：驗證性實驗建議學時：1學時三、實驗任務與內容1、查找相關資料，了解并且畫出蓄電池的充電曲線2、畫出光伏板直接對蓄電池進行充電的電路圖3、按照所繪制的電路圖進行接線4、觀

10、察蓄電池充電過程中電壓、電流的變化趨勢四、實驗步驟1、接通設備電源，打開碘鎢燈的開關，使碘鎢燈光對光伏板進行照射。2、按照接線圖將電壓表，電流表及功率表接近光伏，蓄電池回路中。3、打開光伏尋日系統(tǒng)，將光電輸入至控制器。4、打開上位機軟件并運行。5、點擊“蓄電池動力輸入”將蓄電池接進控制器6、切換“光伏輸入”界面，調節(jié)PWM占空比，點擊“PWM波輸入”觀察在不同PWM占空比下，光伏的電壓與電流、蓄電池的電壓與電流變化。7、點擊光伏輸入，自動搜尋MPPT最大功率點五、實驗心得與思考題1、觀察在100%占空比時，光伏電壓、光伏電流、蓄電池電壓、蓄電池電流2、觀察在0%占空比時，光伏電壓、光伏電流、蓄

11、電池電壓、蓄電池電流3、綜合上述監(jiān)測情況，思考當光伏給蓄電池充電時，光伏特性與蓄電池特性成什么樣的關系。4、觀察光伏功率，在最大功率點下的電壓與電流，思考在最大功率點是如何尋找的。實驗六、逆變器負載實驗一、實驗目的（1）了解離網(wǎng)逆變器的工作原理（2）了解并網(wǎng)逆變器的工作原理（3）了解離網(wǎng)逆變器的轉換效率以及影響因素（4）了解并網(wǎng)逆變器的轉換效率以及影響因素二、實驗類型以及建議學時實驗類型：驗證性實驗建議學時：1學時三、實驗任務與內容1、查找相關資料，了解離網(wǎng)逆變器的工作原理。2、查找相關資料，了解并網(wǎng)逆變器的工作原理。3、利用蓄電池作為逆變輸入端，接上交流負載，畫出離網(wǎng)逆變器的電路圖。4、利用

12、蓄電池作為逆變輸入端，接上交流負載，畫出并網(wǎng)逆變器的電路圖。5、分析離網(wǎng)、并網(wǎng)逆變器的差異。四、實驗步驟1、打開設備電源，按照所繪制的離網(wǎng)逆變器的電路圖，將蓄電池端接入離網(wǎng)逆變器的輸入，逆變器的輸出接交流負載，在合適的位置串、并上電流電壓表。觀察逆變輸出前的電壓電流以及逆變輸出后的電壓電流。2、打開設備電源，按照所繪制的并網(wǎng)逆變器的電路圖，將蓄電池端接入離網(wǎng)逆變器的輸入，逆變器的輸出接交流負載，在合適的位置串、并上電流電壓表。打開并網(wǎng)開關，觀察逆變輸出前的電壓電流以及逆變輸出后的電壓電流。3、分析離網(wǎng)逆變器的工作原理以及計算離網(wǎng)逆變器的工作效率4、分析并網(wǎng)逆變器的工作原理以及計算并網(wǎng)逆變器的工

13、作效率5、分析影響離并網(wǎng)逆變器工作效率的影響因素五、實驗心得與思考題1、為什么做離、并網(wǎng)逆變器實驗的時候要用蓄電池作為逆變器的輸入端？2、并網(wǎng)逆變器要實現(xiàn)并網(wǎng)功能，需要滿足哪些條件？3、查找相關資料，了解大功率并網(wǎng)的時候會對電網(wǎng)造成什么影響實驗七、太陽能電池的I-V特性曲線實驗一、實驗目的（1）驗證光伏發(fā)電系統(tǒng)的I-V曲線，調節(jié)不同的負載，畫出完整的I-V曲線（2）了解了解太陽能電池發(fā)電的環(huán)境因素（3）了解太陽能電池的負載特性二、實驗類型與建議學時實驗類型：驗證性實驗建議學時：1學時三、實驗任務與內容1、光電池是以半導體P-N結上接收太陽光照射產生光生伏特效應為基礎，直接將光能轉換成電能的能量

14、轉換器。光電池發(fā)出的電能直接接上直流負載，從低到高調節(jié)負載的大小，觀察光伏板發(fā)出的電的電壓、電流變化趨勢，并且畫出對應的I-V曲線2、根據(jù)教材，了解太陽能電池發(fā)電的環(huán)境因素有哪些？四、實驗步驟1、打開設備電源，打開碘鎢燈的開關，讓碘鎢燈光照射在光伏板上，將光伏板的輸出端子接入直接負載的電阻箱，在合適的地方接入電壓表與電流表，完成接線。2、打開上位機軟件并運行，點擊風光VI測試按鈕，切換至光伏輸入界面，將PWM波占空比調至100%，點擊PWM波輸入，啟動光伏。2、調整合適的電阻，采集相關的電壓、電流以及阻值的數(shù)據(jù)，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，生成相應的I-V特性曲線。3、保持負載阻值的不變，啟動尋日系統(tǒng)，觀

15、察電壓、功率值的變化4、保持負載阻值不變，調節(jié)碘鎢燈的亮度，觀察電壓、功率值的變化5、根據(jù)采集出的數(shù)據(jù)，分析影響光伏板發(fā)電的因素，并且畫出對應的特性曲線。五、實驗心得與思考題做光伏板I-V特性曲線的時候，哪些因素會對其結果造成誤差。實驗八、太陽光光照強度數(shù)據(jù)采集實驗一、實驗目的（1）驗證光強對光伏板發(fā)電特性的影響（2）了解室內光源與太陽光的區(qū)別二、實驗類型與建議學時實驗類型：驗證性實驗建議學時：1學時三、實驗任務與內容1、查找分析太陽光與碘鎢燈的頻譜特性2、分析不同的頻譜特性對光伏板發(fā)電特性的影響3、按照直接負載實驗連線，選擇適當?shù)呢撦d阻值，進行光照強度特性實驗。四、實驗步驟1、打開設備電源，

16、打開碘鎢燈開關，使碘鎢燈照射光伏板，將光伏板輸出按照直接負載實驗接到可調電阻箱上，在適當?shù)牡胤酱⒉⑸想娏鞅砼c電壓表。完成接線開始實驗。2、打開上位機軟件并運行，將界面切換至數(shù)據(jù)顯示面板。觀察在不同光照度下，光伏電壓，電流的變化。2、保持電阻的阻值不變，將碘鎢燈光強調到最暗，然后慢慢調強，在此過程中，均勻的采集光照強度數(shù)據(jù)以及相對應的電壓、電流數(shù)據(jù)。3、將采集的數(shù)據(jù)在上位機上繪制出相應的特性曲線。4、查找相關的資料，了解碘鎢燈以及太陽光的頻譜特性，分析不同的頻譜特性對光伏板發(fā)電造成的影響。五、實驗心得與思考題研究光伏強度對光伏特性的影響。實驗九、太陽能實驗系統(tǒng)有線無線組網(wǎng)實驗一、實驗目的（1）

17、了解太陽能實驗系統(tǒng)組網(wǎng)的方法有哪些（2）了解各個組網(wǎng)方法的優(yōu)缺點二、實驗類型與建議學時實驗類型：驗證性實驗建議學時：1學時三、實驗內容與任務1、利用RS232進行組網(wǎng)通信，進行數(shù)據(jù)采集以及上位機實驗2、利用RS485進行組網(wǎng)通信，進行數(shù)據(jù)采集以及上位機實驗3、利用TCP/IP進行組網(wǎng)通信，進行數(shù)據(jù)采集以及上位機實驗4、利用GPRS進行組網(wǎng)通訊，進行數(shù)據(jù)采集以及上位機實驗四、實驗步驟1、將RS232數(shù)據(jù)線連接電腦串口和風光互補控制器的串口，然后打開監(jiān)控單元的上位機監(jiān)控軟件，選擇軟件界面的通訊方式為RS232通訊（通訊協(xié)議可以查看上面的章節(jié)），點擊程序的運行按鈕，查看實驗結果，如果熟悉LABVIE

18、W的同學可以查看軟件后臺的通訊程序。2、如果進行RS485通訊，則將RS485轉RS232模塊接上風光互補控制器，然后再接上帶485口的電腦，同樣上位機軟件上選擇通訊方式為RS485通訊，點擊程序運行按鈕即可。3、進行TCP/IP組網(wǎng)通訊時，首先將風光互補控制器的串口端接入TCP/IP模塊上，同時將模塊的網(wǎng)口和電腦的網(wǎng)口都連上路由器（此連接實驗臺一般連接好了），其實設置TCP/IP模塊，運行CNS311配置模塊，配置程序啟動時默認使用網(wǎng)口進行配置，自動搜索局域網(wǎng)內所有CNS設備，會顯示在左邊的設備列表中。通過點擊“刷新設備列表”可以重新搜索局域網(wǎng)內的CNS設備。點擊“讀取”，即可讀出設備中的所

19、有參數(shù)，如下圖所示：點擊需要修改的某項參數(shù)，然后在右上方的編輯框或下拉框中設置參數(shù)值，點擊“設置”按鈕即可完成參數(shù)的設置。要使新設置的參數(shù)生效，應復位設備或者給設備上電重新啟動設備。點擊“恢復出廠默認設置”，可以使設備恢復出廠時的參數(shù)；點擊“復位”，可以使設備重新啟動。本機網(wǎng)絡參數(shù)不需要設置，需設置的參數(shù)為串口1參數(shù)中的以下部分：1、將網(wǎng)絡模式設置為：TCP Client2、將遠端IP地址/域名設置為：計算機上的IP地址3、本地端口號設置為：650004、串口工作模式：透明傳輸模式5、串口波特率：96006、串口參數(shù)：8N1其他參數(shù)保持不變！此處TCP/IP模塊設置只需第一次的時候進行，設置好

20、下次使用就不用設置了。 點擊打開桌面上的，選擇 點擊，按照畫面配置串口配置好了之后，出現(xiàn)然后關閉該軟件，再次打開即可。接著打開上位機軟件，選擇通訊模式為TCP/IP模式，點擊運行，觀察實驗結果。4、進行GPRS組網(wǎng)通訊的時候，和上述TCP/IP通訊一樣，也得先配置GPRS通訊模塊，另外需一個開通了GPRS且有余額的手機卡，配置完成后，打開上位機軟件，點擊運行按鈕，觀察實驗結果五、實驗心得與思考題對比4種組網(wǎng)通訊方式的優(yōu)缺點。實驗十、太陽能系統(tǒng)電器負載實驗一、實驗目的（1） 掌握移動設備能源供給方法（2） 掌握如何利用太陽能給移動設備供電二、實驗類型與建議學時 實驗類型：驗證性實驗建議學時：1學

21、時三、實驗任務與內容（1） 用光伏型實驗方法接通電路。（2） 畫出DC/DC原理圖。（3） 接入收音機負載，進行實驗，觀察性能。（4） 接入小車進行實驗，觀察性能。（5） 接入手機進行充電實驗。四、實驗步驟1. 用光伏型實驗方法接通電路。 2. 在DC/DC的3V輸出上接入收音機負載，進行實驗，觀察性能；3. 在DC/DC的3V輸出上接入小車進行實驗，觀察性能；4. 在DC/DC的5V輸出上接入手機進行充電實驗；5. 畫出DC/DC的原理圖五、實驗心得和思考題請談談本次實驗的心得體會？設想未來有哪些移動設備便于使用太陽能？實驗十一 、風能轉換實驗一、實驗目的（1） 掌握風能轉換原理（2） 了解

22、風力發(fā)電原理二、實驗類型與建議學時實驗類型：驗證性實驗建議學時：1學時三、實驗任務與內容（1） 了解變頻器工作原理（2） 調節(jié)變頻器頻率，改變風速觀察風電電壓。（3） 了解風力發(fā)電機的發(fā)電原理。（4） 觀察風機開路電壓、短路電流、工作電壓、工作電流、輸出功率四、實驗步驟1. 接入儀表，將負載單元的上的交流儀表接入風能回路中2. 調節(jié)變頻器的頻率，改變軸流風機的轉速，即改變模擬風速。3. 在不同風速下，觀察儀表上風能電壓，電流和功率。五、 實驗心得和思考題 1、思考風速對風能的影響。2、如何使風力發(fā)電能量轉換最大化。實驗十二、風機V-I特性曲線實驗一、實驗類型和建議學時： 實驗類型：驗證性實驗

23、建議學時：2學時二、實驗目的：（1） 熟悉風光互補控制器操作，了解實驗臺界面與軟件；（2） 了解風力發(fā)電原理；（3） 了解風力發(fā)電的優(yōu)缺點。三、實驗任務：（1）觀察風機發(fā)電空載時的電壓和電流；（2）觀察風機發(fā)電運行負載時的電壓和電流；（3）調節(jié)電阻負載，觀察電壓和電流，并記錄數(shù)據(jù)繪制曲線。四、實驗步驟： （1）接通實驗臺電源，將負載輸出端接入電阻負載。接入交流儀表，并打開電腦LABVIEW軟件。 （2）點擊“風光VI測試” 按鈕，切換至軟件“風電輸入”界面，調節(jié)PWM占空比至100%，在點擊PWM波輸入按鈕，將風能全電壓輸入至控制中。 （3）點擊“數(shù)據(jù)采集”按鈕，記錄空載電壓和電流值，點擊繪制

24、曲線觀察電壓和電流的特性曲線。 （4）調節(jié)電阻箱的電阻值，觀察風能電壓、電流和功率在不同負載下采集風能電壓、電流。實驗十三、風機蓄電池充電實驗一、實驗類型和建議學時： 實驗類型：驗證性實驗 建議學時：2學時二、實驗目的：（1） 熟悉蓄電池操作，了解實驗臺界面與軟件；（2） 了解風力發(fā)電原理；（3） 了解風力發(fā)電的優(yōu)缺點。三、實驗任務：（1）調節(jié)風光互補控制器PWM波占空比；（2）觀察調節(jié)PWM波占空比后蓄電池電壓和電流。四、實驗步驟：（1）接通實驗臺電源，打開電腦LABVIEW軟件。 （2）調節(jié)變頻器，將風能電壓調至大于蓄電池電壓時，風能開始給蓄電池充電。（3）切換至軟件“自動模式”界面，點擊

25、“蓄電池動力輸入”。（4）切換至軟件“風電輸入”界面，點擊“風電輸入”按鈕，進入MTTP最大功率點跟蹤模式，風能為蓄電池充電，風能電壓為充電電壓，風電電流為充電電流。（5）切換至軟件“風電輸入”界面，調節(jié)PWM波占空比，點擊“PWM波，卸荷器輸入”按鈕，將調節(jié)過的PWM波占空比輸入至風光互補控制器中，可以改變風電電壓，在給蓄電池充電的模式下，占空比越高，充電電流越高，充電電壓越接近蓄電池電壓。五、實驗心得與思考題1、觀察在100%占空比時，風能電壓、風能電流、蓄電池電壓、蓄電池電流。2、觀察在0%占空比時，風能電壓、風能電流、蓄電池電壓、蓄電池電流。3、當風能電壓在多少時開始給蓄電池充電。實驗

26、十四、 風機卸荷器實驗一、實驗類型和建議學時： 實驗類型：驗證性實驗 建議學時：2學時二、實驗目的：（1） 熟悉卸荷器操作，了解實驗臺界面與軟件；（2） 了解卸荷器工作原理；（3） 了解卸荷器的作用。三、實驗任務：（1）調節(jié)卸荷器的占空比；（2）觀察打開卸荷器后風光互補控制器電壓和電流；四、實驗步驟： （1）接通實驗臺電源，打開電腦LABVIEW軟件。 （2）切換至軟件“自動模式”界面，點擊風光VI測試，控制器接入電子負載和并網(wǎng)逆變器，不接入蓄電池。（3）切換至軟件“風電輸入”界面，點擊“風電輸入”按鈕，進入MTTP最大功率點跟蹤模式，將風電輸入至風光互補控制器，將風電輸入至風光互補控制器。 （4）切換至軟件“風電輸入”界面，調節(jié)卸荷器波占空比，點擊