智能風光柴儲協調控制微電網管理系統

• 智能風光柴儲協調控制微電網管理系統

• 建設目的

目前，國內在分布式電源及微電網技術領域取得了一定成果，特別是各高校、電力公司紛紛進行微電網實驗實驗室建設，開展分布式電源及微電網關鍵技術和應用的研究。

 風光柴儲協調控制微電網是由分布式電源系統（光伏、風力、柴油、海流等等不同的能源模式）、混合儲能系統、配電系統、監控與能量管理系統、負荷、測控與保護裝置匯集而成的小型智能的發配電系統，是一個能夠實現自我控制、智能調配、保護和管理的自治系統，既可以與外部電網并網運行，也可以孤立運行。

  微電網不僅可以解決分布式能源發電系統的大規模的接入問題，還為用戶帶來了其他方面的效益，成為電網的有益補充。由于這種系統的潛在優勢，作為未來可能的一種能源供應模式，微電網正得到了越來越多的重視。微電網實驗室的建設在拓寬分布式發電及微電網專業建設和實驗教學范疇的同時,向社會輸送在微電網及智能電網的研究和工作領域頗具競爭力的人才。符合學校學科建設、科學研究和應用型人才培養的方向與要求。

二、系統結構及電氣結構

   由分布式電源系統（光伏、風力、柴油、海流等等不同的能源模式）、混合儲能系統、配電系統、監控與能量管理系統、負荷、測控與保護裝置匯集而成的小型智能的發配電系統所組成。

• 智能風光柴儲協調控制微電網管理系統特點

（1）實現中小型模擬微電網系統自動供電切換和能量管理；

（2）有效利用分布式電源（光伏、風電、柴油、海流），節能減排；

（3）電池自動充放電控制；

（4）支持儲能微網優先選擇控制；

（5）適合微電網等應用場合的能量管理和監控；

（6）支持多種組網方式、多電源備用切換控制、支持分時模式控制、電池自動充放電控制；

（8）多種設備的運行參數實時顯示；

（9）實現對各發電單元進行控制?？梢酝ㄟ^控制輸入端來模擬現實條件下風速、光照強度、海流速度等參數發生變化，系統的輸出功率隨之改變；

四、智能風光柴儲協調控制微電網管理系統功能

(1) 光伏供電系統電氣控制原理設計

(2) 光伏電池的輸出功率特性實驗

(3) 垂直軸軸永磁同步風力發電機的組成安裝實驗

(4) 模擬風場的設計與搭建實驗

(5) 風力供電系統的組成及工作原理

(6) 可變風向和可變風量控制實驗

(7) 風力供電系統電氣控制原理實驗

(8) 風力發電機輸出特性測試

(9) 柴油發電系統的組成及工作原理

(10) 海流發電系統的組成及工作原理

（11）海水流速對海流發電影響

（12）海流發電的選址

(13) DSP控制器對蓄電池的放電保護實驗

(14) 蓄電池實際充電檢測實驗

(15) 編程軟件可修改蓄電池充放電

(16) 上位機與各單元通信方式與連接實驗

(17) 能量管理控制器設定實驗

(18) 根據MPPT算法合理的控制各單元供電的通斷與輸出功率實驗

（19）能量管理控制器原理及電路設計

• 技術參數

5.1 風力發電單元

5.1.1風速產生單元

（1）軸流通風機：

流量：19253m3/h

電壓：380V（由變頻器控制）（技術要求：220V交流）

全壓：310Pa

頻率：50Hz

功率：2.2Kw

轉速：1450r/min

2）輔助系統：

配置軸流風機支架和軸流風機框罩

3）風速儀

測量范圍：0～60M/S

測量精度：±0.5M/S

顯示分辨率：0.1M/S

5.1.2風力發電設備

1）垂直軸三相永磁同步風力發電機，可能通過能量管理控制器對輸出的功率進行控制

輸出功率：100W

輸出電壓：12V

風輪直徑：1.08m

葉片數量：9個

啟動風速：1.5m/s

額定風速：11m/s

安全風速：45 m/s

類型：垂直軸三相永磁同步發電機，經過經過能量管理控制器變成直流

能量管理控制器輸出電壓：5V 、12V、24V

5.2 光伏發電單元

5.2.1 光照發聲單元

（1）太陽模擬器

 電壓：220V

頻率：50Hz

電流：2.5A

大功率：500W

照度調節器：范圍：0-1000Ω，帶刻度，可無級可調

（2）單晶硅太陽電池組件

功率：50W

 誤差：±3%

 輸出電壓：17.3V

 輸出電流：2.9A

 開路電壓：21.6V

 短路電流：3.18A

 工作環境溫度：45℃±2℃

能量管理控制器輸出電壓：5V 、12V、24V

5.3 柴油發電單元：功率3KW 輸出AC220V  DC12V

5.4 海流發電單元

（1）同時配置有3個35W的海流模擬發電機，用于模擬海流發電設備中葉輪產生的轉矩

（2）輸出：DC12～24V  

（3）可能通過能量管理控制器對輸出的功率進行控制

5.5蓄電池單元

（1）通過風機、光伏板、海流發電機、汽油機的12VDC，可以向蓄電池供電，在風、光條件良好的情況下，風力發電機和光伏電板向外輸出5V 、12V、24V的直流電，供給負載使用

（2）蓄電池可輸出5V 、12V、24V的直流電，蓄電池容量為75AH，充放電次數≥1000次

5.6 能量管理控制器

（1）.光伏輸入1路

大光伏輸入電壓: 100VDC

大光伏輸入功率：100W

（2）.風機輸入1路
風機輸入電壓: 0—16VAC

大輸入功率：130W

（3）.DC12V輸入1路

大輸入電流：10A

（4）.海流發電輸入3路

大輸入電壓：100V

大輸入功率：50W

（5）.蓄電池電壓：12V 24V自動識別

（6）.大充電電流：40A

（7）.負載電流：20A

（8）.負載電壓：5V 12V 24V

（9）.控制輸出：6路 用于控制6個單元的通斷

（10）.通信：RS485/RS232  標準Modebus協儀為上位機提供各單元的電壓電流電量環境參數等監測數據；

（11）.控制原理通過采集所各單元的電壓電流功率電量，以及負載功率蓄電池容量等參數，根據MPPT算法合理的控制各單元供電的通斷與輸出功率，并對蓄電池充放電進行全智能化管理；例如在風力與光及海流條件都很好的情況下，控制器計算輸出負載功率.蓄電池容量.風力發電功率.光伏發電功率.海流發電功率來控制，但滿足要求時，控制器合理的控制負載輸出及對蓄電池充電；但發現輸入功率過大時，合理斷開風力或者海流和光伏發電中合適的發電單元；但監測到光伏，風力，海流不能為負載提供充足的電能時，蓄電池容量不足時，控制器啟動柴油發電機，以滿足系統正常運作；

提供控制器的電路圖和算法理論參數及程序，通過編程軟件可修改蓄電池充放電等參數對系統各部份進行控制。

（12）系統具有過充保護，過放保護，短路保護，過壓保護，過流保護等

5.7.測量和顯示單元

1.直流輸入單元

1）電流表： DC 0-5A

2）電壓表： DC 0-100V

2.變頻器：SQ880-4KW

輸入電壓單相：AC220V

輸出電壓三相：AC380V

功    率    ：4KW

3. 交流輸出顯示單元

1）電流表：AC 0-5A

2）電壓表：AC 0-500V

5.8 負載：5V 12V 24V 直流LED燈 220V交流LED燈

5.9 SCADA系統

（1）顯示控制器采集的各單元的電壓、電流、功率、電量、風速、蓄電池電壓、蓄電池充放電電流、環境溫度等參數，并保存數據和導出數據。

（2）工控機 包括6個串口和鍵盤鼠標，微軟Window WIN7操作系統軟件

5.10 支架及配件：鋁型材制作， 電器件為施耐德品牌。

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