CN208922589U - 分布式新能源运维仿真实训装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分布式新能源运维仿真实训装置，包括分布式新能源发电监控单元、仿真控制单元、配电变压器、配电柜、防孤岛保护装置箱、仿真负载、光源模拟装置、光伏组件及跟踪装置、分布式光伏发电仿真系统、模拟风源及风力发电机、分布式风力发电仿真系统。本实用新型具备多种发电系统运行模式、计量模式的演示功能，不同发电系统设备的选型以及系统连接的实操演练功能，发电系统孤岛效应及防孤岛保护的模拟与演示功能。

Description

分布式新能源运维仿真实训装置

技术领域

本实用新型涉及一种运维仿真实训装置，具体涉及一种分布式新能源运维仿真实训装置。

背景技术

分布式新能源是清洁能源，是指在自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的资源，它对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用，是一种能与环境相兼容的独立电源系统，具有灵活的变负荷性调峰性能，能满足电力系统和用户的特殊要求，可为边远用户或商业区提供较高的供电可靠性，节省输变电投资，是缓解我国能源问题、解决我国环境污染和保障我国电力安全的重要途径之一。

基于可再生能源的分布式新能源发电是国民经济可持续发展战略和环境保护的重要组成部分。这就要求电力系统运维人员对新能源发电原理和操作规范有更加清晰地认识。然而，目前的关于新能源发电的培训类产品大都仅限于对光伏发电或风力发电等单一发电方式的培训，而且实际操作性较低，重在对发电原理和流程的演示。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种分布式新能源运维仿真实训装置。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种分布式新能源运维仿真实训装置，包括分布式新能源发电监控单元、仿真控制单元、仿真配电变压器、配电柜、防孤岛保护装置箱、仿真负载、光源模拟装置、光伏组件及跟踪装置、分布式光伏发电仿真系统、模拟风源及风力发电机、分布式风力发电仿真系统；

配电变压器与电网连接，为仿真实训装置提供经过隔离后的380V电源；配电变压器输出端与配电柜连接，配电柜分别与防孤岛保护装置箱、仿真负载、分布式光伏发电仿真系统、分布式风力发电仿真系统连接，进行电能分配；防孤岛保护装置箱用于监视母线电压和测量电流；光源模拟装置通过光照强度的调节，仿真太阳光照由弱到强以及由强的弱的变化；通过控制灯光角度，以模拟太阳的东升西落运行轨迹；

光伏组件及跟踪装置仿真光伏组件发电效率的变化，通过台体光伏组件电压表显示光伏组件输出电压；模拟风源通过对风机风速的调节，为风力发电机发电提供模拟环境，风力发电机在模拟环境中运行，实现风力发电仿真输出；

分布式新能源发电监控单元为实训装置运行控制提供人机交互的操作界面，采集系统各电气回路的电流、电压、有功、无功、功率因数、频率数据；采集开关位置信号，进行开关遥控操作；进行系统运行模式控制；

仿真控制单元进行系统运行支撑数据的计算储存，同仿真实训装置包含的各个子装置进行通讯，实现控制指令、设置信息的发送。

进一步的，分布式新能源发电监控单元的监控界面展示多种信息，包括主进网线的电压、电流和频率，断路器开关状态，光伏组件的工作状态和工作数据，风电机组的工作状态和工作数据，以及蓄电池组的相关数据。

进一步的，仿真配电变压器仿真10/0.38kV配变，安装于两根柱式仿真塔杆之间，内置0.38/0.38kV隔离变压器，给分布式新能源运维仿真实训装置提供经过隔离后的380V电源，提供系统运行所需要的工作电压。

进一步的，配电柜包含1路交流总进断路器、3路交流输出断路器和1台仿真三相四线智能电能表；

配电变压器输出端经过仿真三相四线智能电能表后与交流总进断路器连接，然后一路分三路分别通过三个交流输出断路器与仿真负载、分布式光伏发电仿真系统、分布式风力发电仿真系统相连；防孤岛保护装置通过采集输出断路器处的状态与电能信息，并对其进行分析处理从而进行相应动作。

进一步的，光源模拟装置包括卤钨灯、灯杆、伺服器、步进电机和电动推杆；卤钨灯设置在灯杆上模拟太阳光，通过改变灯两端的电压实现对光照强度的调节，仿真太阳光照由弱到强以及由强的弱的变化；通过伺服器驱动步进电机和电动推杆来控制灯杆的左右、俯仰摆动，以模拟太阳的东升西落运行轨迹。

进一步的，光伏组件及跟踪装置由2块单晶硅太阳能电池板、1台立式双轴跟踪支架、光线控制器、控制箱组成，在光源模拟装置提供的模拟环境中，仿真光伏组件发电效率的变化，通过台体光伏组件电压表显示光伏组件输出电压；在光线控制器的控制下，跟踪支架跟随模拟太阳的摆动进行追日跟踪；

模拟风源及风力发电机由大功率风机和一台风力发电机组成，风力发电机设置三档可调，通过对风机风速的调节，为风力发电机发电提供模拟环境，风力发电机在模拟环境中运行，实现风力发电仿真输出。

进一步的，分布式光伏发电仿真系统包括仿真单相电表、双向电能表、微型单相逆变器、控制器、仿真卸荷器、隔离刀闸、仿真双电源切换装置、仿真汇流箱、蓄电池组和用户负载；

仿真单相电表用于计量新能源所发电能；双向电能表用于计量并网电量；微型单相逆变器用于将光伏组件所发的直流电逆变为满足并网要求的交流电，并实现并网功能；仿真卸荷器是为了防止蓄电池过充，通过卸荷器把多余的电卸载掉；控制器能够对风力发电和光伏发电进行调节和控制，一方面把调整后的能量送往逆变器，另一方面把多余的能量按蓄电池的特性曲线对蓄电池组进行充电；仿真双电源切换装置用于切换用户负载的供电电源，当电网失电时自动切换至新能源发电系统供电，反之，自动切换至电网供电；隔离刀闸用于将新能源发电系统与电网隔离；

光伏组件所发电能经过仿真汇流箱汇入控制器，一部分为蓄电池组充电，一部分输入微型单相并网逆变器，多余电能则流入仿真卸荷器；逆变器将满足并网要求的交流电输入仿真单相电表用于计量新能源所发电能；然后仿真电能表分别与仿真双电源切换装置、双向电能表连接，双向电能表经过隔离刀闸与电网连接，仿真双电源切换装置与负载连接。

进一步的，分布式风力发电仿真系统包括仿真单相电表、双向电能表、微型单相逆变器、控制器、仿真卸荷器、隔离刀闸、仿真双电源切换装置、蓄电池组、用户负载；

仿真单相电表用于计量新能源所发电能；双向电能表用于计量并网电量；微型单相逆变器用于将风力发电机所发的直流电逆变为满足并网要求的交流电，并实现并网功能；仿真卸荷器是为了防止蓄电池过充，通过卸荷器把多余的电卸载掉；控制器能够对风力发电进行调节和控制，一方面把调整后的能量送往逆变器，另一方面把多余的能量按蓄电池的特性曲线对蓄电池组进行充电；仿真双电源切换装置用于切换用户负载的供电电源，当电网失电时自动切换至新能源发电系统供电，反之，自动切换至电网供电；隔离刀闸用于将新能源发电系统与电网隔离；

风力发电机的电能汇入控制器，一部分为蓄电池组充电，一部分输入微型单相并网逆变器，多余电能则流入仿真卸荷器；逆变器将满足并网要求的交流电输入仿真单相电表用于计量新能源所发电能；然后仿真电能表分别与仿真双电源切换装置、双向电能表连接，双向电能表经过隔离刀闸与电网连接，仿真双电源切换装置与负载连接。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点为：分布式新能源运维仿真实训装置针对从事分布式光伏发电、风力发电相关的运维服务、营销管理、综合服务、用户代维人员设计开发；具备多种发电系统运行模式、计量模式的演示功能，不同发电系统设备的选型以及系统连接的实操演练功能，发电系统孤岛效应及防孤岛保护等保护现象的模拟与演示功能，可以模拟发电系统接入配网前后计量数据进行系统线损分析，模拟光照变化对光伏发电组件发电效率的影响，模拟风源变化对风力发电机发电效率的影响等。

附图说明

图1为本实用新型的分布式新能源运维仿真实训装置原理框图。

图2为本实用新型的配电柜接线原理图。

图3为本实用新型的分布式光伏发电仿真系统图。

图4为本实用新型的分布式风力发电仿真系统图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

如图1所示，一种分布式新能源运维仿真实训装置，包括分布式新能源发电监控单元、仿真控制单元、仿真配电变压器、配电柜、防孤岛保护装置箱、光源模拟装置、光伏组件及跟踪装置、分布式光伏发电仿真系统、模拟风源及风力发电机、分布式风力发电仿真系统；

分布式新能源发电监控单元为系统运行控制提供人机交互的操作界面，采集系统各电气回路的电流、电压、有功、无功、功率因数、频率等遥测数据；采集开关位置信号；进行开关遥控操作；进行系统运行模式控制；根据监控界面清晰了解到多种信息：包括主进网线的电压、电流和频率；断路器开关状态；光伏组件的工作状态和工作数据；风电机组的工作状态和工作数据。

仿真控制单元进行系统运行支撑数据的计算储存。同仿真系统包含的各个子装置进行通讯，实现支撑数据、控制指令、设置信息的发送；

配电变压器仿真10/0.38kV配变，仿真配变外观，安装于两根柱式仿真塔杆之间，内置0.38/0.38kV隔离变压器，给分布式新能源运维仿真实训装置提供经过隔离后的380V电源，提供系统运行所需要的工作电压。保证人身安全，减少仿真发电系统对真实配电网的影响。

如图2所示，配电柜将仿真配电变输出的电压进行电能分配，含1路交流总进断路器和3路交流输出断路器，1台仿真三相四线智能电能表WT-F05，仿真电能表同仿真监控系统通过RS485接口通讯，实现电能表数据的采集。

防孤岛保护装置箱内置河北保定特创TC-3087防孤岛保护，具备孤岛跳闸和孤岛恢复远方合闸功能，系统运行中，该装置不断监视母线电压和测量电流，具有对异常电流和电压报警功能，配合虚负荷电压电流源实现如下保护功能。

过电压跳闸、低电压跳闸、有压自动合闸、过频率跳闸、低频率跳闸、瞬时逆功率判别跳闸、防孤岛保护判别、可选择的自动恢复合闸功能。

光源模拟装置采用仿太阳光的500W卤钨灯模拟太阳光，通过改变灯两端的电压实现对光照强度的调节，仿真太阳光照由弱到强以及由强的弱的变化；通过伺服器驱动步进电机和电动推杆来控制灯杆的左右、俯仰摆动，以模拟太阳的东升西落运行轨迹。给光伏组件及跟踪装置的工作提供模拟的运行环境。

光伏组件及跟踪装置由2块100W的单晶硅太阳能电池板、1台立式双轴跟踪支架、光线控制器、控制箱组成，在光源模拟装置提供的模拟环境中，仿真光伏组件发电效率的变化，通过台体光伏组件电压表直观显示光伏组件输出电压。在光线控制器的控制线，跟踪支架跟随模拟太阳的摆动进行追日跟踪，最大程度的使太阳能电池板接受最大范围的光照强度与时间。可进行自动跟踪功能的演示及控制原理的培训。

如图3所示，分布式光伏发电仿真系统以台体形式展示，采用仿真单相电表、微型单相逆变器、控制器、仿真卸荷器、隔离刀闸、仿真双电源切换装置、仿真汇流箱等组成，以光伏发电为主，柜体面板预先配好多种运行模式电缆接线，通过关键节点转换短接连片，实现不同运行模式的切换，可灵活展示光伏并网全额上网运行模式、光伏并网余电上网模式、光伏离网运行模式、风光互补离网运行模式等，均可进行含储能和不含储能运行演示，采用XC3-60R-E PLC控制模块控制台体面板内置LED指示灯点亮的形式进行展示，显示多种运行模式下带电路径。柜体同光源模拟机跟踪装置采用航空插头对接，减少现场施工，面板设置有光源位置调节按钮、光源强度转换开关、运行模式选择按钮、直流电源模块，实现远方对光源模拟装置及跟踪装置的控制、光伏组件输出电压的模拟。利用直流电源模块实现直流过压、欠压时控制器、逆变器保护动作的模拟。

模拟风源及风力发电机由大功率风机和一台300W风力发电机组成，风力发电机设置三档可调，通过对风机风速的调节，为风力发电机发电提供模拟环境，风力发电机在模拟环境中运行，实现风力发电仿真输出。通过台体可直观显示风机在不同风速下的发电效率。风机外部设置透明罩，保护实训人员安全。

如图4所示，分布式风力发电仿真系统以台体形式展示，采用仿真单相电表、微型单相逆变器、控制器、仿真卸荷器、隔离刀闸、仿真双电源切换装置、仿真汇流箱组成，以风力发电为主，柜体面板预先配好多种运行模式电缆接线，通过关键节点转换短接连片，实现不同运行模式的切换，可灵活展示风力并网全额上网运行模式、风力并网余电上网模式、风电离网运行模式、风光互补离网运行模式等，均可进行含储能和不含储能运行演示，采用XC3-60R-E PLC控制模块控制台体面板内置LED指示灯点亮的形式进行展示，显示多种运行模式下带电路径。柜体同光源模拟机跟踪装置采用航空插头对接，减少现场施工，面板设置有风源强度调节按钮、风力强度强度转换开关、运行模式选择按钮、交流电源模块，实现远方对风源风机的控制、风力发电机输出电压的模拟。利用直流电源模块、交流电源模块实现直流过压、欠压时控制模拟、逆变器保护动作的模拟、卸荷动作模拟。

Claims (8)

1.一种分布式新能源运维仿真实训装置，其特征在于，包括分布式新能源发电监控单元、仿真控制单元、仿真配电变压器、配电柜、防孤岛保护装置箱、仿真负载、光源模拟装置、光伏组件及跟踪装置、分布式光伏发电仿真系统、模拟风源及风力发电机、分布式风力发电仿真系统；

配电变压器与电网连接，为仿真实训装置提供经过隔离后的380V电源；配电变压器输出端与配电柜连接，配电柜分别与防孤岛保护装置箱、仿真负载、分布式光伏发电仿真系统、分布式风力发电仿真系统连接，进行电能分配；防孤岛保护装置箱用于监视母线电压和测量电流；光源模拟装置通过光照强度的调节，仿真太阳光照由弱到强以及由强的弱的变化；通过控制灯光角度，以模拟太阳的东升西落运行轨迹；

光伏组件及跟踪装置仿真光伏组件发电效率的变化，通过台体光伏组件电压表显示光伏组件输出电压；模拟风源通过对风机风速的调节，为风力发电机发电提供模拟环境，风力发电机在模拟环境中运行，实现风力发电仿真输出；

分布式新能源发电监控单元为实训装置运行控制提供人机交互的操作界面，采集系统各电气回路的电流、电压、有功、无功、功率因数、频率数据；采集开关位置信号，进行开关遥控操作；进行系统运行模式控制；

仿真控制单元进行系统运行支撑数据的计算储存，同仿真实训装置包含的各个子装置进行通讯，实现控制指令、设置信息的发送。

2.根据权利要求1所述的分布式新能源运维仿真实训装置，其特征在于，分布式新能源发电监控单元的监控界面展示多种信息，包括主进网线的电压、电流和频率，断路器开关状态，光伏组件的工作状态和工作数据，风电机组的工作状态和工作数据。

3.根据权利要求1所述的分布式新能源运维仿真实训装置，其特征在于，配电变压器仿真10/0.38kV配变，安装于两根柱式仿真塔杆之间，内置0.38/0.38kV隔离变压器，给分布式新能源运维仿真实训装置提供经过隔离后的380V电源，提供系统运行所需要的工作电压。

4.根据权利要求1所述的分布式新能源运维仿真实训装置，其特征在于，配电柜包含1路交流总进断路器、3路交流输出断路器和1台仿真三相四线智能电能表；

配电变压器输出端经过仿真三相四线智能电能表后与交流总进断路器连接，然后一路分三路分别通过三个交流输出断路器与仿真负载、分布式光伏发电仿真系统、分布式风力发电仿真系统相连。

5.根据权利要求1所述的分布式新能源运维仿真实训装置，其特征在于，光源模拟装置包括卤钨灯、灯杆、伺服器、步进电机和电动推杆；卤钨灯设置在灯杆上模拟太阳光，通过改变灯两端的电压实现对光照强度的调节，仿真太阳光照由弱到强以及由强的弱的变化；通过伺服器驱动步进电机和电动推杆来控制灯杆的左右、俯仰摆动，以模拟太阳的东升西落运行轨迹。

6.根据权利要求1所述的分布式新能源运维仿真实训装置，其特征在于，光伏组件及跟踪装置由2块单晶硅太阳能电池板、1台立式双轴跟踪支架、光线控制器、控制箱组成，在光源模拟装置提供的模拟环境中，仿真光伏组件发电效率的变化，通过台体光伏组件电压表显示光伏组件输出电压；在光线控制器的控制下，跟踪支架跟随模拟太阳的摆动进行追日跟踪；

模拟风源及风力发电机由大功率风机和一台风力发电机组成，风力发电机设置三档可调，通过对风机风速的调节，为风力发电机发电提供模拟环境，风力发电机在模拟环境中运行，实现风力发电仿真输出。

7.根据权利要求1所述的分布式新能源运维仿真实训装置，其特征在于，分布式光伏发电仿真系统包括仿真单相电表、双向电能表、微型单相逆变器、控制器、仿真卸荷器、隔离刀闸、仿真双电源切换装置、仿真汇流箱、蓄电池组和用户负载；

仿真单相电表用于计量新能源所发电能；双向电能表用于计量并网电量；微型单相逆变器用于将光伏组件所发的直流电逆变为满足并网要求的交流电，并实现并网功能；仿真卸荷器是为了防止蓄电池过充，通过卸荷器把多余的电卸载掉；控制器对光伏发电进行调节，一方面把调整后的能量送往逆变器，另一方面把多余的能量按蓄电池的特性曲线对蓄电池组进行充电；仿真双电源切换装置用于切换用户负载的供电电源，当电网失电时自动切换至新能源发电系统供电，反之，自动切换至电网供电；隔离刀闸用于将新能源发电系统与电网隔离；

光伏组件所发电能经过仿真汇流箱汇入控制器，一部分为蓄电池组充电，一部分输入微型单相并网逆变器，多余电能则流入仿真卸荷器；逆变器将满足并网要求的交流电输入仿真单相电表用于计量新能源所发电能；然后仿真电能表分别与仿真双电源切换装置、双向电能表连接，双向电能表经过隔离刀闸与电网连接，仿真双电源切换装置与负载连接。

8.根据权利要求1所述的分布式新能源运维仿真实训装置，其特征在于，分布式风力发电仿真系统包括仿真单相电表、双向电能表、微型单相逆变器、控制器、仿真卸荷器、隔离刀闸、仿真双电源切换装置、蓄电池组、用户负载；

仿真单相电表用于计量新能源所发电能；双向电能表用于计量并网电量；微型单相逆变器用于将风力发电机所发的直流电逆变为满足并网要求的交流电，并实现并网功能；仿真卸荷器是为了防止蓄电池过充，通过卸荷器把多余的电卸载掉；控制器对风力发电进行调节和控制，一方面把调整后的能量送往逆变器，另一方面把多余的能量按蓄电池的特性曲线对蓄电池组进行充电；仿真双电源切换装置用于切换用户负载的供电电源，当电网失电时自动切换至新能源发电系统供电，反之，自动切换至电网供电；隔离刀闸用于将新能源发电系统与电网隔离；

风力发电机的电能汇入控制器，一部分为蓄电池组充电，一部分输入微型单相并网逆变器，多余电能则流入仿真卸荷器；逆变器将满足并网要求的交流电输入仿真单相电表用于计量新能源所发电能；然后仿真电能表分别与仿真双电源切换装置、双向电能表连接，双向电能表经过隔离刀闸与电网连接，仿真双电源切换装置与负载连接。