CN211878842U - 一种模拟风力和光伏发电的微电网控制实验系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种模拟风力和光伏发电的微电网控制实验系统，包括模拟风力发电系统、模拟光伏发电系统、模拟负载、数据采集控制系统，模拟风力发电系统通过PLC控制变频器驱动交流电动机模拟风力驱动交流发电机发电；模拟光伏发电系统通过PLC控制伺服放大器控制伺服电机带动光伏电池板转动，射灯模拟太阳能；模拟负载用来存储发电系统产生的电能，包括与DC‑AC相连接的三相阻性负载以及与AC‑DC逆变器相连接的蓄电池；数据采集控制系统包括人机交互屏以及电工测量仪表，其中人机交互屏通过以太网与PLC进行通讯。该微电网控制实验系统结构简单、成本较低、控制效果好，可以在室内实现风力光伏发电系统的模拟观测与控制。
Description
技术领域
本实用新型属于微电网实验设备制备领域，尤其涉及一种模拟风力和光伏发电的微电网控制实验系统。
背景技术
近年来，随着传统能源的日益枯竭以对节能减排的大力倡导，风能以及太阳能两种清洁能源由于其分布广泛、易于获取以及安全无污染的自身特点，被广泛应用于我国电力系统的发电中。
基于风力发电以及光伏发电的微电网控制系统近年来成为了研究的热点问题，但是在模拟实验中存在以下问题：
1)受天气气候影响较大，太阳能风能作为自然资源，存在一定的随机性以及波动性，微电网的控制研究需在良好的天气以及风能充沛的自然环境中进行。
2)通讯实时性较差，风力发电系统以及光伏发电系统的通讯控制实时性较差，误差时间一般在2s以上。
3)造价过高，一般100KW的风力及光伏发电系统微电网的总造价在500万元以上。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种模拟风力和光伏发电的微电网控制实验系统，通过三相同步电动机模拟风电扇叶，通过射灯模拟阳光照射，以及人机交互屏、伺服放大器、变频器与PLC之间的通讯，可以满足在实验室内进行模拟风力发电以及光伏发电的微电网系统控制实验，通讯实时性很高，且造价较低。
本实用新型是这样实现的，一种模拟风力和光伏发电的微电网控制实验系统，包括：
PLC、模拟风力发电系统、模拟光伏发电系统、模拟负载、以及数据采集系统，
所述模拟风力发电系统包括与PLC相连接的变频器，与变频器连接的交流电动机，以及与所述交流电动机连接的交流发电机；
所述模光伏发电系统包括与PLC连接的伺服放大器、与伺服放大器连接的伺服电机、以及与伺服电机连接的光伏电池板，所述光伏电池板输出连接射灯；
所述模拟负载包括与DC-AC逆变器相连的三相阻性负载，以及与AC-DC逆变器相连的蓄电池，所述DC-AC逆变器连接在交流发电机输出端，所述AC-DC逆变器连接在光伏电池板一输出端；
所述数据采集系统包括人机交互屏，以及人机交互屏连接的电工测量仪表。
进一步地，所述的模拟风力发电系统的变频器通过RS485总线与PLC通讯，变频器驱动交流电动机模拟风电扇叶转动发电，交流电动机为三相同步电动机，额定功率为200W，额定电压为220V，额定转速为1500r/min；交流发电机由交流电动机带动发电，交流发电机的额定功率为150W，额定电压为220V，额定转速为1500r/min。
进一步地，所述模拟光伏发电系统采用射灯照射光伏电池板模拟太阳能，伺服放大器通过RS485总线与PLC进行通讯来驱动伺服电机，伺服电机带动安装在支架上的光伏电池板转动，光伏电池板的额定功率为20W。
进一步地，所采用的三相阻性负载可以实现0-180W功率调节，所选用的蓄电池额定电压为12V，额定容量为100AH。
进一步地，所述人机交互屏通过以太网与PLC通讯，人机交互屏实时显示交流电动机的转速，模拟风力发电系统的功率，伺服电机的转速，光伏发电系统的功率数据；电工测量仪表通过RS232总线与人机交互屏进行通讯，实时显示模拟风力及光伏发电系统的三相电压、电流、有功功率、无功功率数据。
本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：本新型通过三相同步电动机模拟风电扇叶，通过射灯模拟阳光照射，以及人机交互屏、伺服放大器、变频器与PLC之间的通讯，可以满足在实验室内进行模拟风力发电以及光伏发电的微电网系统控制实验，通讯实时性很高，且造价较低。
附图说明
图1为本实用新型的系统结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
参见图1，一种模拟风力和光伏发电的微电网控制实验系统，包括PL C、模拟风力发电系统、模拟光伏发电系统、模拟负载、以及数据采集系统。所述模拟风力发电系统包括与PLC4相连接的变频器1、交流电动机2、交流发电机3；所述模拟光伏发电系统包括与PLC4连接的伺服放大器7、伺服电机8、光伏电池板9、射灯10；所述模拟负载包括与DC-AC逆变器11相连的三相阻性负载12以及与AC-DC逆变器13相连的蓄电池14；所述数据采集系统包括人机交互屏5以及电工测量仪表6。
模拟风力发电系统的变频器通过RS485总线与PLC4通讯，变频器1驱动交流电动机2带动交流发电机3模拟风电扇叶转动发电。交流电动机为三相同步电动机，额定功率为200W，额定电压为220V，额定转速为1500r/min。交流发电机的额定电压为220V，额定功率为150W，额定转速为1500r/min。
通过交流发电机3输出的连接到实验室模拟220V母线上，通过变频器1驱动交流电动机2调速，当交流发电机的输出到达额定电压及额定功率时，在满足幅值、相序、相位的并网条件下，可以进行模拟的风力发电系统并网实验。
模拟光伏发电系统采用射灯照射光伏电池板模拟太阳能，伺服放大器7通过RS485总线与PLC4进行通讯来驱动伺服电机8，伺服电机8带动安装在支架上的光伏电池板9转动模拟光伏电池板跟随阳光转动，通过伺服放大器7控制伺服电机8的转速。所采用的光伏电池板输出的额定电压为20V,额定功率为20W。
模拟负载可以实现模拟风力发电系统以及模拟光伏发电系统的电能存储，模拟风力发电系统的交流发电机3发电之后将电能传送到三相阻性负载12或者通过AC-DC逆变器13存储到蓄电池14中，模拟光伏发电系统的光伏电池板9发电之后可以将电能存储到蓄电池中或者通过DC-AC逆变器11传送到三相阻性负载中12。所采用的三相阻性负载12可以实现0-180W功率调节，蓄电池14额定电压为12V,额定容量为100AH。
数据采集控制系统中可以实时显示并控制模拟发电系统的工作情况，误差时间在0.1S以内，人机交互屏5通过以太网与PLC4通讯，人机交互屏5可以实时显示交流电动机的转速、模拟风力发电系统的功率、伺服电机的转速、光伏发电系统的功率等数据。在人机交互屏5通过PLC4与变频器1以及伺服放大器7的通讯可以实时对交流电动机2及伺服电机8控制，包括电动机2及伺服电机8的正转、反转、转速调节等。电工测量仪表6通过RS232总线与人机交互屏5进行通讯，可以实时显示模拟风力发电系统的三相电压、电流、有功功率、无功功率等数据，以及模拟光伏发电系统的电压、电流、功率等数据。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种模拟风力和光伏发电的微电网控制实验系统，其特征在于，包括：
PLC、模拟风力发电系统、模拟光伏发电系统、模拟负载、以及数据采集系统，
所述模拟风力发电系统包括与PLC相连接的变频器，与变频器连接的交流电动机，以及与所述交流电动机连接的交流发电机；
所述模拟光伏发电系统包括与PLC连接的伺服放大器、与伺服放大器连接的伺服电机、以及与伺服电机连接的光伏电池板，所述光伏电池板输出连接射灯；
所述模拟负载包括与DC-AC逆变器相连的三相阻性负载，以及与AC-DC逆变器相连的蓄电池，所述DC-AC逆变器连接在交流发电机输出端，所述AC-DC逆变器连接在光伏电池板一输出端；
所述数据采集系统包括人机交互屏，以及人机交互屏连接的电工测量仪表。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的模拟风力发电系统的变频器通过RS485总线与PLC通讯，变频器驱动交流电动机模拟风电扇叶转动发电，交流电动机为三相同步电动机，额定功率为200W，额定电压为220V，额定转速为1500r/min；交流发电机由交流电动机带动发电，交流发电机的额定功率为150W，额定电压为220V，额定转速为1500r/min。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述模拟光伏发电系统采用射灯照射光伏电池板模拟太阳能，伺服放大器通过RS485总线与PLC进行通讯来驱动伺服电机，伺服电机带动安装在支架上的光伏电池板转动，光伏电池板的额定功率为20W。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所采用的三相阻性负载实现0-180W功率调节，所选用的蓄电池额定电压为12V，额定容量为100AH。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述人机交互屏通过以太网与PLC通讯，人机交互屏实时显示交流电动机的转速，模拟风力发电系统的功率，伺服电机的转速，光伏发电系统的功率数据；电工测量仪表通过RS232总线与人机交互屏进行通讯，实时显示模拟风力及光伏发电系统的三相电压、电流、有功功率、无功功率数据。
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