新能源发电综合实训场-风光实训平台实验指导书

1、HSNE-SOLAR-CKSX 风光互补发电测控实训系统控制单元实验指导电力工程系电厂设备运行与维护专业HSNE-SOLAR-CKSX 风光互补发电测控实训系统控制单元实验指导 上海寰晟新能源科技有限公司实验一 太阳能光伏板的能量转换实验实验目的（1） 掌握太阳能电池的能量转换原理（2） 熟悉太阳能电池串并联组合原理（3） 了解太阳能电池阵列的结构组成实验类型与建议学时实验类型：验证性实验建议学时：1学时实验任务与内容（1） 了解实验指导书或教科书中的光伏转换原理（2） 了解太阳能电池串并联原理。（3） 了解太阳能阵列结构原理。（4） 了解太阳能电池的电流电压特性。（5） 了解开路电压、短路电

2、流、工作电压、工作电流、输出功率等概念。实验步骤1. 仔细阅读教材中给出的光伏转换的内容，了解其原理；2. 结合教材，仔细观察教学平台上的太阳能电池板，画出其电池串并联原理图和阵列结构图。3. 在不同光强的环境下，测量太阳能电池板的开路电压，如下图所示：4. 在不同光强的环境下，给太阳能电池板接入一个1k的电阻，测量太阳能电池板的工作电压，如下图所示：5. 在不同光强的环境下，测量太阳能电池板的短路电流，如下图所示：6. 在不同光强的环境下，给太阳能电池板接入一个1k的电阻，测量太阳能电池板的工作电流，并计算输出功率，如下图所示：实验心得和思考题比较不同类型太阳能电池特性。了解不同类型太阳能光

3、伏发电系统特点。谈谈太阳能板开路电压、短路电流、工作电压、工作电流、输出功率等概念的含义以及相互之间的关系。实验二、 环境对光伏转换影响实验一、 实验目的(1) 了解影响太阳能电池发电的环境因素(2) 掌握太阳能板日照角度对能量转换的影响(3) 掌握光强对能量转换的影响(4) 掌握温度对能量转换的影响二、 实验类型与建议学时实验类型：设计性实验建议学时：2学时三、 实验任务与内容（1） 设计不同环境，改变太阳能电池板的日照角、光强和温度，在变化的测量其开路电压、工作电压、短路电流、工作电流和输出功率。（2） 找出影响太阳能板光伏转换的环境因素，并定性说明和定量测量。（3） 在不同日照角、光强和

4、温度下，绘制电流电压曲线。（4） 实验获得本地的最佳日照角度。（5） 在当日最大光强和最佳日照角度，估算太阳能板的光伏转换效率。四、 参考实验步骤按下图连接线路，准备试验。1. 参照上图电流和电压测量方法，按下图所示，测量太阳能电池板的开路电压、工作电压、短路电流、工作电流，并计算输出功率。2. 参照上图电流和电压测量方法，按下图所示，测量太阳能电池板的开路电压、工作电压、短路电流、工作电流，并计算输出功率。3. 参照上图电流和电压测量方法，按下图所示，测量太阳能电池板的开路电压、工作电压、短路电流、工作电流，并计算输出功率。4. 讨论日照角、光强和温度对太阳能板输出的影响，每组试验测量五种情

5、况下的电流、电压值。5. 针对不同的日照角，逐点绘制出太阳能电池板的电流电压特性曲线。6. 根据上述试验数据，找出本地的最佳日照角度。7. 将太阳能板置于最佳日照角度，以当地晴朗度最好的日照情况为板标准条件（1000W/，25），估计当日晴朗度，计算太阳能板的光伏转换效率。可按如下公式计算：为所估计当日晴朗度系数，。 为天阳能板的有效光照面积（）五、 实验心得和思考题1、 日照角、光强和温度对太阳能输出电流电压曲线的影响。2、 太阳能光伏发电中的寻日装置的作用和原理，基本的设计思路如何？3、 光伏转换效率的概念和计算方法。实验三、寻日系统实验一、实验目的1、了解寻日系统的结构以及原理。2、了解

6、寻日传感器的结构以及原理3、掌握PLC的编程及应用4、掌握继电器的用法二、实验类型与建议学时实验类型：设计型实验建议学时：8学时三、实验内容与任务1、PLC编程设计：根据提供的相关信息，设计编写寻日程序，要求能够正确的寻日，并且限位开关有效。2、接线：根据PLC程序，列出相关的I/O配置点，根据I/O点进行相关的接线四、实验步骤1、根据原始的PLC程序：列出I/O分配表 逆时针旋转 I0.0 逆时针旋转输出 Q0.0 顺时针旋转 I0.1 顺时针旋转输出 Q0.1 向上旋转 I0.3 向上旋转输出 Q0. 3 向下旋转 I0.2 向下旋转输出 Q0.2 东限位 I0.5 西限位 I0.4 上限

7、位 I0.7下限位 I0.6 2、根据上述的I/O地址分配表接线PLC输入部分：PLC的输出接到继电器的线圈上 按照接线图完成水平电机与垂直电机的接线工作，先自行检查连线，再请指导老师检查连线，将编写的PLC程序下载到PLC里面，将PLC开关拨到RUN上，查看实验结果。五、实验心得与思考1、如果是室外安装寻日系统，还需要考虑什么因素。2、查找资料，了解除了传感器寻日外的其他寻日方法。实验四 太阳能电池光伏系统直接负载实验一、 实验目的（1） 掌握太阳能电池直接负载连接方法。（2） 了解太阳能电池光伏系统直接负载法的优缺点，以及该方法的应用前景。二、 实验类型与建议学时实验类型：验证性实验建议学

8、时：1学时三、 实验任务与内容（1） 将太阳能电池板输出直接连接至负载，并画出连接线路原理图。（2） 总结出太阳能板直接负载法的优缺点，了解直接负载法在实际中的应用方面。四、 实验步骤1. 按下图所示完成直接负载实验的接线。·如果需要进行数据的测量与保存，那么将电流表串进回路，将电压表并进回路2、打开碘钨灯按钮开关，将电位器顺时针旋转到底，使碘钨灯亮度最大，观察电压表、电流表的数值。3、打开电脑桌面上“风光互补实训软件”，选择通讯方式后，点击运行软件。点击界面“风光VI测试”，控制器接入负载，不接入蓄电池。4、切换至“光电输入”界面。点击“光电输入”按钮，控制器自动只输入光电。5、将

9、可调电子负载从1-99欧姆依次旋转，波动 ，观察电压表、电流表的数据，并且选取合适的电压、电流值在上位机软件上保存下来，并且生成对应的V-I曲线。6、改变光伏PWM波占空比，即改变光伏电压，重复实验步骤，记录电压、电流值。实验五、太阳能电池板充电实验一、实验目的（1）熟悉怎么使用太阳能光伏板进行对蓄电池的充电实验（2）测量光伏板对蓄电池进行充电时的充电电压与充电电流（3）了解和熟悉蓄电池充电曲线二、实验类型与建议学时 实验类型：验证性实验建议学时：1学时三、实验任务与内容1、查找相关资料，了解并且画出蓄电池的充电曲线2、画出光伏板直接对蓄电池进行充电的电路图3、按照所绘制的电路图进行接线4、观

10、察蓄电池充电过程中电压、电流的变化趋势四、实验步骤1、接通设备电源，打开碘钨灯的开关，使碘钨灯光对光伏板进行照射。2、按照接线图将电压表，电流表及功率表接近光伏，蓄电池回路中。3、打开光伏寻日系统，将光电输入至控制器。4、打开上位机软件并运行。5、点击“蓄电池动力输入”将蓄电池接进控制器6、切换“光伏输入”界面，调节PWM占空比，点击“PWM波输入”观察在不同PWM占空比下，光伏的电压与电流、蓄电池的电压与电流变化。7、点击光伏输入，自动搜寻MPPT最大功率点五、实验心得与思考题1、观察在100%占空比时，光伏电压、光伏电流、蓄电池电压、蓄电池电流2、观察在0%占空比时，光伏电压、光伏电流、蓄

11、电池电压、蓄电池电流3、综合上述监测情况，思考当光伏给蓄电池充电时，光伏特性与蓄电池特性成什么样的关系。4、观察光伏功率，在最大功率点下的电压与电流，思考在最大功率点是如何寻找的。实验六、逆变器负载实验一、实验目的（1）了解离网逆变器的工作原理（2）了解并网逆变器的工作原理（3）了解离网逆变器的转换效率以及影响因素（4）了解并网逆变器的转换效率以及影响因素二、实验类型以及建议学时实验类型：验证性实验建议学时：1学时三、实验任务与内容1、查找相关资料，了解离网逆变器的工作原理。2、查找相关资料，了解并网逆变器的工作原理。3、利用蓄电池作为逆变输入端，接上交流负载，画出离网逆变器的电路图。4、利用

12、蓄电池作为逆变输入端，接上交流负载，画出并网逆变器的电路图。5、分析离网、并网逆变器的差异。四、实验步骤1、打开设备电源，按照所绘制的离网逆变器的电路图，将蓄电池端接入离网逆变器的输入，逆变器的输出接交流负载，在合适的位置串、并上电流电压表。观察逆变输出前的电压电流以及逆变输出后的电压电流。2、打开设备电源，按照所绘制的并网逆变器的电路图，将蓄电池端接入离网逆变器的输入，逆变器的输出接交流负载，在合适的位置串、并上电流电压表。打开并网开关，观察逆变输出前的电压电流以及逆变输出后的电压电流。3、分析离网逆变器的工作原理以及计算离网逆变器的工作效率4、分析并网逆变器的工作原理以及计算并网逆变器的工

13、作效率5、分析影响离并网逆变器工作效率的影响因素五、实验心得与思考题1、为什么做离、并网逆变器实验的时候要用蓄电池作为逆变器的输入端？2、并网逆变器要实现并网功能，需要满足哪些条件？3、查找相关资料，了解大功率并网的时候会对电网造成什么影响实验七、太阳能电池的I-V特性曲线实验一、实验目的（1）验证光伏发电系统的I-V曲线，调节不同的负载，画出完整的I-V曲线（2）了解了解太阳能电池发电的环境因素（3）了解太阳能电池的负载特性二、实验类型与建议学时实验类型：验证性实验建议学时：1学时三、实验任务与内容1、光电池是以半导体P-N结上接收太阳光照射产生光生伏特效应为基础，直接将光能转换成电能的能量

14、转换器。光电池发出的电能直接接上直流负载，从低到高调节负载的大小，观察光伏板发出的电的电压、电流变化趋势，并且画出对应的I-V曲线2、根据教材，了解太阳能电池发电的环境因素有哪些？四、实验步骤1、打开设备电源，打开碘钨灯的开关，让碘钨灯光照射在光伏板上，将光伏板的输出端子接入直接负载的电阻箱，在合适的地方接入电压表与电流表，完成接线。2、打开上位机软件并运行，点击风光VI测试按钮，切换至光伏输入界面，将PWM波占空比调至100%，点击PWM波输入，启动光伏。2、调整合适的电阻，采集相关的电压、电流以及阻值的数据，根据采集的数据，生成相应的I-V特性曲线。3、保持负载阻值的不变，启动寻日系统，观

15、察电压、功率值的变化4、保持负载阻值不变，调节碘钨灯的亮度，观察电压、功率值的变化5、根据采集出的数据，分析影响光伏板发电的因素，并且画出对应的特性曲线。五、实验心得与思考题做光伏板I-V特性曲线的时候，哪些因素会对其结果造成误差。实验八、太阳光光照强度数据采集实验一、实验目的（1）验证光强对光伏板发电特性的影响（2）了解室内光源与太阳光的区别二、实验类型与建议学时实验类型：验证性实验建议学时：1学时三、实验任务与内容1、查找分析太阳光与碘钨灯的频谱特性2、分析不同的频谱特性对光伏板发电特性的影响3、按照直接负载实验连线，选择适当的负载阻值，进行光照强度特性实验。四、实验步骤1、打开设备电源，

16、打开碘钨灯开关，使碘钨灯照射光伏板，将光伏板输出按照直接负载实验接到可调电阻箱上，在适当的地方串、并上电流表与电压表。完成接线开始实验。2、打开上位机软件并运行，将界面切换至数据显示面板。观察在不同光照度下，光伏电压，电流的变化。2、保持电阻的阻值不变，将碘钨灯光强调到最暗，然后慢慢调强，在此过程中，均匀的采集光照强度数据以及相对应的电压、电流数据。3、将采集的数据在上位机上绘制出相应的特性曲线。4、查找相关的资料，了解碘钨灯以及太阳光的频谱特性，分析不同的频谱特性对光伏板发电造成的影响。五、实验心得与思考题研究光伏强度对光伏特性的影响。实验九、太阳能实验系统有线无线组网实验一、实验目的（1）

17、了解太阳能实验系统组网的方法有哪些（2）了解各个组网方法的优缺点二、实验类型与建议学时实验类型：验证性实验建议学时：1学时三、实验内容与任务1、利用RS232进行组网通信，进行数据采集以及上位机实验2、利用RS485进行组网通信，进行数据采集以及上位机实验3、利用TCP/IP进行组网通信，进行数据采集以及上位机实验4、利用GPRS进行组网通讯，进行数据采集以及上位机实验四、实验步骤1、将RS232数据线连接电脑串口和风光互补控制器的串口，然后打开监控单元的上位机监控软件，选择软件界面的通讯方式为RS232通讯（通讯协议可以查看上面的章节），点击程序的运行按钮，查看实验结果，如果熟悉LABVIE

18、W的同学可以查看软件后台的通讯程序。2、如果进行RS485通讯，则将RS485转RS232模块接上风光互补控制器，然后再接上带485口的电脑，同样上位机软件上选择通讯方式为RS485通讯，点击程序运行按钮即可。3、进行TCP/IP组网通讯时，首先将风光互补控制器的串口端接入TCP/IP模块上，同时将模块的网口和电脑的网口都连上路由器（此连接实验台一般连接好了），其实设置TCP/IP模块，运行CNS311配置模块，配置程序启动时默认使用网口进行配置，自动搜索局域网内所有CNS设备，会显示在左边的设备列表中。通过点击“刷新设备列表”可以重新搜索局域网内的CNS设备。点击“读取”，即可读出设备中的所

19、有参数，如下图所示：点击需要修改的某项参数，然后在右上方的编辑框或下拉框中设置参数值，点击“设置”按钮即可完成参数的设置。要使新设置的参数生效，应复位设备或者给设备上电重新启动设备。点击“恢复出厂默认设置”，可以使设备恢复出厂时的参数；点击“复位”，可以使设备重新启动。本机网络参数不需要设置，需设置的参数为串口1参数中的以下部分：1、将网络模式设置为：TCP Client2、将远端IP地址/域名设置为：计算机上的IP地址3、本地端口号设置为：650004、串口工作模式：透明传输模式5、串口波特率：96006、串口参数：8N1其他参数保持不变！此处TCP/IP模块设置只需第一次的时候进行，设置好

20、下次使用就不用设置了。 点击打开桌面上的，选择 点击，按照画面配置串口配置好了之后，出现然后关闭该软件，再次打开即可。接着打开上位机软件，选择通讯模式为TCP/IP模式，点击运行，观察实验结果。4、进行GPRS组网通讯的时候，和上述TCP/IP通讯一样，也得先配置GPRS通讯模块，另外需一个开通了GPRS且有余额的手机卡，配置完成后，打开上位机软件，点击运行按钮，观察实验结果五、实验心得与思考题对比4种组网通讯方式的优缺点。实验十、太阳能系统电器负载实验一、实验目的（1） 掌握移动设备能源供给方法（2） 掌握如何利用太阳能给移动设备供电二、实验类型与建议学时 实验类型：验证性实验建议学时：1学

21、时三、实验任务与内容（1） 用光伏型实验方法接通电路。（2） 画出DC/DC原理图。（3） 接入收音机负载，进行实验，观察性能。（4） 接入小车进行实验，观察性能。（5） 接入手机进行充电实验。四、实验步骤1. 用光伏型实验方法接通电路。 2. 在DC/DC的3V输出上接入收音机负载，进行实验，观察性能；3. 在DC/DC的3V输出上接入小车进行实验，观察性能；4. 在DC/DC的5V输出上接入手机进行充电实验；5. 画出DC/DC的原理图五、实验心得和思考题请谈谈本次实验的心得体会？设想未来有哪些移动设备便于使用太阳能？实验十一 、风能转换实验一、实验目的（1） 掌握风能转换原理（2） 了解

22、风力发电原理二、实验类型与建议学时实验类型：验证性实验建议学时：1学时三、实验任务与内容（1） 了解变频器工作原理（2） 调节变频器频率，改变风速观察风电电压。（3） 了解风力发电机的发电原理。（4） 观察风机开路电压、短路电流、工作电压、工作电流、输出功率四、实验步骤1. 接入仪表，将负载单元的上的交流仪表接入风能回路中2. 调节变频器的频率，改变轴流风机的转速，即改变模拟风速。3. 在不同风速下，观察仪表上风能电压，电流和功率。五、 实验心得和思考题 1、思考风速对风能的影响。2、如何使风力发电能量转换最大化。实验十二、风机V-I特性曲线实验一、实验类型和建议学时： 实验类型：验证性实验

23、建议学时：2学时二、实验目的：（1） 熟悉风光互补控制器操作，了解实验台界面与软件；（2） 了解风力发电原理；（3） 了解风力发电的优缺点。三、实验任务：（1）观察风机发电空载时的电压和电流；（2）观察风机发电运行负载时的电压和电流；（3）调节电阻负载，观察电压和电流，并记录数据绘制曲线。四、实验步骤： （1）接通实验台电源，将负载输出端接入电阻负载。接入交流仪表，并打开电脑LABVIEW软件。 （2）点击“风光VI测试” 按钮，切换至软件“风电输入”界面，调节PWM占空比至100%，在点击PWM波输入按钮，将风能全电压输入至控制中。 （3）点击“数据采集”按钮，记录空载电压和电流值，点击绘制

24、曲线观察电压和电流的特性曲线。 （4）调节电阻箱的电阻值，观察风能电压、电流和功率在不同负载下采集风能电压、电流。实验十三、风机蓄电池充电实验一、实验类型和建议学时： 实验类型：验证性实验 建议学时：2学时二、实验目的：（1） 熟悉蓄电池操作，了解实验台界面与软件；（2） 了解风力发电原理；（3） 了解风力发电的优缺点。三、实验任务：（1）调节风光互补控制器PWM波占空比；（2）观察调节PWM波占空比后蓄电池电压和电流。四、实验步骤：（1）接通实验台电源，打开电脑LABVIEW软件。 （2）调节变频器，将风能电压调至大于蓄电池电压时，风能开始给蓄电池充电。（3）切换至软件“自动模式”界面，点击

25、“蓄电池动力输入”。（4）切换至软件“风电输入”界面，点击“风电输入”按钮，进入MTTP最大功率点跟踪模式，风能为蓄电池充电，风能电压为充电电压，风电电流为充电电流。（5）切换至软件“风电输入”界面，调节PWM波占空比，点击“PWM波，卸荷器输入”按钮，将调节过的PWM波占空比输入至风光互补控制器中，可以改变风电电压，在给蓄电池充电的模式下，占空比越高，充电电流越高，充电电压越接近蓄电池电压。五、实验心得与思考题1、观察在100%占空比时，风能电压、风能电流、蓄电池电压、蓄电池电流。2、观察在0%占空比时，风能电压、风能电流、蓄电池电压、蓄电池电流。3、当风能电压在多少时开始给蓄电池充电。实验

26、十四、 风机卸荷器实验一、实验类型和建议学时： 实验类型：验证性实验 建议学时：2学时二、实验目的：（1） 熟悉卸荷器操作，了解实验台界面与软件；（2） 了解卸荷器工作原理；（3） 了解卸荷器的作用。三、实验任务：（1）调节卸荷器的占空比；（2）观察打开卸荷器后风光互补控制器电压和电流；四、实验步骤： （1）接通实验台电源，打开电脑LABVIEW软件。 （2）切换至软件“自动模式”界面，点击风光VI测试，控制器接入电子负载和并网逆变器，不接入蓄电池。（3）切换至软件“风电输入”界面，点击“风电输入”按钮，进入MTTP最大功率点跟踪模式，将风电输入至风光互补控制器，将风电输入至风光互补控制器。 （4）切换至软件“风电输入”界面，调节卸荷器波占空比，点击