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1、风光互补发电技术内蒙古辉腾锡勒风电场项目一 太阳能发电系统设计 学习目标 熟练掌握太阳能发电的原理。 掌握太阳能发电系统的组成。 初步掌握太阳能发电系统设计方法。 项目描述 为西安地区设计一套太阳能LED景观灯，灯具功率为30W，每天工作6小时，工作电压为12伏，蓄电池维持天数取5天。要求完成系统设计，确定有关部件规格，画出系统连接示意图。 相关知识一、太阳能发电系统的原理及组成二、太阳能发电系统的设计 三、太阳能光伏系统的检查与试验 一、太阳能发电系统的原理及组成图11 太阳能电池发电系统示意图1太阳能电池方阵 图12 太阳能电池单体、组件和方阵 太阳能光伏发电系统的最核心的器件是太阳能电池

2、，太阳能电池方阵由若干太阳能电池组件组成，太阳能电池组件由若干太阳能电池单体构成，太阳能电池单体是光电转换的最小单元。 1太阳能电池方阵硅片腐蚀清洗与制绒扩散制结刻蚀镀减反射膜丝网印刷高温烧结测试分选包装入库硅片切割硅片清洗与测试图1-5太阳能电池生产工艺流程图 1太阳能电池方阵图1-8 太阳能电池组件 1太阳能电池方阵图1-9 太阳能电池组件生产流程图 组件层压电池准备电池串焊接电池串敷设修边组件擦拭安装边框、接线盒组件测试分档包装入库1太阳能电池方阵图1-10 太阳能电池的电流电压特性曲线 1太阳能电池方阵欧贝黎新能源科技股份有限公司的型号为EP125M/72-185的组件的电气参数。 型

3、号EP125M/72-185W电气参数最大输出功率Pm（W）*185公差（%）0/+3最佳工作电压Vmp（V）*35.59最佳工作电流Imp（A）*5.262开路电压Uoc（V）*44.29短路电流Isc（A）*5.696电池片转换效率c（%）*14.49最大系统电压（V）1000工作温度（）-4085峰值功率的温度系数Tk（Pm）-0.46%/K开路电压的温度系数Tk（Voc）-0.39%/K短路电流的温度系数Tk（Isc）+0.031%/K1太阳能电池方阵欧贝黎新能源科技股份有限公司的型号为EP125M/72-185的组件的机械参数。 型号EP125M/72-185W机械参数太阳能电池片单

4、晶太阳能电池片125x125 毫米电池片数量72（6*12）组件尺寸1580 808 35 毫米重量15kg玻璃3.2 毫米厚度低铁超白钢化玻璃边框阳极铝边框接线盒IP67以上2控制器 1）控制器的功能 太阳能光伏控制器主要由控制电路、开关元件和其他基本电子元件组成，它是太阳能光伏系统的核心部件之一，同时是系统平衡的主要组成部分。2控制器 太阳能控制器的功能：防止蓄电池过充电与过放电，延长蓄电池使用寿命；防止蓄电池、太阳能电池板或电池方阵极性接反；防止逆变器、控制器、负载与其他设备内部短路；能够保护雷击引起的击穿；具有温度补偿功能；显示光伏发电系统的各种状态，有：环境温度状态、故障报警、电池方

5、阵工作状态、蓄电池（组）电压、辅助电源状态、负载状态等。2控制器 2）控制器的主要技术参数（1）最大工作电流。（2）系统电压。（3）电路自身损耗。（4）太阳能电池方阵输入路数。（5）工作环境温度。（6）蓄电池的过充电保护电压（HVD）。（7）蓄电池充电浮充电压。（8）蓄电池的过放电保护电压（LVD）。（9）其他保护功能。2控制器 3）控制器的发展趋势具有过充、过放、过载保护、电子短路、独特的防反接保护等全自动控制功能。一般利用蓄电池放电率特性修正的准确放电控制特性。运用单片机和专用软件，实现智能控制。通常采用串联式PWM充电主电路。使用LED发光管指示，直观的可以了解当前蓄电池状态，让用户掌握

6、使用状况。控制全部采用工业级芯片。取消了电位器调整控制设定点，而运用Flash存储器记录各工作控制点。使用了数字LED显示及设置。全密封防水要求。2控制器 4）光伏控制器的分类及电路原理 并联型控制器 串联型控制器 脉宽调制（PWM）型控制器 多路控制器智能型控制器 最大功率点跟踪控制器 2控制器 5） 控制器的配置选型（1）控制器的额定负载电流。（2）系统工作电压。（3）额定输入路数和电流。3直流/交流逆变器逆变器是电力电子技术的一个重要应用方面。电力电子技术是电力、电子、自动控制、计算机及半导体等多种技术相互渗透与有机结合的综合技术。通常，把将交流电能变换成直流电能的过程称为整流，把完成整

7、流功能的电路称为整流电路，把实现整流过程的装置称为整流设备或整流器。与之相对应，把将直流电能变换成交流电能的过程称为逆变，把完成逆变功能的电路称为逆变电路，把实现逆变过程的装置称为逆变设备或逆变器。 3直流/交流逆变器逆变器的发展可以分为以下几个阶段：1956年1980年，这一阶段是传统阶段，其主要特征是：开关器件的开关速率低，输出的电压波形改善的方法多以多重叠加法为主，体积和质量都比较大，且效率低。正弦波逆变技术从这个阶段开始出现。1981年2000年，这阶段是高频化阶段，其主要特征是：开关器件的跨管速率变高，波形改善以PWM为主，逆变器体积小、逆变速率显著提高，正弦波逆变器这个阶段已经逐渐

8、完善。2000年以来，这一阶段的特征是：逆变器的综合性高较高，低速开关与高速开关搭配使用，安全稳定环保的技术出现。3直流/交流逆变器逆变器种类 1）方波逆变器 2）阶梯波逆变器3）正弦波逆变器 3直流/交流逆变器光伏逆变器的主要技术指标 ）输出电压的稳定度 ）输出电压的波形失真度）额定输出频率）负载功率因数）逆变器效率 6）额定输出电流（或额定输出容量） 7）保护措施 8）启动特性 9）噪声3直流/交流逆变器逆变器的工作原理 4蓄电池组蓄电池组是光伏电站的贮能装置，由它将太阳能电池方阵从太阳辐射能转换来的直流电转换为化学能贮存起来，以供应用。其作用是储存太阳能电池方阵受光照时所发出的电能并可随

9、时向负载供电。 4蓄电池组太阳能电池发电系统对所用蓄电池组的基本要求是：自放电率低；使用寿命长；深放电能力强；充电效率高；少维护或免维护；工作温度范围宽；价格低廉。4蓄电池组 电池的安装（1）蓄电池与控制器的联接。联接蓄电池,一定要注意按照控制器的使用说明书的要求联接,而且电压一定要符合要求。若蓄电池的电压低于要求值时,应将多块蓄电池串联起来,使它们的电压达到要求。（2）安装蓄电池的注意事项。加完电解液的蓄电池应将加液孔盖拧紧,防止有杂质掉入电池内部。胶塞上的通气孔必须保持畅通。各接线夹头和蓄电池极柱必须保持紧密接触。联接导线接好后,需在各联接点涂上一层薄凡士林油膜,以防接点锈蚀。4蓄电池组蓄

10、电池应放在室内通风良好、不受阳光直射的地方。距离热源不得少于2米。室内温度应经常保持在1025之间。蓄电池与地面之间应采取绝缘措施,例如垫置木板或其他绝缘物,以免因电池与地面短路而放电。放置蓄电池的位置应选择在离太阳能电池方阵较近的地方。联接导线应尽量缩短；导线线径不可太细。这样可以减少不必要的线路损耗。酸性蓄电池和碱性蓄电池不允许安置在同一房间内。对安置蓄电池较多的蓄电池室,冬天不允许采用明火保温,应用火墙来提高室内温度。4蓄电池组蓄电池应放在室内通风良好、不受阳光直射的地方。距离热源不得少于2米。室内温度应经常保持在1025之间。蓄电池与地面之间应采取绝缘措施,例如垫置木板或其他绝缘物,以

11、免因电池与地面短路而放电。放置蓄电池的位置应选择在离太阳能电池方阵较近的地方。联接导线应尽量缩短；导线线径不可太细。这样可以减少不必要的线路损耗。酸性蓄电池和碱性蓄电池不允许安置在同一房间内。对安置蓄电池较多的蓄电池室,冬天不允许采用明火保温,应用火墙来提高室内温度。二、太阳能发电系统的设计1.负载每天总耗电量计算 2.蓄电池容量的确定3.光伏方阵最佳方位角的确定4.光伏方阵最佳倾角的确定5.计算倾斜面上日辐射量 6.估算方阵电流7.确定最佳电流8.方阵电压计算9.方阵功率计算1.负载每天总耗电量计算对于负载的估算，是独立光伏发电系统设计和定价的关键因素之一。通常列出所有负载的名称、功率要求、

12、额定工作电压和每天用电时间。对于交流和直流负载都要同样列出，功率因数在交流功率计算中可不必考虑。然后，将负载分类并按工作电压分组，计算每一组的总的功率要求。接着，选定系统工作电压，计算整个系统在这一电压下所要求的平均安培小时（Ah）数，也就是算出所有负载的每天平均耗电量之和。 2.蓄电池容量的确定d-放电深度 C-蓄电池标称容量 CR-蓄电池剩余容量 C 蓄电池容量S蓄电池供电支持的天数（一般取510）QI负载平均每天用电量DOD蓄电池放电深度（一般取60%）out -从蓄电池到负荷的效率（一般取0.850.95）K蓄电池放电容量修正系数（一般取1.2）等于蓄电池Amp-hour 效率的倒数。

13、 4.光伏方阵最佳倾角的确定 城市纬度 最佳倾角城市纬度 最佳倾角哈尔滨45.68+3杭州30.23+3长春43.90+1南昌28.67+2沈阳41.77+1福州26.08+4北京39.8+4济南36.68+6天津39.10+5郑州34.72+7呼和浩特40.78+3武汉30.63+7太原37.78+5长沙28.20+65.计算倾斜面上日辐射量 （）直接辐射分量HBT。 HBT=HBRB 5.计算倾斜面上日辐射量 （2）天空散射辐射分量HdT。在各向同性时：5.计算倾斜面上日辐射量 地面反射辐射分量HrT。 故斜面上太阳辐射量即为： 通常计算时用上式即可满足要求。如考虑天空散射的各向不同性，则

14、可用下式计算： 6、估算方阵电流 求出平均日照时数： 方阵应输出的最小电流为： 方阵应输出的最大电流为： 7.确定最佳电流 方阵的最佳额定电流介于Imin和Imax这两个极限值之间，具体数值可用尝试法确定。先选定一电流值I，然后对蓄电池全年荷电状态进行检验 8方阵电压计算 方阵的电压输出要足够大，以保证全年能有效地对蓄电池充电。方阵在任何季节的工作电压应满足： V=Vf+Vd 8方阵电压计算 方阵的电压输出要足够大，以保证全年能有效地对蓄电池充电。方阵在任何季节的工作电压应满足： V=Vf+Vd 9方阵功率计算 由于温度升高时，太阳电池的输出功率将下降，因此要求系统即使在最高温度下也能确保正常

15、运行，所以在标准测试温度下（25C）方阵的输出功率应为：三、太阳能光伏系统的检查与试验 1太阳能光伏系统的检查种类 2太阳能光伏系统的检查内容 3. 太阳能光伏系统的试验方法 1太阳能光伏系统的检查种类（1）系统安装完成时的检查 （2）日常检查 （3）定期检查 2太阳能光伏系统的检查内容 （1）太阳电池组件的检查 （2）阵列台架的检查（3）连接箱的检查（4）功率调节器的检查（5）系统并网装置的检查（6）配线电缆的检查3. 太阳能光伏系统的试验方法（1）绝缘电阻试验 （2） 绝缘耐压试验 （3） 接地电阻试验 （4）太阳电池阵列的出力试验 （5 ）系统并网保护装置试验风光互补发电技术内蒙古辉腾锡

16、勒风电场项目二 风力发电系统设计学习目标熟练掌握风力发电系统组成。掌握风力发电系统组成部件功能及选型依据。初步掌握风力发电系统设计方法。项目描述设计一套1kW的独立运行的风力发电系统，具体包括：确定风力机装机容量；风力发电机选型；蓄电池容量确定；电力变换单元设计方案确定；电力变换单元主要元件选型；逆变器选型。相关知识一、系统基本组成 二、风力机结构 三、风力发电系统主要类型 四、风力机运行特性 五、发电机 六、电力变换单元 七、蓄电池八、控制器一、系统基本组成 图2-1 离网型风力发电系统组成结构框图 二、风力机结构风力机一般分为水平轴和垂直轴两种，垂直轴的风力机主要缺点是转矩脉动大，在遇到强

17、风时不易调速，在80年代后期各国己经停止了对这种风车的研制和开发，现在的风力机主要是水平轴螺旋桨推进器型的。水平轴风力机主要由风轮、回转体、调速机构、调向机构、手刹车机构、增速齿轮箱、发电机、塔架等部件所组成。 三、风力发电系统主要类型 1定桨距失速调节型风力发电机组 2变桨距调节型风力发电机组 3主动失速调节型风力发电机组 4变速恒频风力发电机组 1定桨距失速调节型风力发电机组定桨距是指桨叶与轮毅的连接是固定的，桨距角固定不变，即当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。失速型是指桨叶翼型本身所具有的失速特性，当风速高于额定风速时，气流的攻角增大到失速条件，使桨叶的表面产生涡流，效率降低，来

18、限制发电机的功率输出。 2变桨距调节型风力发电机组 变桨距是指安装在轮毅上的叶片通过控制改变其桨距角的大小。其调节方法为：当风电机组达到运行条件时，控制系统命令调节桨距角调到45，当转速达到一定时，再调节到0直到风力机达到额定转速并网发电；在运行过程中，当输出功率小于额定功率时，桨距角保持为0位置不变，不作任何调节;当发电机输出功率达到额定功率以后，调节系统根据输出功率的变化调整桨距角的大小，使发电机的输出功率保持在额定功率。 3主动失速调节型风力发电机组 将定桨距失速调节型与变桨距调节型两种风力发电机组相结合，充分吸取了被动失速和桨距调节的优点，桨叶采用失速特性，调节系统采用变桨距调节。在低

19、风速时，将桨叶节距调节到可获取最大功率位置，桨距角调整优化机组功率的输出；当风力机发出的功率超过额定功率后，桨叶节距主动向失速方向调节，将功率调整在额定值以下，限制机组最大功率输出，随着风速的不断变化，桨叶仅需要微调维持失速状态。制动刹车时，调节桨叶相当于气动刹车，很大程度上减少了机械刹车对传动系统的冲击。 4变速恒频风力发电机组 变速恒频是指在风力发电的过程中，发电机的转速可以跟踪风速的变化，由于转速发生变化必然导致发电机频率的变化，必须采用适当的控制手段(AC-DC-AC或AC-AC变频器)来保证与电网同频率后并入电网。机组在叶片设计上采用了变桨距结构。 四、风力机运行特性 风力机的运行特

20、性主要包括以下4部分。1叶尖速比与风能利用系数 2最大功率曲线 3实际输出功率 4转矩转速特性 1叶尖速比与风能利用系数图2-2 典型Cp=f()曲线2最大功率曲线 Pt= 图2-3 功率转速特性曲线 3实际输出功率 图2-4 某风力机输出功率曲线 4转矩转速特性 由于系统本身机械性能、电气特性的限制，转矩、功率和转速不可能无限大，在达到极限后必须进行运行保护控制，使系统能够安全运行。 五、发电机 发电机承担了机械能到电能的转换任务。它不仅直接影响这个转换过程的性能、效率和供电质量，而且也影响到整个系统的运行方式、效率和装置结构。因此，选用可靠性高、效率高、控制及供电性能良好的发电机系统，是风

21、力发电工作的一个重要任务。由于风力发电机的应用场所与一般发电机不同，其技术要求有其特殊性，在性能上又必须与风力机有良好的匹配，独立运行风力发电系统的发电机的型式一般为三相交流同步发电机 五、发电机 独立运行小型风力发电系统中的发电机应该符合以下主要的技术要求：发电机额定运行时，其输出交流电压的频率不小于20Hz ；发电机应能承受短路机械强度试验而不发生损坏及有害变形，试验应在当发电机空载转速为额定转速时进行，在交流侧三相短路，历时3s；发电机的工作转速范围1 kW及以下(含1 kW)为65%150%额定转速，2kW及以上(含2kW)为65%125%额定转速；在65%额定转速下，发电机的空载电压

22、应不低于额定电压；当发电机在额定电压下并输出额定功率时，其转速应不大于105%额定转速；在最大工作转速下，发电机应能承受输出功率增大至1.5倍额定值的过载运行，历时 5min；直流输出端输出额定功率时，其效率的保证值应符合表2-2的规定； 发电机在空载情况下，应能承受2倍的额定转速，历时2min，转子结构不发生损坏及有害变形；发电机定子绕组应能承受历时1min的耐电压试验而不发生击穿。 六、电力变换单元 由于风能的随机性，发电机所发出电能的频率和电压都是不稳定的，以及蓄电池只能存储直流电能，无法为交流负载直接供电。因此，为了给负载提供稳定、高质量的电能和满足交流负载用电，需要在发电机和负载之间

23、加入电力变换装置，由整流器、DC/DC变换器和逆变器组成。 1整流器 图2-6 可控整流桥图2-7 不可控整流桥2DC/DC变换器 图2-8 Buck变换器3逆变器 逆变器的功能是将蓄电池所存储和整流桥输出的直流电能转换为负载所需要的交流电能。逆变器按输出功率分为:100W、200W、5OOW、1000W、2000W、5000W等。逆变器按输人方式分为两种：（1）直流输入型:逆变器输入端直接与电瓶连接的产品；（2）交流输入型:逆变器输入端与风力发电机组的发电机交流输出端连接的产品，即控制、逆变一体化的产品。七、蓄电池 图2-9 铅酸蓄电池充放电时端电压的变化曲线七、蓄电池常用的充电方法（1）恒

24、流充电（2）恒压充电（3）两阶段、三阶段充电（4）智能充电（5）均衡充电七、蓄电池放电控制技术（1）放电电压控制法是在蓄电池组进行放电时，系统控制是维持直流母线电压的稳定，这样能保证供给负载变化情况下，及时提供足够的能量。当蓄电池组的电压接近蓄电池组过放电压时，给出报警;低于下限时，本组蓄电池就停止放电。（2）放电电流的控制法是在当一个蓄电池组的放电电流小于等于其额定放电电流时，不进行电流调节。当有大于其额定放电电流的组时，对蓄电池实行限流控制。即只有蓄电池的放电电流大于设定的放电电流时，其调节环节才会起作用;否则，这个电流调节环节对系统不起作用。（3）放电深度控制法是当蓄电池组的放电深度大于

25、其设定的放电深度时，蓄电池将停止向负载放电。这主要是为延长蓄电池的使用寿命而设置的。蓄电池放电深度的大小，可根据实际要求通过设定值得到。八、控制器 、蓄电池控制器在独立运行系统中是一个非常重要的部件，它不但控制、协调整个系统的正常运行，而且实时检测系统各参数以防异常情况的出现，一旦检测到异常，它能够自动保护并报警。这些保护包括:蓄电池组过压、欠压保护，发电机的超速、过流保护。风光互补发电技术内蒙古辉腾锡勒风电场项目三 风光互补LED路灯系统设计学习目标熟练掌握风光互补路灯系统的原理。掌握风光互补LED路灯系统的组成。初步掌握风光互补LED路灯系统设计方法。项目描述 为北京佛爷顶地区建设风光互补

26、LED路灯系统，完成系统的设计及部件的选型。系统要求的蓄电池电压24V, 蓄电池放电深度70%，蓄能天数为4天,LED路灯分主灯和辅灯，主灯功率80W，辅灯功率20W，每天照明时间10小时，道路长度2000米。相关知识一、绪论 二、风光互补发电系统工作原理 三、LED照明 四、风光互补路灯系统的设计 一、绪论1背景与意义能源是人类生存的基本要素，也是国民经济发展的主要物质基础。常规能源资源面临日益枯竭的窘境。近年来，世界各国逐渐认识到能源对人类的重要性，加大了新能源和可再生能源的人力和物力的投入。目前在众多可再生能源与新能源技术开发中，发展最成熟、最具规模化开发条件和商业化发展前景，最具竞争力

27、、潜力最大的就是风力发电和太阳能发电(。一、绪论风光互补发电比单独风力发电或光伏发电有以下优点：利用风能、太阳能的互补性，可以获得比较稳定的输出，系统有较高的稳定性和可靠性；在保证同样供电的情况下，可大大减少储能蓄电池的容量。通过合理地设计与匹配，可以基本上由风光互补发电系统供电，很少或基本不用启动备用电源如柴油机发电机组等，可获得较好的社会效益和经济效益。 一、绪论2. 风光互补发电发展现状(1)风力发电发展现状(2)光伏发电发展现状(3)风光互补发展现状一、绪论4风光互补发电系统的应用前景无电农村的生活、生产用电半导体室外照明中的应用 航标上的应用监控电源中的应用 通信基站中的应用 抽水蓄

28、能电站中的应用 一、绪论5.风光互补发电系统配置要求 风光互补发电系统由太阳能光电板、小型风力发电机组、系统控制器、蓄电池组和逆变器（交流系统）等几部分组成，发电系统各部分容量的合理配置对保证发电系统的可靠性非常重要。系统配置应考虑的因素：（1）用电负荷的特征（2）太阳能和风能的资源状况二、风光互补发电系统工作原理1.风力发电 风力发电机控制器逆变器交流负载直流负载蓄电池二、风光互补发电系统工作原理2.太阳能发电控制器蓄电池逆变器交流负载直流负载二、风光互补发电系统工作原理3.风光互补发电系统的组成 风力发电机控制器蓄电池组逆变器交流负载风叶电池组件直流负载三、LED照明 1LED的原理LED

29、是发光二极管(LightEmittingoiode)的简称,也被称作发光二极管,这种半导体器件一般是作为指示灯、显示及照明使用,它不但能够高效率地直接将电能转化为光能,而且拥有很长的使用寿命,与传统灯泡相比,具备不易碎,非常省电的特点。 三、LED照明 三、LED照明 LED光源从根本上改变了光源发光机理，在提升照明质量和效用的同时，还可以改善环境、节约能源，具有很高的经济效益。目前，白光LED光源正在各个领域慢慢吞噬传统光源的市场。它的应用领域主要有：局部范围低照度照明、液晶(LCD)显示的背光源、交通照明、室内照明及特殊照明等。三、LED照明 目前，LED实现白光的方法主要有如下几种方式：

30、 通过红、绿、蓝三基色多芯片组合以合成白光。 使用蓝光LED芯片激发YAG黄色荧光粉，由LED蓝光和荧光粉发出的黄绿光合成白光 。采用紫外光LED(UVLED)激发三基色荧光粉合成白光。 在蓝色LED 芯片上涂覆绿色和红色荧光粉，通过芯片发出的蓝光与荧光粉发出的绿光和红光复合得到白光 。三、LED照明 LED灯的特点 ：节能 环保美化生活 寿命长 启动时间短 结构牢固 可以做成薄型灯具 三、LED照明 LED灯具中重要的参数含义 ：光通量 光效 光强 照度 色温 照度均匀度 环境比（SR） 三、LED照明 各参数间的关系及常用的公式：光效=光通量/实际功率照度=光强/距离2平均照度=光通量/面

31、积 三、LED照明 LED灯与传统灯效率对比：三、LED照明 LED路灯设计 ：光学设计 散热设计 LED路灯的驱动电源 四、风光互补路灯系统的设计1. 风光互补路灯系统运行方式 （1）风光互补路灯直流系统方式 风力发电机组太阳能电池组件智能控制器蓄电池组DC路灯四、风光互补路灯系统的设计1. 风光互补路灯系统运行方式 （2）风光互补路灯220V交流系统风力发电机太阳能电池组件控制/逆变器路灯控制器蓄电池组220V路灯四、风光互补路灯系统的设计1. 风光互补路灯系统运行方式 （3）市电补充方式太阳能电池组件风力发电机组控制/逆变器蓄电池组市电AC 220V自动切换路灯控制器220V路灯四、风光

32、互补路灯系统的设计2风光互补路灯系统设计原则四、风光互补路灯系统的设计2风光互补路灯系统设计原则在项目设计时一般要参照如下标准：风力发电机组 第1部分 通用技术条件GB/T19960.12005小型风力发电机技术条件GB10760.1-1989离网型用户风光互补发电系统GB/T19115.1-2003风力发电机组 塔架GB/T19072-2003离网型风力发电机组用控制器技术条件JB/T 6939.1-2004电工电子产品环境试验 第2部分 试验方法GB/T 2423-2001城市道路照明设计标准（CJJ45-2006）四、风光互补路灯系统的设计设备选型风力发电机的选择太阳能电池组件的选择 灯

33、源选择蓄电池的选择 灯杆配置及说明 路灯控制器 风光互补发电技术内蒙古辉腾锡勒风电场项目四 基于PLC的风光互补发电系统设计学习目标熟练掌握风光互补发电的原理。掌握风光互补发电系统的组成。初步掌握风光互补发电系统的控制方法。项目描述本系统总的设计要求能实现光伏发电系统及风力发电系统的正常工作。可以实现光伏发电系统的自动及手动逐日控制，使光伏发电系统能最大程度的利用太阳能资源，对风力机实现基本的保护控制，对系统中的蓄电池组实现过充电、过放电保护；同时，系统可以根据负载状况，根据预设的控制策略，实现光伏发电系统和风力发电系统的合理工作。相关知识一、风光互补系统组成 二、光伏发电逐日系统介绍 三、风

34、力发电偏航系统介绍四、S7-200配置及功能 一、风光互补系统组成一、风光互补系统组成光伏发电基本原理 当太阳光照射到太阳电池上时，产生光生电子一空穴对。在电池的内建电场作用下，光生电子和空穴被分离，太阳电池的两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，若在内建电场的两侧引出电极并接上负载，则在负载中就有“光生电流”流过，从而获得功率输出。这样，太阳光能就直接变成了可付诸使用的电能。 一、风光互补系统组成风力发电机组的基本原理二、光伏发电逐日系统介绍1逐日控制系统简介据试验测定,提高光伏发电系统的发电效率的一种重要途径是设计光伏组件的自动跟踪,通过控制太阳能光伏组件随太阳的位置变化调整偏转角度

35、，使太阳光线尽量垂直入射到太阳能电池板上，从而最大限度地接收太阳辐射能量。同等环境条件下,相同功率的电池组件采用自动跟踪安装比采用固定安装的光伏发电系统的发电量提高25%以上。二、光伏发电逐日系统介绍2逐日装置分类（1）压差式逐日装置 （2）控放式逐日装置（3）光电式跟踪装置（4）视日运动轨迹式跟踪装置（5）CCD图像跟踪装置 二、光伏发电逐日系统介绍视日运动轨迹式跟踪分为两种，单轴式和双轴式跟踪。单轴跟踪系统 二、光伏发电逐日系统介绍双轴跟踪系统 二、光伏发电逐日系统介绍3太阳能跟踪控制器机械结构太阳能跟踪控制器的机械结构主要由5部分构成：1是底座支架；2是水平旋转自由度方向机构；3是竖直旋

36、转自由度方向机构；4是电池板支撑机构 ；5是传感器装置部分。 二、光伏发电逐日系统介绍3太阳能跟踪控制器机械结构二、光伏发电逐日系统介绍4太阳能跟踪控制器机械结构的工作原理三、风力发电偏航系统介绍 1偏航系统简介 风力发电机的偏航系统也称为对风装置，它具有两个作用：一是在可用风速范围内自动准确对风，在非可用风速范围下能够 90 度侧风。二是在连续跟踪风向可能造成电缆缠绕的情况下的自动解缆。 三、风力发电偏航系统介绍 2偏航装置分类尾舵调向 三、风力发电偏航系统介绍 2偏航装置分类侧风轮调向 三、风力发电偏航系统介绍 3偏航控制系统结构组成 三、风力发电偏航系统介绍 3偏航控制系统结构组成 测风

37、装置在机舱上的安装比例 三、风力发电偏航系统介绍 4偏航系统工作原理三、风力发电偏航系统介绍 5偏航控制系统的控制过程 偏航控制系统的控制过程 三、风力发电偏航系统介绍 5偏航控制系统的控制过程 自动偏航 三、风力发电偏航系统介绍 5偏航控制系统的控制过程 90 度侧风 三、风力发电偏航系统介绍 5偏航控制系统的控制过程 人工偏航 三、风力发电偏航系统介绍 5偏航控制系统的控制过程 自动解缆 三、风力发电偏航系统介绍 5偏航控制系统的控制过程 （5）阻尼刹车 为了保证刹车过程的稳定性，风力发电机的偏航系统中的阻尼刹车装置都是成对对称分布的，至少有两组四个刹车盘组成。阻尼刹车的工作过程：当风力发

38、电机收到偏航指令时，刹车机构动作。根据风速、风向及偏航系统调向的速度，来确定阻尼力矩的大小。阻尼力矩大小的调节是通过调节比例阀的开度的大小，从而调节液压流量的大小和液压力的大小。液压力的大小的改变同时也改变了刹车力矩的大小，刹车力矩的大小的变化也就反映了阻尼力矩的大小的变化。 四、 S7-200配置及功能5偏航控制系统的控制过程 1S7-200简介 S7-200系列PLC是SIEMENS公司推出的一种小型PLC。S7-200 PLC包含了一个单独的S7-200 CPU和各种可选择的扩展模块，可以十分方便地组成不同规模的控制器。其控制规模可以从几点上到几百点。S7-200 PLC可以方便地组成P

39、LC-PLC网络和微机-PLC网络，从而完成规模更大的工程。 四、 S7-200配置及功能1S7-200简介 S7-200系列PLC是SIEMENS公司推出的一种小型PLC。S7-200 PLC包含了一个单独的S7-200 CPU和各种可选择的扩展模块，可以十分方便地组成不同规模的控制器。其控制规模可以从几点上到几百点。S7-200 PLC可以方便地组成PLC-PLC网络和微机-PLC网络，从而完成规模更大的工程。 四、 S7-200配置及功能1S7-200简介目前S7-200系列PLC主要有CPU221、CPU222、CPU224和CPU226四种。档次最低的是CPU221，其数字量输入点数

40、有点，数字量输出点数有点，是控制规模最小的PLC。档次最高的应属CPU226，CPU226集成了24点输入16点输出，共有40个数字量I/O。可连接个扩展模块，最大扩展至248点数字量I/O点或35路模拟量I/O。 四、 S7-200配置及功能1S7-200简介CPU224的接线图 四、 S7-200配置及功能2 S7-200的指令系统 数字量输入和输出映象区 数字量输入映像区(I区) 数字量输出映像区(Q区)四、 S7-200配置及功能2 S7-200的指令系统 模拟量输入和输出映象区 模拟量输入映像区(AI区) 模拟量输出映像区(AQ区)四、 S7-200配置及功能2 S7-200的指令系

41、统 特殊存储器区(SM区)特殊存储器区 常用的特殊继电器及其功能风光互补发电技术内蒙古辉腾锡勒风电场项目五 风光互补发电系统安装与维护学习目标熟练掌握风光互补的施工要求。掌握风光互补发电系统维护要点。初步掌握风光互补发电系统项目施工与维护基本技能。项目描述结合项目3所设计的风光互补发电系统，进行项目的施工与维护，具体包括：风力发电机组地基施工与风力机安装；光伏方阵的地基施工与组件安装；蓄电池安装与测试；控制器、逆变器的安装；风力发电系统的日常检测维护；光伏系统的日常检测维护；蓄电池日常检测维护；控制器与逆变器的日常维护防雷接地系统的检测维护。相关知识一、风力发电机选址要求二、光伏系统的安装要求

42、三、控制器的安装四、逆变器的安装五、蓄电池组的安装注意事项六、避雷器的安装要求 七、接地系统的安装施工八、电缆连接施工一、风力发电机选址要求 1、选址作用 由于风力机年功率输出量主要受安装位置的平均风速影响，换言之，平均风速对安装设备的经济性起决定作用。所以要预测安装地的风速，而不去依靠扩大面积或延长时间去测定风况，既消耗时间又浪费金钱。所以选址对风力机使用的效率起着关键性的作用。风力机的选址两个主要含义 一是为已确定的风能开发利用地区选择合适的风力机或为风力机的设计提供所需的设计参数，使风力机在当地风况条件下技术性能、经济性能最佳； 二是为己定型的风力机寻找适宜的安装地点，使其出力最大，充分

43、发挥其最大效益。选择特性较好的风场，不仅能增加风力机出力，还可以简化风力机结构设备和某些设计，降低费用， 提高风力机的使用寿命以及获取其它方面的良好效益。 选址的必要性 风速的分布有很强的地形依赖性，不同的地形可以在很大程度上加速或阻碍空气的流动。由于障碍物和地形变化影响地面粗糙度，风速的平均扰动及风廓线对风的结构都有很大的影响，但这种影响有可能是好作用（如山谷风的加速），也有可能是坏作用（尾流，通过障碍物很大的风扰动）。因此，在宏观的大风区内可能存在着风速相对平静的小风区，而在宏观的小风区内也很可能存在着风速较大的理想风场。所以在风力机选址时要充分考虑这些因素。 3、选址的原则 （1）风力机

44、安装地点的选择 1）风能资源丰富。反映风能资源状况的指标主要有年平均风速、年均风能密度和年均有效风能密度、年有效风速小时数等。所谓风能质量好的地区是:年平均风速较高；风功率密度大；风频分布好；可利用小时数高。3、选址的原则 2）风向基本稳定。风力机场地应尽可能选在盛行风向、次盛行风向比较稳定，季节变化比较小的地区。所谓盛行主风向是指出现频率最多的风向。风向比较稳定不仅可以增大风能利用率，还可以提高风轮的寿命。 3）风速的变化小。风力机的安装位置应尽量选择风速变化小，有效风速持续时间长的地方。这会对蓄能装置和备用动力的要求放松一些，容易获得独立而经济的能源。3、选址的原则 4）风力机高度范围内风

45、垂直切变小。风力机选址时要考虑因地面粗糙度引起的不同风速廓线，当风垂直切变大时，会加快设备的损坏，对风力机的运行十分不利。 5）湍流强度小。由于风是随机的，加之场地的表面粗糙的地面和附近障碍物的影响，由此会产生的无规则的湍流。湍流是在风速急剧变化的同时风向也变动的情况下发生的，不仅会影响风力机的出力，还会使风力机产生振动和受载不均，降低风力机的使用寿命。3、选址的原则 6）自然灾害少。自然灾害包括：风暴、雷电、沙尘暴、覆冰、盐雾等。这些对风力机不利的天气都应考虑到。选址是避免上述天气的多发地区，或采取相应的保护措施，否则会影响风力机的工作寿命。 在尽量满足上述条件下，还应注意选择的地点应尽可能

46、的到达方便：安装和维护便利；防止动物的损害，避开鸟类等动物经常出现的地方，也会减少对自然环境影响。（2）风力机安装高度的选择 风是随时随地可以产生的，它的方向不定，大小不同，特别强调相对于地面水平方向运动，风速随高度的增加而变化。地面上风速较低的原因是由于地表植物、建筑物以及其他障碍物的摩擦所造成的。实验得出，在离地面20m处的风速为2m/s，而在离地300m处的风速则变成78m/s。 （2）风力机安装高度的选择 风速沿高度的相对增加量因地而异，大致上可以用下式表示: 式中V高度为H(m)时的风速，m/s； V0高度为H0(m) 时的风速，m/s。 （2）风力机安装高度的选择 一般取H0为10

47、m, 修正指数n与地面的平整程度（粗糙度）、大气的稳定度等因素有关，其值为1/21/8 ，在开阔、平坦、稳定度正常的地区为1/7。中国气象部门通过在全国各地测风塔或电视塔测量各种高度下得出n的平均值约为0.160.20，一般情况下可用此值估算出各种高度下的风速。为了从自然界获取最大的风能，应尽量利用高空中的风能，一般至少要比周围的植物及障碍物高810m。 4、风力机的选址方法 根据风力机选址技术标准粗略地定址，然后分析地形特点，充分利用有利的地形来确定风力机的安装位置。（1）平坦地形的选址。 平坦地形的选址比较简单，只需考虑地表粗糙度和上下游障碍物两个问题。地表粗糙度发生变化时，风轮安装高度应

48、依该地风速廓线形状而定，不然会出现因安装高度不够而使风轮出力甚微或因盲目加大安装高度而其出力无明显加大等问题。（1）平坦地形的选址。 此外风轮安装高度不能位于风速廓线的突变区，否则风轮旋转时将因受力不均而影响其使用寿命。障碍物对其下游的气流形成扰动区，称之为尾流。尾流中风速降低，湍流增强。在此情况下选址的一般原则是风轮安装足够高，尽量避开主要障碍物的扰动气流，使风轮出力尽可能大, 湍流影响尽量小。1）山脊选址的一般原则: 山脊应尽可能处于垂直于主风向的位置，而且山前不要有什么山形变化。山尖不要很平坦，且上升坡度到山尖应是尽可能连续。山脊风速的提高要高于园球型山。陡峻的山上风速的提高与平地相比随

49、高度变化会很快下降。1）山脊选址的一般原则: 最佳坡度为1：3到1：4之间。山的附近地形情况对山上气流结构有影响。斜度高于1：4的山坡应避免。在山尖处随高度风速的变化与平地比较加速作用不是很高且随高度的增加会很快消失。2）山谷选址的一般原则 选择山谷轴线与盛行风向一致，宽度沿盛行风向减小的山谷。山谷轴线与盛行风向平行，且沿山区向下延伸较长，具有515坡度角的缓冲山谷。选择山谷中出现收缩的部分，这种地形具有喉管作用，使气流加速。2）山谷选址的一般原则 选择靠近山谷入口的部分，这里可能会出现山谷风。风力机塔架应足够高，使风轮位置接近最强风的高度。避免选择太短或太狭的山谷，这种地形可能会出现强的风切

50、变或湍流。二、光伏系统的安装要求 太阳能电池组件一般安装于地面、屋顶、车辆或船只等户外环境。在安装过程中应使用推荐的安装孔，不要拆解组件，不要移动任何铭牌或黏附的部件，不要在组件的上表面刷油漆或其它粘合剂，不要用镜子或透镜聚焦阳光照射到组件上，不要将组件背面直接暴露在太阳光下。组件安装时，应遵守所在地方、地区和国家的相关法规，必要时应先获得相关执业许可证。 1、安装太阳能光伏系统的安全防范 阳光照射组件正面时，太阳能电池组件产生电能且直流电压可能超过30V。如果组件串联，总电压等于单个组件电压总和；如果组件并联，总电流等于单个组件电流总和。 在运输和安装组件时，使儿童远离组件。在安装过程中用不

51、透明材料完全覆盖组件以防止电流产生。安装或维修光伏系统时，不要穿戴金属戒指、表带、耳环、鼻环、唇环或其它的金属配饰。 GB3805-1983 安全电压 :当电气设备采用了超过24V的安全电压时，必须采取防直接接触带电体的保护措施。 1、安装太阳能光伏系统的安全防范遵守适用于所有安装部件的安全规则，如电线和电缆、连接器、充电控制器、逆变器、蓄电池等。只使用与太阳能电力系统相匹配的设备、连接器、电线和支架。在特定系统中，尽可能使用相同类型的组件。1、安装太阳能光伏系统的安全防范在标准测试条件下(100mW/cm2的辐照度，AM 1.5光谱，以及25的环境温度)，组件的电性能参数如Isc，Voc和P

52、max与标称值有10%的偏差。在普通室外条件下，组件产生的电流和电压与参数表中列出的有所不同。参数表是在标准测试条件下测得，所以在确定光伏发电系统中其它部件的额定电压、导线容量、保险丝容量、控制器容量等和组件功率输出有关联的参数时，参照标在组件上的短路电流和开路电压的值，并按125%的值设计和安装。 2、机械安装 （1）选择位置 选择合适的位置安装组件。在北半球，组件最好朝南，而在南半球最好朝北。要了解最佳的安装倾斜角的详细信息，请参考标准太阳能光伏安装指南或咨询可靠的太阳能系统安装公司。组件应安装在阳光可以充分照射的位置并确保在任何时间内不被遮挡。不要把组件放置在易产生或聚集可燃气体的地方。

53、 2、机械安装 （2）选择合适的支架必须遵守支架所附的说明书指导和安全守则。不要在组件玻璃的表面钻孔，否则保修失效。不要在组件的边框上钻附加的安装孔，否则保修失效。标准安装时，使用边框上内侧的四个对称的安装孔将组件固定在支架上。支架结构必须由耐用、防锈蚀、抗紫外线的材料制成。 2、机械安装 （3）地面安装 选择合适的光伏系统安装高度，防止冬天下雪时组件的下部长时间被积雪覆盖。此外，还要确保组件的最低部分足够高，以免被植物或树遮挡或被风吹来的沙石损坏。 （4）支柱安装当在支柱上安装组件时，选择能够承受当地预期风力的支柱和组件安装结构。2、机械安装 （5）屋顶安装 组件安装在屋顶或建筑物上时，要确

54、保它被安全地固定并且不会因为强风或大雪而破坏。组件背面要确保通风顺畅以便组件的冷却(组件和安装表面的最小间隔为10cm )。安装固定组件时所需要穿透的屋顶必须适当密封，以防屋漏。在一些情况下，可能需要使用特殊支架。在屋顶安装太阳能组件可能会影响房屋的防火性。该组件的额定防火等级为C级，适合安装于防火等级A级以上的房顶。刮大风时不要在屋顶或建筑物上安装组件，以防意外。 2、机械安装 （6）机械安装通则 安装组件时必须使用组件边框上预制的安装孔。标准情况下，使用组件边框上内侧的4 个对称安装孔来安装组件。不要利用组件的接线盒或电线头来移动组件。不要站在或踩在组件上。不要使组件掉落或让物体落在组件上

55、。为了避免组件玻璃破碎，不要在组件上放置重物。不可重摔组件。不正确的运输或安装可能会损坏组件。 3、电气安装（1）并网电气系统 光伏系统产生的直流电可以转换为交流电并连接到公共电网上。关于连接可再生能源系统到公共电网的政策，各地区有所不同。通常情况下，安装本系统需要得到公共事业部门的认可、验收及正式批准。 3、电气安装（2）接地 组件支架必须正确接地。使用推荐的连接端子并将接地电缆良好地连接，固定到组件框架上。使用经过电镀处理的支撑框架，以保证电路导通良好。推荐使用接地线配件（接线鼻）连接接地电缆。3、电气安装（2）接地 首先将接地电缆头剥线约16mm长，剥线过程中注意不要损伤金属线芯,并将剥

56、过线的接地电缆线头插入接线鼻的插口内，将紧定螺钉拧紧。接下来，使用M3或M5不锈钢螺钉和连接件将接线鼻组装到铝制边框上。星形垫圈直接固定在接线鼻下部，通过刺穿铝制边框的氧化膜使电路导通。接下来是一个平垫圈，然后是一个弹簧垫圈，最后是一个螺母，从而保证整个组件的接地可靠。M3或M5螺钉推荐拧紧的力矩矩是0.8N.m或1.5N.m。 3、电气安装（3）电气安装通则 在同一个光伏发电系统上尽量使用相同配置的组件。组件的最大数量N=Vmax/Voc。几个组件串联，然后并联形成光伏阵列，这特别适用于电压较高的情况下。如果组件串联，总电压等于各个组件电压的总和。需要使用高电流的情况下，可以将几个光伏组件并

57、联，总电流等于各个组件电流的总和。所选电缆的横截面积和连接器容量必须满足最大系统短路电流。否则电缆线和连接器会因为大电流而过热。需要注意的是，电缆温度的上限是85，连接器温度的上限是105。 安装组件时带有接线盒的一端朝上，并且尽量避免被雨水淋到。三、控制器的安装 小功率控制器安装时要先连接蓄电池，再连接太阳能组件输入，最后连接负载和逆变器，安装时注意正负极不要接反。中、大功率控制器安装时，由于长途运输的原因，要先检查外观有无损坏，内部连接线和螺钉有无松动等。小、中功率控制器可固定在墙壁或者摆放在工作台上，大功率控制器可直接在配电室内地面安装。控制器若需要在室外安装时，必须符合密封防潮要求。控

58、制器接线时要将工作开关放在关的位置，先连接蓄电池组输出引线，再连接太阳能电池方阵输出引线。在有电能输出时闭合开关，观察是否有正常的电压和充电电流，一切正常后，可进行与逆变器的连接。 四、逆变器的安装 逆变器在安装前同样要进行外观及内部线路的检查，检查无误后将逆变器的输入开关断开，再与控制器的输出接线连接。接线时要注意分清正负极极性，并保证连接牢固。接线完毕，可接通逆变器的输入开关，待逆变器自检测正常后，如果输出无短路现象，则可以打开输出开关，检查温升情况和运行情况，使逆变器处于试运行状态。逆变器的安装位置确定可根据其体积、重量大小分别放置在工作台面、地面等，若需要在室外安装时，必须符合密封防潮

59、要求。 五、蓄电池组的安装 光伏发电系统蓄电池组安装应注意以下事项：准备好相关的资料，如各厂家电池安装、记录表等，以及全套安装工具(包括万用表等)，落实工程开工日期及工程进度等。安装人员应携带少量系统备件(如螺钉等)抵达安装地点，取得详细的安装工程进度表，讨论工程细节，如安装方式、承重情况等。在开始安装工程前，应组织安装人员进行培训，介绍安装过程中的注意事项及电池使用方法和维护注意事项，安装过程中一定要注意安全。五、蓄电池组的安装 光伏发电系统蓄电池组安装应注意以下事项：安装人员进行电池的开箱检查及配件的清点，装箱单请督导人员签字并收回，配件箱中电池安装系统图、安装使用说明书等文件应收好，待安

60、装工程结束后交由委托公司的技术人员负责保管。按照施工图纸检查电池在机房的摆放位置是否合理，是否预留了维护空间，是否和热源及可能产生火花的地方(如保险盒等)保持有0.5米以上的距离，是否摆放在空调机下面，如果不符合，应先请示委托公司的工程部是否修改，修改已否都要有备忘录。六、避雷器的安装要求 1、安装方法避雷器的安装比较简单，避雷器模块、火花放电间隙模块及报警模块等，都可以非常方便的组合并直接安装到配电柜中标准的35mm导轨上。 六、避雷器的安装要求 2、安装位置的确定一般来说，避雷器都要安装在根据分区避雷理论要求确定的分区交界处。B级避雷器一般安装在电缆进入电站的入口处，如安装在电源的主配电柜