一、總論
1.主要原則與依據(jù)
我國風(fēng)力資源儲量豐富，分布廣泛。陸上可開發(fā)的儲量為2.53億kW，海上可開發(fā)的儲量為7.5億kW。大規(guī)模、高集中開發(fā)，遠(yuǎn)距離和高電壓輸送是我國風(fēng)電發(fā)展的重要特征。近年來，我國風(fēng)電發(fā)展迅猛，2016-2010 年風(fēng)電總裝機(jī)容量從260萬kW增長到4182.7萬kW，2017年新增風(fēng)電裝機(jī)1600萬kW，累計(jì)裝機(jī)容量和新增裝機(jī)容量均居世界首位。這意味著未來十年中，風(fēng)電總裝機(jī)容量平均每年需新增1800萬kW。預(yù)計(jì)每年需新增機(jī)組及其配套變流器約9000臺。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組包括風(fēng)力機(jī)、發(fā)電機(jī)、變速傳動裝置及相應(yīng)的控制器等，用來實(shí)現(xiàn)風(fēng)能與電能的能量轉(zhuǎn)換。風(fēng)力發(fā)電的關(guān)鍵問題是風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)的功率和速度控制。風(fēng)電機(jī)組中將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置是風(fēng)力機(jī)，它由風(fēng)輪、迎風(fēng)裝置和塔架等組成。按結(jié)構(gòu)不同，風(fēng)力機(jī)可分為水平軸式和立軸式兩種;按功率調(diào)節(jié)方式不同，風(fēng)力機(jī)可分為定槳距失速、變槳距和主動失速 3 種。
風(fēng)電機(jī)組中的發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電機(jī)在并入電網(wǎng)時必須輸出恒定頻率(一般為50Hz)的電能。按照發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的不同，發(fā)電機(jī)可分為恒速和變速兩類，其中變速需要通過變頻器來實(shí)現(xiàn)。變頻器采用電力電子變流技術(shù)和控制技術(shù)，將發(fā)電機(jī)發(fā)出的頻率變化交流電轉(zhuǎn)換為與電網(wǎng)頻率相同、能與電網(wǎng)柔性連接的交流電，并且能實(shí)現(xiàn)較大化風(fēng)能跟蹤控制。按照拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同，變頻器可分為交-交型、交-直-交型和矩陣型三種;按照變頻器容量的不同可將變頻器分為部分容量和全部容量(全額)兩種。變速傳動裝置可將風(fēng)輪的低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)的較高轉(zhuǎn)速，按傳動鏈類型將其分為齒輪箱驅(qū)動和直接驅(qū)動兩種，其中前者包括單級和多級兩種齒輪箱驅(qū)動。
另外根據(jù)《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》，2020年可再生能源總量比重將提高到15%，2035年到2040年，可再生能源將占到我國一次能源總量的25%以上。要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，需要大量人才從事相關(guān)產(chǎn)業(yè)。據(jù)新思界產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的《2017-2022年中國新能源專業(yè)方向人才需求市場調(diào)研報(bào)告》，預(yù)計(jì)2017-2022年，中國新能源行業(yè)對新能源專業(yè)人才的需求將不斷增加，2022年對新能源專業(yè)人才需求有望達(dá)到127.44萬人。
院校對于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)型人才培養(yǎng)正處于發(fā)展階段，各大院校陸續(xù)都在設(shè)置相關(guān)專業(yè)，如風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與應(yīng)用、風(fēng)力發(fā)電工程技術(shù)等。因此學(xué)習(xí)與掌握風(fēng)力發(fā)電相關(guān)技術(shù)理論、發(fā)展方向及其行業(yè)應(yīng)用是目前院校教育的核心目標(biāo)。建設(shè)風(fēng)力發(fā)電實(shí)訓(xùn)中心，可加快創(chuàng)新型風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用技能型人才培養(yǎng)，促進(jìn)我校的雙師型教師隊(duì)伍建設(shè)，引領(lǐng)教育教學(xué)改革的方向，同時為院校周邊地區(qū)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級以及區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供有效的人力支撐。
2.項(xiàng)目概述
為滿足風(fēng)力發(fā)電專業(yè)的基本本科教學(xué)提高學(xué)生的操作技能，使本專業(yè)的學(xué)生掌握風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技能，提高解決實(shí)際分析問題和解決問題的能力。
二、項(xiàng)目必要性
1.目前現(xiàn)狀和存在的主要問題
學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)工程訓(xùn)練中心實(shí)驗(yàn)室無風(fēng)力發(fā)電類綜合實(shí)訓(xùn)平臺
①校內(nèi)無相關(guān)實(shí)驗(yàn)平臺。不符合新經(jīng)濟(jì)下的專業(yè)發(fā)展要求。
②新工科課程改革新開設(shè)的課程缺少相應(yīng)實(shí)踐平臺。
③目前創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)工程訓(xùn)練中心實(shí)驗(yàn)室均無風(fēng)力發(fā)電類綜合實(shí)訓(xùn)平臺，學(xué)生無法開展此類科研、大創(chuàng)項(xiàng)目、競賽活動。
④新能源、電氣工程及其自動化專業(yè)現(xiàn)有平臺：新能源、電氣工程及其自動化專業(yè)目前每年招收學(xué)生人數(shù)為比較多，設(shè)備臺套數(shù)少，一個30人的專業(yè)班只有通過五次以上分組才能開出實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)今實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備條件很難滿足該專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本要求。
2.建設(shè)的必要性
本實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目結(jié)合新產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)，融合了電氣、計(jì)算機(jī)、傳感、通訊、控制等眾多學(xué)科，涵蓋了電氣工程、能源技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域，圍繞地區(qū)風(fēng)力產(chǎn)業(yè)特色進(jìn)行建設(shè)。目前可滿足電氣工程及其自動化、電力、通信工程、電子信息工程、測控技術(shù)與儀器、物聯(lián)網(wǎng)工程、軟件工程等專業(yè)的部分課程要求，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性，可根據(jù)教學(xué)要求，專業(yè)的調(diào)整進(jìn)行功能擴(kuò)展，預(yù)留一定的硬件放置空間，在實(shí)驗(yàn)設(shè)備上預(yù)留一定的接口（比如該實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控部分預(yù)留拓展接口，將來可將更多的新能源模塊接入系統(tǒng)）。以高效、清潔、安全、可靠和互動特征的綜合實(shí)訓(xùn)平臺的建設(shè)，可深化我校新能源、電氣工程及其自動化、電力、通信工程、電子信息工程、測控技術(shù)與儀器 、物聯(lián)網(wǎng)工程、軟件工程等專業(yè)的改革，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)。
三、項(xiàng)目建設(shè)的可行性
1.項(xiàng)目需求分析
該實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目，為風(fēng)力發(fā)電在實(shí)際的應(yīng)用提供理論及實(shí)踐依據(jù)；同時給學(xué)生學(xué)習(xí)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電控制策略、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、電池能量管理系統(tǒng)等新技術(shù)提供平臺支撐。該平臺集新能源、自動控制技術(shù)、通信技術(shù)為一體，滿足：
《自動控制原理》；《電機(jī)學(xué)》；《建筑電氣施工技術(shù)》；《電力系統(tǒng)基礎(chǔ)》；《電力系統(tǒng)分析》；《電力系統(tǒng)自動化》；《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理》；《物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)與案例》；《風(fēng)能利用原理與技術(shù)》；《供用電管理》；《計(jì)算機(jī)仿真》；《電氣檢測技術(shù)》；《新能源發(fā)電技術(shù)》等課程的教學(xué)培訓(xùn)。
可開展：
電力電子技術(shù)設(shè)計(jì)；風(fēng)能電站設(shè)計(jì)；水電站電氣設(shè)計(jì)；變電所電氣設(shè)計(jì)；變電所繼電保護(hù)配置；一次設(shè)備安全運(yùn)行；高低壓電工上崗等培訓(xùn)。
使用者可依托該平臺開展創(chuàng)新性、開放新綜合實(shí)驗(yàn)以及相關(guān)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目研究。通過實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，可為學(xué)生提供一個較為真實(shí)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境，使學(xué)生對風(fēng)力發(fā)電等新能源電氣部分從工作原理、設(shè)備組成、安裝接線到實(shí)際運(yùn)行、通信以及控制具有一個整體概念，將其所學(xué)過的各門專業(yè)知識融會貫通地應(yīng)用到實(shí)踐中來，努力培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際工程意識和分析問題與解決問題的能力，提高其專業(yè)素質(zhì)和崗位競爭能力。
2.建設(shè)的可行性
隨著全球能源短缺和環(huán)境污染等問題日益突出，風(fēng)力發(fā)電因其清潔、安全、便利、高效等特點(diǎn)，已成為世界各國普遍關(guān)注和重點(diǎn)發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)。我校迅速抓住這一機(jī)遇，及時開設(shè)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)，搶占了先機(jī)。其次國家大力支持新能源專業(yè)教育，給我校提供支持，使我院建一個高標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)中心成為可能。學(xué)院即有建設(shè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)中心的需求，也具備了建設(shè)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，這是學(xué)院建設(shè)風(fēng)力發(fā)電實(shí)訓(xùn)中心的依據(jù)。
四、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備需求
1、風(fēng)電場運(yùn)行維護(hù)仿真系統(tǒng)
通過基于風(fēng)力發(fā)電排故系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)，幫助學(xué)生理解風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原理和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的工作過程、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)各主要模塊組成與作用、風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出特性及其測試方法；了解水平軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的組成、模擬風(fēng)場裝置的組成、被動偏航原理及其結(jié)構(gòu)、主動偏航原理、逆變器的工作原理及其驅(qū)動方式與結(jié)構(gòu)、發(fā)電系統(tǒng)的檢測與測試、風(fēng)力控制器的工作原理、驅(qū)動方式和充放電結(jié)構(gòu)；掌握小型水平軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的組裝、模擬風(fēng)場裝置的安裝、風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出測試等。
（2）主要實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目
①發(fā)電機(jī)輸出故障排故。
②偏航電機(jī)驅(qū)動故障排故。
③偏航限位故障排故。
④系統(tǒng)輔助電源故障排故。
⑤控制器工作故障排故。
⑥逆變器工作故障排故。
⑦風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)接線實(shí)訓(xùn)。
⑧風(fēng)力發(fā)電機(jī)跟蹤偏航實(shí)訓(xùn)。
⑨變槳電機(jī)驅(qū)動故障實(shí)訓(xùn)。
⑩風(fēng)力發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)。
⑾上位機(jī)軟件編程實(shí)訓(xùn)。
⑿控制器程序燒錄實(shí)訓(xùn)。
⒀逆變器程序燒錄實(shí)訓(xùn)。
（3）主要設(shè)備
風(fēng)電場運(yùn)行維護(hù)仿真系統(tǒng)共2套，每套系統(tǒng)配置故障設(shè)置模塊、系統(tǒng)供電電源及輔助電源、水平軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)、尾舵偏航系統(tǒng)、模擬風(fēng)場拖動電機(jī)、模擬風(fēng)場控制單元、風(fēng)速傳感器、儀表顯示單元（含三相交流電壓表、三相交流電流表、直流電壓表、直流電流表、交流電壓表、交流電流表、蓄電池組、風(fēng)機(jī)控制器、離網(wǎng)逆變器、直流阻性負(fù)載、直流感性負(fù)載、交流阻性負(fù)載、交流感性負(fù)載、功率電阻模塊、安全系統(tǒng)等。
2、風(fēng)力發(fā)電縮比實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)
（1）基本功能
學(xué)生通過本實(shí)訓(xùn)區(qū)的實(shí)訓(xùn)，能掌握風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安裝方法及其測試方法、控制原理；了解風(fēng)機(jī)變槳工作原理、風(fēng)機(jī)變槳控制過程及其變槳角度與風(fēng)速關(guān)系；了解風(fēng)機(jī)偏航工作原理、風(fēng)機(jī)偏航控制過程及風(fēng)機(jī)偏航角度與風(fēng)速之間的關(guān)系；了解風(fēng)速與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速對應(yīng)關(guān)系、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載關(guān)系及陣風(fēng)狀態(tài)下的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速；通過調(diào)節(jié)不同的風(fēng)速狀態(tài)下，測量電機(jī)轉(zhuǎn)速與風(fēng)機(jī)三相電壓頻率、幅值和相位等參數(shù)，了解發(fā)電機(jī)的特性與控制原理；了解風(fēng)力發(fā)電離網(wǎng)過程中的剎車原理及并網(wǎng)過程中的剎車原理，并理解原動機(jī)與發(fā)電機(jī)的能量關(guān)系；了解風(fēng)力控制器整流原理及其控制器整流后的直流電壓與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對應(yīng)關(guān)系，理解風(fēng)力控制器的卸荷過程，了解風(fēng)力并網(wǎng)原理及風(fēng)力逆變的過程；能測試測試風(fēng)力并網(wǎng)發(fā)電逆變器轉(zhuǎn)換效率、發(fā)電機(jī)諧波、直流母線MPPT跟蹤效率，并掌握并網(wǎng)逆變器電能的測試方法；了解PLC的工作原理，熟悉西門子PLC的使用方法、西門子PLC編程軟件的使用及STEP 7-Micro/WIN SMART軟件的編程與調(diào)試；了解變頻器的工作原理，熟悉變頻器的使用方法，掌握西門子V20變頻器的調(diào)試；熟悉MCGS組態(tài)軟件的使用，了解MCGS組態(tài)軟件的基本開發(fā)過程、MCGS觸摸屏的通信原理。
（2）主要實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目
①風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成
②風(fēng)速與控制策略模擬實(shí)驗(yàn)
③并網(wǎng)過程與脫網(wǎng)保護(hù)模擬實(shí)驗(yàn)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)接線實(shí)訓(xùn)
④風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)過程實(shí)驗(yàn)
⑤風(fēng)力發(fā)電機(jī)自由并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)
⑥風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電性能測試實(shí)驗(yàn)
⑦風(fēng)力發(fā)電機(jī)最大功率跟蹤實(shí)驗(yàn)
⑧風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電性能與測量
⑨基于西門子PLC的上位機(jī)通訊實(shí)驗(yàn)
⑩伺服控制系統(tǒng)與上位機(jī)通訊實(shí)驗(yàn)
⑾風(fēng)機(jī)的偏航實(shí)驗(yàn)
⑿風(fēng)機(jī)的變漿實(shí)驗(yàn)
（3）主要設(shè)備
共2套風(fēng)力發(fā)電縮比系統(tǒng)，每套含①永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，包括永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)、變頻拖動電機(jī)、偏航伺服電機(jī)、偏航伺服驅(qū)動器、變槳伺服電機(jī)、變槳伺服驅(qū)動器、偏航變槳編碼器、齒輪減速機(jī)、機(jī)組平臺底座、導(dǎo)流罩、機(jī)艙罩、鼓風(fēng)機(jī)、風(fēng)速傳感器等；②永磁風(fēng)力發(fā)電主控制屏柜包括PLC（西門子S7-1200）、ET200SPIO接口模塊、開關(guān)電源、組態(tài)觸摸屏、工業(yè)交換機(jī)、交流微斷、屏柜柜體等；③永磁風(fēng)力發(fā)電變頻調(diào)速屏柜，包括西門子變頻器、指針電壓表、指針電流表、電流互感器、繼電器、黃色指示燈、紅色指示燈、接線端子、屏柜柜體等；④永磁風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)控制屏柜，包括并網(wǎng)逆變器、開關(guān)電源、紅色指示燈、黃色指示燈、微斷、、指針電壓表、接線端子、屏柜柜體等；⑤永磁風(fēng)力發(fā)電電池電源屏柜，包括儲能蓄電池、電池管理機(jī)、UPS主機(jī)、指針電壓表、微斷、雙電源開關(guān)、開關(guān)電源、組態(tài)觸摸屏、紅色指示燈、接線端子、屏柜柜體等；⑥永磁風(fēng)力發(fā)電主控操作臺，包括工控電腦、魔鏡系統(tǒng)、液晶顯示器、微斷、急停按鈕、紅色指示燈、帶燈按鈕、主控操作臺（要求監(jiān)控界面可通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸至教師主機(jī)進(jìn)行檢測）。
3、風(fēng)力發(fā)電智能調(diào)度運(yùn)行與控制系統(tǒng)
（1）基本功能
本實(shí)驗(yàn)區(qū)能實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)接入與風(fēng)力能量管理單元、微電網(wǎng)儲能與穩(wěn)定控制單元、風(fēng)力分布式發(fā)電模擬單元、微電網(wǎng)交直流負(fù)荷管理單元等單元裝置的實(shí)訓(xùn)，能開展電子儀表的通訊與計(jì)量、并網(wǎng)運(yùn)行、離網(wǎng)運(yùn)行、離/并網(wǎng)切換、發(fā)電模擬實(shí)驗(yàn)、永磁風(fēng)力發(fā)電仿真、組態(tài)觸摸屏軟件編程、上位機(jī)軟件編程、PLC編程與控制、EMS能量管理模塊編程、繼電保護(hù)整定與控制等實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)，使學(xué)生對風(fēng)力發(fā)電智能調(diào)度運(yùn)行與控制系統(tǒng)的一個基本了解和實(shí)操方面的認(rèn)識。
（2）主要實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目
①微電網(wǎng)接入與風(fēng)力能量管理單元裝置實(shí)訓(xùn)
②微電網(wǎng)儲能與穩(wěn)定控制單元裝置實(shí)訓(xùn)
③風(fēng)力分布式發(fā)電模擬單元裝置實(shí)訓(xùn)
④微電網(wǎng)交直流負(fù)荷管理單元裝置實(shí)訓(xùn)
⑤電子儀表的通訊與計(jì)量實(shí)驗(yàn)
⑥并網(wǎng)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)
⑦離網(wǎng)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)
⑧離/并網(wǎng)切換實(shí)驗(yàn)
⑨發(fā)電模擬實(shí)驗(yàn)
⑩永磁風(fēng)力發(fā)電仿真實(shí)驗(yàn)
⑾組態(tài)觸摸屏軟件編程
⑿上位機(jī)軟件編程
⒀PLC編程與控制實(shí)驗(yàn)
⒁EMS能量管理模塊編程實(shí)驗(yàn)
⒂繼電保護(hù)整定與控制實(shí)驗(yàn)
（3）主要設(shè)備
①發(fā)電機(jī)電源模擬器1套，包括發(fā)電機(jī)、變頻拖動電機(jī)、拖動平臺等；②EMS中央能量控制管理系統(tǒng)，包括能量管理系統(tǒng)、以太網(wǎng)交換機(jī)、串口服務(wù)器、組態(tài)觸摸屏、線路保護(hù)器等；③PCS雙向變流系統(tǒng)，包括雙向儲能變流器、儲能蓄電池、電池監(jiān)測系統(tǒng)、低壓線路保護(hù)器等；④智能電網(wǎng)交直流負(fù)荷管理系統(tǒng)，包括模擬直流（I級負(fù)荷）、模擬直流（II級負(fù)荷）、模擬交流（I級負(fù)荷）、模擬交流（II級負(fù)荷）、直流功率表、單相交流功率表、屏柜柜體等；⑤SCADA中央能量控制管理系統(tǒng)，包括操作臺、工控電腦等；⑥SCADA電力監(jiān)控軟件等。
4、風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)箱系統(tǒng)
（1）基本功能
基于微形垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的實(shí)驗(yàn)平臺，具有以下基本實(shí)驗(yàn)功能：
①垂直軸風(fēng)力發(fā)電開路電壓測試、短路電流測試、I-U特性測試、最大輸出功率計(jì)算、負(fù)載特性測試等。
②風(fēng)力發(fā)電機(jī)給蓄電池直接充電、風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制器給蓄電池充電、風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制器充電過壓測試等。
③控制器通用開關(guān)輸出模式、純光控開關(guān)輸出模式、光控+延時輸出模式、調(diào)試輸出模式等工作模式測試。
④逆變器工作原理系列實(shí)驗(yàn)。
⑤風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)演示實(shí)驗(yàn)。
（2）主要實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目
①垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理系列實(shí)驗(yàn)。
②垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出特性系列實(shí)驗(yàn)。
③風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的組成。
④蓄電池的充放電特性系列實(shí)驗(yàn)。
⑤風(fēng)機(jī)控制器的原理與功能。
⑥離網(wǎng)逆變器的原理與功能。
（3）主要設(shè)備
共20套實(shí)驗(yàn)箱系統(tǒng)設(shè)備，每套含垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)、軸流鼓風(fēng)機(jī)（模擬風(fēng)源）、手持照度計(jì)、示波器、直流電壓表、直流電流表、交流電壓表、交流電流表、嵌入式一體化觸摸屏、鉛酸電池、風(fēng)機(jī)控制器、離網(wǎng)逆變器、直流阻性負(fù)載、直流感性負(fù)載、交流阻性負(fù)載、交流感性負(fù)載、電阻箱等。
5、風(fēng)力發(fā)電虛擬仿真
（1）基本功能
①風(fēng)力發(fā)電虛擬仿真系統(tǒng)配置專用的登錄界面，允許修改初始用戶名及密碼。
②配置機(jī)械原理菜單，能逐級分解和隱藏發(fā)電機(jī)組零件，了解發(fā)電機(jī)組各個部件的組成及位置。
③配置風(fēng)電機(jī)組故障檢修模塊，能依照故障檢修處理手冊模擬故障檢修的維護(hù)過程，選擇不同故障代碼進(jìn)行模擬故障檢修，也可以直接輸入錯誤代碼進(jìn)行詳細(xì)錯誤硬件的選擇，根據(jù)錯誤提示完成檢修。
④配置風(fēng)電機(jī)組漫游模塊，能通過第一人稱漫游的方式，引導(dǎo)用戶了解整體機(jī)艙在真實(shí)工作中各個零件所在的位置以及包括變槳、偏航等操作的實(shí)際運(yùn)行情況和意義；用戶通過鍵盤ASDW按鍵控制虛擬人物移動，并可以通過菜單內(nèi)按鈕實(shí)現(xiàn)固定地點(diǎn)的位移；根據(jù)設(shè)定風(fēng)速和風(fēng)向進(jìn)行模擬自動風(fēng)機(jī)運(yùn)行；根據(jù)按鈕操作手動模擬變槳、偏航等。
（2）主要實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目
①風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)內(nèi)容教學(xué)的實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)。
②風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行維護(hù)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)。
③風(fēng)電機(jī)組常見工具教學(xué)的實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)。
④風(fēng)電機(jī)組故障教學(xué)的實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)。
⑤風(fēng)電機(jī)組巡檢教學(xué)的實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)。
⑥風(fēng)電機(jī)組操作教學(xué)與實(shí)訓(xùn)。
⑦風(fēng)電機(jī)運(yùn)維操作的實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)。
一、系統(tǒng)概述
400W風(fēng)力發(fā)電教學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置由發(fā)電單元、充電單元、電力蓄能單元、逆變模塊、控制單元、負(fù)載單元、顯示單元共七大單元系統(tǒng)組成，系統(tǒng)能進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電相關(guān)全過程實(shí)驗(yàn)，是職高、大學(xué)、研究生以風(fēng)力發(fā)電為主課題的研究和培訓(xùn)、教學(xué)的理想產(chǎn)品。
400W風(fēng)力發(fā)電教學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置由發(fā)電單元、充電單元、電力蓄能單元、逆變模塊、控制單元、負(fù)載單元、顯示單元共七大單元系統(tǒng)組成，系統(tǒng)能進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電相關(guān)全過程實(shí)驗(yàn)，是職高、大學(xué)、研究生以風(fēng)力發(fā)電為主課題的研究和培訓(xùn)、教學(xué)的理想產(chǎn)品。
教學(xué)特點(diǎn)
系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺集成了室內(nèi)溫/濕度儀，風(fēng)速測量系統(tǒng)，讓使用者操作起來更直觀。
系統(tǒng)采用數(shù)字化DSP技術(shù)，對蓄電池充放電進(jìn)行全智能化的管理。
系統(tǒng)面板上采用直觀的數(shù)字儀表和液晶顯示，讓用戶即時了解系統(tǒng)工作狀態(tài)。
系統(tǒng)上的離網(wǎng)電源可以為用戶提供交流110V/220V純正弦波交流電能。
風(fēng)力發(fā)電教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可以讓實(shí)訓(xùn)學(xué)生自行拆裝移動，使用簡便、節(jié)能環(huán)保、無污染。
增加分布式發(fā)電原理與實(shí)驗(yàn)?zāi)K，讓學(xué)生增加對新知識的理解
二、系統(tǒng)運(yùn)行技術(shù)條件
1.風(fēng)力系統(tǒng)
風(fēng)輪直徑：1.65(m)
啟動風(fēng)速：1.5(m/s)
額定風(fēng)速：12(m/s)
安全風(fēng)速：35(m/s)
工作形式：上風(fēng)式永磁同步發(fā)電機(jī)
風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)方向：順時針
風(fēng)葉數(shù)量：3（片）
風(fēng)葉材料：玻璃增強(qiáng)聚丙烯材料
電機(jī)材料：鋁合金&不銹鋼
模擬風(fēng)洞：
風(fēng)量：34073 m3/h，1275Pa-2138Pa
電壓：三相四線 380VAC
功率：2.2kW
調(diào)速單元：2.2KW 矢量變頻器，輸出頻率：0-100Hz
2.充電系統(tǒng)
額定功率：400(W)
額定電壓：12/24(V)
額定電流：33.3/16.7（A）
3.電力蓄能系統(tǒng)（機(jī)內(nèi)）
儲能形式：閥控式密封鉛酸蓄電池
額定電壓：12V
額定容量：55Ah
充電方法（恒壓），循環(huán)︰最大充電電流為5.6A
4.離網(wǎng)逆變模塊系統(tǒng)
直流輸入電壓：10.5～16.8 VDC
額定蔬出功率：300W
輸出電壓：110/220VAC
輸出波形：純正弦波
輸出頻率：50Hz
工作效率：85%
功率因數(shù)：>0.88
波形失真率≤5%
工作環(huán)境：溫度-20℃～50℃
相對濕度：﹤90﹪（25℃）
保護(hù)功能：極性反接、短路、過熱、過載保護(hù)
5.控制模塊系統(tǒng)
工作電壓：12VDC
充電功率：500W
光伏功率：100W
風(fēng)機(jī)功率：400W
充電方式：PWM脈寬調(diào)制
充電最大電流 16.5A
過放保護(hù)電壓 10.5V
過放恢復(fù)電壓 12.6V
輸出保護(hù)電壓 16.2V
卸載開始電壓（出廠值）15V
卸載開始電流（出廠值） 12A
控制器設(shè)有蓄電池過充、過放電保護(hù)、蓄電池開路保護(hù)、負(fù)載過電壓保護(hù)、輸出短路保護(hù)、電池接反保護(hù)、欠壓和過壓防震蕩保護(hù)、均衡充電、溫度補(bǔ)償?shù)裙δ埽?br style="padding: 0px; margin: 0px;" /> 6.負(fù)載模塊裝置系統(tǒng)
風(fēng)扇：×1個，額定電壓：12/24V，工作電流：1.25A，功率：15W
交通燈：1組(R,G,B)，額定電壓：12/24V，工作電流：0.8A，功率：9.6W
馬達(dá)：×1個，額定電壓：12/24V，工作電流：0.35A，功率：5W 轉(zhuǎn)速：20rmp/min
交流LED燈×1個，交流節(jié)能燈×1個
直流模擬負(fù)載：12V/24V/28WLED路燈板，帶PWM調(diào)光功能，輸出功率可設(shè)置
8、測風(fēng)系統(tǒng)
測量范圍 風(fēng)速：0～60m/s
精 度 ±0.1m/s
工作電源：AC 220V±20% 50HZ， DC12V、5V或其他供電。
記錄間隔： 1分鐘～240分鐘連續(xù)可設(shè)置
內(nèi)部存儲： 4M bit
環(huán)境溫度： -40℃～50℃
轉(zhuǎn)速傳感器：0～5000 風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測顯示（室內(nèi)）
過風(fēng)速報(bào)警中斷輸出功能，可以設(shè)備閉環(huán)形式連接，增加實(shí)驗(yàn)安全性。
9.顯示裝置系統(tǒng)
直流電流表：× 1個，20A， 顯示模式︰0.5”LED
直流電壓表：× 1個，50V， 顯示模式︰0.5”LED
交流電壓表：× 1個，500V，顯示模式︰0.5”LED
交流電流表：× 1個，5A， 顯示模式︰0.5”LED
交流電壓表：× 1個，50V， 顯示模式︰0.5”LED
交流電流表：× 1個，50A， 顯示模式︰0.5”LED
時間、溫/濕度表：× 1個，-20～99.9℃ 顯示時間，室內(nèi)溫、濕度
風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速表：× 1個，5A， 顯示模式︰0.5”LED
10.電氣開關(guān)操作臺
交流漏電開關(guān)、緊急停止開關(guān)、儀表開關(guān)、風(fēng)機(jī)輸入開關(guān)、直流輸入開關(guān)
儀表顯示、控制按鈕（開關(guān)）、智能型風(fēng)光互補(bǔ)控制器、風(fēng)速儀、鼓風(fēng)機(jī)調(diào)速。
11、監(jiān)控軟件
PC監(jiān)控模塊：監(jiān)控主機(jī)、監(jiān)控軟件。
顯示內(nèi)容：蓄電池電壓、風(fēng)機(jī)電壓、光伏電壓、風(fēng)機(jī)電流、光伏電流、風(fēng)機(jī)功率、光伏功率，能量模擬圖，當(dāng)前風(fēng)速（米/秒），當(dāng)前風(fēng)向（度），當(dāng)前風(fēng)力資源平估。
三、教學(xué)項(xiàng)目及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
實(shí)驗(yàn)1.風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)理論原理性實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)2.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)3.風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)理論與應(yīng)用技術(shù)仿真實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)4.風(fēng)力發(fā)電相關(guān)測量技術(shù)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)5.風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)6.風(fēng)力發(fā)電電力電子實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)7.過放保護(hù)、過放恢復(fù)、過充保護(hù)、過充恢復(fù)
均充保護(hù)、均充恢復(fù)、浮充保護(hù)、浮充恢復(fù)
實(shí)驗(yàn)8.過風(fēng)速報(bào)警、欠風(fēng)速報(bào)警、液晶顯示風(fēng)速
實(shí)驗(yàn)9.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的直接負(fù)載實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)10.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)速變化影響實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)11.限速機(jī)械保護(hù)系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)12.限速電控保護(hù)系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)13.風(fēng)機(jī)過功率保護(hù)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)14.風(fēng)機(jī)超速保護(hù)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)15.不同轉(zhuǎn)速下風(fēng)力發(fā)電曲線實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)16.風(fēng)況檢測實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)17.獨(dú)立風(fēng)機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)18. 綜合實(shí)驗(yàn)。
四、主要設(shè)備清單
系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺集成了室內(nèi)溫/濕度儀，風(fēng)速測量系統(tǒng)，讓使用者操作起來更直觀。
系統(tǒng)采用數(shù)字化DSP技術(shù)，對蓄電池充放電進(jìn)行全智能化的管理。
系統(tǒng)面板上采用直觀的數(shù)字儀表和液晶顯示，讓用戶即時了解系統(tǒng)工作狀態(tài)。
系統(tǒng)上的離網(wǎng)電源可以為用戶提供交流110V/220V純正弦波交流電能。
風(fēng)力發(fā)電教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可以讓實(shí)訓(xùn)學(xué)生自行拆裝移動，使用簡便、節(jié)能環(huán)保、無污染。
增加分布式發(fā)電原理與實(shí)驗(yàn)?zāi)K，讓學(xué)生增加對新知識的理解
二、系統(tǒng)運(yùn)行技術(shù)條件
1.風(fēng)力系統(tǒng)
風(fēng)輪直徑：1.65(m)
啟動風(fēng)速：1.5(m/s)
額定風(fēng)速：12(m/s)
安全風(fēng)速：35(m/s)
工作形式：上風(fēng)式永磁同步發(fā)電機(jī)
風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)方向：順時針
風(fēng)葉數(shù)量：3（片）
風(fēng)葉材料：玻璃增強(qiáng)聚丙烯材料
電機(jī)材料：鋁合金&不銹鋼
模擬風(fēng)洞：
風(fēng)量：34073 m3/h，1275Pa-2138Pa
電壓：三相四線 380VAC
功率：2.2kW
調(diào)速單元：2.2KW 矢量變頻器，輸出頻率：0-100Hz
2.充電系統(tǒng)
額定功率：400(W)
額定電壓：12/24(V)
額定電流：33.3/16.7（A）
3.電力蓄能系統(tǒng)（機(jī)內(nèi)）
儲能形式：閥控式密封鉛酸蓄電池
額定電壓：12V
額定容量：55Ah
充電方法（恒壓），循環(huán)︰最大充電電流為5.6A
4.離網(wǎng)逆變模塊系統(tǒng)
直流輸入電壓：10.5～16.8 VDC
額定蔬出功率：300W
輸出電壓：110/220VAC
輸出波形：純正弦波
輸出頻率：50Hz
工作效率：85%
功率因數(shù)：>0.88
波形失真率≤5%
工作環(huán)境：溫度-20℃～50℃
相對濕度：﹤90﹪（25℃）
保護(hù)功能：極性反接、短路、過熱、過載保護(hù)
5.控制模塊系統(tǒng)
工作電壓：12VDC
充電功率：500W
光伏功率：100W
風(fēng)機(jī)功率：400W
充電方式：PWM脈寬調(diào)制
充電最大電流 16.5A
過放保護(hù)電壓 10.5V
過放恢復(fù)電壓 12.6V
輸出保護(hù)電壓 16.2V
卸載開始電壓（出廠值）15V
卸載開始電流（出廠值） 12A
控制器設(shè)有蓄電池過充、過放電保護(hù)、蓄電池開路保護(hù)、負(fù)載過電壓保護(hù)、輸出短路保護(hù)、電池接反保護(hù)、欠壓和過壓防震蕩保護(hù)、均衡充電、溫度補(bǔ)償?shù)裙δ埽?br style="padding: 0px; margin: 0px;" /> 6.負(fù)載模塊裝置系統(tǒng)
風(fēng)扇：×1個，額定電壓：12/24V，工作電流：1.25A，功率：15W
交通燈：1組(R,G,B)，額定電壓：12/24V，工作電流：0.8A，功率：9.6W
馬達(dá)：×1個，額定電壓：12/24V，工作電流：0.35A，功率：5W 轉(zhuǎn)速：20rmp/min
交流LED燈×1個，交流節(jié)能燈×1個
直流模擬負(fù)載：12V/24V/28WLED路燈板，帶PWM調(diào)光功能，輸出功率可設(shè)置
8、測風(fēng)系統(tǒng)
測量范圍 風(fēng)速：0～60m/s
精 度 ±0.1m/s
工作電源：AC 220V±20% 50HZ， DC12V、5V或其他供電。
記錄間隔： 1分鐘～240分鐘連續(xù)可設(shè)置
內(nèi)部存儲： 4M bit
環(huán)境溫度： -40℃～50℃
轉(zhuǎn)速傳感器：0～5000 風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測顯示（室內(nèi)）
過風(fēng)速報(bào)警中斷輸出功能，可以設(shè)備閉環(huán)形式連接，增加實(shí)驗(yàn)安全性。
9.顯示裝置系統(tǒng)
直流電流表：× 1個，20A， 顯示模式︰0.5”LED
直流電壓表：× 1個，50V， 顯示模式︰0.5”LED
交流電壓表：× 1個，500V，顯示模式︰0.5”LED
交流電流表：× 1個，5A， 顯示模式︰0.5”LED
交流電壓表：× 1個，50V， 顯示模式︰0.5”LED
交流電流表：× 1個，50A， 顯示模式︰0.5”LED
時間、溫/濕度表：× 1個，-20～99.9℃ 顯示時間，室內(nèi)溫、濕度
風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速表：× 1個，5A， 顯示模式︰0.5”LED
10.電氣開關(guān)操作臺
交流漏電開關(guān)、緊急停止開關(guān)、儀表開關(guān)、風(fēng)機(jī)輸入開關(guān)、直流輸入開關(guān)
儀表顯示、控制按鈕（開關(guān)）、智能型風(fēng)光互補(bǔ)控制器、風(fēng)速儀、鼓風(fēng)機(jī)調(diào)速。
11、監(jiān)控軟件
PC監(jiān)控模塊：監(jiān)控主機(jī)、監(jiān)控軟件。
顯示內(nèi)容：蓄電池電壓、風(fēng)機(jī)電壓、光伏電壓、風(fēng)機(jī)電流、光伏電流、風(fēng)機(jī)功率、光伏功率，能量模擬圖，當(dāng)前風(fēng)速（米/秒），當(dāng)前風(fēng)向（度），當(dāng)前風(fēng)力資源平估。
三、教學(xué)項(xiàng)目及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
實(shí)驗(yàn)1.風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)理論原理性實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)2.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)3.風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)理論與應(yīng)用技術(shù)仿真實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)4.風(fēng)力發(fā)電相關(guān)測量技術(shù)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)5.風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)6.風(fēng)力發(fā)電電力電子實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)7.過放保護(hù)、過放恢復(fù)、過充保護(hù)、過充恢復(fù)
均充保護(hù)、均充恢復(fù)、浮充保護(hù)、浮充恢復(fù)
實(shí)驗(yàn)8.過風(fēng)速報(bào)警、欠風(fēng)速報(bào)警、液晶顯示風(fēng)速
實(shí)驗(yàn)9.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的直接負(fù)載實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)10.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)速變化影響實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)11.限速機(jī)械保護(hù)系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)12.限速電控保護(hù)系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)13.風(fēng)機(jī)過功率保護(hù)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)14.風(fēng)機(jī)超速保護(hù)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)15.不同轉(zhuǎn)速下風(fēng)力發(fā)電曲線實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)16.風(fēng)況檢測實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)17.獨(dú)立風(fēng)機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)18. 綜合實(shí)驗(yàn)。
四、主要設(shè)備清單
| 序號 | 名 稱 | 型 號 | 數(shù) 量 | 單 位 | 價 格 |
| 1 | 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)操作臺 | 1 | 臺 | ||
| 2 | 400W風(fēng)力發(fā)電機(jī) | 1 | 臺 | ||
| 3 | 塔架、拉索 | 1 | 套 | ||
| 4 | 轉(zhuǎn)速儀表（含支架） | 1 | 臺 | ||
| 5 | 風(fēng)力發(fā)電控制器 | 1 | 臺 | ||
| 6 | 蓄電池組55Ah | 1 | 組 | ||
| 7 | 實(shí)驗(yàn)附件 | 1 | 套 | ||
| 8 | 軟件 | 1 | 套 |
