TW-SNY56風光互補發(fā)電與船舶汽油發(fā)電機組教學裝置
——并網(wǎng)發(fā)電實驗系統(tǒng)
一、概述
能源是國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活必須的重要物質(zhì)基礎。在過去的200多年里，建立在煤炭、石油、天然氣等化石燃料基礎上的能源體系極大的推動了人類社會的發(fā)展。但是人類在使用化石燃料的同時，也帶來了嚴重的環(huán)境污染和生態(tài)系統(tǒng)破壞。近年來，世界各國逐漸認識到能源對人類的重要性，更認識到常規(guī)能源利用過程中對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的破壞。各國紛紛開始根據(jù)國情，治理和緩解已經(jīng)惡化的環(huán)境，并把可再生、無污染的新能源的開發(fā)利用作為可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。風光互補發(fā)電系統(tǒng)是利用風能和太陽能資源的互補性，具有較高性價比的一種新型能源發(fā)電系統(tǒng)，具有很好的應用前景。
二、系統(tǒng)組成
2.1 系統(tǒng)工作過程敘述
風光互補發(fā)電與船舶汽（柴）油發(fā)電機組并網(wǎng)實驗系統(tǒng)，是利用汽、柴油發(fā)電機組為核心，發(fā)電機組所發(fā)電能經(jīng)整流、濾波、同頻、同相位處理后接至船舶負載供電。將風力發(fā)電機所發(fā)電能經(jīng)風力發(fā)電機控制器整流、濾波，卸荷器后把三相交流電變成直流電再經(jīng)并網(wǎng)同步電源轉(zhuǎn)換成可與市電（汽/柴油發(fā)電機組）接軌的單相或三相交流電；再將太陽能電池組所發(fā)電能，經(jīng)匯流箱匯流后，送至并網(wǎng)逆變器把直流電轉(zhuǎn)換成與市電（汽/柴油發(fā)電機組）接軌的單相或三相交流電，送至電網(wǎng)即并網(wǎng)。
2.2 設計思路
風力發(fā)電機并網(wǎng)、光伏發(fā)電并網(wǎng)由于當前技術條件相對成熟，并網(wǎng)末端相關標準同樣依據(jù)國家電網(wǎng)標準設計入網(wǎng)，條件基本不受限制，不存在技術障礙。
該系統(tǒng)的假想設計初衷是要利用“汽/柴油發(fā)電機組”來代替國家電網(wǎng)信號，即要求“汽/柴油發(fā)電機組”所發(fā)電能可以為負載系統(tǒng)供電，也可將所發(fā)電能并至國家電網(wǎng)，還要做為風力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)入網(wǎng)檢測信號，還要在其本身功率不足的情況下與風力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)，三者共同為負載供電。
永磁同步電機并網(wǎng)發(fā)電裝置
因“汽/柴油發(fā)電機組”發(fā)出的電能是穩(wěn)定的AC220V/380V，而且存在頻率波動大、電壓不穩(wěn)定、相位角在同一時刻多次變化，電壓、頻率、相位角等受帶載和帶載成度影響較大，綜上因素，故只能做為基本交流電能來為負載供電，不能做為并網(wǎng)信號源來使用，這就造成了三者不能相互兼容的局面。
“汽/柴油發(fā)電機組”若要做為并網(wǎng)信號源來供風力發(fā)電和光伏發(fā)電檢測使用，必須經(jīng)過AC-DC、DC-AC的轉(zhuǎn)變過程，使“汽/柴油發(fā)電機組”經(jīng)整流、濾波、變換后，盡量使得電壓、頻率穩(wěn)定、不受發(fā)電機組電壓、頻率波動限制。
功率變換控制結(jié)構(gòu)圖
由于此方案構(gòu)思為行業(yè)內(nèi)首例，在當前技術市場尚屬技術空白，若要解決這種技術問題那么我們必須要根據(jù)方案摸索并嘗試實施。
2.3 系統(tǒng)組成
系統(tǒng)由2KW汽/柴油發(fā)電機組、整流系統(tǒng)、儲能蓄電池、并網(wǎng)逆變器、安全保護開關，蓄電池組、風力發(fā)電控制器、卸荷器，風機并網(wǎng)控制器、并網(wǎng)逆變器，光伏組件，匯流箱、光伏并網(wǎng)逆變器，監(jiān)控儀表、直流屏，交流屏、監(jiān)控單元等組成。
系統(tǒng)簡要工作原理框圖
三、主要技術規(guī)格參數(shù)
3.1、系統(tǒng)規(guī)格
◆ 系統(tǒng)工作電壓：DC12V，AC220V
◆ 系統(tǒng)工作電流：AC15A
◆ 系統(tǒng)輸出功率：2.2KW（汽油發(fā)電機組）
◆ 系統(tǒng)輸出功率：1000W（光伏并網(wǎng)發(fā)電）
◆ 系統(tǒng)最大功率：1000W（風力并網(wǎng)發(fā)電）
3.2、汽油發(fā)電機組
采用新通信用開關電源系統(tǒng)技術，充電電流符合良好充電曲線，能夠參考電流、電壓等信息自動調(diào)整均充/浮充、恒流/恒壓等充電方式。同時具有電池容量和負載容量靈活設置功能，可針對不同容量電池和不同大小負載進行智能充電供電，在確保電池充滿的同時保障電池使用壽命。
輸出頻率： 50HZ
額定電壓： 220V
額定功率： 2KW
最大功率： 2.2KW
直流輸出： 12V
額定電流： 9A
相 數(shù)： 單相
噪音水平(7M)： 65分貝
起動方式： 手啟動
油箱容積： 15L
凈重(KG)： 44/47
發(fā)動機型號： EM168
發(fā)動機形式： 四沖程
發(fā)動機最大功率： 4.1KW
絕緣等級： F級
排量： 163CC
燃料型號： 90#無鉛汽油
機油容積： 0.6L
燃料 ： 90#無鉛汽油
耗油量： 365g/h
連續(xù)工作時間： 15hrs
尺寸(MM)： 600*430*490
3.3、發(fā)電機控制系統(tǒng)
3.3.1 技術特點
采用無變壓器設計，轉(zhuǎn)換效率更高，輕巧美觀，體積小，重量輕。端口采用直插式防水端子，接線方便，安全，可靠。適用于戶用型小型風力發(fā)電系統(tǒng)。
具有獨立的MPPT功能，功率跟蹤。
戶外型設計（IP65）完全密封的外殼使之適應苛刻的環(huán)境
實時MPPT算法提高風力發(fā)電機發(fā)電率
面板散熱器，保證長期的清潔和散熱
無隔離變壓器，效率達到98%
極性接反保護，防止誤接線造成的損壞
高過載能力，在嚴酷的環(huán)境條件下可輸出滿功率
正弦波輸出
孤島效應防護
通過并網(wǎng)運行的國際標準認證
LCD面板液晶顯示，方便監(jiān)視主要參數(shù)
緊湊輕巧和高功率密度設計
功率跟蹤電壓范圍[Vdc]:100~500V
3.3.2 發(fā)電機并網(wǎng)技術參數(shù)
|
輸 入
|
功率電壓跟蹤范圍
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DC 100~500V
|
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啟動電壓
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160VDC
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MPPT
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1
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輸 出
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功率
|
1000W
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電壓范圍
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單相 AC 185 ~ 264V(可根據(jù)不同國家和地區(qū)要求調(diào)整)
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額定電壓
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220VAC
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頻率
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電網(wǎng)頻率 50/60Hz（可設置）
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|
相數(shù)
|
單相
|
|
功率因數(shù)
|
>0.95
|
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電流
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4.5A
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|
電流失真THD
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在額定功率和正弦波時 <3.5%< span="">
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|
效率
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98%
|
|
歐洲效率
|
97%
|
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結(jié) 構(gòu)
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外殼防護等級
|
IP65 (室外)
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冷卻方式
|
自然冷卻
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可聽噪音
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<25 db< p="">
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數(shù)據(jù)接口
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External RS 232C
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保 護
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逆變器
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輸入過壓、輸出短路保護，過載、過熱保護
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電網(wǎng)
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反孤島效應(IEEE 1547),電網(wǎng)欠壓過壓保護，
電網(wǎng)低頻高頻保護
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環(huán) 境
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工作環(huán)境溫度
|
空氣流通,-10℃~40℃（50℃）
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|
存放環(huán)境溫度
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-25℃~60℃
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相對濕度
|
0~100%
|
|
環(huán)境
|
周圍無可燃氣體，腐蝕氣體，油煙，灰塵等
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|
待機功耗
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<25, 0mw< p="">
|
|
海拔
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6600 英尺(2000 米)
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|
產(chǎn)品尺寸
|
長x寬x高
|
442*380*110mm
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|
產(chǎn)品凈重
|
KG
|
17
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3.3.3 發(fā)電機離網(wǎng)技術參數(shù)
|
額定輸出容量
|
5kVA
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額定蓄電池電壓
|
220VDC
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輸入過壓保護點
|
312VDC
|
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輸入過壓恢復點
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302VDC
|
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蓄電池過放保護點
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198VDC
|
|
蓄電池過放恢復點
|
220VDC
|
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空載電流
|
≤0.2A
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|
輸出波形
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純正弦波
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顯示方式
|
LCD（液晶屏顯示）
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散熱方式
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風扇散熱
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額定輸出電壓
|
220 VAC
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|
波形畸變率
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≤4％
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輸出頻率
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50Hz±0.5Hz
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動態(tài)響應
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5%
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功率因數(shù)
|
≥0.8
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過載能力
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120% 1分鐘，150% 10秒
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逆變效率
|
最大90%
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隔離方式
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環(huán)形變壓器
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噪音（1米）
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≤40dB
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絕緣強度
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1500VAC,1分鐘
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|
保護功能
|
逆變器輸入過壓保護、蓄電池過放電保護、蓄電池反接保護、輸出過載保護、輸出短路保護、過熱保護
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使用環(huán)境溫度
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-20～+55℃
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使用海拔
|
≤4000m
|
|
環(huán)境濕度
|
0~90%,不結(jié)露
|
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參考尺寸
|
503×502×192mm
|
|
參考重量
|
38kg
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3.4、風力并網(wǎng)系統(tǒng)
3.4.1 風力發(fā)電機
◆ 風力發(fā)電機額定輸出電壓：96VDC，功率：1000W
◆ 風機類型；永磁同步發(fā)電機，上風式
◆ 啟動風速；2.5m/s
◆ 風葉材質(zhì)：碳光纖化合物
3.4.2 模擬風洞
◆ 風洞調(diào)速范圍：0～13 m/s
◆ 風量：32073 mз/h
◆ 風壓：388Pa
◆ 轉(zhuǎn)速：1450 r/min
◆ 功率：5.5kW
3.4.3 風機并網(wǎng)控制器
產(chǎn)品特性
◆ 本產(chǎn)品參照JB/T6939.1-2004號行業(yè)標準，GB/T 19115.1-2003號國家標準生產(chǎn)設計。
◆ 采用兩套控制系統(tǒng)，PWM恒壓系統(tǒng) + 三相卸荷系統(tǒng)。
◆ PWM恒壓控制是風力發(fā)電機額定功率的120%。當超出PWM恒壓功率范圍時，三相卸荷立即自動啟動，運行10-20分鐘三相卸荷停止卸荷，風力發(fā)電機重啟，供電恢復輸出，保證風力發(fā)電整套系統(tǒng)安全運行。
◆ 在大風、強風情況下，控制器恒壓輸出，提供DC恒壓電源，保證逆變器正常工作。
◆ 在并網(wǎng)逆變器掉線情況下，控制器恒壓輸出，等待逆變器恢復工作。
◆ 當電網(wǎng)停電時，控制器三相卸荷自動啟動，逆變器停止向電網(wǎng)輸出。待網(wǎng)電恢復供電時，控制器停止三相卸荷，逆變器恢復供電。
◆ 控制器根據(jù)風力發(fā)電機的種類，可增加機械偏航控制、機械折尾控制、機械或液壓、氣壓、電磁，等多種制動控制功能。
◆ 控制器內(nèi)部設有防雷器。把竄入風力發(fā)電機電力線的瞬時過電壓限制在設備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)姶蟮睦纂娏餍沽魅氲?，保護設備不受雷電沖擊而損壞。
◆ LED燈狀態(tài)指示。前面板有風力發(fā)電機指示、卸荷指示、停機延時指示、欠壓指示、網(wǎng)電指示，及直流輸出電壓指示。
◆ 電壓表指示。指示控制器DC輸出電壓。
◆ 控制器具有急停開關，遇緊急情況時，按下前面板急停按鈕，控制器全部電源切斷，風力發(fā)電機立即三相卸荷。
◆ 控制器具有手動三相卸荷開關，用戶可根據(jù)情況使用。使用此開關，風力發(fā)電機將強制性三相卸荷。
|
風力發(fā)電機額定功率
|
0.5-2KW
|
|
風力發(fā)電機功率
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4KW
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太陽能板功率
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600W
|
|
功能
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整流、充電、控制
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顯示
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液晶顯示LCD
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顯示內(nèi)容
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風力發(fā)電機電壓，風力發(fā)電機電流，風力發(fā)電機功率，太陽能板電壓，太陽能板電流，太陽能板功率，直流輸出電壓，直流輸出電流，直流輸出功率
|
|
PWM恒壓電壓
|
≥320dc
|
≥320dc
|
≥380dc
|
|
風力發(fā)電機三相卸荷動作電壓
|
350±5Vdc
|
350±5Vdc
|
410±5Vdc
|
|
風力發(fā)電機三相卸荷延時
|
12-20 min
|
12-20 min
|
12-20 min
|
|
欠壓
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≤200Vdc
|
≤200Vdc
|
≤200Vdc
|
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太陽能保險
|
6A
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PWM卸荷保險
|
10A
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直流輸出保險
|
10A
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工作溫度
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-30-60°C
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相對濕度
|
＜90% 不結(jié)露 ＜90% No condensation
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噪音 (1m)
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＜40dB
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防護等級
|
IP20（室內(nèi)Indoor）
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制冷方式
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強制風冷Forced air cooling
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*遠程通訊（可選）
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RS485/USB/GPRS/Ethernet
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*溫度補償（可選）
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-4mv/°C/2V,-35°C~+80°C,
精度Accuracy:±1°C
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控制器尺寸(mm)
|
560*430*320
|
|
控制器重量
|
18Kg
|
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卸荷器尺寸(mm)
|
450*410*170
|
|
卸荷器重量
|
6Kg
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3.4.4 風力并網(wǎng)逆變器
產(chǎn)品特性：
◆ 原裝日本三菱公司智能功率模塊組裝
◆ 數(shù)字化DSP控制
◆ 完善的保護和報警功能
◆ MPPT控制，實時追蹤風機的最大輸出功率
◆ 擾動檢出技術，實現(xiàn)反孤島控制
◆ 電路結(jié)構(gòu)緊湊，效率≥94%
◆ 寬電壓輸入范圍
◆ RS232/485通訊，上位機監(jiān)控功能，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視
◆ 純正弦波輸出，自動與電網(wǎng)同步跟蹤，功率因數(shù)接近1，電流諧波含量低，對電網(wǎng)無污染、無沖擊
◆ 逆變電流閉環(huán)控制，功率可控、可調(diào)
技術參數(shù)：
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型 號
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G1K5D
|
|
額定容量
|
1.5 kW
|
|
額定交流輸出功率
|
1.5 kW
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交流輸出功率
|
1.8 kW
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隔離方式
|
工頻變壓器
|
|
推薦風機功率
|
1kW
|
|
直流開路電壓
|
400Vdc
|
|
MPPT范圍
|
100~400Vdc
|
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直流輸入電流
|
15A
|
|
效率
|
94%
|
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歐洲效率
|
92%
|
|
允許電網(wǎng)電壓范圍(單相)
|
180~265Vac
|
|
允許電網(wǎng)頻率范圍
|
47.5Hz-51.5Hz
|
|
總電流波形畸變率
|
<3%
|
|
功率因數(shù)
|
≥0.99
|
|
通訊接口
|
RS485/RS232
|
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工作溫度
|
-25~+60℃
|
|
相對濕度
|
0~95%，無冷凝
|
|
保護功能
|
極性反接保護、短路保護、孤島效應保護、過熱保護、過載保護、接地故障保護等
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|
冷卻方式
|
風冷
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防護等級
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IP20
|
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寬×深×高（mm）
|
300*150*500
|
|
重量（kg）
|
10
|
3.5、光伏并網(wǎng)系統(tǒng)
3.5.1 太陽能電池組 單晶/多晶硅
◆ 元件尺寸(L*W*H)：110*670*25mm*10塊
◆ 額定功率：100W
◆ 開路電壓：42.05±0.5V
◆ 工作電流：3.50±0.10A，
◆ 短路電流：2.85±0.10A，
3.5.2 光伏匯流箱
主要特點
◆ 大大簡化了系統(tǒng)布線和不必要的損耗；
◆ 可接入2路光伏串列，單路電流15A；
◆ 寬直流電壓輸入，光伏陣列輸入電壓可達1000VDC；
◆ 光伏專用保險絲；
◆ 光伏專用高壓防雷器；
◆ 滿足室內(nèi)、室外安裝要求；
◆ 可實現(xiàn)多臺機器并聯(lián)運行；
◆ 維護簡易、快捷；
◆ 遠程監(jiān)控（選配）；
◆ 防護等級IP65；
可選配置
◆ RS485/RS232遠程監(jiān)控；
◆ 內(nèi)部配置：國產(chǎn)/進口；
◆ 光伏專用高壓防雷；
◆ LED監(jiān)控各路光伏串列電流；
◆ 可定制二級防雷匯流箱
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光伏陣列輸入
|
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光伏陣列電壓范圍（Vdc）
|
0～1000
|
|
光伏陣列輸入路數(shù)（N）
|
3路（可定制）
|
|
單路陣列電流（A）
|
10
|
|
單路陣列防反保護（選配）
|
有
|
|
單路陣列過流保護
|
有（10/15A可選）
|
|
通信、保護
|
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總輸出斷路器保護
|
有
|
|
防雷保護
|
有
|
|
總輸出過流保護
|
有
|
|
遠程監(jiān)控（選配）
|
RS485（A、B）
|
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機械尺寸、工作環(huán)境
|
|
機箱尺寸（深 x 寬 x 高）
|
400mm X 300mm X 160mm
|
|
參考重量（Kg）
|
10
|
|
防護等級
|
IP65
|
|
使用海拔（m）
|
≤3000
|
|
工作溫度（℃）
|
-15～+65
|
|
存儲溫度（℃）
|
-25～+85
|
3.5.3 并網(wǎng)逆變器
系統(tǒng)選用的光伏逆變器采用MPPT追蹤，精度達99.9%。使得光伏逆變器能夠更加靈活的工作。內(nèi)置Wifi卡，PMB能保存?zhèn)鞲衅鞯乃兄匾獢?shù)據(jù)。逆變器配備RS485、RS232、USB和以太網(wǎng)標準接口，可以選擇使用wifi-kit和GPRS-kit。免費的監(jiān)控軟件能夠讓您通過電腦及移動終端清晰直觀的查看輸出數(shù)據(jù)，您可以在任何時候查看光伏電站的太陽能產(chǎn)量和公共電網(wǎng)的供電量情況。
|
直流輸入?yún)?shù)
|
|
輸入功率[W]
|
1300
|
|
輸入電壓[V]
|
500
|
|
額定直流電壓[V]
|
360
|
|
MPP電壓范圍[V]
|
80-360
|
|
滿載MPP電壓范圍[V]
|
150-360
|
|
啟動電壓[V]
|
90
|
|
關斷電壓[V]
|
80
|
|
輸入電流[A]
|
16
|
|
MPP追蹤數(shù)量
|
1
|
|
直流輸入路數(shù)
|
1
|
|
直流連接類型
|
MC4 端子
|
|
交流輸出參數(shù)
|
|
輸出功率[W]
|
1100
|
|
額定輸出功率[W]
|
1000
|
|
額定電網(wǎng)電壓[V]
|
220/230/240
|
|
額定電網(wǎng)頻率[Hz]
|
50/60
|
|
輸出電流[A]
|
5.8
|
|
電網(wǎng)電壓范圍*[V]
|
185-276
|
|
電網(wǎng)頻率范圍*[Hz]
|
45-55/55-65
|
|
功率因數(shù)
|
0.95 capacitive…0.95 inductive
|
|
總電流諧波畸變(THD)
|
<2%
|
|
啟動并網(wǎng)功率[W]
|
30
|
|
夜間自消耗[W]
|
<1
|
|
待機損耗[W]
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6
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交流連接類型
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即插即用端子
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效率
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效率
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97.5%
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歐洲效率
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96.3%
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MPPT效率
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99.9%
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安全與保護
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直流絕緣阻抗監(jiān)測
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有
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直流開關
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可選
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漏電流監(jiān)控模塊(RCMU)
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內(nèi)部集成
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電網(wǎng)監(jiān)控及保護
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有
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保護等級
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I (參考 IEC 62103)
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過壓等級
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電池板側(cè) II / 交流側(cè) III (參考 IEC 62109-1)
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參考標準
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安規(guī)標準
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EN 62109, AS/NZS 3100
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電磁兼容標準
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EN 61000-6-1, EN 61000-6-2, EN 61000-6-3, EN 61000-6-4, EN 61000-3-2, EN 61000-3-3, EN61000-3-11, EN61000-3-12
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并網(wǎng)標準
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VDE-AR-N-4105, VDE 0126-1-1, RD1699, CEI0-21, C10/11, G83/2, UTE C15-712-1, AS4777, CEI 0-21, EN50438
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物理結(jié)構(gòu)
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尺寸（寬x高x厚）mm]
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343x281x130
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重量[Kg]
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9.6
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防護等級
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IP 65 (參考 IEC 60529)
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散熱方式
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自然冷卻
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安裝方式
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壁裝懸掛固定
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一般參數(shù)
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工作溫度范圍
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-20°C 至 +60°C(大于45℃降載)
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相對濕度
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0% 至 98%, 無凝露
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最高海拔
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2000m
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噪音等級
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<40dB
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隔離類型
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無變壓器
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顯示界面
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3 LED, 20 x 4字符型LCD背光顯示
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數(shù)據(jù)通訊接口
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RS485(WiFi, GPRS 可選)
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計算機通訊
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USB
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3.6、監(jiān)控系統(tǒng)（工業(yè)觸摸屏）可選配
◆ 尺寸(英寸) 10.2
◆ 液晶屏：TFT液晶顯示，LED背光
◆ 顯示顏色：真彩，65535色
◆ 分辨率：800×480
◆ 液晶屏亮度：200cd/㎡
◆ 觸摸屏：電阻式
◆ 供電電源：24VDC
◆ 額定功率：5W
◆ CPU主板：ARM CPU，400MHz
◆ 內(nèi)存：64M
◆ 存儲設備：128M FLASH
◆ 組態(tài)軟件：MCGS嵌入式組態(tài)軟件（運行版）
環(huán)境條件
◆ 工作溫度：0℃~45℃
◆ 工作濕度：5%~90%
◆ 儲存溫度：-10℃~60℃
◆ 振動頻率：10-57Hz 57-150Hz
◆ 振動加速度：0.075mm 9.8 m/s2
◆ 振動掃頻速率：Oct/min ≤1
產(chǎn)品規(guī)格
◆ 結(jié)構(gòu)：工業(yè)塑料結(jié)構(gòu)
◆ 顏色：工業(yè)灰
◆ 面板尺寸：226.5mm×163mm
◆ 機柜開孔：215mm×152mm
外部接口：
◆ 串口：1×RS232、1×RS485
◆ USB ：1主1從
3.7、電表規(guī)格
◆ 電流表：× 2個，DC20A， 顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示
◆ 電壓表：× 2個，DC200V，顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示
◆ 電流表：× 2個，AC10A， 顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示
◆ 電壓表：× 2個，AC500V，顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示
◆ 溫度表：× 1個，0～99.9℃
◆ 多功能網(wǎng)絡電參數(shù)表：×1個，AC220V，顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示，包含RS485，RS232通訊功能，
3.8、系統(tǒng)外形尺寸
風力發(fā)電并網(wǎng)控制柜：長800×寬600×高1800（㎜）附滾輪方便移動；
光伏發(fā)電并網(wǎng)控制柜：長800×寬800×高1800（㎜）附滾輪方便移動；
直流屏/控制柜：長800×寬600×高1800（㎜）附滾輪方便移動；
交流屏/控制柜：長800×寬600×高1800（㎜）附滾輪方便移動；
監(jiān)控系統(tǒng)：長800×寬600×高1800（㎜）附滾輪方便移動。
