SB-WSH01風光氫儲熱一體化綜合實訓平臺
一、概述
風光氫儲熱一體化綜合實訓平臺是面向新能源發(fā)電、氫能技術(shù)、儲能工程等專業(yè)打造的多能互補綜合教學實訓設(shè)備，集成風力發(fā)電、光伏發(fā)電、電解制氫、儲能調(diào)度、能量逆變、熱泵冷暖六大功能模塊，覆蓋 "風 - 光 - 電 - 氫 - 熱" 全能量轉(zhuǎn)換鏈路。
針對傳統(tǒng)新能源實訓設(shè)備功能單一、系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性弱、實驗工況受自然環(huán)境制約的教學痛點，平臺采用真實部件與可控模擬單元結(jié)合的設(shè)計，所有模塊既可獨立開展單項原理實訓，又可聯(lián)動組成完整多能互補系統(tǒng)，實驗條件可控、數(shù)據(jù)可復現(xiàn)。平臺可滿足中職、高職及應用型本科的課程實訓、技能考核、創(chuàng)新實驗需求，幫助學生建立新能源系統(tǒng)整體認知，掌握設(shè)備原理、系統(tǒng)集成、能量調(diào)度、運維排查等核心技能，貼合新能源產(chǎn)業(yè)技能型人才培養(yǎng)要求。
二、風光氫儲熱一體化綜合實訓平臺簡介
風光氫儲熱一體化綜合實訓平臺以 "風光發(fā)電 + 儲能緩沖 + 電解制氫 + 熱泵用能" 為核心架構(gòu)，包含光伏模擬單元、雙規(guī)格風力發(fā)電機組、風電控制單元、儲能蓄電池單元、PEM 電解制氫單元、并離網(wǎng)逆變單元、空氣源熱泵系統(tǒng)七大功能模塊。
平臺參數(shù)對標工業(yè)真機，控制邏輯貼合工程實際，既支持單部件結(jié)構(gòu)認知、原理驗證、性能測試等基礎(chǔ)實訓，也可開展系統(tǒng)集成、能量調(diào)度、故障排查等綜合實訓。整套設(shè)備模塊化設(shè)計、擴展性強，可適配新能源發(fā)電技術(shù)、氫能應用技術(shù)、儲能技術(shù)、建筑節(jié)能等多個專業(yè)方向的教學需求，是構(gòu)建新能源專業(yè)實訓體系的核心綜合性載體。
三、各單元部件作用及詳細技術(shù)參數(shù)
3.1 光伏及模擬光伏單元
3.1.1 單元功能
本單元為系統(tǒng)提供可控光伏輸入，采用高精度太陽能電池模擬器，可精準復現(xiàn)真實光伏組件的 I-V/P-V 輸出特性，替代室外光伏陣列開展實驗，不受晝夜、天氣、季節(jié)等自然條件制約。可模擬不同光照、溫度、陰影遮擋下的光伏輸出工況，為光伏充電原理驗證、MPPT 算法測試、逆變器性能檢測、系統(tǒng)能量調(diào)度實驗提供穩(wěn)定、可復現(xiàn)的光伏電源，是開展光伏相關(guān)實訓的核心基礎(chǔ)單元。
3.1.2 詳細技術(shù)參數(shù)
2額定輸出功率：1000W（0℃~40℃環(huán)境）
2輸出電壓范圍：0~350V
2輸出電流范圍：0~10.5A
2電壓設(shè)定精度：±(0.01% of reading + 10mV)（25±5℃）
2電流設(shè)定精度：±(0.1% of reading + 10mA)（25±5℃）
2電壓紋波噪聲：≤50mVpp
2電流紋波噪聲：≤15mArms
2動態(tài)響應：恢復時間≤5ms；空載上升時間≤300ms，滿載上升時間≤1s
2顯示方式：5 位數(shù)字電壓、電流獨立顯示
2通訊接口：標配 RS232、RS485，支持 SCPI 指令集、MODBUS-RTU 協(xié)議
2存儲功能：內(nèi)置 300 組數(shù)據(jù)存儲調(diào)用
2保護功能：過載保護、極性接反保護、過壓保護、過流保護、過溫保護
2供電電源：AC 176V\264V（滿載），47Hz\63Hz
3.2 風力發(fā)電機組及拖動單元
3.2.1 單元功能
本單元包含兩臺不同規(guī)格真實風力發(fā)電機，搭配變頻拖動系統(tǒng)，可模擬不同風速下的風電輸出特性，無需依賴自然風場即可開展風電原理、發(fā)電特性、控制策略等實訓。1kW 機組對標工業(yè)小型風電真機，用于系統(tǒng)級集成實驗；200W 小型機組用于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)認知、原理演示實驗；變頻拖動單元可精準模擬微風、額定風、強風等多工況風速，保障實驗條件可控可重復。
3.2.2 詳細技術(shù)參數(shù)
（1）1kW 水平軸風力發(fā)電機
2額定功率：1kW
2最大功率：1.2kW
2額定電壓：48V
2啟動風速：2.5m/s
2額定風速：18m/s
2最大風速：45m/s
2風輪直徑：2.0m
2葉片數(shù)量：3 片
2葉片材質(zhì)：鋁合金
2發(fā)電機類型：三相交流永磁同步發(fā)電機
2保護功能：風機自我轉(zhuǎn)速保護、電磁制動
工作溫度：-40℃~80℃
（2）200W 小型風力發(fā)電機
2額定功率：200W
2最大功率：220W
2額定電壓：0-20V
2啟動風速：2.5m/s
2額定風速：18m/s
2最大風速：45m/s
2風輪直徑：0.75m
2葉片數(shù)量：4 片
葉片材質(zhì)：PC
2發(fā)電機類型：三相交流永磁同步發(fā)電機
（3）變頻拖動系統(tǒng)
2拖動電機：額定功率 750W，額定電壓 AC220V，額定頻率 50Hz
2變頻器：額定功率 1.5kW；輸入單相 180-265V/50Hz；輸出三相 220V，輸出頻率 0-150Hz
2控制方式：SPWM 脈寬調(diào)制，磁通矢量控制
2通訊協(xié)議：內(nèi)置 Modbus-RTU 協(xié)議
2功能特性：1Hz 時 150% 轉(zhuǎn)矩輸出，內(nèi)置制動晶體管，帶安全停止功能
3.3 風力發(fā)電控制器
3.3.1 單元功能
本單元為風力發(fā)電系統(tǒng)的核心控制設(shè)備，專為離網(wǎng)風電儲能系統(tǒng)設(shè)計，可實現(xiàn)風電整流、MPPT 最大功率追蹤充電、風機保護、蓄電池充放電管理等功能。一方面將風電調(diào)壓后按電池特性曲線充電，另一方面在風電不足時調(diào)度電池補能，同時具備風機側(cè)、電池側(cè)多重保護機制?？捎糜陲L電充電控制、MPPT 算法驗證、保護原理、故障排查等實訓項目。
3.3.2 詳細技術(shù)參數(shù)
2蓄電池電壓：48VDC
2風機功率：1kW~3kW
2靜態(tài)功耗：≤3W
2風機最大接入電壓：180V
2風機充電方式：PWM升降壓一體
2卸載裝置：內(nèi)置電阻卸載 / 外置電阻卸載
2卸載控制方式：限轉(zhuǎn)速、限電壓、限電流、PWM 脈寬調(diào)制
2蓄電池保護參數(shù)：欠壓保護 40.8V，欠壓返回 46.5V；過壓保護 58.8V，過壓返回 52.8V；浮充電壓 54.0V
2顯示方式：LCD 液晶屏
2顯示內(nèi)容：蓄電池電壓 / 電流 / 電量、系統(tǒng)狀態(tài)、發(fā)電量、故障代碼、風機電壓 / 電流 / 轉(zhuǎn)速 / 功率
2控制功能：風機充電開關(guān)、手動剎車、蓄電池智能限流
2保護功能：蓄電池側(cè)過壓 / 欠壓 / 防反接 / 外部開關(guān)保護；風機側(cè)過轉(zhuǎn)速 / 過電壓 / 過電流保護
2通訊接口：RS485
2工作溫濕度：-20℃\+55℃ / 35%\85% RH（無凝露）
3.4 儲能蓄電池單元
3.4.1 單元功能
本單元為系統(tǒng)的能量存儲核心，采用磷酸鐵鋰儲能電池組，用于平抑風光發(fā)電功率波動、存儲富余電能、保障離網(wǎng)工況下的持續(xù)供電。電池內(nèi)置智能 BMS 管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)充放電精準管控與多重安全保護?？砷_展電池充放電特性測試、BMS 管理原理、儲能能量調(diào)度、電池運維等實訓項目。
3.4.2 詳細技術(shù)參數(shù)
2電池類型：磷酸鐵鋰（LiFePO4）
2標稱能量：5kWh
2標稱容量：100Ah
2標稱電壓：51.2V
2工作電壓范圍：44.8V~57.6V
2最大連續(xù)充放電電流：60A
2峰值充放電電流：100A
2最大充放電功率：5120W
2放電深度（DOD）：≥95%
2循環(huán)壽命：≥5000 次
2保護配置：內(nèi)置智能 BMS、斷路器、保險絲三重保護
2安全配置：配備氣溶膠滅火系統(tǒng)
2通訊方式：標配 RS485/CAN，內(nèi)置 WiFi 遠程監(jiān)控
2擴展能力：最多支持 15 臺并聯(lián)，最大擴容至 76kWh
2防護等級：IP21
2安裝方式：壁掛式
2工作溫度：充電 0℃~55℃；放電 - 20℃~55℃
2產(chǎn)品尺寸：610×390×170mm
2產(chǎn)品重量：45kg
3.5 4200mL PEM 電解制氫單元
3.5.1 單元功能
本單元采用 PEM 質(zhì)子交換膜純水電解技術(shù)，可將電能轉(zhuǎn)化為氫能，實現(xiàn) "電 - 氫" 能量轉(zhuǎn)換，是風光氫綜合系統(tǒng)的氫能制備環(huán)節(jié)。單元覆蓋電解產(chǎn)氣、氣液分離、水質(zhì)凈化、供電驅(qū)動、水路循環(huán)全流程，可開展電解水制氫原理、PEM 電解槽結(jié)構(gòu)、制氫工藝操作、水質(zhì)凈化維護等實訓項目。
3.5.2 詳細技術(shù)參數(shù)
（1）PEM 電解槽
2額定工作參數(shù)：80A-21V
2額定產(chǎn)氫量：4200mL
2核心技術(shù)：質(zhì)子交換膜純水電解，采用 NAFION 質(zhì)子交換膜電極
2結(jié)構(gòu)材質(zhì)：鋁合金外端板、特氟龍絕緣、食品級硅膠密封、鈦材料配件
（2）配套部件
2水氣分離器：采用高效分離氫氣中液態(tài)水滴，提升產(chǎn)氣純度
2樹脂濾芯：填充量 80g，吸附過濾水中金屬離子與雜質(zhì)，耐溫 80℃
2恒流電源：輸出規(guī)格 80A-21V，恒流輸出，內(nèi)置過壓過流保護
2循環(huán)水泵：供電電壓 12V，提供水路循環(huán)動力，兼顧電解槽冷卻與補水
3.6 光伏儲能并離網(wǎng)逆變器
3.6.1 單元功能
本單元為系統(tǒng)核心能量變換與調(diào)度設(shè)備，集成光伏 MPPT 充電、電池雙向充放電、并網(wǎng)逆變、離網(wǎng)穩(wěn)壓、并離網(wǎng)無縫切換五大功能，可實現(xiàn)光伏、儲能、電網(wǎng)、負載之間的能量雙向流動。支持市電優(yōu)先、光伏優(yōu)先、電池優(yōu)先多種運行模式，可開展逆變原理、并離網(wǎng)切換、能量調(diào)度策略、電能質(zhì)量分析等實訓項目。
3.6.2 詳細技術(shù)參數(shù)
2額定功率：10.3kW
2直流側(cè)額定電壓：44VDC（默認）
2交流側(cè)額定電壓：220VAC/230VAC/240VAC
2電壓適應范圍：165VAC\280VAC，支持 120VAC\280VAC 檔位設(shè)置
2額定頻率：50Hz/60Hz
2頻率適應范圍：45Hz\55Hz（50Hz 制式）、55Hz\65Hz（60Hz 制式）
2輸出波形：純正弦波
2額定功率因數(shù)：＞0.98（額定功率）
2峰值轉(zhuǎn)換效率：94%
2并離網(wǎng)切換時間：≤2s
2人機交互：LCD+LED 顯示屏
2散熱方式：智能風扇控制
2通訊接口：標配 RS485；可選配 WiFi/GPRS 手機 APP 監(jiān)控
2防護等級：IP20
2安裝形式：壁掛式
2工作溫度：-10℃~50℃
2運行噪音：≤55dB
2保護機制：過壓 / 欠壓 / 過流 / 短路 / 防孤島 / 過溫保護；＞90℃自動關(guān)閉逆變及充電
3.7 空氣源熱泵系統(tǒng)
3.7.1 單元功能
本單元為系統(tǒng)的熱能轉(zhuǎn)換終端，采用全直流變頻空氣源熱泵，集采暖、制冷雙功能于一體，可實現(xiàn)電能向冷熱能的高效轉(zhuǎn)換，用于展示新能源電力的終端消納場景。系統(tǒng)配套循環(huán)水泵、緩沖水箱、盤管風機，可直接模擬建筑冷暖供能場景，開展熱泵原理、能效測試、冷暖系統(tǒng)集成等實訓項目。
3.7.2 詳細技術(shù)參數(shù)
（1）熱泵主機
2額定制熱量（A7℃/ 出水 45℃）：18.46kW，COP 3.52
2名義制熱量（A-12℃/ 出水 41℃）：13.12kW，COP 2.56
2低溫制熱量（A-20℃/ 出水 41℃）：10.66kW，COP 2.18
2全年綜合性能系數(shù) APF：3.48
2額定制冷量（A35℃/ 出水 7℃）：12.31kW，EER 3.27
2額定電壓 / 頻率：380V 3N～50Hz
2制冷劑 / 充注量：R32/2500g
2使用環(huán)溫：-36℃~43℃
2防水等級：IPX4
2防觸電保護：I 類
2進出水口：DN25
2運行噪音：≤65dB (A)
2外形尺寸：1000×390×1390mm
（2）系統(tǒng)配套
2循環(huán)水泵：3 臺 220V 循環(huán)水泵，分別對應采暖、制冷、緩沖回路
2緩沖水箱：2 臺 100L 閉式冷熱水箱，穩(wěn)定出水溫度，減少機組啟停
2室內(nèi)末端：2 臺盤管式風機，實現(xiàn)室內(nèi)冷暖送風
3.8 數(shù)據(jù)顯示與物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控終端
3.8.1 單元作用
本單元為整套實訓平臺的數(shù)據(jù)可視化與集中監(jiān)控核心，集成工業(yè)級 PLC 控制器、MCGS 物聯(lián)網(wǎng)組態(tài)顯示屏與 55 英寸大屏顯示終端，通過工業(yè)通訊網(wǎng)絡采集風光發(fā)電、儲能、制氫、逆變、熱泵全系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，以物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)實現(xiàn)數(shù)據(jù)匯總、處理與大屏可視化投放。單元可實時展示各模塊運行參數(shù)、狀態(tài)曲線、故障告警、能量流向，大幅提升系統(tǒng)整體可觀性，方便班級集體教學觀摩、實訓過程演示、系統(tǒng)運行狀態(tài)集中監(jiān)控，幫助學生直觀理解新能源多能系統(tǒng)的整體運行邏輯與數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。
3.8.2 詳細技術(shù)參數(shù)
（1）S7-200 SMART SR40 PLC 控制器
設(shè)備型號：S7-200 SMART SR40
2控制類型：繼電器輸出型 CPU 模塊
2IO 點數(shù)：24 點數(shù)字量輸入，16 點數(shù)字量輸出
2存儲能力：內(nèi)置程序存儲空間與數(shù)據(jù)存儲空間，支持梯形圖、功能塊圖標準編程
2通訊接口：集成以太網(wǎng)口、RS485 接口，支持 Modbus-RTU、S7 通訊協(xié)議
2功能定位：負責全系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、邏輯控制、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，對接各功能單元控制器，實現(xiàn)多設(shè)備協(xié)同調(diào)度與全系統(tǒng)數(shù)據(jù)匯總
（2）MCGS 物聯(lián)網(wǎng)顯示屏
2設(shè)備類型：工業(yè)級嵌入式組態(tài)觸摸屏
2通訊能力：支持物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)上傳，標配 RS485、以太網(wǎng)雙通訊接口
2功能配置：支持自定義組態(tài)畫面編輯、實時數(shù)據(jù)顯示、運行趨勢曲線繪制、故障報警記錄、歷史數(shù)據(jù)存儲查詢
2交互特性：全觸控操作，可一鍵切換各單元監(jiān)控界面，支持運行參數(shù)設(shè)置與設(shè)備控制
2對接能力：可直接對接 PLC 及各單元控制器，實現(xiàn)全系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成展示與聯(lián)動控制
（3）55 英寸大屏顯示終端
2屏幕規(guī)格：55 英寸高清工業(yè)顯示大屏
2硬件配置：Intel Core i5-4650 處理器，預裝 Windows 10 操作系統(tǒng)
2顯示功能：系統(tǒng)所有運行數(shù)據(jù)以物聯(lián)網(wǎng)形式投放在大屏上，支持分屏展示系統(tǒng)總覽、風光發(fā)電參數(shù)、儲2能狀態(tài)、制氫工況、熱泵運行數(shù)據(jù)、能量流向示意圖
2展示效果：畫面清晰可視距離遠，適配實訓室集體教學觀摩場景
2連接方式：通過以太網(wǎng)對接 PLC 與組態(tài)系統(tǒng)，運行數(shù)據(jù)實時同步更新
（4）仿真規(guī)劃軟件
基于Unity3D軟件，使用C#語言進行開發(fā)，采用My Sql作為后臺數(shù)據(jù)庫，通過FTP協(xié)議與數(shù)據(jù)庫進行通信。軟件使用者通過使用光伏、風力、地熱、生物質(zhì)4種能源設(shè)計多能互補方案，完成區(qū)域能源的供能結(jié)構(gòu)改造方案設(shè)計，并結(jié)合區(qū)域的氣候數(shù)據(jù)，模擬區(qū)域內(nèi)實時能耗與供能數(shù)據(jù)，從而優(yōu)化出合理的能源結(jié)構(gòu)。
四、可開展實訓實驗項目
實驗 1：光伏輸出特性模擬與測試實驗
通過太陽能電池模擬器設(shè)定不同光照、溫度對應的輸出特性，測試光伏 I-V、P-V 曲線，分析環(huán)境參數(shù)對光伏發(fā)電功率的影響規(guī)律，掌握光伏組件輸出特性測試方法，理解光伏發(fā)電基本原理。
實驗 2：風力發(fā)電機結(jié)構(gòu)與發(fā)電特性實驗
開展風力發(fā)電機整機結(jié)構(gòu)認知、核心部件拆解觀察實訓；通過變頻拖動系統(tǒng)模擬不同風速工況，測試風機輸出電壓、電流、功率隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律，掌握風力發(fā)電機運行特性與發(fā)電原理。
實驗 3：風力發(fā)電 MPPT 充電控制實驗
搭建風電 - 儲能充電系統(tǒng)，利用風力控制器開展 MPPT 最大功率追蹤充電實訓，對比不同風速下固定電壓充電與 MPPT 充電的效率差異，驗證 MPPT 算法的提升效果，掌握風電充電控制核心原理。
實驗 4：儲能蓄電池充放電與 BMS 管理實驗
開展磷酸鐵鋰電池恒流充電、恒壓充電、浮充全流程測試，測試不同放電倍率下的輸出特性；學習 BMS 系統(tǒng)參數(shù)查看、狀態(tài)監(jiān)控、保護邏輯，掌握儲能電池充放電特性與安全管理機制。
實驗 5：PEM 電解水制氫工藝實驗
開展 PEM 電解槽結(jié)構(gòu)認知、制氫系統(tǒng)管路連接、純水電解制氫操作實訓，觀察氣水分離、水質(zhì)凈化工作過程，測試不同電流下的產(chǎn)氫速率，掌握 PEM 純水電解制氫的工作原理與工藝流程。
實驗 6：光伏儲能并離網(wǎng)切換實驗
操作逆變器完成并網(wǎng)、離網(wǎng)模式切換，測試切換過程中電壓、頻率、功率的動態(tài)變化，驗證≤2s 無縫切換特性；對比兩種模式下的運行邏輯與適用場景，掌握并離網(wǎng)系統(tǒng)核心控制原理。
實驗 7：風光互補發(fā)電系統(tǒng)集成實驗
將風力發(fā)電、光伏發(fā)電單元聯(lián)動接入儲能系統(tǒng)，搭建風光互補離網(wǎng)供電系統(tǒng)，模擬不同風光組合工況，測試系統(tǒng)供電穩(wěn)定性，驗證多能互補的供電優(yōu)勢，掌握分布式風光系統(tǒng)集成方法。
實驗 8：空氣源熱泵運行與能效測試實驗
開展熱泵制熱、制冷模式運行操作，測試不同環(huán)境溫度、出水溫度下的輸入功率與輸出功率，計算 COP、EER 能效指標，理解空氣源熱泵節(jié)能原理與低溫運行特性。
實驗 9：風光氫儲系統(tǒng)能量調(diào)度實驗
搭建完整風光氫儲多能系統(tǒng)，設(shè)置市電優(yōu)先、光伏優(yōu)先、電池優(yōu)先不同調(diào)度策略，測試各工況下的能量流向與運行效率，掌握多能互補系統(tǒng)能量管理方法與調(diào)度邏輯。
實驗 10：新能源系統(tǒng)故障模擬與排查實驗
通過各單元保護功能與故障模擬裝置，模擬光伏過壓、風機超速、電池欠壓、逆變器孤島、電網(wǎng)斷電等典型故障，觀察故障現(xiàn)象、讀取故障代碼，學習故障原因分析與排查方法，培養(yǎng)系統(tǒng)運維實操能力。
