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摘 要：根据本地区新能源区域经济特点及人才需求，新开设了风光互补发电综合实训实验。主要围绕光伏发电、风力发电、逆变控制开展综合实训。学生自主搭建基于PLC或单片机的光伏发电自跟踪控制、风力偏航控制系统，通过MATLAB软件对控制系统进行仿真实验后，在上位机控制界面进行控制组态，进行实物平台调试和数据测试，通过优化控制算法，获得最佳功率转换输出。实验有助于锻炼学生实践开发能力，为京津冀地区培养新能源方面的高级工程技师应用人才。
关键词：光伏发电；风力发电；风光互补；综合实训
1 概述
根据国家大力发展新能源的产业政策，结合本地新能源区域经济特点，新开设了风光互补发电控制综合实训实验课。让学生通过学习光伏发电、风力发电、逆变控制的基本原理，完成风光互补综合实训实验。学生通过自主搭建PLC或嵌入式单片机控制系统平台、系统仿真、控制算法优化，实物调试和数据测试综合实验等实验环节，完成风光互补综合实训，提高学生分析问题、解决问题的能力。
2 系统构成
实验系统平台由单片机、PLC控制系统构成，采用MCGS软件完成上位机监控，通过SQLite数据库实时存储数据并对模拟光源、光伏跟踪、模拟风场与侧风偏航进行遥控。实验软件具有曲线显示、历史查询报表、EXCEL文档输出、打印等功能。
3 实验内容
3.1 光伏发电测试
光伏电池动态特性进行测试，通过Set PG/PC Interface查找和设置通讯模式，选择PC/PPI电缆，包含串口和USB，通常选择与主机相同的串口进行数据传输；编写和调试程序，最终在工控机上达到控制光电池追踪光源的效果。
通过太阳能发电重点跟踪控制系统，为光伏发电自跟踪控制系统搭建测试平台。检查设备通讯正常，打开光伏发电灯泡负载实时监测系统，实验选择自动跟踪状态。
本地光伏发电数据采集系统，可以通过工控平台上曲线选择栏，选择在工控机界面显示光伏输入电压、光伏功率等曲线。本地光伏发电自跟踪控制经纬度数据采集监控，记录包括年平均最大辐射量、月平均辐射量。
3.2 风力发电测试
通过STEP设置与光伏发电类参数，编程调试；通过风力发电系统监控界观察风机转速、功率转速等实时曲线，通过手动操作变频器按键，实现可变风量输出。通过对风力动态特性进行测试，搭建风力自动跟踪控制系统，观察实时风速曲线图，记录各时刻风量值，输出电压值。通过工控机上观察风力发电机装置的各项实时参数。
3.3 逆变系统测试
通过Matlab/Simulink电路仿真软件，完成逆变控制系统仿真。模拟逆变器仿真输出结果，此时经过逆变器后产生的占空比按正弦规律变化的方波。最后点击经过RLC滤波电路之后的仿真图形，通过优化控制算法得到逆變和滤波之后的输出波形为380V 50Hz的正弦波。当实物系统平台连接电源和蓄电池开关，接通逆变器输入开关，逆变器主控板上电工作时，观察蓄电池电压，在蓄电池电压正常状况下，启动升压板开关；正常升压后，逆变器开始工作。
MCGS上位机控制系统组态软件，为实测交流电压表显示的数据，通过MATLAB优化控制算法，得到逆变器最佳实际输出测试曲线。
通过本实验系统平台，让学生学习光伏发电及风力系统的构成及工作原理，掌握由IGBT等大功率开关器件构成整流及逆变电路拓扑结构及电路设计方法，掌握PWM控制算法及多种逆变器控制策略，以及正弦脉宽调制、锁相环控制的设计方法。
通过本实验学生综合运用自动控制原理、单片机原理及应用、传感器原理及应用、过程控制、计算机控制、电力电子技术等所学知识，完成太阳电池的输出特性、太阳电池自跟踪控制设计、模拟风场控制设计、风力发电偏航控制设计、风力发电机输出特性、风光互补综合实验等实验项目。
4 结论
本实验通过对光伏和风力动态特性设计集建模、控制和优化的实验系统，融合实物和虚拟仿真技术，支持自定义的高级控制和优化算法，搭建的风光互补控制系统，不仅可在模拟仿真器上进行高级算法的研究，也可针对实物平台进行风光互补控制算法的研究。系统具有虚实结合、模块化的开放性实验特点。开设的实训系统，有助于提高学生在新能源应用方面的综合设计、探索创新的能力。本实验系统不仅用于加深学生对风光互补控制原理相关知识的综合运用，提高对学生实践创新能力的培养，还可用于京津冀地区风力发电和光伏发电等新能源公司的员工培训。
参考文献：
[1]夏益民，梅顺良，江亿.基于ZigBee的无线传感器网络[J].微计算机信息，2012，5：136-137.
[2]彭瑜.无线通信网络在工控领域的应用现状及前景[J].现代制造，2012，3：38-41.
[3]孙宇.工业控制中可靠的专用无线数据传输的研究团[J].信息技术，2013，2：51-52.
[4]李文仲，段曹玉.无线网络技术入门与实践[J].计算机科学，2011：2-15.
[5]卓兰.ZigBee技术及测试认证综述[J].信息技术标准化，2011，1：44-48.
关键词：光伏发电；风力发电；风光互补；综合实训
1 概述
根据国家大力发展新能源的产业政策，结合本地新能源区域经济特点，新开设了风光互补发电控制综合实训实验课。让学生通过学习光伏发电、风力发电、逆变控制的基本原理，完成风光互补综合实训实验。学生通过自主搭建PLC或嵌入式单片机控制系统平台、系统仿真、控制算法优化，实物调试和数据测试综合实验等实验环节，完成风光互补综合实训，提高学生分析问题、解决问题的能力。
2 系统构成
实验系统平台由单片机、PLC控制系统构成，采用MCGS软件完成上位机监控，通过SQLite数据库实时存储数据并对模拟光源、光伏跟踪、模拟风场与侧风偏航进行遥控。实验软件具有曲线显示、历史查询报表、EXCEL文档输出、打印等功能。
3 实验内容
3.1 光伏发电测试
光伏电池动态特性进行测试，通过Set PG/PC Interface查找和设置通讯模式，选择PC/PPI电缆，包含串口和USB，通常选择与主机相同的串口进行数据传输；编写和调试程序，最终在工控机上达到控制光电池追踪光源的效果。
通过太阳能发电重点跟踪控制系统，为光伏发电自跟踪控制系统搭建测试平台。检查设备通讯正常，打开光伏发电灯泡负载实时监测系统，实验选择自动跟踪状态。
本地光伏发电数据采集系统，可以通过工控平台上曲线选择栏，选择在工控机界面显示光伏输入电压、光伏功率等曲线。本地光伏发电自跟踪控制经纬度数据采集监控，记录包括年平均最大辐射量、月平均辐射量。
3.2 风力发电测试
通过STEP设置与光伏发电类参数，编程调试；通过风力发电系统监控界观察风机转速、功率转速等实时曲线，通过手动操作变频器按键，实现可变风量输出。通过对风力动态特性进行测试，搭建风力自动跟踪控制系统，观察实时风速曲线图，记录各时刻风量值，输出电压值。通过工控机上观察风力发电机装置的各项实时参数。
3.3 逆变系统测试
通过Matlab/Simulink电路仿真软件，完成逆变控制系统仿真。模拟逆变器仿真输出结果，此时经过逆变器后产生的占空比按正弦规律变化的方波。最后点击经过RLC滤波电路之后的仿真图形，通过优化控制算法得到逆變和滤波之后的输出波形为380V 50Hz的正弦波。当实物系统平台连接电源和蓄电池开关，接通逆变器输入开关，逆变器主控板上电工作时，观察蓄电池电压，在蓄电池电压正常状况下，启动升压板开关；正常升压后，逆变器开始工作。
MCGS上位机控制系统组态软件，为实测交流电压表显示的数据，通过MATLAB优化控制算法，得到逆变器最佳实际输出测试曲线。
通过本实验系统平台，让学生学习光伏发电及风力系统的构成及工作原理，掌握由IGBT等大功率开关器件构成整流及逆变电路拓扑结构及电路设计方法，掌握PWM控制算法及多种逆变器控制策略，以及正弦脉宽调制、锁相环控制的设计方法。
通过本实验学生综合运用自动控制原理、单片机原理及应用、传感器原理及应用、过程控制、计算机控制、电力电子技术等所学知识，完成太阳电池的输出特性、太阳电池自跟踪控制设计、模拟风场控制设计、风力发电偏航控制设计、风力发电机输出特性、风光互补综合实验等实验项目。
4 结论
本实验通过对光伏和风力动态特性设计集建模、控制和优化的实验系统，融合实物和虚拟仿真技术，支持自定义的高级控制和优化算法，搭建的风光互补控制系统，不仅可在模拟仿真器上进行高级算法的研究，也可针对实物平台进行风光互补控制算法的研究。系统具有虚实结合、模块化的开放性实验特点。开设的实训系统，有助于提高学生在新能源应用方面的综合设计、探索创新的能力。本实验系统不仅用于加深学生对风光互补控制原理相关知识的综合运用，提高对学生实践创新能力的培养，还可用于京津冀地区风力发电和光伏发电等新能源公司的员工培训。
参考文献：
[1]夏益民，梅顺良，江亿.基于ZigBee的无线传感器网络[J].微计算机信息，2012，5：136-137.
[2]彭瑜.无线通信网络在工控领域的应用现状及前景[J].现代制造，2012，3：38-41.
[3]孙宇.工业控制中可靠的专用无线数据传输的研究团[J].信息技术，2013，2：51-52.
[4]李文仲，段曹玉.无线网络技术入门与实践[J].计算机科学，2011：2-15.
[5]卓兰.ZigBee技术及测试认证综述[J].信息技术标准化，2011，1：44-48.