一、项目概况
1.1 项目背景
我校拟规划建设一套小型风光互补储能发电教学演示系统，集教学实训、校园供电、节能示范功能于一体。该系统可作为新能源相关专业学生开展理论落地、实操训练的优质实践平台，有效丰富校内实训教学载体、提升学生对风光储能一体化技术的认知与实操能力；同时可自主为校内楼顶景观灯提供亮化供电，大幅降低景观照明对传统市电的依赖，切实落实校园节能减排、绿色低碳的建设理念，具备良好的校园示范与科普教育意义。
项目所在地日照资源充沛，理论日照峰值时长可达3.5-4小时，结合本地风能资源良好，配套搭建1KW风力发电系统，与光伏组件形成风光互补发电模式，有效弥补单一光伏发电受天气、昼夜因素限制的短板，提升整套系统发电的稳定性与连续性，保障晚间景观灯稳定供电，夜间可持续供电时长约2-4小时。
结合校园实际用电负荷、实训需求及系统运行容量，本系统整体配置科学适配，其中光伏组件设计容量为2kWp，风力发电系统容量为1KW，配套储能系统容量为5kWh，可充分满足日常教学演示实训及楼顶景观亮化常态化供电需求。
1.2 项目意义
建设光伏储能发电系统主要实现目的如下：
为教学提供实践应用平台；
为学校景观灯供电，节省电费支出；
鼓励低碳技术的应用，节能减排，保护生态环境，在校内启到示范效应；
二、光伏储能发电系统设计
风光储能发电教学演示系统主要由风力发电单元、光伏发电单元、储能单元、电网接入装置和能量管理系统四大部分构成，系统主要设备包括：
储能电池
BMS系统
电池控制系统
风光储混合逆变器
光伏组件
风力发电机
风力发电控制器
通讯装置
防雷及接地装置
设备之间的连接电缆（包括直流侧和交流侧）
2.1 光储系统拓扑图
2.2 系统运行原理
控制原则如下：
白天，光伏系统发电优先给实验室内负载供电，当光伏发电功率大于负荷功率时多余电能储存在蓄电池中，当光伏发电功率小于负荷功率时，储能电池和光伏发电一起给负载供电；

夜晚，光伏侧直流停机，由储能电池通过储能逆变器单独给负载供电，当电池剩余容量（SOC）放到设定值，系统自动切入电网，由电网给负载供电，根据需求，电网可以通过储能逆变器给电池充电，也可以不充电；

当电网出现故障时，光储系统自动切换至离网运行模式，由光伏电池和储能电池同时向负载供电；

电网可以向储能电池充电，充电功率及充电时间可调；

三、主要设备配置表

表1：该系统配置按照夜晚2小时供电要求，备单元配置如下

序号	设备名称	型号规格	数量	单位	备 注
储能系统
1	混合逆变器	SW5048D-ES	1	台	单相交流输出，额定功率5kW
2	储能电池	5kWh	4	套	含BMS系统及电池模组
光伏系统
1	光伏组件	250Wp	8	块	8块串联,共2kWp
2	光伏汇流箱	PVS-4M	1	台	2进1出 汇流箱
风力发电系统
1	水平轴发电机	1KW	1	台	室外运行
2	塔杆+灌笼+基础	9米	1	套	可安装地面或楼顶

四、系统主要设备功能参数介绍
4.1储能逆变器功能介绍
4.1.1 产品主电路
主电路框图
产品主电路采用双向PWM逆变电路及相应的控制电路、保护和监控电路。直流侧由缓冲电阻、防反二极管和直流接触器组成了直流侧缓冲电路，当初始连接各种电池时对直流母线电容进行缓冲。主电路电源可有交直两用供电，以使系统在电池或电网有电时都可以工作。
4.1.2 产品特点
1）技术领先，全面满足电网或负荷的接入与控制要求
具有并网充放电、独立逆变功能，适合各种应用场合
具有并网和离网并联功能，良好的扩容性
可与多种蓄电池接口，具有多种充放电工作模式
可以实时接受系统调度指令和BMS指令，通讯方式有RS485、CAN、以太网
无功功率可调，功率因数范围超前0.9至滞后0.9
直流电压范围，支持低压48V蓄电池输入
110%额定输出功率可实现长时间运行
2）高效节能，更集成，更好的客户体验
正面维护，可靠墙安装，安装维护更方便，降低维护成本
防护等级为IP21，具有防滴水功能，具备防凝露功能
高效PWM调制算法，降低开关损耗
3）更多优点
双电源冗余供电方案提升系统可靠性
完善的保护及故障告警系统，更加安全可靠
采用动态图形液晶界面，提供友好的操作体验
-25℃~+55℃可连续满功率运行
适应高海拔恶劣环境，可长期连续、可靠运行
支持离网主动运行功能
适合共直流母线系统和共交流母线系统

4.1.3 产品技术指标

直流侧
最大直流功率	5KW
最大直流电压	650V
工作电压范围	125~650V
最低直流电压	125V
最大直流电流	11A
交流侧
额定功率	5KW
最大交流侧功率	5.5kVA（长时间运行）
最大交流电流	20A
最大总谐波失真	<3%(额定功率时)
额定电网电压	220V
允许电网电压范围	180~265V
额定电网频率	50/60Hz
允许电网频率范围	47~52Hz/57~62Hz
额定功率下的功率因数	>0.99
直流电流分量	<0.5%额定输出电流
功率因数可调范围	0.9（超前）~0.9（滞后）
独立逆变电压范围	230V
独立逆变输出电压失真度	<3%（线性负载）
带不平衡负载能力	100%
独立逆变电压过渡变动范围	10％以内（电阻负载0%⇔100%）
独立逆变峰值系数(CF)	3:1
效率
最大效率	97.6%
保护
直流侧断路设备	断路器
直流过压保护	具备
极性反接保护	具备
绝缘阻抗侦测	具备
交流过压保护	具备
孤岛保护	具备
模块温度保护	具备
常规数据
重量	30kg
运行温度范围	-25~+60℃
停机自耗电	<5W
冷却方式	自然对流
防护等级	IP65
相对湿度 （无冷凝）	0~95%，无冷凝
最高海拔	2000m
显示屏	LED&APP
BMS通讯方式	USB2.0、Wifi

 

4.1.3 工作逻辑架构

a.——并网发电、离网备用功能
电网供电时，储能逆变器并网工作在恒压模式，维持蓄电池SOC在一定水平，光伏逆变器并网发电
微网供电时，储能逆变器工作在独立逆变模式建网，光伏逆变器并网工作，光伏发电大于负载时，光伏优先供负载供电，剩余电力给电池充电；光伏发电小于负载时，储能和光伏共同为负载供电。
可选择电网优先或微网优先，根据选择的模式进行供电逻辑切换
触摸屏控制启动、停止和参数设置
4.2储能单元
4.2.1磷酸锂电池介绍
磷酸铁锂电池，是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池，磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固，难以分解，即便在高温或过充时也不会像钴酸锂一样结构崩塌发热或是形成强氧化性物质，因此拥有良好的安全性。
1．安全性领先
材料/电芯级6重安全装置，开关盒系统级双重保护回路，确保系统安全性；从电芯到系统具有全球级安全性权威认证：UL1642、UN38.3、UL1973、VDE、JET。

内置可靠的安全阀，当过充电或温度急剧上升时，伴随者副反应发生，单体内压增加到一定值，安全阀自动开启泄气，防止电池鼓胀或爆炸 ；
隔膜采用耐高温陶瓷涂布技术，防止由枝晶或电池遭冲击时造成的内部短路，高温时切断锂离子传输通道。
内置正极保险丝（即正极通过熔丝与外壳相连），当电池短路或过充电等意外时，内置正极保险丝熔断，起保护作用；
负极具有过充电的保护装置OSD，过充电等滥用情况下，单体内部气压上升，诱发OSD变形，充电电流迂回至壳体回路，促使正极保险丝熔断，切断充电回路；
正极性铝质方形外壳，具有良好的导热散热性能，又能阻止表面腐蚀，在长期使用时避免电解质的泄漏；
壳体内置放针刺保护层（NSD），当外壳被尖锐硬物刺穿时，NSD层提前与壳体形成回路，降低电芯短路风险。
回路断路器可避免电池组因外部短路造成的损害。
2．优异的电化学性能
循环寿命长、耐受性强，良好的高低温性能；
圆形电芯设计，极高的电解液量和电解液保持率（相比较软包电池），确保单体电芯在25℃下，@0.5C1C、DOD100%、 EOL80%循环次数高于4000次，同款产品已大批量应用在电动车领域，其性能也获得多家车企的验证，该产品储能领域应用，建议放电倍率在0.5C以下，预期其循环寿命远高于6000次。

3．剩余容量无瞬间跌落特性
EOL低于50%，放电性能仍能预测；
圆形电芯设计极高的电解液保持率，电池生命周期内不存在电解液的干涸（与软包电池相比），即使容量衰减到50%，剩余容量不会出现“瞬间跌落”现象。意味着更长的资产利用率和更高的投资回报率。

4．系统适用性强
圆形铝壳电芯、标准化模组、通用型机架设计，便于规模化生产组装，灵活的系统组合，可满足各种定制化需要；
宽广的系统电压范围，通过不同的串联组合可提供不同电压等级的电池系统。
宽广的系统容量范围，通用型机架式并联组合可提供容量多样式电池系统。可以有几十千瓦到几兆的范围供选择。
5．系统易于安装、维护
系统部件模块化设计，标准机架安装，全部接线端子前端设计，易于安装维护。
磷酸铁锂电池系统参数

序 号	项  目		参 数 及 要 求
1	电池信息	电池规格型号	LU5.4
2		标称容量	5.4KWh
3		电池模块额定电压	51.2V
4		工作电压范围	48～57.6
5		电池模块的单体组合方式	16串
6	充电参数	电池模块充电电压范围（V）	40～57.6
7		电池模块充电截止电压	58.2V
8		标准充电方法	20A均充至57.6V-57.6V浮充
9	放电参数	电池模块放电电压范围（V）	40～57.6
10		电池模块放电截止电压	40V
11		单体电池放电截止电压	2.5V
12	自耗及休眠参数	工作时电路内部消耗(mA)	≤70
13		休眠时内部消耗(uA)	≤2000
14	外壳	外壳材质	航空铝,表面喷塑
15	电池组外形尺寸	长度×宽度×深度(mm)	510×570×175
16	设备重量		57KG （含电池）
17	工作及存贮	工作温度	充电：0～45℃；放电：-20～60℃
18		存贮温度	-10～35℃
19		相对湿度	5%～85%
20	管理系统（BMS）	管理系统功能	单体电压管理、总电压管理、充放电温度管理、充放电流管理、电池均衡管理、过充保护、过放保护、过温保护、过流保护、短路保护等。

BMS介绍
磷酸铁锂电池系统的BMS系统分三级管理，分别为托盘BMS(Tray BMS)、机柜BMS (Rack BMS)、系统BMS(System BMS),每级BMS主要功能如下：
Tray BMS (TBMS，托盘级，控制20个单体电芯，内置在模组内) : 监测单体电芯的电压、温度和单个托盘的总电压， 并通过CAN协议向上级BMS实时传递以上信息，能够控制单体电芯的电压均衡性。
Rack BMS (RBMS，机架级，控制10个或多个TBMS，内置在开关盒内)： 检测整组电池的总电压、总电流，并通过CAN协议向上级BMS实时传递以上信息。 能够显示电池充放电时容量、健康状态，对功率的预测、内阻的计算。控制继电开关和盘级单元电压的均衡性。             
System BMS (SBMS,系统级，最多控制48个RBMS)： 收集下级RBMS信息，能够实时对电池剩余容量、健康状况进行预估，功率的预测、内阻的计算。通过RS-485或Modbus-TCP/IP 的方式与上位和外部系统进行通信。
每级BMS实现功能如下

功能		System BMS	Rack BMS	Tray BMS
检测	Rack 电压/电流	-	○	-
	Cell 电压/温度	-	-	○
	Module 电压	-	-	○
计算	容量估计	○	○	-
	健康状况估计	○	○	-
	功率预测	○	○	-
	电阻计算	○	○	-
控制	风扇控制	-	-	○
	开关控制	-	○	-
	电压平衡	-	○	○
通信	CAN	○	○	○
	RS-485 or Modbus-TCP/IP	○	-	-

 6.1 光伏能量变换实验

实验1、光伏阵列单元组成原理
实验2、太阳能光电池能量转换组合原理
实验3、阵列汇流与防雷接地原理
实验4、阵列结构件组合安装原理
实验5、在不同天气和日照强度下光强度对光伏转换效率的影响实验
实验6、在不同季节环境温度变换下对光伏能量转换的影响实验

 6.2  光伏储能系统应用与教学

实验1、光伏储能发电系统原理结构分析
实验2、光储系统汇流、防雷原理学习与实践
实验3、锂电池组在光储系统中的应用与电能管理
实验4、（BMS）锂电池组管理系统在光储系统中的应用
实验5、（EMS）能量管理系统在光储系统的应用与重要性
实验6、（EMS）能量管理系统在中小型微电网系统中的应用
实验7、直流变换器在光储系统的应用与重要性
实验8、储能逆变器的原理分析
实验9、储能逆变器与普通逆变器应用比较
实验10、光储微网系统在无电地区、海岛应用及设计
实验11、光储微网系统在多能互补、自发自用等联网型微电网中的应用

 6.3  风力发电系统运行过程风能量变换演示和实验

实验1、风力发电基础理论原理性实验
实验2、风力发电系统设计实验
实验3、风力发电控制技术实验
实验4、风力发电相关测量技术实验
实验5、风力发电基础理论与应用技术仿真实验

七、系统基本配置表

序号	名   称	型  号	数量	单位
1	风光互补储能发电系统	DB-TYN36	1	台
2	太阳能电池组件	ZM250	8	块
3	光伏储能逆变器	SY4850D-ES	1	台
4	通讯模块		1	台
5	磷酸铁锂+电池系统柜(包含BMS、连接线缆和安装配件)	48V/4.8Kwh磷酸铁锂电池 储能系统	1	组
6	储能机柜		1	套
7	固定仰角支架系统			套
8	风速仪		1	套
9	电线、电缆		1	套
10	单项电子电能表	DDS607	1	台
11	光伏专用双向计量电度表	上/下行	1	台
12	监控软件（上位机）		1	套
13	风力发电机	水平轴1KW	1	台
14	使用手册		1	本
15	教学资源		1	套