建築集成光伏系統的能量變換與管理虛擬仿真實驗是華中科技大學建設的虛擬仿真實驗課程。
基本介紹
- 中文名：建築集成光伏系統的能量變換與管理虛擬仿真實驗
- 建設院校： 華中科技大學
- 課程負責人： 劉邦銀
- 授課教師：蔣棟、陳昌松、劉自程、張蓉.
課程性質,教學目標,
課程性質
課程背景
①物理實驗系統複雜、成本高,難以滿足大量學生實驗需求。建築集成光伏系統以光伏發電為核心,集成了風力發電和儲能等新能源變換裝置以及負荷和電網等,物理實驗系統構建複雜,成本高。由於受到人身安全、電網安全、系統設備安全等限制,實際的建築集成微電網難以滿足規模化學生的實驗需求。
②物理實驗系統架構和裝備固化,難以滿足多樣化的實驗和研究需求。在設計建築集成微電網以及研究其性能過程中,通常需要靈活的改變系統架構和參數,研究不同要素對系統設計和性能的影響。物理實驗系統的架構固化，參數調整困難，可變要素少 ,難以滿足多樣化實驗和研究的需求。
③物理實驗系統設備多樣,配電複雜,電壓等級超過安全電壓,有觸電風險。建築集成微電網中的光伏發電系統、風力發電系統、儲能系統、負荷、系統監控與能量管理等各種電能變換和控制管理設備通過直流和交流母線匯集形成微電網,直流電壓通常為380V/760V ,交流電壓通常為220V/50Hz單相交流或者380V/50Hz的三相交流,系統配電複雜,學生實驗時有觸電風險。
教學目標
隨著社會的高速發展,我國建築總面積每年以15 ~ 16億平方米的速度遞增,建築總能耗占全國能耗總量近3三分之一。 建築集成光伏系統綜合利用新能源提高建築能效,對節能減排和實現能源可持續發展具有重要意義。本實驗是以別墅和智慧型工業園區兩種典型建築集成微電網為實驗對象,融台光伏發電、風力發電和儲能的綜合套用,建設的從發電元件、電能變換到系統最佳化配置與能量管理的一體化虛擬仿真平台。通過本課程教學和實驗訓練,使學生具備以下能力:
1.掌握光伏、風力等可再生能源發電系統與儲能系統的基本工作原理和運行特性,理解其在降低建築物能耗中的作用。
2.掌握光伏電池、變換器等的建模方法,設計主電路和控制系統參數,並利用模型最佳化系統參數。
3.以提高建築物能效和經濟性的目標,將光伏、風力、儲能和建築負荷集成為微電網,並對微電網系統配置進行最佳化設計,掌握複雜電力電子系統的分析設計方法。
4.建立建築集成微電網的系統模型,仿真分析不同能量管理策略下系統的能效和經濟性,通過仿真實驗數據對比分析能量管理策略的性能,探索最佳化管理策略。
5.能閱讀相關文獻,合理使用仿真數據和圖表,撰寫設計和實驗報告,分析不同系統方案對環境、社會可持續發展的影響,並進行經濟性評價,形成有效的結論。
6.培養學生綜合套用電力電子學、電力電子裝置與系統、自動控制理論等課程所學的理論知識設計實際的工程系統,分析解決實際工程問題的能力。
7.通過虛擬仿真實驗了解微電網系統的容量配置和能量管理，使學生能夠描述環境保護和社會可持續發展的意義 , 理解環境保護和可持續發展的理念和內涵。
該虛擬仿真實驗適用於電力電子學和電力電子裝置與系統的仿真實驗教學,常規教學常聚焦於實際工程問題的解決,種細節與操作,難以建立巨觀的工程設計思維。在電力電子學的教學設計中可利用該實驗幫助學生建立微電網的基本概念,了解微電網中關鍵設備的基本原理與特性;在電力電子裝置與系統的教學設計中可利用該實驗幫助掌握微電網的容配置與能量管理的基本概念和方法,理解微電網的分析設計方法,理解微電網系統經濟性最佳化方法。
