一、新能源風光氫荷儲智能微電網(wǎng)實驗系統(tǒng)基于風光氫儲荷一體化設計理念，融合太陽能發(fā)電、風力發(fā)電、電解氫燃料電池、儲能（儲熱、儲電）、負載（熱泵）以及信息化管理平臺等多種技術，構建起一套集發(fā)電、儲電、儲熱、用能和智能管理于一體的可再生能源智能微電網(wǎng)體系。該體系旨在滿足高校在教學、科研以及實驗驗證等方面的需求，助力實現(xiàn)碳中和目標。系統(tǒng)具備半開放式功能，支持擴展采集功能，可兼容高校已有的采集設備進行數(shù)據(jù)采集，負載模塊也支持接入高校已有的實驗設備，為高校相關領域的研究和教學提供了靈活且高效的實驗平臺。

二、實驗教學設計

（一）課程目標：

l 使學生掌握新能源風光氫荷儲智能微電網(wǎng)的基本原理、系統(tǒng)組成和運行機制；

l 培養(yǎng)學生在新能源發(fā)電、儲能、智能控制等方面的實驗操作技能和問題解決能力；

l 引導學生理解微電網(wǎng)在實現(xiàn)碳中和目標中的作用，增強環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展意識。

l 鼓勵學生探索新能源微電網(wǎng)前沿技術，培養(yǎng)自主學習和探索新知識的能力。

（二）實驗項目設置

1．基礎性實驗：新能源發(fā)電模塊認知實驗，讓學生觀察風力發(fā)電單元、光伏單元和電解氫燃料電池實驗裝置的結構，了解各部件功能及工作原理，掌握基本操作方法。儲能模塊原理驗證實驗，通過操作相變儲能實驗系統(tǒng)和逆變器實驗單元，驗證儲能原理，學習儲能過程中的能量轉(zhuǎn)換和存儲特性測量方法。

2．綜合性實驗：智能微電網(wǎng)系統(tǒng)集成實驗，指導學生搭建智能微電網(wǎng)系統(tǒng)拓撲結構，模擬孤島運行和并網(wǎng)運行，分析系統(tǒng)潮流、電壓和頻率變化，綜合運用多模塊知識解決實際問題。系統(tǒng)控制與調(diào)度實驗，引導學生開發(fā)智能控制系統(tǒng)，設計調(diào)度算法并在實驗平臺上驗證，培養(yǎng)系統(tǒng)控制和優(yōu)化能力。

3．創(chuàng)新性實驗：新能源技術應用拓展實驗，鼓勵學生自主設計實驗，探索新型新能源材料或技術在微電網(wǎng)中的應用，如新型光伏組件效率測試、新型儲能介質(zhì)性能研究等。微電網(wǎng)優(yōu)化策略研究實驗，支持學生基于實際需求，研究改進微電網(wǎng)的控制和調(diào)度策略，如基于人工智能算法的能源管理策略研究。

（三）教學方法

采用理論講解與實踐操作相結合的方式，先通過課堂講授、多媒體演示等方式讓學生掌握理論知識，再在實驗室進行實驗操作。實行小組合作學習，學生分組完成實驗項目，培養(yǎng)團隊協(xié)作能力。教師在實驗過程中進行指導和答疑，引導學生自主思考和解決問題。

三、系統(tǒng)功能

（一）新能源發(fā)電模塊實驗

光伏發(fā)電實驗

l 模擬單晶硅、多晶硅、薄膜光伏組件等不同類型光伏組件的發(fā)電過程。

l 實操展示光伏組件的安裝、調(diào)試、維護流程。

l 設置常見故障模擬場景（如線路接觸不良、組件損壞等），開展故障排除實驗。

l 基于地理位置、時間、光照強度等參數(shù)，精確計算光伏電站發(fā)電量。

風力發(fā)電實驗

l 解析風力發(fā)電機組結構與工作原理。

l 模擬不同風速、風向條件下風機運行狀態(tài)。

l 設置風機安裝、檢修實操場景，開展故障處理實驗（如設備異常停機、部件損壞修復等）。

電解氫燃料電池實驗

l 模擬電解氫燃料電池工作過程，探究其在微電網(wǎng)中的應用方式。

l 測試不同環(huán)境條件（溫度、壓力等）下設備性能表現(xiàn)，分析運行參數(shù)變化。

（二）儲能模塊實驗

相變儲能系統(tǒng)實驗

l 與熱泵、太陽能光熱系統(tǒng)搭配，模擬自然能源的收集、存儲與利用過程。

l 實驗研究不同工況下，系統(tǒng)如何高效存儲太陽能轉(zhuǎn)化的熱能。

l 分析相變材料在熱泵輔助下，對熱量存儲與釋放的優(yōu)化效果。

l 評估系統(tǒng)整體應對太陽能間歇性的能力。

逆變器儲電系統(tǒng)實驗

l 模擬可再生能源發(fā)電并入電網(wǎng)的過程。

l 測試逆變器在不同光照強度、風速下的轉(zhuǎn)化效率。

l 研究儲電系統(tǒng)對不穩(wěn)定電能的存儲特性。

l 驗證多種可再生能源協(xié)同供電時，電能的高效管理與穩(wěn)定輸出。

（三）智能微電網(wǎng)系統(tǒng)集成實驗

l 搭建智能微電網(wǎng)系統(tǒng)拓撲結構，模擬孤島運行、并網(wǎng)運行及切換過程。

l 開展系統(tǒng)潮流計算、電壓調(diào)節(jié)、頻率控制等實驗，分析電網(wǎng)運行特性。

（四）系統(tǒng)控制與調(diào)度實驗

l 開發(fā)智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)微電網(wǎng)各設備集中監(jiān)控與遠程操作。

l 設計優(yōu)化調(diào)度算法實驗（基于功率平衡、經(jīng)濟成本、環(huán)境效益的調(diào)度策略），驗證算法在實際微電網(wǎng)場景中的應用效果。

（五）半開放式及擴展采集功能實驗

l 系統(tǒng)接口與協(xié)議?：提供開放的接口和協(xié)議，方便高校根據(jù)自身研究需求，自主開發(fā)或接入第三方設備與軟件。

l ?擴展采集功能?：支持高校使用已有的采集設備進行數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)具備良好的兼容性，能夠與不同品牌、型號的采集設備進行無縫對接。例如，高校可將已有的高精度溫度傳感器、功率傳感器等設備接入系統(tǒng)，實現(xiàn)對更多實驗數(shù)據(jù)的采集和分析。

l ?接入自研設備與算法?：高校可接入自研的能源管理算法模塊，對微電網(wǎng)的能源分配進行個性化優(yōu)化；也可接入新型的儲能設備，測試其在系統(tǒng)中的性能表現(xiàn)。

（六）負載模塊擴展功能

負載模塊支持接入高校已有的實驗設備，如：

l ?太陽能熱水器?：作為熱源，與熱泵系統(tǒng)結合，進行熱能轉(zhuǎn)換效率實驗。

l ?風力發(fā)電機模擬負載?：用于測試風力發(fā)電機在不同負載條件下的性能。

l ?儲能電池組?：作為備用電源或測試對象，接入系統(tǒng)驗證儲能設備的性能。

l ?電解水制氫設備?：與燃料電池系統(tǒng)形成閉環(huán)，探究氫能利用的綜合效益。

l ?光伏-儲能聯(lián)合系統(tǒng)?：結合光伏發(fā)電和儲能技術，進行綜合能源管理實驗。