一、新能源風光氫荷儲智能微電網實驗系統基于風光氫儲荷一體化設計理念，融合太陽能發電、風力發電、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，助力實現碳中和目標。系統具備半開放式功能，支持擴展采集功能，可兼容高校已有的采集設備進行數據采集，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的基本原理、系統組成和運行機制；

l 培養學生在新能源發電、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在實現碳中和目標中的作用，增強環保與可持續發展意識。

l 鼓勵學生探索新能源微電網前沿技術，培養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：新能源發電模塊認知實驗，讓學生觀察風力發電單元、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換和存儲特性測量方法。

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

3．創新性實驗：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中的應用，如新型光伏組件效率測試、新型儲能介質性能研究等。微電網優化策略研究實驗，支持學生基于實際需求，研究改進微電網的控制和調度策略，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，培養團隊協作能力。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、系統功能

（一）新能源發電模塊實驗

光伏發電實驗

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電過程。

l 實操展示光伏組件的安裝、調試、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，精確計算光伏電站發電量。

風力發電實驗

l 解析風力發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。

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，探究其在微電網中的應用方式。

l 測試不同環境條件（溫度、壓力等）下設備性能表現，分析運行參數變化。

（二）儲能模塊實驗

相變儲能系統實驗

l 與熱泵、太陽能光熱系統搭配，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，系統如何高效存儲太陽能轉化的熱能。

l 分析相變材料在熱泵輔助下，對熱量存儲與釋放的優化效果。

l 評估系統整體應對太陽能間歇性的能力。

逆變器儲電系統實驗

l 模擬可再生能源發電并入電網的過程。

l 測試逆變器在不同光照強度、風速下的轉化效率。

l 研究儲電系統對不穩定電能的存儲特性。

l 驗證多種可再生能源協同供電時，電能的高效管理與穩定輸出。

（三）智能微電網系統集成實驗

l 搭建智能微電網系統拓撲結構，模擬孤島運行、并網運行及切換過程。

l 開展系統潮流計算、電壓調節、頻率控制等實驗，分析電網運行特性。

（四）系統控制與調度實驗

l 開發智能控制系統，實現微電網各設備集中監控與遠程操作。

l 設計優化調度算法實驗（基于功率平衡、經濟成本、環境效益的調度策略），驗證算法在實際微電網場景中的應用效果。

（五）半開放式及擴展采集功能實驗

l 系統接口與協議?：提供開放的接口和協議，方便高校根據自身研究需求，自主開發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據采集，系統具備良好的兼容性，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，實現對更多實驗數據的采集和分析。

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，對微電網的能源分配進行個性化優化；也可接入新型的儲能設備，測試其在系統中的性能表現。

（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，與熱泵系統結合，進行熱能轉換效率實驗。

l ?風力發電機模擬負載?：用于測試風力發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，接入系統驗證儲能設備的性能。

l ?電解水制氫設備?：與燃料電池系統形成閉環，探究氫能利用的綜合效益。

l ?光伏-儲能聯合系統?：結合光伏發電和儲能技術，進行綜合能源管理實驗。