分布式光伏發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

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摘要：針對分布式光伏發(fā)電控制系統(tǒng)存在的自動化程度低、運(yùn)行效率不高、穩(wěn)定性差的問題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)基于PLC技術(shù)以及RS485通信技術(shù)的光伏發(fā)電控制系統(tǒng)。詳細(xì)分析分布式光伏發(fā)電控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，完成控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)。利用力控組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)對分布式光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、故障信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測，可在線設(shè)置、修改運(yùn)行參數(shù)。該分布式光伏發(fā)電控制系統(tǒng)自動化程度高、提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性，能滿足預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)；PLC；分布式；RS485；監(jiān)控平臺

引言

光伏發(fā)電是指利用光伏電池將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能。光伏發(fā)電系統(tǒng)在能量轉(zhuǎn)化率、設(shè)備成本以及實(shí)際應(yīng)用等方面都有較好的發(fā)展前景。光伏發(fā)電具有無污染、無噪聲、設(shè)備建設(shè)周期短、維護(hù)簡單等特點(diǎn)，可進(jìn)行大規(guī)模的推廣和應(yīng)用［1］。光伏發(fā)電技術(shù)在德國、美國等發(fā)達(dá)國家比較成熟，推廣力度較大，如德國早在1990年即推出“1000太陽能屋頂計(jì)劃”；2002年美國光伏電池發(fā)電總量已達(dá)112．9MW，日本則近254．5MW，并每年以48．6％的速度增長。我國光伏發(fā)電技術(shù)起步于1970年，經(jīng)過近50年的不斷努力，國內(nèi)光伏發(fā)電技術(shù)與國外的差距在不斷縮?。?－4］。光伏發(fā)電系統(tǒng)按照傳送方式可分為獨(dú)立、并網(wǎng)、分布式光伏發(fā)電三種模式，其中分布式光伏發(fā)電是指在用戶用電現(xiàn)場分布并配置較小的光伏發(fā)電供電系統(tǒng)，以滿足特定用戶的用電需求，具有分散布置，集中管理的優(yōu)勢。以分布式光伏發(fā)電控制系統(tǒng)為研究對象，分析其控制結(jié)構(gòu)、軟硬件設(shè)計(jì)，以提升控制系統(tǒng)的自動化水平，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，降低故障發(fā)生率。

1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

分布式光伏發(fā)電控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，按照功能可分為能源管理、變換／控制管理、負(fù)載優(yōu)化管理三部分。能源管理部分為光伏電池陣列，為分布式光伏系統(tǒng)的電能來源；光伏電池經(jīng)DC／AC變換器、光伏并網(wǎng)裝置、控制系統(tǒng)等變換／控制管理模塊處理后，為負(fù)載用公共電網(wǎng)提供連續(xù)、可靠的光伏電能。變換／控制管理部分是分布式光伏系統(tǒng)的核心，可實(shí)現(xiàn)對光伏電能交流、直流的自動切換；負(fù)載優(yōu)化管理部分可實(shí)現(xiàn)對光伏電能的存儲、智能管理以及能量流向控制，可為用戶或者負(fù)載提供最優(yōu)控制策略。

2硬件設(shè)計(jì)

分布式光伏發(fā)電控制系統(tǒng)核心硬件為PLC控制器，選用的型號為三菱FX5U－64MR。光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的輸入信號主要分為指令信號和位置／保護(hù)信號兩類，指令信號有急停、復(fù)位、自動／手動等；位置／保護(hù)信號有方向旋鈕、擺桿限位信號等。該控制系統(tǒng)可控制擺桿沿東西、西東以及垂直方向移動；利用旋鈕可控制光伏組件向東、西、南、北四個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，以獲得最多太陽光能。分布式光伏發(fā)電PLC控制器I／O輸入地址分配表詳情如表1I0．0～I(xiàn)0．7以及I1．0～I(xiàn)1．3所示。PLC控制器輸入信號還包括測量光伏組件傾角的傾角傳感器，為模擬量電流信號；溫度傳感器，用于檢測光伏組件的溫度；光照強(qiáng)度傳感器，用于檢測太陽光的光照強(qiáng)度［5－7］?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)采集的溫度、光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)，控制擺桿以及光伏組件自動移動或旋轉(zhuǎn)，利用傾角傳感器實(shí)時(shí)測量擺桿和光伏組件的傾角。光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的輸出信號主要由繼電器和接觸器構(gòu)成，如控制燈光色變的繼電器、控制蜂鳴器開關(guān)的繼電器、控制直流／交流電信號的繼電器，控制光伏發(fā)電系統(tǒng)離網(wǎng)以及并網(wǎng)的接觸器等。溫度傳感器選用的型號為CYB－20S－kW，該傳感器以熱電阻PT1000為熱敏元件，可檢測溫度范圍為－50～260℃，檢測精度為!0．2％F．S，激勵電壓為12～24VDC，該溫度傳感器的外形、大小符合安裝尺寸要求，檢測精度滿足系統(tǒng)要求。傾角傳感器選用的型號為ZCT290L－LHS－17，該傳感器為雙軸結(jié)構(gòu)，可測量X軸和Y軸兩個(gè)方向的傾角，測量范圍為!90°，可輸出－10～10V的電壓信號或4～20mA的電流信號［8］。光照強(qiáng)度傳感器選用的型號為ZCT182L－LHZ－1，該傳感器的檢測精度為!0．3％F．S，供電電源為12～24VDC。另外，分布式光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的監(jiān)控平臺選用力控組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)，PLC控制器與力控組態(tài)軟件以RS485通信模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送和映射。

3軟件設(shè)計(jì)

3．1PLC設(shè)計(jì)

分布式光伏發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)置有手動、自動兩種控制模式。手動模式時(shí)，旋轉(zhuǎn)／按下旋鈕后光伏組件開始運(yùn)動；松開該旋鈕后，光伏組件隨即停止運(yùn)動；自動模式時(shí)，按下指定方向的旋鈕后，光伏組件按照設(shè)置速度開始運(yùn)動，直至達(dá)到限位位置，然后反向運(yùn)動，循環(huán)往復(fù)。分布式光伏發(fā)電控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)有向東、向西、向南、向北四個(gè)方向的旋鈕可控制光伏組件按照要求向指定方向旋轉(zhuǎn)，手動模式時(shí)，按下旋鈕，光伏組件按照要求開始旋轉(zhuǎn)，當(dāng)松開旋鈕后（或到達(dá)限位位置），停止旋轉(zhuǎn)；自動模式時(shí)，光伏組件可模擬太陽連續(xù)沿指定方向運(yùn)行，直至達(dá)到該方向限位位置，停止時(shí)間T秒后，沿反向運(yùn)行。分布式光伏發(fā)電控制系統(tǒng)軟件流程首先檢測系統(tǒng)上電，并開始系統(tǒng)自檢過程。若在自檢過程中發(fā)生故障，則將故障信息推送至監(jiān)控平臺，待故障解決后才可恢復(fù)運(yùn)行。在軟件設(shè)計(jì)中，增加系統(tǒng)自恢復(fù)／復(fù)位功能，保證系統(tǒng)在緊急情況下可連續(xù)運(yùn)行。分布式光伏發(fā)電控制系統(tǒng)軟件流程如圖2所示。

3．2監(jiān)控平臺設(shè)計(jì)

分布式光伏發(fā)電控制系統(tǒng)監(jiān)控平臺設(shè)計(jì)框圖如圖3所示，由監(jiān)控界面、數(shù)據(jù)界面以及輔助界面三部分組成。PLC控制器通過RS485通信模式將系統(tǒng)運(yùn)行所有數(shù)據(jù)傳送至力控組態(tài)軟件并于控制器地址進(jìn)行映射。監(jiān)控平臺設(shè)計(jì)由用戶登錄界面，以用戶名＋密碼形式進(jìn)行登錄； 可實(shí)時(shí)查看、查詢系統(tǒng)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)，以及某一個(gè)參數(shù)的曲線變化趨勢，同時(shí)可完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)報(bào)表的打印。監(jiān)控界面主要由運(yùn)行管理、逆變與負(fù)載監(jiān)測、報(bào)警以及參數(shù)設(shè)置四個(gè)子界面組成，可實(shí)時(shí)查看方向水平／垂直限位按鈕、方向按鈕、燈光、溫度／光照／傾角傳感器數(shù)值等輸入、輸出數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)界面由曲線顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表以及打印四個(gè)子界面組成，方便技術(shù)和工作人員查看各參數(shù)的歷史信息和打印管理。輔助界面由用戶管理以及密碼修改兩個(gè)子界面組成，可添加、刪除、修改用戶信息，并設(shè)置用戶權(quán)限。

4結(jié)語

設(shè)計(jì)的分布式光伏發(fā)電控制系統(tǒng)經(jīng)過測試和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，并經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際使用，提升了控制系統(tǒng)的自動化水平和運(yùn)行效率，通過監(jiān)控平臺，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測發(fā)電控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和故障信息，達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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作者：陸佳 單位：上海上電新達(dá)新能源科技有限公司