基于PLC的风光伏互补发电系统的分析与设计

 1 引言

 

随着能源危机日益临近，新能源已经成为今后世界上的主要能源之一，风光互补系统应运而生。本文分析设计一种基于PLC的风光伏互补发电系统，该系统是利用太阳能电池方阵、风力发电机将太阳能与风能转化成电能，并存储到蓄电池组中，当用户需要用电时，逆变器将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电，通过输电线路送到用户负载处。是风力发电机和太阳电池方阵两种发电设备共同发电，构成分布式电源。^[1-2]

2 硬件系统组成

本文分析设计风光伏互补发电系统主要由光伏供电装置、光伏供电系统、风力供电装置、风力供电系统、逆变与负载系统与监控系统等部分组成，如图1.

 

图1 KNT-WP01型风光互补发电实训系统外形图

2.1 光伏供电装置

光伏供电装置主要由光伏电池组件、投射灯、光线传感器、光线传感器控制盒、水平方向和俯仰方向运动机构、摆杆、摆杆减速箱、摆杆支架、单相交流电动机、电容器、直流电动机、接近开关、微动开关、底座支架等设备与器件组成^[3]。

光伏供电装置的电站移动方向的定义和摆杆移动方向等的定义如图2所示。

 

图2 光伏供电装置外形图及方向定义

2.2 光伏供电系统

光伏供电系统主要由光伏电源控制单元、光伏输出显示单元、触摸屏、光伏供电控制单元、DSP核心单元、信号处理单元、接口单元、西门子S7-200 SMART PLC、继电器组、蓄电池组、可调电阻、开关电源、网孔架等组成。

2.3．风力供电装置

风力供电装置主要由水平轴永磁同步风力发电机、塔架和基础、测速仪、测速仪支架、轴流风机、轴流风机支架、轴流风机框罩、单相交流电动机、电容器、风场运动机构箱、护栏、连杆、滚轮、万向轮、微动开关和接近开关等设备与器件组成。如图3所示是风力供电装置示意图，风场运动机构箱运动方向的定义已在图3中标明。

 

图3 风力供电装置示意图

2.4 风力供电系统

风力供电系统主要由风电电源控制单元、风电输出显示单元、触摸屏、风力供电控制单元、DSP控制单元、接口单元、西门子S7-200 SMART PLC、变频器、继电器组、可调电阻、断路器、应用软件、开关电源、接线排、网孔架等组成。

2.5 逆变与负载系统

逆变与负载系统主要由逆变电源控制单元、逆变输出显示单元、DSP核心单元、DC-DC升压单元、单相桥逆变单元、变频器、三相交流电机、发光管舞台灯光模块、警示灯、接线排、断路器、继电器、网孔架等组成。

2.6 监控系统

监控系统主要由计算机、工业交换机、串口服务器、智能无线终端、工业互联网配置软件、能源管理云平台、组态软件、接线排、网孔架等组成。计算机上的COM端口已拆除。

3 软件仿真设计

本文系统应用MCGS为组态软件，进行系统仿真^[4]。MCGS(Monitor and Control Generated System，监视与控制通用系统)是基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制等。具有容量小、速度快、成本低、真正嵌入、稳定性高、功能强大、通讯方便、操作简便、支持多种设备，提供了所有常用的硬件设备的驱动等特点。

 

图4 风光互补发电系统运营管理界面图

4 系统工作原理

本文设计发电系统主要由光伏发电系统与风力发电系统两部分组成。光伏发电系统的工作原理是，光照射在半导体的PN结上，使半导体内产生电子与空穴对，形成光生电动势，在外加部接通电路就会产生电能，完成将光能转化成电能的过程^[5]。

图5 光伏供电装置与供电系统的安装接线图

风力发电的工作原理是：风以一定速度与角度作用于桨叶，带动桨叶转动，使桨叶上产生力矩，将风能转化成机械能驱动发电机，最终产生电能^[6]。

图6 风力供电装置与供电系统的安装与接线图

5 结束语

本文通过对基于PLC的风光伏互补发电系统的分析与设计,介绍了光伏发电系统和风力发电系统的基本原理，包括发电原理、基本特性等。表明该控制系统具有结构简单、操作容易等诸多优点。我国的风能和太阳能资源十分丰富，风光互补发电产业具有良好的资源基础。这在信息科技高度发达, 人机交流界面日趋人性化的今天, 风光互补系统有着深远的影响和实用意义, 一定会就有广大的发展前景。