基于PLC的風(fēng)光伏互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)

1 引言

隨著能源危機(jī)日益臨近，新能源已經(jīng)成為今后世界上的主要能源之一，風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。本文分析設(shè)計(jì)一種基于PLC的風(fēng)光伏互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)是利用太陽(yáng)能電池方陣、風(fēng)力發(fā)電機(jī)將太陽(yáng)能與風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能，并存儲(chǔ)到蓄電池組中，當(dāng)用戶需要用電時(shí)，逆變器將蓄電池組中儲(chǔ)存的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，通過輸電線路送到用戶負(fù)載處。是風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)電池方陣兩種發(fā)電設(shè)備共同發(fā)電，構(gòu)成分布式電源。

2 硬件系統(tǒng)組成

本文分析設(shè)計(jì)風(fēng)光伏互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏供電裝置、光伏供電系統(tǒng)、風(fēng)力供電裝置、風(fēng)力供電系統(tǒng)、逆變與負(fù)載系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)等部分組成，如圖1.

圖1?KNT-WP01型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)外形圖

2.1 光伏供電裝置

光伏供電裝置主要由光伏電池組件、投射燈、光線傳感器、光線傳感器控制盒、水平方向和俯仰方向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、擺桿、擺桿減速箱、擺桿支架、單相交流電動(dòng)機(jī)、電容器、直流電動(dòng)機(jī)、接近開關(guān)、微動(dòng)開關(guān)、底座支架等設(shè)備與器件組成[3]。

光伏供電裝置的電站移動(dòng)方向的定義和擺桿移動(dòng)方向等的定義如圖2所示。

圖2?光伏供電裝置外形圖及方向定義

2.2 光伏供電系統(tǒng)

光伏供電系統(tǒng)主要由光伏電源控制單元、光伏輸出顯示單元、觸摸屏、光伏供電控制單元、DSP核心單元、信號(hào)處理單元、接口單元、西門子S7-200 SMART PLC、繼電器組、蓄電池組、可調(diào)電阻、開關(guān)電源、網(wǎng)孔架等組成。

2.3．風(fēng)力供電裝置

風(fēng)力供電裝置主要由水平軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)、塔架和基礎(chǔ)、測(cè)速儀、測(cè)速儀支架、軸流風(fēng)機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)支架、軸流風(fēng)機(jī)框罩、單相交流電動(dòng)機(jī)、電容器、風(fēng)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)箱、護(hù)欄、連桿、滾輪、萬(wàn)向輪、微動(dòng)開關(guān)和接近開關(guān)等設(shè)備與器件組成。如圖3所示是風(fēng)力供電裝置示意圖，風(fēng)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)箱運(yùn)動(dòng)方向的定義已在圖3中標(biāo)明。

圖3?風(fēng)力供電裝置示意圖

2.4 風(fēng)力供電系統(tǒng)

風(fēng)力供電系統(tǒng)主要由風(fēng)電電源控制單元、風(fēng)電輸出顯示單元、觸摸屏、風(fēng)力供電控制單元、DSP控制單元、接口單元、西門子S7-200 SMART PLC、變頻器、繼電器組、可調(diào)電阻、斷路器、應(yīng)用軟件、開關(guān)電源、接線排、網(wǎng)孔架等組成。??? ? ? ?? ? ??

2.5 逆變與負(fù)載系統(tǒng)

逆變與負(fù)載系統(tǒng)主要由逆變電源控制單元、逆變輸出顯示單元、DSP核心單元、DC-DC升壓?jiǎn)卧?、單相橋逆變單元、變頻器、三相交流電機(jī)、發(fā)光管舞臺(tái)燈光模塊、警示燈、接線排、斷路器、繼電器、網(wǎng)孔架等組成。

2.6 監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、工業(yè)交換機(jī)、串口服務(wù)器、智能無(wú)線終端、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)配置軟件、能源管理云平臺(tái)、組態(tài)軟件、接線排、網(wǎng)孔架等組成。計(jì)算機(jī)上的COM端口已拆除。

3?軟件仿真設(shè)計(jì)

本文系統(tǒng)應(yīng)用MCGS為組態(tài)軟件，進(jìn)行系統(tǒng)仿真[4]。MCGS(Monitor and Control Generated System，監(jiān)視與控制通用系統(tǒng))是基于Windows平臺(tái)的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，主要完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測(cè)、前端數(shù)據(jù)的處理與控制等。具有容量小、速度快、成本低、真正嵌入、穩(wěn)定性高、功能強(qiáng)大、通訊方便、操作簡(jiǎn)便、支持多種設(shè)備，提供了所有常用的硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)。

圖4 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)管理界面圖

4?系統(tǒng)工作原理

本文設(shè)計(jì)發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏發(fā)電系統(tǒng)與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)兩部分組成。光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理是，光照射在半導(dǎo)體的PN結(jié)上，使半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電子與空穴對(duì)，形成光生電動(dòng)勢(shì)，在外加部接通電路就會(huì)產(chǎn)生電能，完成將光能轉(zhuǎn)化成電能的過程[5]。

圖5?光伏供電裝置與供電系統(tǒng)的安裝接線圖

風(fēng)力發(fā)電的工作原理是：風(fēng)以一定速度與角度作用于槳葉，帶動(dòng)槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)，使槳葉上產(chǎn)生力矩，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，最終產(chǎn)生電能[6]。

圖6?風(fēng)力供電裝置與供電系統(tǒng)的安裝與接線圖

5?結(jié)束語(yǔ)

本文通過對(duì)基于PLC的風(fēng)光伏互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì),介紹了光伏發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本原理，包括發(fā)電原理、基本特性等。表明該控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易等諸多優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)的風(fēng)能和太陽(yáng)能資源十分豐富，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電產(chǎn)業(yè)具有良好的資源基礎(chǔ)。這在信息科技高度發(fā)達(dá), 人機(jī)交流界面日趨人性化的今天, 風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)有著深遠(yuǎn)的影響和實(shí)用意義, 一定會(huì)就有廣大的發(fā)展前景。

編輯：黃飛

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