基于PLC分布式光伏发电控制系统的设计

2020-12-21杨斌

通信电源技术 2020年2期

杨斌

（青海黄河光伏维检有限公司，青海共和 813000）

1 分布式光伏发电系统

分布式光伏发电系统主要在设计期间应用了信息化运维、光伏工程以及新能源电子产业等电子技术，在应用太阳能光伏发电原理的基础上，结合利用传感技术、信息通信技术、仿真规划技术以及能源管控技术等。硬件平台与软件平台均属于分布式光伏发电系统的重要组成部分，其中环境感知模块、集中控制模块、分布式光伏隔离系统以及通信模块等均属于硬件平台的重要组成部分，而光伏智能运行系统以及仿真软件属于软件平台的重要组成部分。

1.1 集中控制模块

集中控制模块包括并网光伏发电系统、离网光伏发电系统以光伏单轴供电系统等部分。为了保证整个光伏系统的安全稳定运行，继电器与接触器应通过PLC技术进行控制。

1.1.1 并网光伏发电系统

分布并网光伏发电系统具备多种组成部分，如双向电能表、太阳能电池组件、隔离变压器、并网逆变器等，其在发电期间可以直接转换太阳能，使其产生直流电，并利用并网逆变器转变为交流电，满足电网的运行要求，直接进入公共电网运行系统中。分散式小型并网光伏发电系统建设时间较短，且占地面积小，无需投入较大的建设成本，在并网光伏发电中占据十分关键的位置。

1.1.2 离网光伏发电系统

光伏控制器、蓄电池以及太阳能电池组件等均属离网光伏发电系统的组成部分，为了便于交流供电，期间还应配置交流逆变器。太阳能光伏发电的核心组成部分为光伏电池板，其在发电期间可以直接利用太阳能，将产生的电能存储至蓄电池中，期间主要采用光伏控制器设备。在通电运行期间需要直流负载，利用蓄电池实现电能的运载，在转变为交流电时可以采用交流逆变器，为交流运行系统运输负载供电。光伏电池产生的电能使用方便，即发即用，也可以在蓄电池储存。光伏控制器属于离网光伏发电系统的核心组成部分，光伏输入端、输出端以及蓄电池输入端均属于其组成模式。其可以利用离网逆变发电系统保证发电过程具备合适的功率源，避免短路、夜间防反充、蓄电池过度放电等问题的发生，充分发挥保护功能。

1.2 通信模块

光伏监控模块、采集器、2个LoRa通信模块、光照度模块以及温湿度模块等均属于通信单元的组成部分。其中，部分模块在通信时需要使用交换机，如PLC、光伏监控模块等。2个LoRa通信模块可以发送并接受采集环境中的感知数据，再利用扩频技术针对超远距离建立电能的传输方案，之后在力控组态软件中接入485通信方式，以远程采集数据。光伏监控模块采集器可以利用485通信模式有效采集并网逆变器信息，为分布式光伏发电系统提供安全的传输电流，保证发电系统的正常运行。

2 分布式光伏发电系统的硬件设计

2.1 输入设计

指令性质输入信号与保护、位置输入信号等在分布式光伏发电系统中均属于输入信号，其中按钮提供指令性信号，在操作力控操作界面时运行。而单轴系统的传感器与开关则主要完成位置信号传输以及传输保护等功能。

2.2 输出设计

分布式光伏发电系统输出运行主要依靠接触器与继电器等设备完成，在配置继电器与接触器时应严格参照相关标准，根据定义确定数据参数。

3 分布式光伏发电系统的软件设计

光伏发电系统最为关键的组成部分则是软件设计，其主要实现离网光伏发电系统控制、市电输入系统、并网发电系统、单轴光伏发电系统、接触器与继电器独立控制功能。如上控制系统之间相互关联且独立，主要利用FX5U可编程控制器实现之间的逻辑运行。在供电系统的软件模式中，三菱FX5U可编程控制器占据十分重要的位置，可以保证结构化程序的直接执行，写入ST语言和FBD/LD。当处于单轴光伏控制系统中，光源摆杆在第一次按下按钮后会处于非垂直运行状态，之后向东运行，之后自动返回保持垂直状态。当按钮停止运行后，光源处于垂直模式，在停止运行后打开模拟光源2。启动按钮后，光源处于垂直运行状态，此时模拟光源1与模拟光源2的编辑器被打开，在创建程序的基础上组合梯形图语言与FBD语言，期间只需连接可创建程序，保证事先准备部件的自由配置，从而可以清晰显示运行程序的执行顺序[1]。

4 分布式光伏发电系统的组态监控

分布式光伏发电系统组态软件主要功能为共享分布式区域内的实时数据，其他应用程序与功能模块可以利用区域数据交换系统保证功能的扩展。实时数据库、设备通信服务程序、网络通信程序、HMI画面、接口以及Web应用服务等均属于软件的主要功能模块。为了保证监控系统的多功能性，运行期间应联合应用PLC技术与力控组态软件系统，在保证远程控制的基础上，获得实时运行数据，分析实时运行状态，确保现场运行模式的进一步优化。在监控组态软件与PLC程序优化期间，相关工作人员应做好变量数据的设置工作，保证PLC的I/O分配一一对应，且在设计数据库系统、I/U设备以及HMI监控界面时应用力控组态软件，保证运行调试与动态连接的合理性。

4.1 I/O设备配置

设备配置的关键在于做好I/O设备类型、名称、通信地址数据的有效配置，并将数据采集仪表、控制器以及离网逆变器等监控设备进行详细配置，确定具体数据信息。

4.2 实时数据库设置

在设置数据库DB中的点参数信息时，工作人员应保证数据的交互性，并确保其与数据库中的变量数据一一对应。数据库变量为人机界面与实时数据库的主要连接桥梁，可以保证远程数据库系统的有效访问，并读取本地的数据信息，形成实时构成分布式结构，发挥力控监控组态软件的作用，同时进行并发处理，在完成内部缓存处理、实时数据与实时事务处理的基础上，发挥分布式网络功能。系统运行可以完成数据处理、数据服务请求、存储历史数据以及报警处理等工作，网络程序分布式数据库系统中，应用程序直接使用本节点数据。单向电能表、交流组合表以及直流组合表等均属于系统运行的关键设备，需严格控制，做好环境光照度、温度、湿度等指标；做好离网逆变器以及控制器的数据设置工作；需要使用74个数据库变量，包括39个数字I/O变量与35个模拟I/O变量。

4.3 设计系统框图监控界面

为了清晰展示系统的实际运行功能的监控界面，了解光伏发电系统的运行模式，相关工作人员在完成系统框架图的设计工作时应明确界面的主要组成部分，包括光伏控制器、蓄电池、离网光伏发电逆变器、并网光伏发电逆变器、交流负载以及单轴系统等。

4.4 建立动态连接

动态连接的关键在于获得现场的实际运行数据，保证实时数据与HMI监控界面图素的对应，并实时监控系统运行状态，包括运行系统的光照度、温度、湿度；仪表采集的电压值、电流值以及功率值；离网光伏发电系统或并网光伏发电系统的实际运行模式等。同时，这些数据信息可以通过通信服务传输至计算机，在力控界面显示，也可以实现人机界面与运行设备的的双向显示[2]。

5 光伏发电建设的建议

在当前的社会中，分布式光伏发电技术具备较大的优势，且发展速度较快，电网开始广泛引入分布式发电系统，这也要求应不断改进配电网系统，实现技术创新。对此，当前最为关键的研究问题则是在PLC技术基础上改进设计分布式光伏发电控制系统，以更好的适应当前的电网运行情况。除了应明确具体的设计要求外，还应针对性的提出全面的运行对策，在遵循国家政策与法律法规的基础上完善强化设计技术，为发电网的建设工作提供更多支持。