德令哈西門子光伏項目發電控制系統介紹

摘 要：文章介紹了青海德令哈20MW太陽能項目500TL型號的主從柜的控制系統，S7-300系列，CP343-1 Lean，控制系統的軟硬件配置和整個項目監控網絡的架構和通信。

關鍵詞：太陽能500TL；S7-300；CP343-1 Lean

1 項目簡介

人類所需能量的絕大部分都直接或間接地來自太陽，植物通過光合作用把太陽能轉變成化學能在植物體內貯存下來。煤炭、石油、天然氣等化石燃料是由埋在地下的動植物經過漫長的地質年代形成的。此外，水能、風能、波浪能、海流能等也都是由太陽能轉換來的。目前國際能源越來越緊缺，用可再生清潔能源代替傳統的能源也是大趨所向。在中國北方很多地方，由于日照時間比較長，日照強度比較大且少雨等綜合現象，比較適合發展太陽能產業。西門子在青海的德令哈有一個20MW的太陽能項目。

2 光伏發電系統介紹

在日照條件下，太陽能光伏板吸收太陽光能并將其轉化為電能。若干光伏板以串聯的方式成一組接入匯流箱，每個匯流箱中接入的若干組串級的光伏板則為并聯方式。然后將每個匯流箱的直流電流并接到安置在逆變室里的直流柜，直流柜再連接到西門子的逆變柜，通過逆變，將750V左右的直流電轉換為50HZ，328V的交流電，由于電壓過低無法并網，所以要經過升壓室將328V的交流電升壓到10KV的高壓電，然后再升壓到110KV并入電網。在整個系統中，核心的逆變裝置是西門子生產的500TL系列逆變柜。逆變柜采用PLC自動控制。當啟動時，傳動裝置采集電網的電壓幅值，相值，頻率，并且根據采集到的數據控制IGBT的通斷，使逆變器的電壓輸出波形緊隨電網電壓。逆變器直流側也同樣的有電壓電流采集系統，這些數據被送到PLC進行處理。若直流側開路電壓小于750V，PLC控制直流接觸器逐個閉合，完成逆變柜的總啟動；若直流側開路電壓大于750V，則先閉合第一個直流接觸器，此時直流斬波器工作，將電壓降到750V以下，然后再逐個閉合直流接觸器，完成總啟動。

3 控制系統構成和產品應用特點，主要軟件功能的實現

整個控制系統基本采用西門子S7-300系列PLC，為了追求整個系統的可讀性和可維護性，系統采用了基于PROFIBUS-DP 網絡的分布式I/O 系統，將模擬信號和數字信號統一放在ET-200S從站中。有了這個控制系統，在現場基本上能夠實現無人值守，逆變器能夠自動監測光照強度啟動逆變，同時也能自動停止逆變。

PLC 控制系統中所用硬件產品類型及作用特點：1） CPU 315-2DP：控制系統的大腦，運行客戶程序，控制整個系統的正常運行，集成了Profibus-DP接口，可以與其它模塊通訊；2） CP 343-1 Lean：通訊處理器，可以將S7-300連接到工業以太網；通過工業以太網實現時間同步，可實現使所有PLC與上位機時間同步；3） CP 341：通訊處理器，帶 RS422/485 接口 ，可以實現通過RS422/485接口進行通訊；4） ET-200S：是S7-300系列PLC的擴展，經濟，靈活，性能卓越的小型分布式I/O 設備，可以分布在每個主從柜的箱體內；5） Web'Log：監控現場主從柜頂部和底部的溫度，并且記錄CPU的歷史數據；6） Comserver：連接操作面板，將以太網接口轉換為串口；7） 傳動裝置：通過Profibus-DP接口與CPU通訊，同時受控于CPU，進行快速運算，并控制逆變器中的IGBT晶閘管快速通斷，將直流電轉變為交流。

3.1 控制系統的以太網網絡

20個逆變室之間是用以太網網絡連接起來的，為了將我們的設備與監控設備連接起來，我們要將設備的IP地址全部設置在一個網段，組成一個局域網，根據現場情況我們的設備全部設置192.168.0.X這一網段。此時現場的Web'Log，Comserver 和 CP 343-1 Lean 都需要將IP地址設置在此網段，組成一個網絡系統，這樣CPU 就可以實現與這些設備的通訊。同時根據業主要求，要同步現場10套設備的時鐘，我們在“Time-of-Day Synchronization”中勾選“Active NTP time-of -day synchronization”，然后將上位機的IP地址加入，整個系統都將上位機的時間作為參考對象。

3.2 傳動裝置和PPsolar

本設備中主從柜各有一個傳動裝置。它主要是控制逆變器中的IGBT晶閘管快速通斷，將直流電轉換為50HZ交流電。在逆變柜的尾端有一組測量電網電壓和電流的裝置，在設備啟動時可以檢測到電網的相位和幅值，根據采集到的電網參數快速計算出晶閘管的通斷狀況，送出符合并網要求的電。在系統中要使用PPsolar對傳動裝置進行配置，設置一些電網保護參數，也可以使用這個軟件讀取一些實時參數和波形。

4 與上位機監控的連接

青海德令哈20MW項目有20 個逆變室，每個逆變室是通過以太網連接的，組成的是一個環形網絡。只有第一個逆變室和第20個逆變室引出了2條網線連接到監控室。由于業主使用的監控系統不是西門子的產品，是另外一個廠家提供的監控平臺，所以無法和西門子的PLC直接連接，在此我們使用了Simatic Net軟件實現了和監控平臺的通訊，Simatic Net軟件是西門子開發的網絡通信的軟件，里面有很多組件，可以做西門子PLC的OPCServer，顯示并存儲PLC 采集到的一些模擬量和數字量。同時在上位機沒有安裝Step 7的情況下，也能夠實現通信，由于我們有20 個監控室，在上位機上要顯示的數據都是存在每個程序的同一個地址，所以要在軟件系統中添加20次“Insert New Connection” ，建立20個名字不同的連接，從而在后面的顯示中顯示20個逆變室的信息。

5 項目運行、應用體會

西門子太陽能20MW設備第一次在國內的高原上正式運行，業主給與了我們設備高度的贊同，由于其可靠安全的無人值守的運行方式，可以很大程度的節約勞動力。在項目調試過程中，西門子產品的靈活性、開放性和德國技術專家的技術支持，給使用者提供了極大的幫助，同時，西門子產品的多樣性和良好的網絡服務給消費者帶來了很大方便。

參考文獻

[1]S7-300教程[Z].

[2]通過ETHERNET建立Simatic Net OPC服務器與PLC的S7連接[Z].

[3]s7-300入門指南[Z].

[4]西門子300模塊手冊[Z].

作者簡介：王永文 （1970，1-）男，江蘇省蘇州市（籍貫），現職稱：中級工程師，學歷：本科，研究方向：低壓電器和配電輸送。