小型風光互補發電系統的搭建

摘要：概述了小型風光互補發電系統的基本結構，闡述了系統各模塊的組成和作用;分析了上位機監控系統的搭建方法、組態畫面的設計思路，并介紹了一種上位機與PLC和各接口板卡、智能儀表之間通信的配置方法。

關鍵詞：風光互補;監控系統;發電系統

0? ? 引言

隨著能源的匱乏和科技的進步，可再生能源的利用已經成為目前的研究熱點。光伏和風電作為清潔無污染的可再生能源，深入研究風光互補發電的理論框架和整體解決方案，對于電力行業實現產業升級和能源轉變具有重要的推進作用。合理開發太陽能與風能，安裝小型的風光互補發電系統，對我國廣大偏遠農村的可持續發展具有一定的促進作用。

1? ? 系統設計

1.1? ? 系統組成

如圖1所示，風光互補發電系統主要由光伏發電裝置、光伏發電控制器、風力發電控制器、風力發電裝置、蓄電池組件、逆變裝置組成。光伏電池是光伏發電裝置的基本組成單元，可以將光能轉變為電能輸出，運行過程中會受到光照強度、光照角度、溫度、濕度等因素的影響。風力發電裝置主要依靠風力發電機，根據空氣動力學將流動的風能轉變為電能輸出。光伏發電系統和風力發電系統發出的電能儲存在蓄電池中，通過逆變系統將蓄電池中的直流電變為交流電，供給負載使用。

1.2? ? 模塊介紹

光伏發電裝置主要由光伏電池板、光線傳感控制器、水平和俯仰運動機構、可編程邏輯控制器、接近開關、微動開關、底座支架等設備和器件組成;光伏電池板接收太陽光照，通過光線傳感控制器對光照方位的檢測自動調節水平和俯仰運動機構，使光伏電池板輸出最大電能。

風力發電裝置主要由風力發電機、可編程邏輯控制器、測速儀、測風偏航機構、微動開關、接近開關、塔架和基礎等組成;風力發電機利用尾舵實現被動迎風偏航，測速儀檢測到風速過大時，測風偏航機構自動調節尾舵角度，從而使風力發電機轉速變慢或進入制動狀態。

光伏發電控制器和風力發電控制器分別用于采集光伏發電和風力發電的輸出信息、蓄電池的工作狀態信息，實現對蓄電池組件的充放電功能。

逆變裝置主要由逆變控制器組成，逆變控制器接收蓄電池組件輸入的直流電，并將其變為220 V、50 Hz的交流電輸出。

1.3? ? 設計要素

本文主要針對小型化的風光互補發電系統，在功能實現的前提下，盡可能考慮經濟性指標。蓄電池組件可選擇閥控密封式鉛酸蓄電池，容量12 V/18 Ah/20 HR，尺寸345 mm×195 mm×20 mm，可編程邏輯控制器可以選用西門子的S7-200 CPU。正常情況下，風力發電機在風速為3 m/s時進入運行狀態，平穩工作時可以輸出電壓12 V，電流小于20 mA，由于風能和太陽能的互補作用，陰雨天亦可工作。

2? ? 監控系統

風光互補發電系統除了上述裝置以外，還可以搭建光伏輸出顯示模塊、風力輸出顯示模塊、逆變輸出顯示模塊，實現對電壓、電流信號的采集，同時可以由計算機和組態軟件進行上位機組態設計，實現對風光互補發電系統的遠程監控。

2.1? ? 設備通信

監控系統所用到的設備如下：光伏電流表、光伏電壓表、風力電流表、風力電壓表、逆變電流表、逆變電壓表;光伏控制器、風力控制器、逆變控制器;光伏PLC、風力PLC。根據選用的設備不同，可以選擇不同的通信方式。這里給出一種較為經濟的方案，可供選擇。

上位機與6塊電表之間可選用RS485通信方式，通信接口為COM1;選用西門子S7-200 CPU，上位機與2塊PLC之間采用RS485通信方式，通信接口為COM2;上位機與3塊控制器之間采用RS232通信方式，通信接口分別為COM3、COM4、COM5，如表1所示。

2.2? ? 組態設計

監控界面主要由風光互補總控界面、供電系統監控界面、逆變系統監控界面、能源系統管理界面組成。風光互補總控界面實現對系統的整體監控，供電系統監控界面實現對風光互補發電電壓、電流信號的監控，逆變系統監控界面實現對逆變器參數的設置和逆變電壓、電流信號的監控，能源系統管理界面實現電壓、電流值的數據查詢、曲線繪制和發電功率監控。

3? ? 結語

風光互補發電系統以太陽能和風能兩種清潔能源為基礎，利用兩種能源的優勢互補，實現了能源的分布式應用。針對晝夜天氣變化，最大化利用光伏發電和風力發電的互補性，降低了工程造價和發電成本，提高了發電的資源效益和經濟效益，為綠色供電系統的發展提供了思路。

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收稿日期：2020-05-27

作者簡介：朱高偉（1988—），男，河南洛陽人，講師，研究方向：自動化分析、機器學習等。