基于PLC分布式光伏發電控制系統的設計

楊 斌

（青海黃河光伏維檢有限公司，青海 共和 813000）

1 分布式光伏發電系統

分布式光伏發電系統主要在設計期間應用了信息化運維、光伏工程以及新能源電子產業等電子技術，在應用太陽能光伏發電原理的基礎上，結合利用傳感技術、信息通信技術、仿真規劃技術以及能源管控技術等。硬件平臺與軟件平臺均屬于分布式光伏發電系統的重要組成部分，其中環境感知模塊、集中控制模塊、分布式光伏隔離系統以及通信模塊等均屬于硬件平臺的重要組成部分，而光伏智能運行系統以及仿真軟件屬于軟件平臺的重要組成部分。

1.1 集中控制模塊

集中控制模塊包括并網光伏發電系統、離網光伏發電系統以光伏單軸供電系統等部分。為了保證整個光伏系統的安全穩定運行，繼電器與接觸器應通過PLC技術進行控制。

1.1.1 并網光伏發電系統

分布并網光伏發電系統具備多種組成部分，如雙向電能表、太陽能電池組件、隔離變壓器、并網逆變器等，其在發電期間可以直接轉換太陽能，使其產生直流電，并利用并網逆變器轉變為交流電，滿足電網的運行要求，直接進入公共電網運行系統中。分散式小型并網光伏發電系統建設時間較短，且占地面積小，無需投入較大的建設成本，在并網光伏發電中占據十分關鍵的位置。

1.1.2 離網光伏發電系統

光伏控制器、蓄電池以及太陽能電池組件等均屬離網光伏發電系統的組成部分，為了便于交流供電，期間還應配置交流逆變器。太陽能光伏發電的核心組成部分為光伏電池板，其在發電期間可以直接利用太陽能，將產生的電能存儲至蓄電池中，期間主要采用光伏控制器設備。在通電運行期間需要直流負載，利用蓄電池實現電能的運載，在轉變為交流電時可以采用交流逆變器，為交流運行系統運輸負載供電。光伏電池產生的電能使用方便，即發即用，也可以在蓄電池儲存。光伏控制器屬于離網光伏發電系統的核心組成部分，光伏輸入端、輸出端以及蓄電池輸入端均屬于其組成模式。其可以利用離網逆變發電系統保證發電過程具備合適的功率源，避免短路、夜間防反充、蓄電池過度放電等問題的發生，充分發揮保護功能。

1.2 通信模塊

光伏監控模塊、采集器、2個LoRa通信模塊、光照度模塊以及溫濕度模塊等均屬于通信單元的組成部分。其中，部分模塊在通信時需要使用交換機，如PLC、光伏監控模塊等。2個LoRa通信模塊可以發送并接受采集環境中的感知數據，再利用擴頻技術針對超遠距離建立電能的傳輸方案，之后在力控組態軟件中接入485通信方式，以遠程采集數據。光伏監控模塊采集器可以利用485通信模式有效采集并網逆變器信息，為分布式光伏發電系統提供安全的傳輸電流，保證發電系統的正常運行。

2 分布式光伏發電系統的硬件設計

2.1 輸入設計

指令性質輸入信號與保護、位置輸入信號等在分布式光伏發電系統中均屬于輸入信號，其中按鈕提供指令性信號，在操作力控操作界面時運行。而單軸系統的傳感器與開關則主要完成位置信號傳輸以及傳輸保護等功能。

2.2 輸出設計

分布式光伏發電系統輸出運行主要依靠接觸器與繼電器等設備完成，在配置繼電器與接觸器時應嚴格參照相關標準，根據定義確定數據參數。

3 分布式光伏發電系統的軟件設計

光伏發電系統最為關鍵的組成部分則是軟件設計，其主要實現離網光伏發電系統控制、市電輸入系統、并網發電系統、單軸光伏發電系統、接觸器與繼電器獨立控制功能。如上控制系統之間相互關聯且獨立，主要利用FX5U可編程控制器實現之間的邏輯運行。在供電系統的軟件模式中，三菱FX5U可編程控制器占據十分重要的位置，可以保證結構化程序的直接執行，寫入ST語言和FBD/LD。當處于單軸光伏控制系統中，光源擺桿在第一次按下按鈕后會處于非垂直運行狀態，之后向東運行，之后自動返回保持垂直狀態。當按鈕停止運行后，光源處于垂直模式，在停止運行后打開模擬光源2。啟動按鈕后，光源處于垂直運行狀態，此時模擬光源1與模擬光源2的編輯器被打開，在創建程序的基礎上組合梯形圖語言與FBD語言，期間只需連接可創建程序，保證事先準備部件的自由配置，從而可以清晰顯示運行程序的執行順序[1]。

4 分布式光伏發電系統的組態監控

分布式光伏發電系統組態軟件主要功能為共享分布式區域內的實時數據，其他應用程序與功能模塊可以利用區域數據交換系統保證功能的擴展。實時數據庫、設備通信服務程序、網絡通信程序、HMI畫面、接口以及Web應用服務等均屬于軟件的主要功能模塊。為了保證監控系統的多功能性，運行期間應聯合應用PLC技術與力控組態軟件系統，在保證遠程控制的基礎上，獲得實時運行數據，分析實時運行狀態，確保現場運行模式的進一步優化。在監控組態軟件與PLC程序優化期間，相關工作人員應做好變量數據的設置工作，保證PLC的I/O分配一一對應，且在設計數據庫系統、I/U設備以及HMI監控界面時應用力控組態軟件，保證運行調試與動態連接的合理性。

4.1 I/O設備配置

設備配置的關鍵在于做好I/O設備類型、名稱、通信地址數據的有效配置，并將數據采集儀表、控制器以及離網逆變器等監控設備進行詳細配置，確定具體數據信息。

4.2 實時數據庫設置

在設置數據庫DB中的點參數信息時，工作人員應保證數據的交互性，并確保其與數據庫中的變量數據一一對應。數據庫變量為人機界面與實時數據庫的主要連接橋梁，可以保證遠程數據庫系統的有效訪問，并讀取本地的數據信息，形成實時構成分布式結構，發揮力控監控組態軟件的作用，同時進行并發處理，在完成內部緩存處理、實時數據與實時事務處理的基礎上，發揮分布式網絡功能。系統運行可以完成數據處理、數據服務請求、存儲歷史數據以及報警處理等工作，網絡程序分布式數據庫系統中，應用程序直接使用本節點數據。單向電能表、交流組合表以及直流組合表等均屬于系統運行的關鍵設備，需嚴格控制，做好環境光照度、溫度、濕度等指標；做好離網逆變器以及控制器的數據設置工作；需要使用74個數據庫變量，包括39個數字I/O變量與35個模擬I/O變量。

4.3 設計系統框圖監控界面

為了清晰展示系統的實際運行功能的監控界面，了解光伏發電系統的運行模式，相關工作人員在完成系統框架圖的設計工作時應明確界面的主要組成部分，包括光伏控制器、蓄電池、離網光伏發電逆變器、并網光伏發電逆變器、交流負載以及單軸系統等。

4.4 建立動態連接

動態連接的關鍵在于獲得現場的實際運行數據，保證實時數據與HMI監控界面圖素的對應，并實時監控系統運行狀態，包括運行系統的光照度、溫度、濕度；儀表采集的電壓值、電流值以及功率值；離網光伏發電系統或并網光伏發電系統的實際運行模式等。同時，這些數據信息可以通過通信服務傳輸至計算機，在力控界面顯示，也可以實現人機界面與運行設備的的雙向顯示[2]。

5 光伏發電建設的建議

在當前的社會中，分布式光伏發電技術具備較大的優勢，且發展速度較快，電網開始廣泛引入分布式發電系統，這也要求應不斷改進配電網系統，實現技術創新。對此，當前最為關鍵的研究問題則是在PLC技術基礎上改進設計分布式光伏發電控制系統，以更好的適應當前的電網運行情況。除了應明確具體的設計要求外，還應針對性的提出全面的運行對策，在遵循國家政策與法律法規的基礎上完善強化設計技術，為發電網的建設工作提供更多支持。

6 結 論

目前，我國光伏發電系統的建設水平得到了明顯提升，從而保證了國家光伏發電系統的實用性。在分布式光伏發電系統的建設過程中，相關工作人員應完善設計流程，改善設計方法，并嚴格按照相關準則運行，充分發揮光伏發電系統的實際功能，促進我國社會經濟的穩定快速發展。