一種基于plc控制器的光伏柴油互補(bǔ)型微電網(wǎng)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光伏微電網(wǎng)的工業(yè)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于PLC控制器的光伏柴油互補(bǔ)型微電網(wǎng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]離網(wǎng)型微電網(wǎng)能夠有效解決偏遠(yuǎn)地區(qū)，如海島、偏遠(yuǎn)山區(qū)等地區(qū)的供電問題，其在改善此類地區(qū)生活品質(zhì)方面發(fā)揮著重要作用。近年來，國內(nèi)外學(xué)者圍繞獨(dú)立型微電網(wǎng)開展了一系列的研究，其中獨(dú)立型微電網(wǎng)優(yōu)化控制是獨(dú)立型微電網(wǎng)設(shè)計(jì)中需要解決的首要問題，是實(shí)現(xiàn)整個微電網(wǎng)系統(tǒng)效益最大化尤為重要的因素之一。
[0003]目前，海島和礦山等離大電網(wǎng)比較偏遠(yuǎn)以及供電能力薄弱的地區(qū)，其負(fù)載用電量較大，而由于大電網(wǎng)的傳輸路徑限制，其主電源的供給主要采取柴油發(fā)動機(jī)作為動力源，以燃燒化石能源的柴油來提供給現(xiàn)場負(fù)載所需要的電能，同時也會大量的C02和硫化物氣體排放到大氣中，造成大氣環(huán)境污染。
[0004]對于大多數(shù)的國家來說，目前柴油的成本通常為每升1-1.5美元(每千瓦時燃油發(fā)電的成本將超過0.30美元)，而太陽能光伏系統(tǒng)發(fā)電的成本一般約為10-15美分/千瓦時。
[0005]而隨著目前的晶體硅光伏太陽能電池板的轉(zhuǎn)換效率日益升高，目前晶體硅太陽能電池板的轉(zhuǎn)換效率一般在18%以上，按照光伏組件20年的使用壽命，光伏發(fā)電的每度電成本還在逐步下降。但是，光伏發(fā)電也有它的2個局限性。其一，為光伏電站發(fā)電容量不穩(wěn)定，隨著陽光的輻射度的強(qiáng)弱變化較大，晚間光伏電站不發(fā)電；其二，光伏組件的初期投資成本較高，安裝地點(diǎn)有限制，目前市場上光伏電站的建設(shè)成本在7元每千瓦。
[0006]總上所述，綜合可靠性和經(jīng)濟(jì)性方面考慮。海島或者礦山等偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電可以采用柴油發(fā)電機(jī)和光伏發(fā)電混合控制的策略，為了供電質(zhì)量的提高，也可以在混合系統(tǒng)中加入適當(dāng)?shù)膬δ墚a(chǎn)品，做為混合發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)壓器。而要保證此套柴油發(fā)電機(jī)+光伏的混合供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，需要一套功能完善可靠的智能控制器來檢測和協(xié)調(diào)光伏和柴油發(fā)電機(jī)的功率平衡以來適應(yīng)不斷變化的負(fù)載需求。
[0007]—般的微電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)都需要另外開發(fā)一套SCADA監(jiān)控系統(tǒng)。SCADA監(jiān)控系統(tǒng)往往是在微電網(wǎng)的發(fā)電系統(tǒng)中增加數(shù)據(jù)通訊和采集器，并另需要獨(dú)立的服務(wù)器作為數(shù)據(jù)的存儲和顯示功能。通常的SCADA監(jiān)控系統(tǒng)的造價高達(dá)數(shù)萬到幾十萬元不等。
[0008]目前，SMA公司也曾經(jīng)開發(fā)過類似的節(jié)省燃油的光伏-柴油發(fā)電機(jī)混合控制系統(tǒng)。該產(chǎn)品可使柴油發(fā)電機(jī)通過太陽能組件進(jìn)行混合發(fā)電，這一混合式發(fā)電方式或許將帶動偏遠(yuǎn)地區(qū)發(fā)電成本的下降。但此產(chǎn)品是基于DSP運(yùn)算單元為核心的控制器，抗干擾能力有限，而且控制器也只能與SMA系列的產(chǎn)品進(jìn)行通訊(逆變器，采集器等)，通用性不強(qiáng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種抗干擾能力強(qiáng)、調(diào)控準(zhǔn)確、運(yùn)行可靠、通用性好的廣泛應(yīng)用在海島，礦山或者沙漠等偏遠(yuǎn)無電力供應(yīng)或電力供應(yīng)薄弱地區(qū)的基于PLC控制器的光伏柴油互補(bǔ)型微電網(wǎng)系統(tǒng)。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
一種基于PLC控制器的光伏柴油互補(bǔ)型微電網(wǎng)系統(tǒng)，光伏逆變器的輸出三相、柴油發(fā)電機(jī)的輸出三相與負(fù)載分別通過一路電控開關(guān)并聯(lián)到交流母線，PLC控制器的通信控制模塊分別連接光伏逆變器、柴油發(fā)電機(jī)和負(fù)載的控制端，PLC控制器的輸入輸出接口端連接到幾個電控開關(guān)控制端?？刂撇糠值暮诵氖怯梢粋€PLC控制器組成，PLC通過自帶的M0DUBUS通訊接口與光伏逆變器，柴油發(fā)電機(jī)控制端和負(fù)載進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。這樣，PLC可以同時接收實(shí)時的數(shù)據(jù)通訊信息來監(jiān)控整個系統(tǒng)的運(yùn)行。在整個控制系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)以下幾種控制功能:
1)有功功率和無功功率控制(P—Q控制)。通過調(diào)節(jié)并網(wǎng)逆變器電壓和網(wǎng)絡(luò)電壓的相角差控制有功功率，通過調(diào)節(jié)并網(wǎng)逆變器的電壓幅值控制無功功率；
2)快速負(fù)荷跟蹤和儲能。微電網(wǎng)中發(fā)電機(jī)的慣量較小，電源的響應(yīng)時間又很長，當(dāng)微電網(wǎng)與主網(wǎng)解列成孤島運(yùn)行時，提供儲能設(shè)備才能維持微電網(wǎng)的正常運(yùn)行。
[0011]3)頻率調(diào)差控制。在微電網(wǎng)成孤島運(yùn)行時，要采取頻率調(diào)差控制，改變柴油發(fā)電機(jī)組和光伏逆變器承擔(dān)負(fù)荷的比例，使各機(jī)組出力在調(diào)節(jié)中按一定的比例且都不超標(biāo)。
[0012]這樣通過利用太陽能發(fā)電所發(fā)的電力，通過可靠的能量傳輸來有效降低柴油發(fā)電機(jī)的功率輸出，從而起到節(jié)省燃油消耗和降低碳排放的效果。
[0013]作為優(yōu)選，還包括儲能雙向逆變器，儲能雙向逆變器通過一路斷路器并聯(lián)到交流母線，PLC控制器的通信控制模塊連接儲能雙向逆變器的控制端，斷路器的控制端連接到PLC控制器的輸入輸出接口端。儲能雙向逆變器一端連接電池組，可在光伏發(fā)電富余時進(jìn)行儲存，需要時逆變成高壓電輸出備用，增加了整個系統(tǒng)的可調(diào)控性和穩(wěn)定性。
[0014]作為優(yōu)選，包括一個控制電柜，控制電柜正面設(shè)置觸摸屏，PLC控制器的人機(jī)接口端連接到觸摸屏，觸摸屏上還有參數(shù)設(shè)置和修改界面。觸摸屏可實(shí)時顯示各個發(fā)電設(shè)備和負(fù)載的動態(tài)變化以及運(yùn)行數(shù)據(jù)，當(dāng)系統(tǒng)報(bào)警時候，也可以在界面上顯示對應(yīng)的報(bào)警信息。系統(tǒng)的相關(guān)控制參數(shù)，也可以在觸摸屏上進(jìn)行手動修改和輸入。觸摸屏具有整個微網(wǎng)系統(tǒng)的監(jiān)控顯示SCADA軟件的功能，這樣起到SCADA監(jiān)控作用，方便可靠，操作簡單，費(fèi)用在萬元以下，可節(jié)約大量的安裝成本。
[0015]作為優(yōu)選，所述的PLC控制器包含若干功能塊實(shí)現(xiàn)特定的控制功能，功能塊調(diào)用次級的程序結(jié)構(gòu)組織塊來編程實(shí)現(xiàn)。通過設(shè)定的邏輯結(jié)構(gòu)塊，不同的功能塊之間通過設(shè)定的邏輯結(jié)構(gòu)塊相互調(diào)用和通信，并構(gòu)成整體程序。結(jié)構(gòu)清楚，編程操作性強(qiáng)，利于實(shí)現(xiàn)各種控制策略。
[0016]作為優(yōu)選，所述的功能塊實(shí)現(xiàn)的功能有啟動，離網(wǎng)控制，并網(wǎng)控制，并/離網(wǎng)轉(zhuǎn)換控制，手動控制。有各種功能塊控制策略可選，操作性強(qiáng)。
[0017]本發(fā)明的一種基于PLC控制器的光伏柴油互補(bǔ)型微電網(wǎng)系統(tǒng)，通過PLC控制器控制光伏柴油發(fā)