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本(ben)研究設計(ji)了一(yi)款(kuan)風光儲一(yi)體的(de)新(xin)型電(dian)力系統(tong)，采用可(ke)編程控(kong)制器(qi)西門(men)子(zi)S7-1200為(wei)核心(xin)控(kong)制器(qi)，結(jie)合力控(kong)組(zu)態軟件(jian)為(wei)平(ping)臺，搭建遠(yuan)程監(jian)控(kong)系統(tong)，實現對新(xin)型電(dian)力系統(tong)站端(duan)控(kong)制與遠(yuan)程監(jian)視，進(jin)一(yi)步提升了電(dian)力系統(tong)的(de)運行效率。

風光儲一體新型電力系統

設(she)計的風光(guang)儲一體新型(xing)電(dian)力系統(tong)基于(yu)傳(chuan)感技術、能(neng)源發電(dian)與管(guan)控技術，集風力光(guang)伏發電(dian)、儲能(neng)系統(tong)及智(zhi)能(neng)輸電(dian)于(yu)一體，包括(kuo)硬件(jian)、軟件(jian)兩(liang)大平臺，其中(zhong)硬件(jian)包括(kuo)可再(zai)生(sheng)能(neng)源發電(dian)中(zhong)心(xin)、儲能(neng)運行管(guan)理中(zhong)心(xin)及負載及控制中(zhong)心(xin)(硬件(jian)框架(jia)如圖1所(suo)示)，軟件(jian)平臺主要(yao)為新型(xing)電(dian)力系統(tong)遠程監控系統(tong)。

可再生能源發電中心

可再生能(neng)源(yuan)發(fa)電(dian)(dian)(dian)中心由光伏(fu)(fu)組(zu)件、風(feng)力發(fa)電(dian)(dian)(dian)機、匯流箱及(ji)風(feng)光互補控(kong)制器構成，選用的光伏(fu)(fu)組(zu)件為單(dan)晶硅類(lei)型(xing)，采用防水樹脂封裝(zhuang)，單(dan)塊功率達(da)90 Wp，安(an)裝(zhuang)于41*41*2．0型(xing)C型(xing)鋼搭建而成的光伏(fu)(fu)支架上。風(feng)力發(fa)電(dian)(dian)(dian)機額定(ding)功率100 W，啟動(dong)風(feng)速(su)2 m/s，當(dang)風(feng)力達(da)到切入風(feng)速(su)時，風(feng)輪旋轉牽引發(fa)電(dian)(dian)(dian)裝(zhuang)置(zhi)發(fa)電(dian)(dian)(dian)。

匯流(liu)箱是(shi)實現光(guang)伏組件(jian)有序連接(jie)及匯流(liu)功(gong)能的接(jie)線裝置(zhi)，光(guang)伏組件(jian)通過匯流(liu)箱串接(jie)形成(cheng)光(guang)伏陣列，再連接(jie)至風(feng)光(guang)互補控制(zhi)器光(guang)伏輸(shu)入(ru)端，風(feng)機輸(shu)入(ru)端接(jie)風(feng)力發(fa)電機。

儲能運行管理中心

儲能(neng)(neng)運行管理中心由智(zhi)能(neng)(neng)監(jian)控模塊(kuai)、并(bing)網配電、變(bian)流器及(ji)儲能(neng)(neng)模塊(kuai)構成。智(zhi)能(neng)(neng)監(jian)控模塊(kuai)可采集(ji)變(bian)流器、儲能(neng)(neng)等信息，并(bing)網配電可實(shi)現(xian)供電或電站接入公共電網，配電箱內配有雙向電能(neng)(neng)表(biao)，用于(yu)計量(liang)上網電量(liang)及(ji)從市電所獲電量(liang)。

變流器是(shi)新(xin)型電(dian)力系統的重要部(bu)件，是(shi)連接(jie)風光能、儲(chu)(chu)能、公(gong)(gong)共電(dian)網及負載之間的能源轉(zhuan)換連接(jie)，可實(shi)現光伏能給(gei)與儲(chu)(chu)能、公(gong)(gong)共電(dian)網或(huo)負載、儲(chu)(chu)能給(gei)與公(gong)(gong)共電(dian)網或(huo)負載、公(gong)(gong)共電(dian)能給(gei)予(yu)儲(chu)(chu)能或(huo)負載。

選用(yong)的(de)變(bian)流器型號為(wei)MUSTPH1800-PRO，額定功(gong)率為(wei)3 kW，額定電池(chi)電壓(ya)(ya)、光伏陣列MPPT電壓(ya)(ya)、交流電壓(ya)(ya)分(fen)(fen)別為(wei)24 V、150～430 V及230 V(AC)，轉換效率達(da)90%以上。儲能(neng)(neng)模塊包含儲能(neng)(neng)電池(chi)與電池(chi)管(guan)理系統兩部分(fen)(fen)，前者采用(yong)磷酸鐵鋰作為(wei)正極(ji)材料，由8節標(biao)稱電壓(ya)(ya)/容量(liang)3．2 V/32 Ah的(de)單體電池(chi)串聯而成(cheng)，后者負責監控(kong)電池(chi)儲能(neng)(neng)單元內各電池(chi)的(de)運行狀(zhuang)態，包括(kuo)單體/電池(chi)組電壓(ya)(ya)、電流、溫度、SOC及SOH。

負載及控制中心

負載及(ji)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)中(zhong)心(xin)主要(yao)包括(kuo)集中(zhong)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)與(yu)(yu)用能模(mo)塊(kuai)(kuai)，集中(zhong)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)模(mo)塊(kuai)(kuai)包括(kuo)可編程(cheng)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)與(yu)(yu)繼(ji)(ji)電(dian)器(qi)、接(jie)觸器(qi)等。其中(zhong)可編程(cheng)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)主要(yao)由西門子S7－1200構成，通(tong)過可編程(cheng)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)(PLC)實現對(dui)繼(ji)(ji)電(dian)器(qi)及(ji)接(jie)觸器(qi)的控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)，最終完(wan)成用能模(mo)塊(kuai)(kuai)的設(she)置，通(tong)過485通(tong)信進行PLC與(yu)(yu)儲能管理中(zhong)心(xin)的有(you)效連接(jie)，還可用PLC進行變流(liu)器(qi)能源來源的選擇(ze)。用能模(mo)塊(kuai)(kuai)主要(yao)由交(jiao)流(liu)報(bao)警燈、交(jiao)流(liu)風扇、變頻器(qi)與(yu)(yu)電(dian)機、模(mo)擬量執行器(qi)及(ji)充電(dian)樁(zhuang)5種負載構成。

硬件設計

輸入設計

新型電(dian)力系(xi)統輸入(ru)(ru)信(xin)(xin)(xin)號(hao)包(bao)括兩類，即指令(ling)性(xing)輸入(ru)(ru)信(xin)(xin)(xin)號(hao)與(yu)模擬量輸入(ru)(ru)信(xin)(xin)(xin)號(hao)。其(qi)中(zhong)指令(ling)性(xing)輸入(ru)(ru)信(xin)(xin)(xin)號(hao)主要與(yu)負載及控制中(zhong)心開關按(an)(an)(an)鈕(niu)(niu)盤按(an)(an)(an)鈕(niu)(niu)關聯(lian)，包(bao)括急停、切(qie)換開關及SB1－SB88個自鎖型按(an)(an)(an)鈕(niu)(niu)。模擬量輸入(ru)(ru)信(xin)(xin)(xin)號(hao)主要來自用能模塊模擬量執行(xing)器角度、變頻器頻率模擬輸出信(xin)(xin)(xin)號(hao)。

輸出設計

新(xin)型電(dian)力系(xi)統輸出信號(hao)包括指(zhi)令(ling)性輸出信號(hao)與(yu)模(mo)(mo)擬量輸出信號(hao)。其中指(zhi)令(ling)性輸出主要(yao)由(you)4個接觸(chu)器(qi)(qi)與(yu)10個繼電(dian)器(qi)(qi)實現，模(mo)(mo)擬量輸出信號(hao)可用來控制用能模(mo)(mo)塊模(mo)(mo)擬量執行器(qi)(qi)順時(shi)針/逆時(shi)針運行角(jiao)度、變頻器(qi)(qi)工作(zuo)頻率。以多能互補供電(dian)模(mo)(mo)式開(kai)啟負載交流(liu)報警燈為例(li)，I/O分配表與(yu)繼電(dian)器(qi)(qi)及接觸(chu)器(qi)(qi)定義如表1所示(shi)。

軟件設計

站端功能設計

采用西(xi)門子S7－1200(CPU1215C DC/DC/ＲLY)可(ke)編程(cheng)控制器(qi)，集(ji)合了14數(shu)字(zi)量(liang)輸入(ru)/10數(shu)字(zi)量(liang)輸出、2路模擬輸入(ru)/輸出、PＲOFINT(以太網)接口、板載I/O狀態指示等。基于TIA Portal V15.1軟件進行PLC源程(cheng)序(xu)的編寫及(ji)調試。

例如(ru)，按(an)(an)下SB1按(an)(an)鍵開(kai)(kai)啟多(duo)能互補供電(dian)模式(shi)，松開(kai)(kai)該按(an)(an)鍵關閉多(duo)能互補供電(dian)。按(an)(an)下SB2按(an)(an)鍵，按(an)(an)照圖2開(kai)(kai)啟交(jiao)(jiao)流(liu)報警燈(deng)，即交(jiao)(jiao)流(liu)紅燈(deng)從(cong)(cong)(cong)(cong)2s開(kai)(kai)始(shi)運行(xing)16s結(jie)束，交(jiao)(jiao)流(liu)黃燈(deng)從(cong)(cong)(cong)(cong)4s開(kai)(kai)始(shi)運行(xing)12s結(jie)束，交(jiao)(jiao)流(liu)綠燈(deng)從(cong)(cong)(cong)(cong)6s開(kai)(kai)始(shi)運行(xing)8s結(jie)束，交(jiao)(jiao)流(liu)蜂鳴器從(cong)(cong)(cong)(cong)8s開(kai)(kai)始(shi)運行(xing)4s結(jie)束。

其中(zhong)儲能(neng)供電選擇(ze)通過PLC與儲能(neng)運(yun)行管理(li)中(zhong)心(xin)(xin)智能(neng)監(jian)控中(zhong)心(xin)(xin)485通信，智能(neng)監(jian)控中(zhong)心(xin)(xin)通信地(di)址(zhi)可(ke)自定義設置，多(duo)能(neng)互(hu)補供電選擇(ze)寫入地(di)址(zhi)為(wei)(wei)44101，數據格式為(wei)(wei)8位數據位、1位停止位、無校驗(yan)，波特(te)率(lv)為(wei)(wei)9600 bps。

在(zai)SB1按下變流(liu)(liu)器(qi)軟起成功后再按下SB2，打開(kai)(kai)報(bao)警(jing)(jing)燈供電開(kai)(kai)關并啟(qi)動開(kai)(kai)啟(qi)延(yan)時(shi)(shi)定時(shi)(shi)器(qi)TON，當定時(shi)(shi)器(qi)計時(shi)(shi)值達(da)到(dao)2 s時(shi)(shi)開(kai)(kai)啟(qi)交流(liu)(liu)紅燈，4s時(shi)(shi)開(kai)(kai)啟(qi)交流(liu)(liu)黃(huang)燈，6s和8s分(fen)別開(kai)(kai)啟(qi)綠燈與(yu)蜂鳴器(qi)，并在(zai)規定結(jie)束(shu)時(shi)(shi)間(jian)關閉相(xiang)應的報(bao)警(jing)(jing)燈。

遠端功能設計

遠(yuan)端(duan)監控系(xi)統主要基于ForceControl 7.1組(zu)態(tai)軟件(jian)進行(xing)(xing)設計，通過界面繪制、數據庫配置、動態(tai)連接及(ji)運行(xing)(xing)調試實現負載與(yu)控制中(zhong)心及(ji)儲能(neng)運行(xing)(xing)管(guan)理(li)中(zhong)心的(de)數據監控。

主(zhu)要包括負載(zai)與控制中心單(dan)相(xiang)液晶(jing)多功(gong)能電(dian)(dian)(dian)力儀表采集(ji)交流(liu)報(bao)警(jing)燈工作(zuo)電(dian)(dian)(dian)壓、電(dian)(dian)(dian)流(liu)、功(gong)耗(hao)，儲能運行管理中心4塊(kuai)單(dan)相(xiang)液晶(jing)多功(gong)能電(dian)(dian)(dian)力儀表采集(ji)風光(guang)儲網電(dian)(dian)(dian)壓、電(dian)(dian)(dian)流(liu)數據，電(dian)(dian)(dian)池(chi)組(zu)與單(dan)體電(dian)(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)(dian)壓、電(dian)(dian)(dian)流(liu)、溫(wen)度、SOC及SOH數據，涵(han)蓋模擬I/O變量(liang)56個(ge)。

設(she)(she)置(zhi)變量前應注意添加(jia)I/O設(she)(she)備，設(she)(she)備名稱(cheng)為PLC，通(tong)信方(fang)式選擇TCP/IP網(wang)絡，設(she)(she)備IP地址添加(jia)為PLC地址。添加(jia)完(wan)成后(hou)進行數據庫組態設(she)(she)置(zhi)，選擇添加(jia)模(mo)擬(ni)點(dian)。

例如(ru)(ru)，添加交(jiao)流報警燈工作(zuo)電(dian)(dian)壓，點名(ming)填(tian)寫b1dy，量程上(shang)限與(yu)裸(luo)數(shu)據上(shang)限分別設置為(wei)1000、10000，數(shu)據連接(jie)選擇(ze)連接(jie)I/O設備PLC，增加連接(jie)項填(tian)寫寄存器類型M，偏移地址300，數(shu)據類型為(wei)16位無符號。數(shu)據點連接(jie)如(ru)(ru)負荷(he)交(jiao)流報警燈工作(zuo)電(dian)(dian)壓，雙(shuang)擊彈出動畫連接(jie)彈窗后選擇(ze)數(shu)值輸(shu)出模擬，填(tian)寫表達式(shi)b1dy．pv后點擊確定(ding)即可(ke)。

結束語

風(feng)光(guang)儲(chu)一(yi)(yi)體新(xin)型電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)(li)系統(tong)是(shi)一(yi)(yi)種基于(yu)傳(chuan)感技術、能源發電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)與管(guan)控(kong)技術，集合風(feng)力(li)(li)光(guang)伏(fu)發電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)、儲(chu)能系統(tong)及智(zhi)能輸(shu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)于(yu)一(yi)(yi)體的新(xin)型能源系統(tong)，包(bao)括可再生能源發電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)中心(xin)、儲(chu)能運行管(guan)理中心(xin)及負(fu)載(zai)及控(kong)制中心(xin)三大部(bu)件(jian)，以西(xi)門子(zi)S7-1200作為(wei)控(kong)制單(dan)元(yuan)，實現儲(chu)能運行管(guan)理中心(xin)變流器(qi)供電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)模式的選擇及負(fu)載(zai)工(gong)作狀態控(kong)制，通過力(li)(li)控(kong)組(zu)態軟件(jian)實現遠端監控(kong)，進行風(feng)光(guang)荷(he)儲(chu)網電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓、電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流等(deng)相關數據與磷酸(suan)鐵鋰電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池組(zu)及單(dan)體電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池1～8的電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓、電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流、溫(wen)度、SOC及SOH數據監控(kong)，整體上運行可靠(kao)，達到(dao)了設計目的。