1 引言

隨著能源危機日益臨近，新能源已經成為今后世界上的主要能源之一，風光互補系統應運而生。本文分析設計一種基于PLC的風光伏互補發電系統，該系統是利用太陽能電池方陣、風力發電機將太陽能與風能轉化成電能，并存儲到蓄電池組中，當用戶需要用電時，逆變器將蓄電池組中儲存的直流電轉變為交流電，通過輸電線路送到用戶負載處。是風力發電機和太陽電池方陣兩種發電設備共同發電，構成分布式電源。

2 硬件系統組成

本文分析設計風光伏互補發電系統主要由光伏供電裝置、光伏供電系統、風力供電裝置、風力供電系統、逆變與負載系統與監控系統等部分組成，如圖1.

圖1?KNT-WP01型風光互補發電實訓系統外形圖

2.1 光伏供電裝置

光伏供電裝置主要由光伏電池組件、投射燈、光線傳感器、光線傳感器控制盒、水平方向和俯仰方向運動機構、擺桿、擺桿減速箱、擺桿支架、單相交流電動機、電容器、直流電動機、接近開關、微動開關、底座支架等設備與器件組成[3]。

光伏供電裝置的電站移動方向的定義和擺桿移動方向等的定義如圖2所示。

圖2?光伏供電裝置外形圖及方向定義

2.2 光伏供電系統

光伏供電系統主要由光伏電源控制單元、光伏輸出顯示單元、觸摸屏、光伏供電控制單元、DSP核心單元、信號處理單元、接口單元、西門子S7-200 SMART PLC、繼電器組、蓄電池組、可調電阻、開關電源、網孔架等組成。

2.3．風力供電裝置

風力供電裝置主要由水平軸永磁同步風力發電機、塔架和基礎、測速儀、測速儀支架、軸流風機、軸流風機支架、軸流風機框罩、單相交流電動機、電容器、風場運動機構箱、護欄、連桿、滾輪、萬向輪、微動開關和接近開關等設備與器件組成。如圖3所示是風力供電裝置示意圖，風場運動機構箱運動方向的定義已在圖3中標明。

圖3?風力供電裝置示意圖

2.4 風力供電系統

風力供電系統主要由風電電源控制單元、風電輸出顯示單元、觸摸屏、風力供電控制單元、DSP控制單元、接口單元、西門子S7-200 SMART PLC、變頻器、繼電器組、可調電阻、斷路器、應用軟件、開關電源、接線排、網孔架等組成。??? ? ? ?? ? ??

2.5 逆變與負載系統

逆變與負載系統主要由逆變電源控制單元、逆變輸出顯示單元、DSP核心單元、DC-DC升壓單元、單相橋逆變單元、變頻器、三相交流電機、發光管舞臺燈光模塊、警示燈、接線排、斷路器、繼電器、網孔架等組成。

2.6 監控系統

監控系統主要由計算機、工業交換機、串口服務器、智能無線終端、工業互聯網配置軟件、能源管理云平臺、組態軟件、接線排、網孔架等組成。計算機上的COM端口已拆除。

3?軟件仿真設計

本文系統應用MCGS為組態軟件，進行系統仿真[4]。MCGS(Monitor and Control Generated System，監視與控制通用系統)是基于Windows平臺的，用于快速構造和生成上位機監控系統的組態軟件系統，主要完成現場數據的采集與監測、前端數據的處理與控制等。具有容量小、速度快、成本低、真正嵌入、穩定性高、功能強大、通訊方便、操作簡便、支持多種設備，提供了所有常用的硬件設備的驅動等特點。

圖4 風光互補發電系統運營管理界面圖

4?系統工作原理

本文設計發電系統主要由光伏發電系統與風力發電系統兩部分組成。光伏發電系統的工作原理是，光照射在半導體的PN結上，使半導體內產生電子與空穴對，形成光生電動勢，在外加部接通電路就會產生電能，完成將光能轉化成電能的過程[5]。

圖5?光伏供電裝置與供電系統的安裝接線圖

風力發電的工作原理是：風以一定速度與角度作用于槳葉，帶動槳葉轉動，使槳葉上產生力矩，將風能轉化成機械能驅動發電機，最終產生電能[6]。

圖6?風力供電裝置與供電系統的安裝與接線圖

5?結束語

本文通過對基于PLC的風光伏互補發電系統的分析與設計,介紹了光伏發電系統和風力發電系統的基本原理，包括發電原理、基本特性等。表明該控制系統具有結構簡單、操作容易等諸多優點。我國的風能和太陽能資源十分豐富，風光互補發電產業具有良好的資源基礎。這在信息科技高度發達, 人機交流界面日趨人性化的今天, 風光互補系統有著深遠的影響和實用意義, 一定會就有廣大的發展前景。

編輯：黃飛

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