风光互补发电系统设计方案.doc

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1、 风光互补发电系统设计方案目 录引 言4一、风光互补发电系统的结构4二、设备及工艺过程描述5三、工作任务6任务一：光伏供电装置61器件安装62. 布线与接线7任务二：光伏供电系统71器件安装72布线与接线73. 光伏电池组件的光源跟踪调试9任务三：风力供电装置101器件安装102. 布线与接线11任务四：风力供电系统111. 器件安装112布线与接线113. 调试12任务五：逆变与负载系统131器件安装132布线与接线143. 逆变与负载系统部分设备和器件的调试14结论与谢辞15四、附录15附1：151、风光互补发电控制程序：151、主程序152、手动程序163、自动程序21风能程序：251、

2、主程序252、手动程序263、自动程序28附2：302、组态跟踪监控控制界面：3044风光互补发电系统设计引 言太阳能和风能作为清洁、无污染、方便易得的可再生建筑能源，越来越受到人们的青睐，它在建筑中的应用有着其它能源不可比拟的优越性，正在全球飞速发展。太阳能光伏发电系统安全可靠、无噪音、无振动、无污染、无需消耗燃料，无需架设输电线路即可就地发电供电，建设周期短、可靠性高、维护简便，对于缓解常规能源的短缺和减少环境污染具有重要的意义，目前我国在太阳能利用方面取得了可喜的成就。呼东站房作为呼和浩特地区重要的特大型铁路客运站房，具有重要的地理交通位置，这一新技术的应用，为可持续发展的绿色能源技术与

3、系统在铁路站房领域的应用开辟了新的篇章。一、 风光互补发电系统的结构风光互补发电系统主要由风力发电机组、太阳能光伏电池组、控制器、蓄电池、逆变器、交流直流负载等部分组成，系统结构图见附图。该系统是集风能、太阳能及蓄电池等多种能源发电技术及系统智能控制技术为一体的复合可再生能源发电系统。 风光互补发电系统结构图(1)风力发电部分是利用风力机将风能转换为机械能，通过风力发电机将机械能转换为电能，再通过控制器对蓄电池充电，经过逆变器对负载供电； (2)光伏发电部分利用太阳能电池板的光伏效应将光能转换为电能，然后对蓄电池充电，通过逆变器将直流电转换为交流电对负载进行供电； (3)逆变系统由几台逆变器组

4、成，把蓄电池中的直流电变成标准的220v交流电，保证交流电负载设备的正常使用。同时还具有自动稳压功能，可改善风光互补发电系统的供电质量； (4)控制部分根据日照强度、风力大小及负载的变化，不断对蓄电池组的工作状态进行切换和调节：一方面把调整后的电能直接送往直流或交流负载。另一方面把多余的电能送往蓄电池组存储。发电量不能满足负载需要时，控制器把蓄电池的电能送往负载，保证了整个系统工作的连续性和稳定性； (5)蓄电池部分由多块蓄电池组成，在系统中同时起到能量调节和平衡负载两大作用。它将风力发电系统和光伏发电系统输出的电能转化为化学能储存起来，以备供电不足时使用。 风光互补发电系统根据风力和太阳辐射

5、变化情况，可以在以下三种模式下运行：风力发电机组单独向负载供电；光伏发电系统单独向负载供电；风力发电机组和光伏发电系统联合向负载供电。二、 设备及工艺过程描述设备以“风光互补发电实训系统”为载体，该设备由光伏供电装置、光伏供电系统、风力供电装置、风力供电系统、逆变与负载系统和监控系统组成，如图1所示。（a） （b） （c） （d） （e） （f）图1 风光互补发电实训系统（a）光伏供电装置（b）风力供电装置（c）光伏供电系统（d）风力供电系统（e）逆变与负载系统（f）监控系统三、工作任务任务一：光伏供电装置1器件安装光伏供电装置主要由光伏电池组件、投射灯、光线传感器、光线传感器控制盒、水平方向

6、和俯仰方向运动机构、摆杆、摆杆减速箱、摆杆支架、单相交流电动机、电容器、直流电动机、接近开关、微动开关、底座支架等设备与器件组成，如图2所示，光伏供电装置的光伏电池组件偏移方向的定义和摆杆移动方向的定义已在图中标明。除了投射灯、摆杆支架和光线传感器之外，其他部件和设备已安装完成。图2 光伏供电装置要求：将2盏投射灯、摆杆支架和光线传感器正确地安装在光伏供电装置上。靠近摆杆的投射灯定义为投射灯1（简称灯1），另1盏投射灯定义为投射灯2（简称灯2）。2. 布线与接线整理2盏投射灯的引线并正确地与接插座连接。任务二：光伏供电系统1器件安装光伏供电系统主要由光伏电源控制单元、光伏输出显示单元、触摸屏、

7、光伏供电控制单元、DSP控制单元、接口单元、西门子S7-200 CPU226PLC、继电器组、接线排、蓄电池组、可调电阻、断路器、12V开关电源、5V开关电源、网孔架等组成。除了光伏供电控制单元外，其他部件和设备已安装完成。要求：将光伏供电控制单元安装在光伏供电系统的网孔板上。2布线与接线光伏供电系统的光伏供电控制单元没有接线、西门子S7-200 CPU226PLC接线拆除（除了AC220V电源线和DC24V电源线），其他部件和设备已完成接线（走线槽已经安装好）。要求：（1）完成光伏供电控制单元接线，接线要有合理的线标套管。线标套管号码从A01至A99排列，线标套管号码除了同1根导线两端一致外

8、，不得与其他导线的线标套管号码重复命名，图3是线标套管号码示意图。图3 线标套管号码示意图（2）表2是西门子S7-200 CPU226PLC的配置要求，根据该配置完成西门子S7-200 CPU226PLC的接线，接线要有合理的线标套管，线标套管号码要求与要求（1）相同。表2 西门子S7-200 CPU226PLC的配置序号输入输出配置序号输入输出配置1I0.0旋转开关自动挡23I2.6摆杆东西向限位开关2I0.1启动按钮24I2.7摆杆西东向限位开关3I0.2急停按钮25Q0.0启动按钮指示灯4I0.3向东按钮26Q0.1向东按钮指示灯5I0.4向西按钮27Q0.2向南按钮指示灯6I0.5向北

9、按钮28Q0.3向西按钮指示灯7I0.6向南按钮29Q0.4向北按钮指示灯8I0.7灯1按钮30Q0.5灯1按钮指示灯、KA7线圈9I1.0灯2按钮31Q0.6灯2按钮指示灯、KA8线圈10I1.1东西按钮32Q0.7东西按钮指示灯11I1.2西东按钮33Q1.0西东按钮指示灯12I1.3停止按钮34Q1.1停止按钮指示灯13I1.4摆杆接近开关垂直限位35Q1.2继电器KA1线圈14I1.5未定义36Q1.3继电器KA2线圈15I1.6光伏组件向东、向西限位开关37Q1.4继电器KA3线圈16I1.7未定义38Q1.5继电器KA4线圈17I2.0光伏组件向北限位开关39Q1.6继电器KA5线

10、圈18I2.1光伏组件向南限位开关40Q1.7继电器KA6线圈19I2.2光线传感器（光伏组件）向东信号411M0V20I2.3光线传感器（光伏组件）向南信号422M0V21I2.4光线传感器（光伏组件）向西信号431LDC24V22I2.5光线传感器（光伏组件）向北信号442LDC24V3. 光伏电池组件的光源跟踪调试 根据光伏供电控制单元的按钮定义，操作光伏供电控制单元上的相关按钮，光伏电池组件、投射灯和摆杆作相应的动作。要求：（1）光伏供电控制单元的选择开关有两个状态，选择开关拨向左边时，PLC处在手动控制状态，可以进行光伏电池组件跟踪、灯状态、摆杆运动操作。选择开关拨向右边时，PLC处

11、在自动控制状态，按下启动按钮，PLC执行自动控制程序。（2）PLC处在手动控制状态时，按下向东按钮，向东按钮的指示灯亮，光伏电池组件向东偏转3秒后停止偏转运动，向东按钮的指示灯熄灭。在光伏电池组件向东偏转的过程中，再次按下向东按钮，向东按钮的指示灯熄灭，光伏电池组件停止偏转运动。按下向西按钮，向西按钮的指示灯亮，光伏电池组件向西偏转3秒后停止偏转运动，向西按钮的指示灯熄灭。在光伏电池组件向西偏转的过程中，再次按下向西按钮，向西按钮的指示灯熄灭，光伏电池组件停止偏转运动。向东按钮和向西按钮在程序上采取互锁关系。向北按钮和向南按钮的作用与向东按钮和向西按钮的作用相同（3）PLC处在手动控制状态时，

12、按下灯1按钮或灯2按钮，灯1按钮或灯2按钮的指示灯亮，投射灯1或投射灯2亮。再次按下灯1按钮或灯2按钮，灯1按钮或灯2按钮的指示灯熄灭，投射灯1或投射灯2熄灭。（4）PLC处在手动控制状态时，按下东西按钮，东西按钮的指示灯亮，摆杆由东向西方向移动。在摆杆由东向西方向移动的过程中，再次按下东西按钮，东西按钮的指示灯熄灭，摆杆停止运动。摆杆由东向西方向移动处于极限位置时，东西按钮的指示灯熄灭，摆杆停止移动。如果按下西东按钮，西东按钮的指示灯亮，摆杆由西向东方向移动。在摆杆由西向东方向移动的过程中，再次按下西东按钮，西东按钮的指示灯熄灭，摆杆停止运动。摆杆由西向东方向移动处于极限位置时，西东按钮的指

13、示灯熄灭，摆杆停止移动。东西按钮控制和西东按钮控制在程序上采取互锁关系。（5）PLC处在自动控制状态，按下启动按钮，摆杆向东连续移动，到达摆杆极限位置时，摆杆停止移动。该过程中，投射灯不亮。1秒钟后，投射灯1和投射灯2亮，光伏电池组件对光跟踪，对光跟踪结束时，摆杆由东向西方向连续移动，光伏电池组件对光跟踪。当摆杆到达摆杆极限位置时，摆杆停止移动，光伏电池组件对光跟踪结束，投射灯熄灭。1秒钟后，摆杆向东连续移动，到达垂直接近开关位置时，摆杆停止移动，投射灯1和投射灯2亮，光伏电池组件对光跟踪，对光跟踪结束时，投射灯熄灭。1秒钟后，投射灯1亮1秒熄灭，1秒钟后，投射灯2亮1秒熄灭，自动控制程序结束

14、。在自动控制状态下，当按下停止按钮或急停按钮时，投射灯熄灭、摆杆和光伏电池组件停止运动。 任务三：风力供电装置1器件安装风力供电装置主要由叶片、轮毂、发电机、机舱、尾舵、侧风偏航机械传动机构、直流电动机、塔架和基础、测速仪、测速仪支架、轴流风机、轴流风机支架、轴流风机框罩、单相交流电动机、电容器、风场运动机构箱、护栏、连杆、滚轮、万向轮、微动开关和接近开关等设备与器件组成，如图5所示。风场运动机构箱运动方向的定义已在图中标明。除了叶片、轮毂、尾舵、侧风偏航机械传动机构之外，其他部件和设备已安装完成。 图4 风力供电装置要求：将叶片、导流罩、尾舵、侧风偏航机械传动机构正确地安装在风力发电机上。2

15、. 布线与接线整理侧风偏航机械传动机构的引线并正确地与接插座连接。任务四：风力供电系统 1. 器件安装风力供电系统主要由风电电源控制单元、风电输出显示单元、触摸屏、风力供电控制单元、DSP控制单元、接口单元、西门子S7-200 CPU224PLC、变频器、继电器组、5V开关电源、接线排、可调电阻、断路器、网孔架等组成。除了风力供电控制单元外，其他部件和设备已安装完成。要求：将风力供电控制单元安装在风力供电系统的网孔板上。2布线与接线风力供电系统的风力供电控制单元没有接线、西门子S7-200 CPU224PLC接线拆除（除了电源线和DC24V电源线），其他部件和设备已完成接线（走线槽已经安装好）

16、。要求：（1）完成风力供电控制单元接线，接线要有合理的线标套管。线标套管号码从B01至B99排列，线标套管号码除了同1根导线两端一致外，不得与其他导线的线标套管号码重复命名，图6是线标套管号码示意图。图6 线标套管号码示意图（2）表5是西门子S7-200 CPU224PLC的配置要求，根据该配置完成西门子S7-200 CPU224PLC的接线，接线要有合理的线标套管，线标套管号码要求与要求（1）相同。表5 西门子S7-200 CPU224PLC的配置序号输入输出配置序号输入输出配置1I0.0旋转开关自动挡15Q0.0启动按钮指示灯2I0.1启动按钮16Q0.1逆时按钮指示灯3I0.2急停按钮1

17、7Q0.2顺时按钮指示灯4I0.3顺时按钮18Q0.3侧风偏航按钮指示灯5I0.4逆时按钮19Q0.4恢复按钮指示灯6I0.5侧风偏航按钮20Q0.5停止按钮指示灯7I0.6恢复按钮21Q0.6继电器KA9线圈8I0.7停止按钮22Q0.7继电器KA10线圈9I1.0风速检测信号23Q1.0继电器KA11线圈10I1.1侧风偏航初始位开关24Q1.1继电器KA12线圈11I1.2侧风偏航90到位开关251M0V12I1.3侧风偏航45到位开关262M0V13I1.4风场机构逆时到位开关271L+24V14I1.5风场机构顺时到位开关282L+24V3. 调试 根据风力供电控制单元的按钮定义操作

18、风力供电控制单元上的相关按钮，模拟风场和风力发电机作相应的动作。要求：（1）风力供电控制单元的选择开关有两个状态，选择开关拨向左边时，PLC处在手动控制状态，可以进行风场运动机构箱的运动控制和侧风偏航控制。选择开关拨向右边时，PLC处在自动控制状态，按下启动按钮，PLC执行自动控制程序。（2）PLC处在手动控制状态时，按下顺时按钮，顺时按钮的指示灯亮，风场运动机构箱顺时移动，当风场运动机构箱移动到限位开关时，顺时按钮的指示灯熄灭，风场运动机构箱停止移动。风场运动机构箱在作顺时移动时，再次按下顺时按钮，顺时按钮的指示灯熄灭，风场运动机构箱停止移动。如果按下逆时按钮，逆时按钮的指示灯亮，风场运动机

19、构箱逆时移动，当风场运动机构箱移动到限位开关时，逆时按钮的指示灯熄灭，风场运动机构箱停止移动。风场运动机构箱在作逆时移动时，再次按下逆时按钮，逆时按钮的指示灯熄灭，风场运动机构箱停止移动。顺时按钮控制和逆时按钮控制在程序上采取互锁关系。（3）PLC处在手动控制状态时，按下偏航按钮，偏航按钮指示灯亮，风力发电机作侧风偏航，尾翼偏转到45左右的位置，侧风偏航结束，偏航按钮指示灯熄灭，此时按下恢复按钮，恢复按钮的指示灯亮，风力发电机撤销侧风偏航，当尾翼回到初始状态时，恢复按钮的指示灯熄灭。（4）设置控制轴流风机的变频器参数，频率为040Hz。启动轴流风机旋转，轴流风机可作变速旋转。（5）PLC处在自

20、动控制状态时，启动轴流风机旋转，按下启动按钮，风场装置作顺时运动，当风场运动机构箱顺时移动到限位开关时，风场装置作逆时运动，当风场运动机构箱逆时移动到限位开关时，风场运动机构箱停止移动，自动运行程序结束。PLC处在自动控制状态，调节控制轴流风机的变频器的频率，当风速超过DSP控制器规定值时，风力发电机作侧风偏航，当风速低于DSP控制器规定值时，风力发电机撤销侧风偏航。风场运动机构箱作顺时运动和逆时运动在程序上采取互锁关系。任务五：逆变与负载系统1器件安装逆变与负载系统主要由逆变电源控制单元、逆变输出显示单元、逆变器、逆变器参数检测模块、变频器、三相交流电机、发光管舞台灯光模块、警示灯、接线排、

21、断路器、网孔架等组成。除了逆变电源控制单元、逆变输出显示单元、逆变器、逆变器参数检测模块、警示灯、接线排、断路器已安装完成外，其他部件和设备未安装。要求：将变频器、三相交流电机、发光管舞台灯光模块安装在逆变与负载系统网孔板内。2布线与接线逆变与负载系统除了变频器、三相交流电机、发光管舞台灯光模块没有接线外，其他部件和设备已完成接线（走线槽已经安装好）。要求：（1）完成变频器接线，接线要有合理的线标套管。线标套管号码从C01至C99排列，线标套管号码除同1根导线两端一致外，其余不得重复命名，图7是线标套管号码示意图。图7 线标套管号码示意图（2）完成三相交流电机接线，接线要有合理的线标套管，线标

22、套管号码要求与要求（1）相同。（3）完成发光管舞台灯光模块接线，接线要有合理的线标套管，线标套管号码要求与要求（1）相同。3. 逆变与负载系统部分设备和器件的调试要求：（1）设置变频器相关参数，操作变频器面上的相关板功能按钮，三相交流电机作变速旋转。（2）发光管舞台灯光模块的发光管亮。任务六：监控系统功能要求（1）设计监控系统的光源跟踪界面、风力供电系统界面和逆变与负载系统界面，分别显示各自的运行状态参数，参数单元应包含电压、电流等与系统相关的信息。（2）设计监控系统的光伏发电采集报表，采集数据不少于8次，5分钟记录一次光伏输出电压、光伏输出电流。（3）设计光伏电池组件输出特性曲线坐标表，实时

23、输出相关曲线。结论与谢辞风能和太阳能都是清洁能源，随着光伏发电技术、风力发电技术的日趋成熟及实用化进程中产品的不断完善，为风光互补发电系统的推广应用奠定了基础。风光互补发电系统推动了我国节能环保事业的发展，促进资源节约型和环境友好型社会的建设。 总之，相信随着设备材料成本的降低、科技的发展、政府扶持政策的推出，该清洁、绿色、环保的新能源发电系统将会得到更加广泛的应用。四、附录4.1 参考文献【1】 胡敏主编 深入浅出西门子S7-300/400PLC 北京航空航天出版社，2009【2】 李安定主编太阳能光伏发电系统工程 北京工业大学出版社，2001【3】 电力工业部电力规划设计总院编(纪雯主编) 电力系统设计手册中国电力出版社，1998【4】 殷瑞祥主编 电路与模拟电子技术 高等教育出版社，2003 附1：1、风光互补发电控制程序：太阳能程序：1、主程序2、手动程序3、自动程序风能程序：1、主程序2、手动程序3、自动程序附2：2、组态跟踪监控控制界面：