刘一繁
中国水利水电第四工程局有限公司 青海省西宁市 810007
摘要：光伏发电是指利用光伏电池将太阳能直接转换为电能。光伏发电系统在能量转化率、设备成本以及实际应用等方面都有较好的发展前景。光伏发电具有无污染、无噪声、设备建设周期短、维护简单等特点，可进行大规模的推广和应用。光伏发电系统按照传送方式可分为独立、并网、分布式光伏发电三种模式，其中分布式光伏发电是指在用户用电现场分布并配置较小的光伏发电供电系统，以满足特定用户的用电需求，具有分散布置，集中管理的优势。以分布式光伏发电控制系统为研究对象，分析其控制结构、软硬件设计，以提升控制系统的自动化水平，提高系统运行效率，降低故障发生率。
关键词：分布式；光伏发电；控制系统；设计
能源开发与合理运用是国家发展的重要内容，但是能源开发也出现诸多环境问题，而这些环境问题则加剧现有环境污染的程度。技术研发对新能源开发以及实践运用提供较强的技术支持，尤其是风能等新能源得到更好的发展，通过这些清洁能源的合理运用可以逐渐减少煤炭等资源利用所导致的环境污染问题。而集散控制能将清洁能源作为发展基础，在光伏发电系统中进行运用从而改善传统光伏发电所造成的系统缺陷，这样可以保障电力能源储存、科学转化的效率。设计的分布式光伏发电控制系统经过测试和系统联调，并经现场实际使用，提升了控制系统的自动化水平和运行效率，通过监控平台，能够实时监测发电控制系统的运行状态和故障信息，达到设计目标。
1分布式光伏发电系统
分布式光伏发电系统可以将光能转化为电能,进而实现发电,其作业环节提倡就近发电、并网、转换和使用,是一种新型高效发电模式。分布式光伏发电系统具备输出功率小、污染小、发用电并存的优势,该系统的应用能够大大缓解用电紧张的问题,所以被广泛应用于配电网当中。在实际作业环节,分布式光伏发电系统大多以单极式并网和两极式并网的形式并网接入。其中,单极式并网主要有单极控制器控制,具备拓扑结构简单、元器件用量小、无中间储能、节约成本和能量转化率高的优势,但存在控制器性能要求高和直流母线电压不可控的缺陷。而两极式并网的控制器为内环电流控制器,其优势为交换环节独立控制、变流电输入宽、逆变环节高效且输入稳定,但此模式的缺陷则是拓扑结构复杂、成本高和能量损耗大。
2基本方案
集散控制在光伏发电技术中心运用体现出模式比较多样的特点，对工程方案进行研究模拟，重视对递进式工作系统进行合理的运用，这样可以保障最终的控制效果。所以基本方案是运用传感器对工程数据进行采集，借助计算机对数据进行深度的分析和价值判断，然后发布后续的控制命令。在这一过程中也可以运用通信模式进行命令发布，提高计算机对数据的判别效果。而拓扑结构也是应该关注到的内容，涵盖集散控制监控设备、控制中心以及通信和附属系统等，从而保障集散控制在当前光伏发电中的运用效果。
3硬件设计
分布式光伏发电控制系统核心硬件为PLC控制器，选用的型号为三菱FX5U-64MR。光伏发电控制系统的输入信号主要分为指令信号和位置/保护信号两类，指令信号有急停、复位、自动/手动等；位置/保护信号有方向旋钮、摆杆限位信号等。该控制系统可控制摆杆沿东西、西东以及垂直方向移动；利用旋钮可控制光伏组件向东、西、南、北四个方向旋转，以获得最多太阳光能。分布式光伏发电PLC控制器I/O输入地址分配表详情如表1I0.0～I0.7以及I1.0～I1.3所示。PLC控制器输入信号还包括测量光伏组件倾角的倾角传感器，为模拟量电流信号；温度传感器，用于检测光伏组件的温度；光照强度传感器，用于检测太阳光的光照强度。
控制系统根据采集的温度、光照强度数据，控制摆杆以及光伏组件自动移动或旋转，利用倾角传感器实时测量摆杆和光伏组件的倾角。光伏发电控制系统的输出信号主要由继电器和接触器构成，如控制灯光色变的继电器、控制蜂鸣器开关的继电器、控制直流/交流电信号的继电器，控制光伏发电系统离网以及并网的接触器等。
温度传感器选用的型号为CYB-20S-kW，该传感器以热电阻PT1000为热敏元件，可检测温度范围为-50～260℃，检测精度为!0.2%F.S，激励电压为12～24VDC，该温度传感器的外形、大小符合安装尺寸要求，检测精度满足系统要求。倾角传感器选用的型号为ZCT290L-LHS-17，该传感器为双轴结构，可测量X轴和Y轴两个方向的倾角，测量范围为!90°，可输出-10～10V的电压信号或4～20mA的电流信号。光照强度传感器选用的型号为ZCT182L-LHZ-1，该传感器的检测精度为!0.3%F.S，供电电源为12～24VDC。另外，分布式光伏发电控制系统的监控平台选用力控组态软件实现，PLC控制器与力控组态软件以RS485通信模式进行数据传送和映射。
4软件设计
4.1PLC设计
分布式光伏发电控制系统有手动和自动两种控制方式。在手动模式下，旋转/按下旋钮，光伏组件开始移动；当旋钮松开时，光伏组件停止移动；在自动模式下，按指定方向按下旋钮后，光伏组件开始按设定的速度移动，直到到达极限位置，然后向相反的方向移动并重复。在分布式光伏发电控制系统中，有东、西、南、北四个方向的旋钮，可以根据要求控制光伏组件按指定方向旋转。在手动模式下，按下旋钮，光伏组件按要求开始旋转，当旋钮松开（或到达极限位置）时，光伏组件停止旋转；在自动模式下，光伏组件可以模拟太阳，持续跟随手指朝固定方向运行，直到到达该方向的极限位置，停车T秒，然后反向行驶。分布式光伏发电控制系统的软件流程首先检测系统的通电情况，启动系统自检过程。如果自检过程中出现故障，将故障信息推送到监控平台，故障排除后可以恢复运行。在软件设计中增加了系统自恢复/复位功能，以保证系统在紧急情况下的连续运行。
4.2监控平台设计
分布式光伏发电控制系统监控平台的设计包括监控接口、数据接口和辅助接口。PLC控制器通过RS485通信方式将系统运行的所有数据传送给力控组态软件，并映射到控制器地址。监控平台通过用户登录界面，以用户名和密码的形式设计，可以实时查看和查询系统的历史数据，以及某个参数的曲线变化趋势，并打印系统数据报表。监控界面主要由运行管理、逆变器和负载监测、报警和参数设置组成。可实时查看方向水平/垂直限制按钮、方向按钮、灯光、温度/照明/倾斜传感器值的输入和输出数据。数据界面由曲线显示、历史数据查询、报表和打印组成。方便技术人员查看各参数历史信息及打印管理。辅助界面分为用户管理和密码修改，可以对用户信息进行添加、删除、修改，设置用户权限。
结论
综上研究可知集散控制已经在石油、冶金以及化工等行业中进行运用，并逐渐提高其控制效果。本文主要分析分散控制的内涵、基本框架以及在光伏发电系统中的应用，希望通过在光伏发电系统中进行运用从而改善传统光伏发电所造成的系统缺陷以更好的保障工作质量。这样可以保障控制活动的科学性以及技术运用的精准性，立足智能化提高监控器的配置效果，以此解决实际的系统控制问题。通过对分散控制进行合理的运用，可以保障电力能源储存、科学转化的效率。
参考文献：
[1]梁茂青.分布式控制在光伏发电技术中的应用分析[J].科技风，2019(14):197.
[2]孙孝文.探讨分布式控制在光伏发电技术中的应用[J].通讯世界，2019,26(02):140-141.