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1.前言

传统的风光互补系统采用了继电器和接触器控制，控制的功能单一且能量转化较低。接触器和继电器控制由于需要占用较多的机械触点，加上复杂的外部接线导致整个控制系统的线路极度复杂，在后续的维护和管理上较为困难。传统的光互补系统发电系统均采用人工半自动化控制，根据风力和光伏的启动运行均靠人工判定是否满足转能条件，该种情况的供电转能效率太低。基于PLC控制的风光双路协助供电系统中剥离人工参与的中间环节，提高整套系统的转能协助供电的效率。并且为了实现数字化监控，远程监控整个风光互补协助供电系统，需要对整个供电闸有初步的了解，监控蓄电池是否出现虚放电或者漏电等情况产生的高温，其次就是整个储能单元的供电蓄能情况。

2.正文

2.1选题研究背景及意义

本次设计采用了PLC实现对风光双路协助供电系统控制，相较于传统的接触器和继电器控制，PLC可以通过I/O端口集成控制输入和输出端，并且可以添加模拟量端口配合光照和采风传感器实现对发电环境的检测，由于风力和光伏发电主要是依靠太阳光和风两种自然资源，光照强度越高和风速越大其转化出的电力则越高，在处于低转能状态传统的风光双路协助供电系统则一直处于合闸转能，此时转能效率低下且回收电能几乎不计，采用PLC控制可以通过传感器检测合理触发风电和光伏接入的条件，互补供电效能更高。其次在安全上采用了温度传感器检测蓄电池，通过温度判定蓄电池是否存在漏电、过载、虚放电的情况下诱发高温，导致整个系统无法蓄电储能，并采用了双制措施，设计备用蓄电池接替。系统采用PLC下位机控制，HMI人机交互实现远程监控反馈，将整个风光双路协助供电系统设计的运行情况实时反馈，并可视化检测温度、供电情况，让整个系统具备了高

效功能、安全可靠、智能监控为一体。

2.2国内外研究现状

随着中国经济可持续发展，国内的对能源应用规划逐渐崛起为风光双路协助供电系统市场提供了大量的需求，加上电力供给紧张的现状，智能化风光双路协助供电的战略地位越来越重要。早在2001年我国MUCE就在海岛电源供给上开发出一套新型的MUCE风光互补系统推广至社会，这种系统采用了我国自主研发的垂直轴风力发电机H型和太阳发电形成10比4的结合，改系统的电力输送较为稳定可靠。

发展至今随着CSP控制和算法的研发成熟，也在不断应用于智能风光双路供电系统当中，日本诸多风光供电系统都是采用无人管理自动化运营。相应的日本也形成了较为完善的风光双路供电系统自动化管理模式，不仅在控制上应用了诸多算法、通信、检测等手段，管理上也采用了计算机云端监控等方式，使得该套系统逐渐能贴合当今风光双路供电系统发展的先进前沿。

2.3智慧农业风光双路协助供电系统的介绍及控制要求

风光互补发电系统的能量来源于自然界中的风能和太阳能，通过风力发电机和光伏电池板将风能和太阳能转化为电能，再由控制器整合为稳定的直流电，经过逆变器变成交流电供给负载使用，这其中会出现发电过多有所剩余的情况，所以将多余的电能储存到蓄电池中，当发电量不足的时候，再由逆变器转化为交流电供给负载，满足用户的用电需求。控制器是整个系统最重要的组成部分，可以看成是整个系统的核心，它不仅能够调节光伏电池板和风力发电机发电的功率，还能够控制蓄电池的充放电。蓄电池是系统中的储能装

置，用来存放不能及时使用掉的电能。

（1）确定整个智慧农业风光双路协助供电系统的组成机构，根据农场的实际用电量，布局设计出光伏和风力的驱动功率大小，满足储能和负载供电需求。分析并制定出的驱动方式和运行原理。细化整个系统的设计方案，完成对智慧农业风光双路协助供电系统控制的具体功能确定。制定出整个控制单元的系统组成框架，以及各个动作的功能工艺要求。

（2）根据智慧农业风光双路协助供电系统功能要求完成对PLC可编程控制器的选型以及功能分析，对PLC选择的各个模块进行详细的叙述，完成并制定出PLC的I/O分配表。

（3）完成硬件的选择，对本次控制中所需要的硬件进行选型，列如逆变器、传感器、降压器等，对选型的硬件参数进行逐一的分析确定，并根据本次设计的工艺要求完成硬件选型型号的确定。

（4）完成整个农业风光双路协助供电系统的主电路图和控制电路图，让整个系统形成一个闭环控制体系。

（5）根据本次制定的农业风光双路协助供电系统的工艺流程和动作步骤制定出系统功能的流程图，确定系统的参数和各个元件的执行逻辑关系。

（6）通过西门子博图软件完成对S7-1500PLC的LAD梯形图编程，并通过软件自带的SIM仿真器对程序的运行逻辑进行仿真调试，调试步骤需要按照系统功能流程图逐一调试。

（7）设计完成HMI人机交互界面的绘制，完成PLC和HMI的通信连接，并通过仿真实现PLC和HMI的联动调试仿真，通过手动设定虚拟参数验证整个系统的可行性，验证HMI界面对整个智慧农业风光双路协助供电系统的实时监控反馈是否正确。

2.4研究方法

整个风光双路协助供电主要针对的是农业供电以及蓄电储能的要求，该设计主要有光伏太阳能采光部和风力发电机组两个采能部实现能量的转电共计，通过回收的电力可以直接输出直流负载也可以通过变压器输出交流负载，并输出至农用220V和380V的负载端，整个农业需求要达到30KW的供电标准，蓄电池的储能要求需要达到72小时。为保证蓄电池的安全储能采用了双制措施，设置了备用蓄电池，在主蓄电池在充放电的过程中出现过载或者漏电的情况发生超温，可以通过切换备用蓄电池继续工作。通过PLC可编程控制器实现集成控制控制双路供电的信号端，采用HMI人机交互界面实现上位机的监控反馈。光伏和风力的接入供电需要满足光照传感器和风速传感器的限定标准，实现最佳转能。

3.结论

基于PLC的智慧农业风光双路协助供电系统采用了西门子S7-1500作为核心控制器，并结合监控采用了HMI人机交互界面，界面不仅可以显示整个系统的运行情况，还可以对风光供电中传感器的参数进行读取并可视化的呈现，方便用户及时了解整个系统的运行情况。过程中首先明确了整个智慧农业风光双路协助供电系统所具备的功能以及需要的硬件选型，根据农也供电所需要的用电量对光伏和风电转能块进行设计，核算出输出对等蓄电池容量。合理的制定出I/O分配表和PLC外部接线图，并完成程序的流程设计。程序上采用了西门子博图V16进行梯形图的编写，最后通过博图V16PLCSIM软件对程序进行离线模式下的调试仿真，根据I/O表和控制流程逐一测试整个系统的运行步骤是否正确。同时设计了HMI人机交互界面，人机交互界面实时监测反馈整个系统的运行情况，为保证HMI的运行正确通过软件实现与程序的通信建立实时仿真，HMI需要和PLC建立通信温度、亮度、风速的度数参数可以直接在HMI上可视化呈现。通过本次设计解决了农业风光双路协助供电系统中的高效节能以智能化高效转能，通过风速传感器和亮度传感器让系统自动触

发光伏和风电接入，确保转能的效率，同时在供电路中设置了双制安全措施，采用了备用蓄电池通过温度传感器检测是否存在过流或者过载现象出现的超温，导致蓄电问题，通过温度传感器自动触发切换机制，大大提高了整个系统的安全性。整个农业风光双路协助供电不仅能满足农业供电的需求，对等能实现3天的农业用电蓄电作业，大大保障了农业生产供电的需求。未来的农业风光双路协助供电系统的发展还是会朝着高效节能的趋势发展，在原有的性能基础上，增添更多人性化、智能化的应用。

 

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