[发明专利]一种基于PLC控制器的光伏柴油互补型微电网系统

说明书

技术领域

本发明涉及光伏微电网的工业应用技术领域，尤其涉及一种基于PLC控制器的光伏柴油互补型微电网系统。

背景技术

离网型微电网能够有效解决偏远地区，如海岛、偏远山区等地区的供电问题，其在改善此类地区生活品质方面发挥着重要作用。近年来，国内外学者围绕独立型微电网开展了一系列的研究，其中独立型微电网优化控制是独立型微电网设计中需要解决的首要问题，是实现整个微电网系统效益最大化尤为重要的因素之一。

目前，海岛和矿山等离大电网比较偏远以及供电能力薄弱的地区，其负载用电量较大，而由于大电网的传输路径限制，其主电源的供给主要采取柴油发动机作为动力源，以燃烧化石能源的柴油来提供给现场负载所需要的电能，同时也会大量的CO2和硫化物气体排放到大气中，造成大气环境污染。

对于大多数的国家来说，目前柴油的成本通常为每升1-1.5美元（每千瓦时燃油发电的成本将超过0.30美元），而太阳能光伏系统发电的成本一般约为10-15美分/千瓦时。

而随着目前的晶体硅光伏太阳能电池板的转换效率日益升高，目前晶体硅太阳能电池板的转换效率一般在18%以上，按照光伏组件20年的使用寿命，光伏发电的每度电成本还在逐步下降。但是，光伏发电也有它的2个局限性。其一，为光伏电站发电容量不稳定，随着阳光的辐射度的强弱变化较大，晚间光伏电站不发电；其二，光伏组件的初期投资成本较高，安装地点有限制，目前市场上光伏电站的建设成本在7元每千瓦。

总上所述，综合可靠性和经济性方面考虑。海岛或者矿山等偏远地区的供电可以采用柴油发电机和光伏发电混合控制的策略，为了供电质量的提高，也可以在混合系统中加入适当的储能产品，做为混合发电系统的稳压器。而要保证此套柴油发电机+光伏的混合供电系统的稳定运行，需要一套功能完善可靠的智能控制器来检测和协调光伏和柴油发电机的功率平衡以来适应不断变化的负载需求。

一般的微电网发电系统都需要另外开发一套SCADA监控系统。SCADA监控系统往往是在微电网的发电系统中增加数据通讯和采集器，并另需要独立的服务器作为数据的存储和显示功能。通常的SCADA监控系统的造价高达数万到几十万元不等。

目前，SMA公司也曾经开发过类似的节省燃油的光伏-柴油发电机混合控制系统。该产品可使柴油发电机通过太阳能组件进行混合发电，这一混合式发电方式或许将带动偏远地区发电成本的下降。但此产品是基于DSP运算单元为核心的控制器，抗干扰能力有限，而且控制器也只能与SMA系列的产品进行通讯（逆变器，采集器等），通用性不强。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种抗干扰能力强、调控准确、运行可靠、通用性好的广泛应用在海岛，矿山或者沙漠等偏远无电力供应或电力供应薄弱地区的基于PLC控制器的光伏柴油互补型微电网系统。

为实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案：

一种基于PLC控制器的光伏柴油互补型微电网系统，光伏逆变器的输出三相、柴油发电机的输出三相与负载分别通过一路电控开关并联到交流母线，PLC控制器的通信控制模块分别连接光伏逆变器、柴油发电机和负载的控制端，PLC控制器的输入输出接口端连接到几个电控开关控制端。控制部分的核心是由一个PLC控制器组成，PLC通过自带的MODUBUS通讯接口与光伏逆变器，柴油发电机控制端和负载进行数据交互。这样，PLC可以同时接收实时的数据通讯信息来监控整个系统的运行。在整个控制系统中，可以实现以下几种控制功能：

1）有功功率和无功功率控制(P—Q控制)。通过调节并网逆变器电压和网络电压的相角差控制有功功率，通过调节并网逆变器的电压幅值控制无功功率；

2）快速负荷跟踪和储能。微电网中发电机的惯量较小，电源的响应时间又很长，当微电网与主网解列成孤岛运行时，提供储能设备才能维持微电网的正常运行。

3）频率调差控制。在微电网成孤岛运行时，要采取频率调差控制，改变柴油发电机组和光伏逆变器承担负荷的比例，使各机组出力在调节中按一定的比例且都不超标。

这样通过利用太阳能发电所发的电力，通过可靠的能量传输来有效降低柴油发电机的功率输出，从而起到节省燃油消耗和降低碳排放的效果。