温室用风光互补发电系统的设计.pdf

null7null科 技 纵 横农业开发与装备 2020年第1期温室用风光互补发电系统的设计吴 丹，张智杰，高菊玲，金文忻，章成诚，高 辉（江苏农林职业技术学院，江苏句容 212400）摘要：针对农业生产供电不方便，传统的光伏温室大棚在持续阴雨天下发电量不能满足用电量的问题，设计了一种专门针对温室大棚使用的风光互补发电系统，同时还将农业用电设备和发电系统用PLC联合控制，实现了发电量根据用电量的智能调控。调试结果表明，系统的稳定性较高，可以满足农户需求。关键词：温室；风光互补；PLC0 引言新能源的利用问题已成为当今人类发展的主要方向之一，风光互补发电作为一种新能源发电方式，已经得到了越来越广泛的应用，例如风光互补路灯、风光互补通信基站、风光互补气象站等1。我国部分地区的温室大棚已经应用了太阳能发电，但是也存在着一些问题，例如长三角地区会出现连续天阴雨天气致使太阳能发电不足，易造成电池过放，损坏电池并且供电不足，需要电网供电。冬季和春季这样的情况尤为明显2。但是天气不良情况下往往是伴随大风，针对这种情况，可以用风光互补发电系统代替传统的太阳能发电系统，使温室大棚可以脱离电网供电成为自给自足的独立式发用电系统，这在供电不方便的农田中尤为适用。1 系统方案设计本设计采用PLC和组态软件控制实现风光互补发电，系统主要由风力发电机、光伏组件、风力控制器、光伏控制器、蓄电池、逆变器和负载组成3。风力发电机将风能转换为电能，经由风力控制器进行整流和直流变换，得到标准直流电压给蓄电池充电，最后经过逆变器给负载供电。光伏组件将太阳能转换为电能，经由光伏控制器进行直流变换，同样也得到标准直流电压给蓄电池充电，最后经过逆变器给负载供电。由于温室用电设备主要考虑有光照设备，进行温室温湿度调节的湿帘水泵电动机、风机电动机和遮阳网电动机等4，均为交流负载，所以温室用电设备全部和逆变器输出端相连。且温室所有用电设备的平均功率约在 2 kW，负荷较低，使用风光互补发电十分适合5。图1 系统框架图但是，是风能和太阳能都具有不确定性的显著特点，如果需要给用电设备稳定的供电，风力发电和光伏发电之间如何进行互补，怎样和蓄电池配合进行充放电是关键问题，本文基于PLC和三维力控组态软件进行风光互补的发电系统设计，保证温室大棚在任何时刻用电，都具有稳定的电能6（图1）。3 控制系统设计控制系统的设计需要考虑以下问题：在晴天有风状态下，采取光伏和风力联合发电；在晴天无风状态下，采取光伏发电；在阴雨天有风状态下，采取风力发电；在阴雨天并且无风状态下，采用蓄电池供电；当蓄电池的电量达到上限时，切断对蓄电池的充电回路并进行过充报警；当蓄电池的电量接近下限时，切断蓄电池的放电回路并进行过放报警。因此，设计了如图2所示的控制流程图：图2 控制系统设计流程图4 系统软硬件设计4.1 PLC设计7本系统采用西门子S7-200系列PLC，I/O分配表如表1所示：表1 I/O分配表输入设备 地址 输出设备 地址湿帘水泵电动机按钮SB1 I0.0 光伏发电KA1 Q0.0风机按钮SB2 I0.1 风电发电KA2 Q0.1遮阳网电动机按钮SB3 I0.2 蓄电池KA3 Q0.2光照设备按钮SB4 I0.3 湿帘水泵电动机KA4 Q0.3遮阳网打开限位SQ1 I0.4 风机KA5 Q0.4遮阳网关闭限位SQ2 I0.5 遮阳网电动机KA6 Q0.5光照度传感器 AIW0 光照设备KA7 Q0.6风速传感器 AIW2 过充报警灯HL1 Q0.7过放报警灯HL2 Q1.0故障指示灯HL3 Q1.1与I/O分配表相对应的PLC控制线路接线图如图3所示：图3 PLC控制线路接线图基金项目：江苏省大学生创新创业训练计划项目（201813103003Y）作者简介：吴丹（1986），女，硕士研究生，讲师，从事农业电气化技术研究。null8null科 技 纵 横农业开发与装备 2020年第1期4.2 力控组态软件设计力控组态软件和PLC配合使用，可以实现风光互补发电，界面图如图4所示：图4 力控组态界面4.3 系统调试PLC和力控软件综合调试结果表明：光伏发电和风力发电能够根据流程图的要求自动投入或者切除；蓄电池的电量基本能保持在上限与下限之间，很少出现过充和过放问题；设备在运行期间能保证其供电量，做到了自给自足，不需要电网另外供电。5 结语 针对农业的现代化、智能化要求，本文设计的温室用风光互补发电系统，不仅使农业用电更加灵活，更加清洁，符合农业现代化的要求；还将负载与发电系统连为一体，系统可以根据负载的大小随时进行发电量的调整，符合智能化的要求。在系统的试用过程中，本设计的稳定性已经达到了传统供电方式的稳定性，并且可移动性强，不需要另外敷设电线，很好的满足了农户需求。参考文献1 魏德仙等.风光互补供电的空气质量监测系统设计J.自动化仪表，2014，（08）.2 焦利利等.风光互补发电系统设计J.山西电子技术，2015，（01）.3 赵丽君.基于PLC的风光互补发电控制系统设计J.承德石油高等专业学校学报，2013，（8）.4 刘永华.基于PLC与WinCC组态软件的智能温室控制系统设计J.农业科技与装备，2014，（10）.5 章庆.基于温室大棚的风光互补发电系统应用探究J.资源节约与环保，20018（04）.6 马虹.一种基于改进遗传算法的风光互补移动基站智能供电系统设计J.电子器件，2016，（08）.7 刘永华，姜秀玲.电气控制与PLC应用技术M.北京：北京航空航天大学出版社，2014.受疫情影响，全省生猪存栏量大幅下跌。至2019年6月，生猪存栏量环比2018年同期下降超过25%，种猪存栏同比下降超26%。对于全省生猪养殖企业和养殖户，这无疑是一次重大打击，许多经济实力较弱的企业和个人均推出养殖市场，其他企业也缩减养殖规模、缩减投入成本，这也就造成全省生猪养殖产业短期内很难恢复（图2）。3 疫情防控措施 到目前为止，世界各国均未能研发出成熟有效疫苗，相应的有效治疗药物和疗法业尚处研究阶段，因此在非洲猪瘟爆发的各个国家和地区现阶段，在发病疫区只能采用扑杀和必要的生物安全措施来控制疫情的发展。即对所有发病猪、病死猪以及疑似感染病例均采取扑杀，并进行彻底无害化处理。同时，对于畜舍、运输车辆、污染物品进行彻底消毒。在疫区周边地区，对于易感猪场采取严格的生物安全措施，即限制人员、运输工具的流动；加强整体环境卫生消毒；对于易感猪群进行严密检查。因此，对于非洲猪瘟疫情的防控还要有赖于国家层面的技术投入，2019年10月18日，由中国农业科学院兽医研究所所长步志高带领的团队，联合中国科学院院士饶子和团队，经过卓绝努力获得首张非洲猪瘟病毒结构高清图，此项研究将助力于非洲猪瘟疫苗的开发。参考文献1 常华，花群义，段纲，等.非洲猪瘟的研究进展J.中国畜牧兽医，2007，34（1）：116-118.2 孙怀昌.非洲猪瘟病毒研究进展J.中国预防兽医学报，2006，28（1）：117-120.3 王华，王君玮，徐天刚，等.非洲猪瘟的疫情分布和传播及其控制J.中国兽医科学，2010，（4）：438-440.4 陈泽，罗建勋，殷宏.非洲猪瘟的生物媒介J.畜牧兽医学报，2011，42（5）：605-612.5 李秋霞，滕达，王建华，等.非洲猪瘟的风险分析和防控措施J.动物医学进展，2009，（9）：109-113.6 陆继爽，格日勒图.非洲猪瘟流行病学研究进展J.中国畜牧兽医，2015，42（12）：3377-3382.（上接第96页）