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）