基于PLC的中小型风光互补发电系统的配电柜

摘要

本发明公开了一种基于PLC的中小型风光互补发电系统的配电柜，包括PLC、交流母线、直流母线、多个用于控制交流支路与交流母线连接的开关组合、多个用于控制直流支路与直流母线连接的直流断路器；用于检测各交流支路上电参数的交流电表、用于检测各直流支路电参数的直流电表、并网控制模块以及触摸屏；每个开关组合包括与交流母线连接的接触器、与接触器并联的固态继电器、与接触器连接的交流断路器；PLC通过Modbus协议与交流电表和直流电表通信；PLC与并网控制模块相连，并网控制模块通过继电器控制接触器，并网控制模块与固态继电器的控制端相连，PLC与触摸屏相连。本发明适用于组建中小型风光互补发电系统。

权利要求

1.一种基于PLC的中小型风光互补发电系统的配电柜，其特征在于包括PLC、交流母线、直流母线、多个用于控制交流支路与交流母线连接的开关组合、多个用于控制直流支路与直流母线连接的直流断路器；用于检测各交流支路上电参数的交流电表、用于检测各直流支路电参数的直流电表、并网控制模块以及触摸屏；每个开关组合包括与交流母线连接的接触器、与接触器并联的固态继电器、与接触器连接的交流断路器；PLC通过Modbus协议与交流电表和直流电表通信；PLC与并网控制模块相连，并网控制模块通过继电器控制接触器，并网控制模块与固态继电器的控制端相连，PLC与触摸屏相连。

2.根据权利要求1所述的配电柜，其特征在于还包括与PLC相连的RS485/TCP转换器。

3.根据权利要求1所述的配电柜，其特征在于还包括用于指示接触器闭合状态的指示灯。

4.根据权利要求1所述的配电柜，其特征在于还包括与PLC相连的按钮。

说明书

基于PLC的中小型风光互补发电系统的配电柜

技术领域

[0001] 本发明属于新能源的开发与利用领域，主要涉及风力发电、太阳能发电的并网以及配电管理，具体是基于PLC的中小型风光互补发电系统的配电柜。

背景技术

[0002] 风能和太阳能作为清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。我国自2006年1月1日实施《可再生能源法》法后，各地也都在大力开发利用可再生能源，特别是风能和太阳能。目前这些可再生能源的开发利用主要有两种形式：一种是大功率的直接并网发电(如600kW以上的风力发电和100kW以上的太阳能发电)，它不涉及到负荷；另一种是小型或微型的独立发电系统(如500W或以下的风光互补路灯、景观照明等)，它一般给单独的电器供电。如今市场上的民用风光互补发电系统可提供的功率范围在200W-20kW，通常独立运行，可用于偏远地区居民的供电问题，解决农村公共设施照明和用电问题等，由于一般配套一台风机和光伏发电装置，结构简单。在中小型风光互补发电系统中，如果配套多台风机、光伏发电装置、负载、辅助源等，需要对能量进行分配管理，各电源的投入切除控制和电参数的监控等操作，但现有的配电柜不适用于管理控制中小型风光互补发电系统。

发明内容

[0003] 本发明的目的是针对现有技术的不足提供一种用于能量分配管理、电源投入切出控制、电参数监控、操作方便的基于PLC的中小型风光互补发电系统的配电柜。

[0004] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

[0005] 一种中小型风光互补发电系统的配电柜，其特征在于包括PLC、交流母线、直流母线、多个用于控制交流支路与交流母线连接的开关组合、多个用于控制直流支路与直流母线连接的直流断路器；用于检测各交流支路上电参数的交流电表、用于检测各直流支路电参数的直流电表、并网控制模块以及触摸屏；每个开关组合包括与交流母线连接的接触器、与接触器并联的固态继电器、与接触器连接的交流断路器；PLC通过Modbus协议与交流电表和直流电表通信；PLC与并网控制模块相连，并网控制模块通过继电器控制接触器，并网控制模块与固态继电器的控制端相连，PLC与触摸屏相连。

[0006] 进一步的，还包括与PLC相连的RS485/TCP转换器。

[0007] 进一步的，还包括用于指示接触器闭合状态的指示灯。

[0008] 进一步的，还包括与PLC相连的按钮。

[0009] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：

[0010] 本发明将各交流源和直流源连接到相应交流母线或直流母线上，集中监测电流、电压、交流频率和功率等电参数，集中装配在配电柜里，方便管理；有良好的人机界面，所述的触摸屏能够直接读取和改写PLC中的寄存器数据，并以图形或数字形式直观的显示出来；并网时采用固态继电器与接触器并联，实现软并网；分手动控制和自动控制模式，同时PLC可通过RS485/TCP转换器连到局域网中，由计算机远程读出数据，进行负载预测、能量预测、历史数据报表等进一步的能力管理系统；可以根据负载的变化，有效地进行能量分配管理控制。

附图说明

[0011] 图1是本发明配电柜的结构示意图。

[0012] 图2是开关组合的结构示意图。

[0013] 图中示出，1：开关组合，2：电流互感器，3：交流母线，4：直流母线，5：直流断路器，11：接触器，12：固态继电器，13：交流断路器。

具体实施方式

[0014] 如图1所示，A1、A2、……、An代表交流支路的连接端口，n一般取4～6，本实施例中，n取4。A1外接市电，A2接无刷双馈发电系统，A3、A4接交流负载。D1、D2、……、Dn代表直流支路的连接端口，n一般取4～6，本实施例中，n取5。D1接光伏发电装置系统，D2接永磁同步发电系统，D3、D4和D5接蓄电池组及其充放电控制器。其中无刷双馈发电机功率20kW，光伏发电装置功率10kW，永磁同步发电机功率12kW，蓄电池组容量为12V150Ah×27，负载为照明、供热等。本实施案例中直流母线通过逆变器与交流母线相连。外接的发电系统都有自己的控制器，采用Modbus协议与配电柜中的PLC交换数据。

[0015] 外接交流电源或交流负载通过开关组合1连到交流母线3。开关组合1如图2所示，交流断路器13上端外接交流电源或负载，下端与接触器11相连，接触器11与固态继电器13并联。而外接的直流源通过直流断路器5与直流母线4相连。如图1所示，a1、a2、……、an为交流支路上的电压信号采集点，分别连到相应的交流电表上，交流电表还通过设置于开关组合1与交流母线3之间的电流互感器2来测量电参数。d1、d2、……、dn为直流支路上的电压、电流信号采集点，分别连到相应的直流电表上。交流电表为多功能智能交流电表，可测量的电参数包括电流、电压、频率、有功功率、无功功率和视在功率。直流电表为多功能智能直流电表，可测量的电参数包括电流和电压。PLC通过Modbus读取交流电表和直流电表各自测得的电参数。然后PLC通过RS232与触摸屏通信，触摸屏将相应数据显示。配电柜可通过RS485/TCP转换器连到局域网中，远程计算机可读取PLC中数据，负载预测、能量预测、历史数据报表等进一步的能力管理系统。

[0016] 配电柜控制分成手动控制和自动控制两种模式。手动控制模式下，控制指令通过按钮或触摸屏向PLC手动输入命令，例如输入市电合闸命令，PLC将此命令传给并网控制模块，并网控制模块检测a1和交流母线上的电压信号，判断两者电压的频率、幅值和相位是否一致，如果一致并网控制模块控制相应的固态继电器和继电器闭合，继电器再控制接触器闭合，使市电连到交流母线上。如果输入市电分闸指令到PLC，同样PLC将此命令传给并网控制模块，并网控制模块直接控制相应的固态继电器和继电器断开，继电器再控制接触器断开，由于固态继电器与接触器并联，可以实现软切换。而指示灯与接触器的辅助触头串联在二次线路中，可以显示相应交流支路的合闸状态，并且该状态可反馈到PLC，再在触摸屏上显示。而自动控制模式下，PLC通过能量管理控制程序自动对蓄电池充放电管理，电源切换等工作。