溫室用風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計.pdf

null7null科 技 縱 橫農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備 2020年第1期溫室用風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計吳 丹，張智杰，高菊玲，金文忻，章成誠，高 輝（江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇句容 212400）摘要：針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)供電不方便，傳統(tǒng)的光伏溫室大棚在持續(xù)陰雨天下發(fā)電量不能滿足用電量的問題，設(shè)計了一種專門針對溫室大棚使用的風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)，同時還將農(nóng)業(yè)用電設(shè)備和發(fā)電系統(tǒng)用PLC聯(lián)合控制，實現(xiàn)了發(fā)電量根據(jù)用電量的智能調(diào)控。調(diào)試結(jié)果表明，系統(tǒng)的穩(wěn)定性較高，可以滿足農(nóng)戶需求。關(guān)鍵詞：溫室；風(fēng)光互補；PLC0 引言新能源的利用問題已成為當(dāng)今人類發(fā)展的主要方向之一，風(fēng)光互補發(fā)電作為一種新能源發(fā)電方式，已經(jīng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，例如風(fēng)光互補路燈、風(fēng)光互補通信基站、風(fēng)光互補氣象站等1。我國部分地區(qū)的溫室大棚已經(jīng)應(yīng)用了太陽能發(fā)電，但是也存在著一些問題，例如長三角地區(qū)會出現(xiàn)連續(xù)天陰雨天氣致使太陽能發(fā)電不足，易造成電池過放，損壞電池并且供電不足，需要電網(wǎng)供電。冬季和春季這樣的情況尤為明顯2。但是天氣不良情況下往往是伴隨大風(fēng)，針對這種情況，可以用風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，使溫室大棚可以脫離電網(wǎng)供電成為自給自足的獨立式發(fā)用電系統(tǒng)，這在供電不方便的農(nóng)田中尤為適用。1 系統(tǒng)方案設(shè)計本設(shè)計采用PLC和組態(tài)軟件控制實現(xiàn)風(fēng)光互補發(fā)電，系統(tǒng)主要由風(fēng)力發(fā)電機、光伏組件、風(fēng)力控制器、光伏控制器、蓄電池、逆變器和負(fù)載組成3。風(fēng)力發(fā)電機將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能，經(jīng)由風(fēng)力控制器進(jìn)行整流和直流變換，得到標(biāo)準(zhǔn)直流電壓給蓄電池充電，最后經(jīng)過逆變器給負(fù)載供電。光伏組件將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，經(jīng)由光伏控制器進(jìn)行直流變換，同樣也得到標(biāo)準(zhǔn)直流電壓給蓄電池充電，最后經(jīng)過逆變器給負(fù)載供電。由于溫室用電設(shè)備主要考慮有光照設(shè)備，進(jìn)行溫室溫濕度調(diào)節(jié)的濕簾水泵電動機、風(fēng)機電動機和遮陽網(wǎng)電動機等4，均為交流負(fù)載，所以溫室用電設(shè)備全部和逆變器輸出端相連。且溫室所有用電設(shè)備的平均功率約在 2 kW，負(fù)荷較低，使用風(fēng)光互補發(fā)電十分適合5。圖1 系統(tǒng)框架圖但是，是風(fēng)能和太陽能都具有不確定性的顯著特點，如果需要給用電設(shè)備穩(wěn)定的供電，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電之間如何進(jìn)行互補，怎樣和蓄電池配合進(jìn)行充放電是關(guān)鍵問題，本文基于PLC和三維力控組態(tài)軟件進(jìn)行風(fēng)光互補的發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計，保證溫室大棚在任何時刻用電，都具有穩(wěn)定的電能6（圖1）。3 控制系統(tǒng)設(shè)計控制系統(tǒng)的設(shè)計需要考慮以下問題：在晴天有風(fēng)狀態(tài)下，采取光伏和風(fēng)力聯(lián)合發(fā)電；在晴天無風(fēng)狀態(tài)下，采取光伏發(fā)電；在陰雨天有風(fēng)狀態(tài)下，采取風(fēng)力發(fā)電；在陰雨天并且無風(fēng)狀態(tài)下，采用蓄電池供電；當(dāng)蓄電池的電量達(dá)到上限時，切斷對蓄電池的充電回路并進(jìn)行過充報警；當(dāng)蓄電池的電量接近下限時，切斷蓄電池的放電回路并進(jìn)行過放報警。因此，設(shè)計了如圖2所示的控制流程圖：圖2 控制系統(tǒng)設(shè)計流程圖4 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計4.1 PLC設(shè)計7本系統(tǒng)采用西門子S7-200系列PLC，I/O分配表如表1所示：表1 I/O分配表輸入設(shè)備 地址 輸出設(shè)備 地址濕簾水泵電動機按鈕SB1 I0.0 光伏發(fā)電KA1 Q0.0風(fēng)機按鈕SB2 I0.1 風(fēng)電發(fā)電KA2 Q0.1遮陽網(wǎng)電動機按鈕SB3 I0.2 蓄電池KA3 Q0.2光照設(shè)備按鈕SB4 I0.3 濕簾水泵電動機KA4 Q0.3遮陽網(wǎng)打開限位SQ1 I0.4 風(fēng)機KA5 Q0.4遮陽網(wǎng)關(guān)閉限位SQ2 I0.5 遮陽網(wǎng)電動機KA6 Q0.5光照度傳感器 AIW0 光照設(shè)備KA7 Q0.6風(fēng)速傳感器 AIW2 過充報警燈HL1 Q0.7過放報警燈HL2 Q1.0故障指示燈HL3 Q1.1與I/O分配表相對應(yīng)的PLC控制線路接線圖如圖3所示：圖3 PLC控制線路接線圖基金項目：江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（201813103003Y）作者簡介：吳丹（1986），女，碩士研究生，講師，從事農(nóng)業(yè)電氣化技術(shù)研究。null8null科 技 縱 橫農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備 2020年第1期4.2 力控組態(tài)軟件設(shè)計力控組態(tài)軟件和PLC配合使用，可以實現(xiàn)風(fēng)光互補發(fā)電，界面圖如圖4所示：圖4 力控組態(tài)界面4.3 系統(tǒng)調(diào)試PLC和力控軟件綜合調(diào)試結(jié)果表明：光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電能夠根據(jù)流程圖的要求自動投入或者切除；蓄電池的電量基本能保持在上限與下限之間，很少出現(xiàn)過充和過放問題；設(shè)備在運行期間能保證其供電量，做到了自給自足，不需要電網(wǎng)另外供電。5 結(jié)語 針對農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化、智能化要求，本文設(shè)計的溫室用風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)，不僅使農(nóng)業(yè)用電更加靈活，更加清潔，符合農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的要求；還將負(fù)載與發(fā)電系統(tǒng)連為一體，系統(tǒng)可以根據(jù)負(fù)載的大小隨時進(jìn)行發(fā)電量的調(diào)整，符合智能化的要求。在系統(tǒng)的試用過程中，本設(shè)計的穩(wěn)定性已經(jīng)達(dá)到了傳統(tǒng)供電方式的穩(wěn)定性，并且可移動性強，不需要另外敷設(shè)電線，很好的滿足了農(nóng)戶需求。參考文獻(xiàn)1 魏德仙等.風(fēng)光互補供電的空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計J.自動化儀表，2014，（08）.2 焦利利等.風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計J.山西電子技術(shù)，2015，（01）.3 趙麗君.基于PLC的風(fēng)光互補發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計J.承德石油高等專業(yè)學(xué)校學(xué)報，2013，（8）.4 劉永華.基于PLC與WinCC組態(tài)軟件的智能溫室控制系統(tǒng)設(shè)計J.農(nóng)業(yè)科技與裝備，2014，（10）.5 章慶.基于溫室大棚的風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用探究J.資源節(jié)約與環(huán)保，20018（04）.6 馬虹.一種基于改進(jìn)遺傳算法的風(fēng)光互補移動基站智能供電系統(tǒng)設(shè)計J.電子器件，2016，（08）.7 劉永華，姜秀玲.電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2014.受疫情影響，全省生豬存欄量大幅下跌。至2019年6月，生豬存欄量環(huán)比2018年同期下降超過25%，種豬存欄同比下降超26%。對于全省生豬養(yǎng)殖企業(yè)和養(yǎng)殖戶，這無疑是一次重大打擊，許多經(jīng)濟(jì)實力較弱的企業(yè)和個人均推出養(yǎng)殖市場，其他企業(yè)也縮減養(yǎng)殖規(guī)模、縮減投入成本，這也就造成全省生豬養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)短期內(nèi)很難恢復(fù)（圖2）。3 疫情防控措施 到目前為止，世界各國均未能研發(fā)出成熟有效疫苗，相應(yīng)的有效治療藥物和療法業(yè)尚處研究階段，因此在非洲豬瘟爆發(fā)的各個國家和地區(qū)現(xiàn)階段，在發(fā)病疫區(qū)只能采用撲殺和必要的生物安全措施來控制疫情的發(fā)展。即對所有發(fā)病豬、病死豬以及疑似感染病例均采取撲殺，并進(jìn)行徹底無害化處理。同時，對于畜舍、運輸車輛、污染物品進(jìn)行徹底消毒。在疫區(qū)周邊地區(qū)，對于易感豬場采取嚴(yán)格的生物安全措施，即限制人員、運輸工具的流動；加強整體環(huán)境衛(wèi)生消毒；對于易感豬群進(jìn)行嚴(yán)密檢查。因此，對于非洲豬瘟疫情的防控還要有賴于國家層面的技術(shù)投入，2019年10月18日，由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院獸醫(yī)研究所所長步志高帶領(lǐng)的團(tuán)隊，聯(lián)合中國科學(xué)院院士饒子和團(tuán)隊，經(jīng)過卓絕努力獲得首張非洲豬瘟病毒結(jié)構(gòu)高清圖，此項研究將助力于非洲豬瘟疫苗的開發(fā)。參考文獻(xiàn)1 常華，花群義，段綱，等.非洲豬瘟的研究進(jìn)展J.中國畜牧獸醫(yī)，2007，34（1）：116-118.2 孫懷昌.非洲豬瘟病毒研究進(jìn)展J.中國預(yù)防獸醫(yī)學(xué)報，2006，28（1）：117-120.3 王華，王君瑋，徐天剛，等.非洲豬瘟的疫情分布和傳播及其控制J.中國獸醫(yī)科學(xué)，2010，（4）：438-440.4 陳澤，羅建勛，殷宏.非洲豬瘟的生物媒介J.畜牧獸醫(yī)學(xué)報，2011，42（5）：605-612.5 李秋霞，滕達(dá)，王建華，等.非洲豬瘟的風(fēng)險分析和防控措施J.動物醫(yī)學(xué)進(jìn)展，2009，（9）：109-113.6 陸繼爽，格日勒圖.非洲豬瘟流行病學(xué)研究進(jìn)展J.中國畜牧獸醫(yī)，2015，42（12）：3377-3382.（上接第96頁）