CN114825591A - 一种基于plc控制的光伏储能及数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明申请保护一种基于PLC控制的光伏储能及数据采集系统，包括直流供电模块、交流供电模块、交直流连接模块、储能模块、数据采集模块和PLC控制模块；所述直流供电模块将太阳能转换成电能并输送到直流配电箱和蓄电池组，所述交流供电模块将市电或从直流供电模块转换的交流电输送给交流配电箱和不间断电源(UPS)，所述交直流连接模块用于安全连接直流供电模块和交流供电模块，所述储能模块用于储存多余电量或向系统提供电量，所述数据采集模块用于收集其它模块电流信号并上传到服务器，所述PLC控制模块用于控制各个模块之间连接和关断。本发明实现了各个模块间的协调运作，提高了用电设备的使用寿命。

Description

一种基于PLC控制的光伏储能及数据采集系统

技术领域

本发明属于光伏发电技术领域，具体涉及到一种基于PLC控制的光伏储能及数据采集系统。

背景技术

在大力发展绿色能源的大环境下，太阳能以其分布广，无污染，不受地理环境限制等特点，有成为未来主流能源的潜力。利用太阳能的光生伏打效应，可以进行光伏发电，然而光伏发电具有随机性、间歇性和波动性，通过光伏发电得到的电能是不稳定的。当光照连续充足时，光伏发电的发电量可能大于用电量，造成浪费；当光照不连续时，光伏发电的发电量可能小于用电量，无法供应负载。

为了使光伏发电能提供稳定的、高质量的电能，可以在光伏发电中接入储能模块，在发电量过多时储存多余的电量，在发电量不足时向负载提供电能。

经过检索，申请公开号CN205304266U，一种多电源交直流混合并接微电网供电系统，包括：交流供电单元、直流供电单元、双相逆变器，交流供电单元，包括：交流并接光伏发电模块、燃气发电模块、能量管理模块；燃气发电模块并接于双向逆变器交流输出侧，交流并接光伏发电系统通过并网逆变器与双向逆变器的交流输入侧相连，能量管理系统与双向逆变器、燃气发电系统连接；直流供电单元包括：直流并接光伏发电模块、风力发电模块、储能模块，所述直流并接光伏发电模块通过光伏充电控制器连接到双向逆变器与储能模块间的直流侧，所述风力发电模块通过风力发电控制器与双向逆变器和储能模块的直流侧连接；组成连接方式多样，电能转化效率高，供电稳定可持续，资源利用率高。

为了克服以上技术的不足，本发明提供了一种基于PLC控制的光伏储能及数据采集系统，通过采集各个电力电子器件的信息，控制储能模块充放电，维持光伏发电系统的稳定。通过双向变流器和PLC控制柜可以实现直流供电模块与交流供电模块间的交互，PLC控制柜切换不同的接触器实现不同的功能，比如直流供电模块向储能模块充电，直流供电模块通过双向变流器向交流配电箱和不间断电源供电，交流供电模块通过双向变流器向直流配电箱供电和向储能模块充电，储能模块向系统供电等等。除此之外，系统中加入了不间断电源，使系统的数据采集模块和PLC控制柜在突发情况下能够继续运行一段时间，将数据上传服务器，控制PLC接触器开关运动到安全位置。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种基于PLC控制的光伏储能及数据采集系统。本发明的技术方案如下：

一种基于PLC控制的光伏储能及数据采集系统，其包括：直流供电模块、交流供电模块、交直流连接模块、储能模块、数据采集模块和PLC控制模块；所述直流供电模块将太阳能转换成电能并输送到直流配电箱和蓄电池组，所述交流供电模块将市电或从直流供电模块转换的交流电输送给交流配电箱和不间断电源UPS，所述交直流连接模块用于安全连接直流供电模块和交流供电模块，所述储能模块用于储存多余电量或向系统提供电量，所述数据采集模块用于收集其它模块电流信号并上传到服务器，所述PLC控制模块用于控制各个模块之间连接和关断。

进一步的，所述直流供电模块包括光伏阵列、DC/DC转换器、光伏输入接触器、直流母线分支一、第一电能表及直流配电箱，其中所述光伏阵列，DC/DC 转换器，光伏输入接触器，直流母线分支一、第一电能表及直流配电箱依次连接，光伏阵列产生的电流，经过DC/DC转换器转换为与直流母线分支一相适应的电流，通过光伏输入接触器与直流母线分支一相连，由直流母线分支一分配到直流配电箱，其中，光伏输入接触器直接由PLC控制，第一电能表用于测量直流配电箱上的电流信息。

进一步的，所述储能模块包括直流母线分支二、第二电能表、充电接触器、蓄电池组及放电接触器，所述直流母线分支二、第二电能表、充电接触器、蓄电池组及放电接触器依次连接，直流母线分支二通过充电接触器与蓄电池组输入端相连，蓄电池组输出端与放电接触器相连，其中，充、放电接触器是互锁的，并直接由PLC控制，第二电能表分别测量充电时和放电时的电流信息。

进一步的，所述交直流连接模块包括直流母线分支三、光伏输出接触器、双向变流器、隔离变压器、并网接触器及交流母线分支一，所述直流母线分支三、光伏输出接触器、双向变流器、隔离变压器、并网接触器及交流母线分支一依次连接，直流母线分支三通过光伏输出接触器与双向变流器连接，经过双向变流器的直流电被转换成与交流母线分支一相适应的交流电，通过隔离变压器和并网接触器与交流母线分支一连接；另外，在向蓄电池模块供电时，也可以从交流母线分支一通过并网接触器和离变压器与双向变流器连接，经过双向变流器的交流电被转换成与直流母线分支三相适应的直流电，通过光伏输出接触器与直流母线分支三连接，其中，光伏输出接触器和并网接触器直接由PLC 控制。

进一步的，所述交流供电模块包括市电、断路器、第三电能表、市电接触器、交流母线、第一不间断电源及交流配电箱，所述市电、断路器、电能表、市电接触器及交流母线依次连接，交流母线分别与交流配电箱和第一不间断电源连接，市电流过断路器，通过市电接触器与交流母线连接，由交流母线分配到配电箱和第一不间断电源，其中，市电接触器直接由PLC控制，电能表用于测量市电的电流信息。

进一步的，所述数据采集模块和PLC控制模块包括交流母线分支二、第二不间断电源、第一、二、三和四电能表、220VAC-24VDC转换器，交换机和网关、PLC控制柜，所述交流母线分支二与第二不间断电源连接，第二不间断电源分别与第一、二、三和四电能表连接，同时第二不间断电源与220VAC-24VDC 转换器连接，220VAC-24VDC转换器再分别与PLC控制柜，交换机和网关连接，其中，PLC控制柜会向每个光伏输入接触器，光伏输出接触器，充电接触器，放电接触器，并网接触器和市电接触器供电，第一、二、三和四电能表的地址线会与网关相连，采集到的数据由网关传输到交换机，从交换机上传服务器。

本发明的优点及有益效果如下：

本发明所提供的一种基于PLC控制的光伏储能及数据采集系统，将市电，光伏储能，数据采集和PLC控制相结合，通过分析采集到数据，由PLC来控制整个系统中各个接触点的断开和闭合，来实现光伏阵列，储能，市电间的配合。将光伏阵列和市电作为储能模块的互补能源，光伏阵列产生的多余电量可以储存到储能模块，当光伏阵列发电量不足时，可以通过双向变流器将市电转换为直流电并储存到储能模块中，不仅提高了太阳能的利用率，而且确保了储能模块里有充足的电量，当光伏阵列或市电出现问题时，可以方便的使用储能模块里的电，确保了用电设备能长期稳定的运行，提高了设备的使用寿命，同时加入了不间断电源，使系统的数据采集模块和PLC控制柜在突发情况下能够继续运行一段时间，将数据上传服务器，控制PLC接触器开关运动到安全位置，可以更好的保护数据，也提高了PLC接触器开关动作的可靠性和安全性。

附图说明

图1是本发明提供优选实施例一种光伏储能及数据采集系统总体框架示意图；

图2为本申请一实施例提供的一种光伏储能及数据采集系统结构示意图；

图3为本申请一实施例提供的光伏储能电路示意图；

图4为本申请一实施例提供的交流系统电路示意图；

图5为本申请一实施例提供的UPS电源分配示意图；

图6为本申请一实施例提供的数据采集模块示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

如图1所示，一种基于PLC控制的光伏储能及数据采集系统，包括将太阳能转化成电能并输送到直流配电箱和蓄电池组的直流供电模块，将市电或从直流供电模块转换的交流电输送给交流配电箱和不间断电源(UPS)的交流供电模块，用于安全连接直流供电模块和交流供电模块的交直流连接模块，用于储存光伏阵列多余电量和在光伏发电量不足时提供电量的储能模块，用于收集各个模块电压电流信号并上传到服务器的数据采集模块，用于控制各个模块之间连接和关断的PLC控制模块。

图2为本申请一实施例提供光伏储能、PLC控制及数据采集系统结构示意图。

具体的，根据图2所示，本实施例中，所述直流供电模块，包括光伏阵列， DC/DC转换器，光伏输入接触器，直流母线，电能表，直流配电箱。所述光伏阵列，DC/DC转换器，光伏输入接触器，直流母线，电能表，直流配电箱依次连接。

具体的，所述光伏阵列，即太阳能发电组件，作为系统的直流电源；所述 DC/DC转换器用于将光伏阵列产生的直流电转换为与直流母线相适应的电流；所述光伏输入接触器是PLC控制模块的一部分，用于控制该部分光伏阵列是否接入直流母线；所述蓄电池组是锂电池组；所述直流母线将各个部分光伏阵列的电流汇聚，并分配到直流配电箱和锂电池组；所述电能表1，用于测量直流配电箱上的电压电流；所述直流配电箱，与直流母线连接，直流母线中的直流电流将输送的直流配电箱，由直流配电箱分配到相应的直流负载。

具体的，根据图2所示，本实施例中，所述储能模块，包括直流母线，电能表2，充电接触器，蓄电池组，放电接触器，电能表3。所述直流母线，电能表2，充电接触器，蓄电池组，放电接触器，电能表3依次连接。

具体的，所述蓄电池组是锂电池组；所述直流母线将各个部分光伏阵列的电流汇聚，并分配到直流配电箱和锂电池组；所述电能表2用于测量锂电池组的充电功率；所述锂电池组用来储存光伏阵列在满足负载需求电量后多产生的电量；所述电能表3用于测量锂电池组的放电功率。

具体的，根据图2所示，本实施例中，所述交直流连接模块，包括直流母线，光伏输出接触器，双向变流器，隔离变压器，并网接触器，交流母线。所述直流母线，光伏输出接触器，双向变流器，并网接触器，隔离变压器，交流母线依次连接。

具体的，所述直流母线将各个部分光伏阵列的电流汇聚，将光伏阵列产生的电流通过光伏输出接触器传输到双向变流器；所述光伏输出接触器是PLC控制模块的一部分，用于控制各部分光伏阵列汇聚到直流母线的电流是否传输到双向变流器；所述双向变流器，既可以将直流电流转换成交流电流，又可以将交流电流转换成直流电流，是连接直流供电模块和交流供电模块的关键部分；所述隔离变压器，用于直流供电模块和交流供电模块的电气隔离，确保直流供电模块和交流供电模块的安全连接；所述并网接触器是PLC控制模块的一部分，用于控制直流供电模块是否与交流供电模块连接；所述交流母线，将市电或光伏阵列转换得到的交流电，输送到交流配电箱中。

具体的，根据图2所示，所述交流供电模块，包括市电，断路器，电能表4，市电接触器，交流母线，UPS(不间断电源)，交流配电箱。所述市电，断路器，电能表4，市电接触器，交流母线依次连接，交流母线分别与交流配电箱和UPS 连接。

具体的，所述市电，是当地大电网，提供标准规格的交流电；所述断路器，用于安全防范，当交流模块或大电网出现问题时，隔绝两部分，本发明中用空气开关，熔断器和浪涌保护器实现多重隔离保护；所述电能表4，用于采集市电的电压电流信息；所述交流母线，将市电或光伏阵列转换得到的交流电，输送到交流配电箱和UPS中；所述交流配电箱，与交流母线连接，交流母线中的交流电流将输送的交流配电箱，由交流配电箱分配给相应的交流负载；所述UPS，可以在光伏阵列突然停止工作和大电网停电时，依旧向数据采集模块和PLC控制模块供电一小段时间，确保数据的安全，同时让工作人员有反应时间来上传相应数据。

具体的，根据图2所示，所述数据采集模块和PLC控制模块包括，交流母线，UPS，电能表1-4，220VAC-24VDC转换器，交换机和网关，PLC控制柜。所述交流母线与UPS连接，UPS分别与各个电能表连接，同时UPS与 220VAC-24VDC转换器连接，220VAC-24VDC转换器再分别与PLC控制柜，交换机和网关连接。

具体的，所述交流母线，将市电或光伏阵列转换得到的交流电，输送到相应的交流配电箱和UPS中；所述UPS，可以在光伏阵列突然停止工作和大电网停电时，依旧向数据采集模块和PLC控制模块供电一小段时间，确保数据的安全，同时让工作人员有反应时间来上传相应数据；所述电能表1-4，分别与UPS 连接，由UPS为电能表提供正常的工作电流；所述220VAC-24VDC转换器，与 UPS连接，将220V交流电转换为24V直流电；所述交换机和网关，由220VAC-24VDC转换器提供正常工作电流，将电能表收集到的数据上传到服务器；所述PLC控制柜，由220VAC-24VDC转换器提供正常工作电流，包括PLC 操作台和各个接触点，由PLC控制柜根据需要，控制各个接触点的关断。

图3为本申请一实施例提供光伏储能系统电路示意图。

具体的，所述光伏储能系统由上述直流供电模块，储能模块和交直流连接模块组成。

具体的，根据图3所示，光伏阵列产生的直流电，通过DC/DC转换器进行稳压，稳定后的电流，从DC/DC转换器输出端输出，并通过串联接入的光伏输入接触器，输送到直流母线。从直流母线中引出三条分支，一条分支通过充电接触器与锂电池组和电能表2连接，锂电池组通过放电接触器与电能表3和双向变流器连接。一条分支连接直流配电箱和电能表1，另一条分支通过光伏输出接触器与双向变流器连接。双向变流器将输入端接入的直流电转换为与交流母线适配的380V三相交流电，并与隔离变压器连接。隔离变压器通过并网接触器与交流母线连接，图中1，2，3，4，5是与交流母线连接的5个连接点。

其中，电能表1用于测量直流配电箱上的电压电流，电能表2用于测量锂电池组的充电功率，电能表3用于测量锂电池组的放电功率。光伏输入接触器 KM1由PLC模块控制光伏阵列产生的电流是否接入直流母线，充电接触器KM2 由PLC模块控制是否向锂电池组充电，放电接触器KM3由PLC模块控制是否从锂电池组放电，光伏输出接触器KM4由PLC模块控制光伏阵列产生的电流是否输出到双向变流器。并网接触器KM5由PLC模块控制光伏储能系统是否接入交流供电模块。

图4为本申请一实施例提供交流供电模块电路示意图。

具体的，如图4所示，该交流模块采用三相五线制，图中R、S、T代表三相电，N代表零线，PE代表地线。交流母线电源端(市电)接有断路器，熔断器和浪涌保护器作为电源电路保护装置，交流母线通过市电接触器与交流配电箱连接。

其中，电能表4测量交流母线上的电压电流信息，市电接触器KM6由PLC 模块控制，决定市电是否接入交流母线。连接点1、2、3、4、5是交流母线与光伏储能系统的连接点，连接点6、7、8是交流母线与不间断电源UPS的连接点。

图5为本申请一实施例提供的UPS电源分配示意图。

具体的，根据图5所示，6、7、8是与交流母线的连接点，分别代表火线L，零线N和地线PE，其中火线和零线通过双断路器与接口相应的孔连接，地线直接与接口对应的孔连接，该接口与不间断电源(UPS)的输入端连接，UPS有两个输出接口，左边的输出接口与220VAC-24VDC转换器连接，将220VAC交流电转换为24VDC直流电向PLC控制柜，网关和交换机供电；右边的输出接口向电能表1、2、3、4供电。

其中向PLC控制柜供电，包括向由PLC控制柜的接触点KM1、KM2、KM3、 KM4、KM5和KM6供电。

图3、4、5所示电路图，还包括PLC控制模块。

具体的，根据图3、4、5所示，接触点KM1、KM2、KM3、KM4、KM5 和KM6由PLC柜供电和控制。

具体的，当KM6，KM3断开，其余接触点闭合时，整个系统由光伏阵列供电，光伏阵列产生的电流经过DC-DC转换，成为与直流母线相匹配的电流，由直流母线分配到锂电池组，直流配电网和双向变流器，其中，因为KM3断开， KM2是闭合状态，此时向锂电池组充电。此时，经过双向变流器将直流电变为与交流母线相匹配的交流电，由交流母线将电流分配到交流配电网和不间断电源(UPS)。UPS一方面向各个电能表供电，另一方面通过转换变成24V直流电，向PLC控制柜、网关和交换机供电。

具体的，当KM6，KM2断开，其余接触点闭合时，整个系统由光伏阵列和锂电池组供电，光伏阵列产生的电流经过DC-DC转换，成为与直流母线相匹配的电流，由直流母线分配直流配电网和双向变流器，其中，因为KM2断开，KM3 是闭合状态，此时锂电池组放电，电流流向双向变流器。此时，经过双向变流器将直流电变为与交流母线相匹配的交流电，由交流母线将电流分配到交流配电网和不间断电源(UPS)。UPS一方面向各个电能表供电，另一方面通过转换变成24V直流电，向PLC控制柜、网关和交换机供电。

具体的，当KM6，KM4，KM2，KM1断开，其余接触点闭合时，直流供电系统停止工作，系统其余部分由锂电池组供电，此时锂电池组放电，电流流向双向变流器，经过双向变流器将直流电变为与交流母线相匹配的交流电，由交流母线将电流分配到交流配电网和不间断电源(UPS)。UPS一方面向各个电能表供电，另一方面通过转换变成24V直流电，向PLC控制柜、网关和交换机供电。

具体的，当KM1，KM3断开，其余接触点闭合时，整个系统由市电供电，由交流母线将市电电流分配交流配电网和不间断电源(UPS)。UPS一方面向各个电能表供电，另一方面通过转换变成24V直流电，向PLC控制柜、网关和交换机供电。市电电流还由交流母线通过隔离变压器与双向变流器连接，双向变流器将交流电变为与直流母线相匹配的直流电，由直流母线分配到直流配电网，其中，因为KM3断开，KM2是闭合状态，此时向锂电池组充电。

图6为本申请一实施例提供的数据采集模块示意图。

具体的，根据图6所示，电能表1、2、3、4采集的数据经过网关与交换机相连，由交换机将数据上传到服务器上。

具体的，电能表1测量锂电池组的充电时的电流信息，电流表2测量锂电池组放电时的电流信息，电能表3测量直流配电网的电流信息，电能表4测量市电的电流信息，电能表5测量交流配电网的电流信息。将各个电能表的地址线与网关相连接，网关再将这些数据汇总到交换机，由交换机将数据上传的服务器。PLC控制模块会根据这些数据，对各个接触点进行控制，实现系统各种功能，比如直流供电模块向储能模块充电，直流供电模块通过双向变流器向交流配电箱和不间断电源供电，交流供电模块通过双向变流器向直流配电箱供电和向储能模块充电，储能模块向系统供电等等功能。。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (6)

1.一种基于PLC控制的光伏储能及数据采集系统，其特征在于，包括：直流供电模块、交流供电模块、交直流连接模块、储能模块、数据采集模块和PLC控制模块；所述直流供电模块将太阳能转换成电能并输送到直流配电箱和蓄电池组，所述交流供电模块将市电或从直流供电模块转换的交流电输送给交流配电箱和不间断电源UPS，所述交直流连接模块用于安全连接直流供电模块和交流供电模块，所述储能模块用于储存多余电量或向系统提供电量，所述数据采集模块用于收集其它模块电流信号并上传到服务器，所述PLC控制模块用于控制各个模块之间连接和关断。

2.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的光伏储能及数据采集系统，其特征在于，所述直流供电模块包括光伏阵列、DC/DC转换器、光伏输入接触器、直流母线分支一、第一电能表及直流配电箱，其中所述光伏阵列，DC/DC转换器，光伏输入接触器，直流母线分支一、电能表及直流配电箱依次连接，光伏阵列产生的电流，经过DC/DC转换器转换为与直流母线分支一相适应的电流，通过光伏输入接触器与第一直流母线相连，由直流母线分支一分配到直流配电箱，其中，光伏输入接触器直接由PLC控制，第一电能表用于测量直流配电箱上的电流信息。

3.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的光伏储能及数据采集系统，其特征在于，所述储能模块包括直流母线分支二、第二电能表、充电接触器、蓄电池组及放电接触器，所述直流母线分支二、第二电能表、充电接触器、蓄电池组及放电接触器依次连接，直流母线分支二通过充电接触器与蓄电池组输入端相连，蓄电池组输出端与放电接触器相连，其中，充、放电接触器是互锁的，并直接由PLC控制，第二电能表分别测量充电时和放电时的电流信息。

4.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的光伏储能及数据采集系统，其特征在于，所述交直流连接模块包括直流母线分支三、光伏输出接触器、双向变流器、隔离变压器、并网接触器及交流母线分支一，所述直流母线分支三、光伏输出接触器、双向变流器、隔离变压器、并网接触器及交流母线分支一依次连接，直流母线分支三通过光伏输出接触器与双向变流器连接，经过双向变流器的直流电被转换成与交流母线相适应的交流电，通过隔离变压器和并网接触器与交流母线分支一连接；另外，在向蓄电池模块供电时，也可以从交流母线分支一通过并网接触器和离变压器与双向变流器连接，经过双向变流器的交流电被转换成与直流母线相适应的直流电，通过光伏输出接触器与直流流母线分支三连接，其中，并网接触器和光伏输出接触器直接由PLC控制。

5.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的光伏储能及数据采集系统，其特征在于，所述交流供电模块包括市电、断路器、第三电能表、市电接触器、交流母线、第一不间断电源及交流配电箱，所述市电、断路器、电能表、市电接触器及交流母线依次连接，交流母线分别与交流配电箱和第一不间断电源连接，市电流过断路器，通过市电接触器与交流母线连接，由交流母线分配到配电箱和第一不间断电源，其中，市电接触器直接由PLC控制，电能表用于测量市电的电流信息。

6.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的光伏储能及数据采集系统，其特征在于，所述数据采集模块和PLC控制模块包括交流母线分支二、第二不间断电源、第一、二、三和四电能表、220VAC-24VDC转换器、交换机和网关、PLC控制柜，所述交流母线分支二与第二不间断电源连接，第二不间断电源分别与第一、二、三和四电能表连接，同时第二不间断电源与220VAC-24VDC转换器连接，220VAC-24VDC转换器再分别与PLC控制柜，交换机和网关连接，其中，PLC控制柜会向光伏输入接触器，光伏输出接触器，充电接触器，放电接触器，并网接触器和市电接触器供电，第一、二、三和四电能表的地址线会与网关相连，采集到的数据由网关传输到交换机，从交换机上传服务器。

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