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离网型风光互补控制逆变一体机的设计与控制器组网应用 合肥为民电源有限公司 张龙飞 1．概述 离网型风光互补控制逆变一体机是集风能、太阳能和直流逆变于一体的智能电源。主要应用于交通不便、环境恶劣的山区、牧区、边防、海岛等不适宜采用输电线路提供电力的地方。而这些地区风能和太阳能资源充足，通过离网型风光互补控制逆变一体机可解决用电难问题。 2．离网型风光互补控制逆变系统设计对比 2.1 离网型风光互补控制和逆变分开系统设计 风力发电机光伏电池板风力控制器光伏控制器蓄电池逆变器交流输出 图1 特点： （1）该系统适合用于1kW以上离网控制和逆变系统。 （2）整套系统采用充电控制和逆变控制分开模式，控制器和逆变器参数匹配度要求高。 （3）控制器和逆变器需分开维护，维护人员技术要求相对较高。 （4）系统造价相对较高。 2.2 离网型风光互补控制逆变一体系统设计 风力发电机光伏电池板蓄电池风光互补控制逆变一体机交流输出 图2 特点： （1）该系统适合1kW以内的控制逆变系统。 （2）整套系统采用一套电路控制，安装维护简单方便。 （3）系统造价相对较低。 3．离网型风光互补控制逆变一体机的外观图 摆放式控制逆变器 壁挂式控制逆变器 图3 4．离网型风光互补控制逆变一体机电路原理图及性能特点 整流单元风力发电机光伏电池板R F1 卸荷单元逆变单元T LC 升压滤波单元交流输出控制单元 图4：原理图 性能特点： （1）控制单元采用单片机控制，使外围电路结构简单，控制方式和控制策略灵活性大（完善的保护功能），确保产品优异的性能和稳定性。 （2）卸荷、逆变、整流、升压滤波单元采用工业级优质元器件，提高产品的稳定性和使用寿命。 （3）卸荷控制单元采用PWM 控制方式，一边给蓄电池充电一边把多余能量卸载掉，提高能量利用效率的同时也提高蓄电池的使用寿命。 （4）采用工频环形变压器，使整机的逆变效率高、空载损耗低。 5．控制器组网技术 随着远程集控管理技术的日趋成熟，为了能够将控制器进行集中监控，需将控制器连成工业网络，经由网络和其它设备之间进行通讯，从而达到控制器组网的要求。而且面对越来越多的企业与客户需要将分布在不同区域的设备进行联网管理，以降低越来越高昂的维护成本，于是，各种网络拓扑形式便得到了快速发展。总的来说，受监控区域的范围不同，组网方式不同，实现对远端设备的监控、管理途径也不同，结合我公司产品种类，进行如下分类描述。 5.1现场级 针对小范围区域控制器的监控管理，无需通过以太网，仅通过现场总线的方式即可实现。针对控制器，通常有以下两种实现方式。 （1）RS-232 控制器 RS-232控制器是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，所以RS-232适合本地设备之间的通信，但其传输速率较低，在异步传输时，最高速率为20Kbps，其传送距离最大约为15米。因此，在实现单台控制器现场监控要求时，只需控制器具备RS-232通讯端口，并通过DB9按图1接线方式进行连接，便能够实现此要求，并在上位机通过我公司配套的控制器监控软件实现对控制器的状态显示、参数配置、数据查询/存储/导出等功能。 图5 （2）RS-485控制器 RS-485控制器采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。因此，在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485串行总线。RS-485的数据最高传输速率为10Mbps，最大传输距离标准值为4000英尺（约1219米），实际上可达 3000米。而且RS-485较RS-232最大的优势是，相比RS-232的单站能力，RS-485具有多站能力。这样用户可以利用单一的RS-485接口方便的建立起设备总线，只需控制器具备RS-485端口，而无需另行增加设备，便可以总线的形式，并通过上位机实现对小规模区域进行多台控制器的组网监控管理，如下图6。 图6 需强调的是，作为总线拓扑组网的控制器，在总线通讯过程中需要进行必要的地址识别。即在接入总线之前，进行必要的地址区分，使其地址在总线上具备唯一性，否则会造成上位机无法明确识别控制器，造成多机同时通讯，形成总线竞争，导致总线通讯异常。可通过我公司配套的控制器监控软件，进行控制器的地址更改。 5.2网络级 当控制器分布范围属于跨区域或较远距离，是现场总线所不能及时，或者需要进行远程网络拓扑需求时，就需要进行以太网或其他网络形式的接入方式，实现控制器的网络级联。通常有以下几种方式。 （1）串口服务器 串口服务器让传统的RS-232/485设备立刻联网，利用基于TCP/IP的串口数据流传输的实现来控制管理的设备，是专为串口转以太网设计连接的桥梁