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        野外光伏自動(dòng)清掃裝置控制系統(tǒng)研究

        2020-04-08 11:02:08江繼波章正暘王青華
        黑龍江科學(xué) 2020年4期
        關(guān)鍵詞:支架系統(tǒng)

        江繼波,章正暘,王青華

        (1.上海電力新能源發(fā)展有限公司,上海 200010; 2.上海明華電力科技有限公司,上海 200010)

        1 引言

        近年來(lái),光伏發(fā)電蓬勃發(fā)展。我國(guó)光伏裝機(jī)容量已居世界首位,預(yù)計(jì)到2030年,國(guó)內(nèi)裝機(jī)容量將達(dá)到1.4億KW[1]。在光伏運(yùn)維中,灰塵對(duì)光伏發(fā)電的影響越來(lái)越受到重視,在自然落灰的情況下,光伏板發(fā)電每天減少1.2%[2],為實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的最大化效益,應(yīng)每天清掃一遍。

        各種光伏清掃設(shè)備層出不窮,但很少有大規(guī)模應(yīng)用。因?yàn)楣夥l(fā)電廠建設(shè)時(shí)未考慮清洗問(wèn)題,各光伏板的排布缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),光伏陣列的長(zhǎng)短不一,對(duì)于長(zhǎng)度短的光伏排,使用清掃機(jī)器人成本太高[3-5]。多排復(fù)用的清掃系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)低成本光伏陣列清掃,但野外光伏陣列現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜,實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守需要解決很多問(wèn)題。本研究提出一種適合野外光伏陣列的清掃系統(tǒng)架構(gòu)和控制策略,可以實(shí)現(xiàn)野外光伏陣列無(wú)人值守的自動(dòng)清掃。

        2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

        圖1 光伏陣列清掃系統(tǒng)簡(jiǎn)圖Fig.1 Schematic diagram of PV array cleaning system

        自動(dòng)清掃裝置主要包括清掃車支架、清掃車和擺渡系統(tǒng)。如圖1所示,在光伏陣列的一側(cè)安裝擺渡系統(tǒng)。擺渡車系統(tǒng)包括擺渡車、軌道和定位限位裝置。在光伏陣列另一側(cè)的每排光伏排的一端都有一個(gè)清掃車支架,用于停放清掃車。

        清洗車由兩塊光伏板做上面板,為光伏清洗車供電。光伏清洗車配大容量鋰電池,鋰電池放在控制箱中。清洗車支架上安裝有擋塊,當(dāng)清洗車行駛到擺渡車上時(shí),會(huì)碰到擺渡車的行程開(kāi)關(guān)。清洗車支架右側(cè)上安裝有行程開(kāi)關(guān),當(dāng)清洗車行駛到擺渡車上時(shí),行程開(kāi)關(guān)碰到擺渡車上的擋塊會(huì)停止運(yùn)行。

        擺渡車上裝有光伏板,為擺渡車提供電源。擺渡車配備大容量鋰電池,安裝在擺渡車控制箱內(nèi)。

        光伏清掃車和擺渡車都是利用光伏板來(lái)給蓄電池充電。光伏清掃車非工作時(shí)間停靠在光伏清掃車??恐Ъ苌?。光伏清掃車所有時(shí)間都可以充電,擺渡車非工作時(shí)間都可以充電,為光伏清掃車和擺渡車提供足夠的電能。

        圖2 擺渡車結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure drawing of ferry vehicle

        圖3 清洗車結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure drawing of cleaning vehicle

        3 清掃車控制流程

        清洗車流程如圖4所示。

        清洗車初始??吭谕?恐Ъ苌?,到了設(shè)定時(shí)間后,檢測(cè)蓄電池電壓。如果蓄電池電壓大于設(shè)定電壓(27 V),啟動(dòng)清掃程序;如果蓄電池電壓小于設(shè)定電壓(27 V),等候0.5 h,繼續(xù)檢測(cè)蓄電池電壓。蓄電池設(shè)定電壓的目的是為了確保清洗車蓄電池電量能夠進(jìn)行一個(gè)完整的清掃周期,不會(huì)中途缺電停止。

        清掃車進(jìn)入清掃流程,直至清掃車右側(cè)行程開(kāi)關(guān)碰到擺渡車限位擋塊,信號(hào)狀態(tài)變?yōu)?,清掃車停止清掃,并開(kāi)始嘗試與擺渡車建立通信,嘗試3次后如果無(wú)法建立聯(lián)系,則清洗車返回初始位置,下次清洗時(shí)間設(shè)置為第二天首次清洗時(shí)間。如果建立了通信鏈接,則等候擺渡車指令。擺渡車在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)會(huì)給清洗車發(fā)送返回的指令和下次清掃的時(shí)間。下次清掃距離這次清掃至少30 min,以延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命。

        清洗車返回后??恐Ъ芎?,等下次設(shè)定時(shí)間到,進(jìn)行新一輪的清掃。

        圖4 清掃車控制流程Fig.4 Control flow chart of cleaning vehicle

        4 擺渡車控制流程

        擺渡車初始狀態(tài)為節(jié)能狀態(tài),節(jié)能狀態(tài)為除主控模塊和頂部行程開(kāi)關(guān)外,其他模塊電源處于關(guān)閉狀態(tài)。

        當(dāng)清洗車運(yùn)動(dòng)到擺渡車上時(shí),清洗車的擋塊觸發(fā)擺渡車的頂部行程開(kāi)關(guān),使擺渡車頂部行程開(kāi)關(guān)的狀態(tài)變?yōu)?。此時(shí)開(kāi)啟通信模塊和其他所有模塊的電源,并啟動(dòng)通信程序嘗試與清洗車建立通信。如果通信建立不成功,說(shuō)明此時(shí)擺渡車的頂部行程開(kāi)關(guān)可能為人為操作或其他外力導(dǎo)致。此時(shí),再次檢測(cè)頂部行程開(kāi)關(guān)的信號(hào)狀態(tài),如果仍為1,則繼續(xù)嘗試與清掃車信訊。如果擺渡車頂部行程開(kāi)關(guān)為0,則恢復(fù)擺渡車至初始狀態(tài)。通信建立成功后,從清掃車控制器獲得清掃車行程開(kāi)關(guān)的信號(hào)狀態(tài),如果信號(hào)狀態(tài)不為1,則等候3 s后繼續(xù)獲取清掃車行程開(kāi)關(guān)5的信號(hào)狀態(tài)。如果信號(hào)狀態(tài)為1,則檢測(cè)蓄電池電壓,看是否高出設(shè)定值(26 V)。其中設(shè)定值的大小是為了保證蓄電池有足夠的電量供擺渡車運(yùn)行到下一排。

        如果蓄電池電壓小于設(shè)定值,則告知清掃車直接返回,并確定下次工作時(shí)間為第二天,以確保擺渡車有足夠的時(shí)間充電,并恢復(fù)擺渡車至初始節(jié)能狀態(tài)。

        如果蓄電池電壓大于設(shè)定值,啟動(dòng)擺渡車行走程序,進(jìn)入下一排。進(jìn)入下一排后,通知清掃車返回,并告知清掃車下次清掃時(shí)間。清掃車啟動(dòng)返回程序后,擺渡車頂部行程開(kāi)關(guān)信號(hào)恢復(fù)為0,恢復(fù)擺渡車狀態(tài)為初始節(jié)能狀態(tài)。

        圖5 擺渡車控制流程Fig.5 Control flow chart of ferry vehicle

        圖6 現(xiàn)場(chǎng)圖片F(xiàn)ig.6 Equipment site photo

        5 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析

        在江蘇某光伏發(fā)電廠安裝一套換排光伏清掃系統(tǒng),該系統(tǒng)清掃5排光伏陣列,最長(zhǎng)的一排180 m,最短的一排120 m,5排共計(jì)長(zhǎng)780 m,共計(jì)1 560塊光伏板,374.4 KW。系統(tǒng)運(yùn)行期間經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)至現(xiàn)有狀態(tài)。試運(yùn)行開(kāi)始期間,因程序設(shè)計(jì)不合理,多次出現(xiàn)因擺渡車缺電停運(yùn)。因清洗車長(zhǎng)期停止在擺渡車上,導(dǎo)致擺渡車無(wú)法充電,停電導(dǎo)致系統(tǒng)停運(yùn)。經(jīng)多次改進(jìn)后,現(xiàn)在整個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)可以穩(wěn)定運(yùn)行。

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