本研究设计了一款风光储一体的新型电力系统，采用可编程控制器西门子S7-1200为核心控制器，结合力控组态软件为平台，搭建远程监控系统，实现对新型电力系统站端控制与远程监视，进一步提升了电力系统的运行效率。

风光储一体新型电力系统

设计的风光储一体新型电力系统基于传感技术、能源发电与管控技术，集风力光伏发电、储能系统及智能输电于一体，包括硬件、软件两大平台，其中硬件包括可再生能源发电中心、储能运行管理中心及负载及控制中心(硬件框架如图1所示)，软件平台主要为新型电力系统远程监控系统。

可再生能源发电中心

可再生能源发电中心由光伏组件、风力发电机、汇流箱及风光互补控制器构成，选用的光伏组件为单晶硅类型，采用防水树脂封装，单块功率达90 Wp，安装于41*41*2．0型C型钢搭建而成的光伏支架上。风力发电机额定功率100 W，启动风速2 m/s，当风力达到切入风速时，风轮旋转牵引发电装置发电。

汇流箱是实现光伏组件有序连接及汇流功能的接线装置，光伏组件通过汇流箱串接形成光伏阵列，再连接至风光互补控制器光伏输入端，风机输入端接风力发电机。

储能运行管理中心

储能运行管理中心由智能监控模块、并网配电、变流器及储能模块构成。智能监控模块可采集变流器、储能等信息，并网配电可实现供电或电站接入公共电网，配电箱内配有双向电能表，用于计量上网电量及从市电所获电量。

变流器是新型电力系统的重要部件，是连接风光能、储能、公共电网及负载之间的能源转换连接，可实现光伏能给与储能、公共电网或负载、储能给与公共电网或负载、公共电能给予储能或负载。

选用的变流器型号为MUSTPH1800-PRO，额定功率为3 kW，额定电池电压、光伏阵列MPPT电压、交流电压分别为24 V、150～430 V及230 V(AC)，转换效率达90%以上。储能模块包含储能电池与电池管理系统两部分，前者采用磷酸铁锂作为正极材料，由8节标称电压/容量3．2 V/32 Ah的单体电池串联而成，后者负责监控电池储能单元内各电池的运行状态，包括单体/电池组电压、电流、温度、SOC及SOH。

负载及控制中心

负载及控制中心主要包括集中控制与用能模块，集中控制模块包括可编程控制器与继电器、接触器等。其中可编程控制器主要由西门子S7－1200构成，通过可编程控制器(PLC)实现对继电器及接触器的控制，最终完成用能模块的设置，通过485通信进行PLC与储能管理中心的有效连接，还可用PLC进行变流器能源来源的选择。用能模块主要由交流报警灯、交流风扇、变频器与电机、模拟量执行器及充电桩5种负载构成。

硬件设计

输入设计

新型电力系统输入信号包括两类，即指令性输入信号与模拟量输入信号。其中指令性输入信号主要与负载及控制中心开关按钮盘按钮关联，包括急停、切换开关及SB1－SB88个自锁型按钮。模拟量输入信号主要来自用能模块模拟量执行器角度、变频器频率模拟输出信号。

输出设计

新型电力系统输出信号包括指令性输出信号与模拟量输出信号。其中指令性输出主要由4个接触器与10个继电器实现，模拟量输出信号可用来控制用能模块模拟量执行器顺时针/逆时针运行角度、变频器工作频率。以多能互补供电模式开启负载交流报警灯为例，I/O分配表与继电器及接触器定义如表1所示。

软件设计

站端功能设计

采用西门子S7－1200(CPU1215C DC/DC/ＲLY)可编程控制器，集合了14数字量输入/10数字量输出、2路模拟输入/输出、PＲOFINT(以太网)接口、板载I/O状态指示等。基于TIA Portal V15.1软件进行PLC源程序的编写及调试。

例如，按下SB1按键开启多能互补供电模式，松开该按键关闭多能互补供电。按下SB2按键，按照图2开启交流报警灯，即交流红灯从2s开始运行16s结束，交流黄灯从4s开始运行12s结束，交流绿灯从6s开始运行8s结束，交流蜂鸣器从8s开始运行4s结束。

其中储能供电选择通过PLC与储能运行管理中心智能监控中心485通信，智能监控中心通信地址可自定义设置，多能互补供电选择写入地址为44101，数据格式为8位数据位、1位停止位、无校验，波特率为9600 bps。

在SB1按下变流器软起成功后再按下SB2，打开报警灯供电开关并启动开启延时定时器TON，当定时器计时值达到2 s时开启交流红灯，4s时开启交流黄灯，6s和8s分别开启绿灯与蜂鸣器，并在规定结束时间关闭相应的报警灯。

远端功能设计

远端监控系统主要基于ForceControl 7.1组态软件进行设计，通过界面绘制、数据库配置、动态连接及运行调试实现负载与控制中心及储能运行管理中心的数据监控。

主要包括负载与控制中心单相液晶多功能电力仪表采集交流报警灯工作电压、电流、功耗，储能运行管理中心4块单相液晶多功能电力仪表采集风光储网电压、电流数据，电池组与单体电池电压、电流、温度、SOC及SOH数据，涵盖模拟I/O变量56个。

设置变量前应注意添加I/O设备，设备名称为PLC，通信方式选择TCP/IP网络，设备IP地址添加为PLC地址。添加完成后进行数据库组态设置，选择添加模拟点。

例如，添加交流报警灯工作电压，点名填写b1dy，量程上限与裸数据上限分别设置为1000、10000，数据连接选择连接I/O设备PLC，增加连接项填写寄存器类型M，偏移地址300，数据类型为16位无符号。数据点连接如负荷交流报警灯工作电压，双击弹出动画连接弹窗后选择数值输出模拟，填写表达式b1dy．pv后点击确定即可。

结束语

风光储一体新型电力系统是一种基于传感技术、能源发电与管控技术，集合风力光伏发电、储能系统及智能输电于一体的新型能源系统，包括可再生能源发电中心、储能运行管理中心及负载及控制中心三大部件，以西门子S7-1200作为控制单元，实现储能运行管理中心变流器供电模式的选择及负载工作状态控制，通过力控组态软件实现远端监控，进行风光荷储网电压、电流等相关数据与磷酸铁锂电池组及单体电池1～8的电压、电流、温度、SOC及SOH数据监控，整体上运行可靠，达到了设计目的。