基于分布式光伏发电的冷库制冷自动控制系统及方法与流程

本发明属于电力需求终端技术领域，具体涉及基于分布式光伏发电的冷库制冷自动控制系统及方法。

背景技术：

目前，国内大多数冷库都是由电网供电并且自动化程度普遍偏低，消耗着大量的电能，冷库也因此成为用电大户之一。冷库的节能有利于冷库降低生产成本，提高经济效益并且促进冷库的长远发展。据有关部门统计表明，冷库实现自动化控制相比于手动控制，冷库可以节能10％～15％左右。冷库采用光伏发电技术相比于电网供电，冷库可以降低一定量的生产成本。

在冷库的日常运行管理中，为了保持冷库温度在一定范围内变化，工作人员每隔一段时间观察每个冷库内温度的变化情况，当某个冷库温度高于上限值，则启动相应冷库内的制冷机组；当某个冷库温度低于下限值，则停止相应冷库内的制冷机组。通过人工控制制冷机组的启停，虽然可以满足冷库内温度的需求，但是冷库的生产成本却高居不下。原因是冷库内的制冷机组都是由电网供电，制冷机组需要24小时运行，消耗大量的电能并且由手动控制制冷机组运行，难免会产生一定的时间延迟，导致制冷效率偏低。目前现有的制冷控制技术，在电网供电正常和操作人员无失误的前提下，可以有效制冷。但是冷库的用电成本高、控制效率偏低，没有实现节电降耗的目标，相反增加了生产成本。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于分布式光伏发电的冷库制冷自动控制系统及方法。

本发明的技术方案是：

一方面，一种基于分布式光伏发电的冷库制冷自动控制系统，包括光伏发电单元、主控制单元、开关单元、制冷单元、温度检测单元和显示单元；

所述光伏发电单元，包括光伏电池组件、光伏控制器、蓄电池和逆变器；

所述主控制单元，包括PLC和温度巡检仪；

所述开关单元，包括N个继电器、N个交流接触器和N个断路器；

所述制冷单元，包括压缩机、蒸发器、节流阀、冷凝器和N个制冷风机；

所述温度检测单元，包括K个温度传感器；

所述显示单元为触摸显示屏；

所述光伏电池组件的正极连接所述光伏控制器的正极端口，所述光伏电池组件的负极连接所述光伏控制器的负极端口，所述蓄电池正极端口分别连接所述光伏控制器的正极端口和所述逆变器的正极端口，所述蓄电池负极端口分别连接所述光伏控制器的负极端口和所述逆变器的负极端口，所述逆变器的输出端连接低压供电网，所述PLC的电源输入端连接220V低压供电网，所述温度巡检仪通过RS485端口连接所述PLC的RS485数据端口，第n个所述制冷风机的控制端连接第n个所述交流接触器的一端，第n个所述交流接触器的另一端连接第n个所述断路器的一端，各个所述交流接触器的控制端连接所述PLC的输入端，第n个所述交流接触器的控制端还连接第n个所述继电器的一端，各个所述断路器的另一端连接380V低压供电网，各个所述继电器的另一端连接所述PLC的输出端，所述PLC的输出端还连接所述冷凝器的控制端和所述压缩机的控制端，所述压缩机的供电端连接380V低压供电网，所述压缩机的输出端连接所述冷凝器的输入端，所述冷凝器的输出端连接所述节流阀的输入端，所述节流阀的输出端连接所述蒸发器的输入端，所述蒸发器的输出端连接所述压缩机的输入端，所述N个制冷风机均设置于所述蒸发器后端，所述K个温度传感器的输出端均连接温度巡检仪的输入端，所述触摸显示屏通过以太网连接PLC的以太网通信端口，其中，n＝1…N。

可选地，所述光伏电池组件，用于收集光照，将光能转换为电能；

所述光伏控制器，用于控制光伏电池组件的光伏电池板的电压，得到稳定的输出电压为蓄电池充电；

所述蓄电池，用于储存由光伏电池组件发出的电能；

所述逆变器，用于将光伏电池组件的光伏电池板转换的直流电逆变为与公用电网同频、同相位的交流电，并传送至低压供电网；

所述PLC，用于对冷库中的当前温度值与设定的温度上限阈值和温度下限阈值进行比较，通过控制继电器和对应的交流接触器的通断，控制冷库中制冷风机的开启台数；通过判断是否具有交流接触器的控制信号得到当前控制状态；控制冷凝器和压缩机的通断；

所述温度巡检仪，用于将K个温度传感器采集的冷库中的温度值传输至PLC；

所述继电器，用于根据PLC控制对应的交流接触器的通断；

所述交流接触器，用于控制对应的制冷风机的启动与停止，用于在用户手动控制制冷风机通断时，发送状态信号至PLC；

所述断路器，用于对制冷风机线路进行断路保护；

所述温度传感器，用于采集冷库中温度，并传输至温度巡检仪；

所述触摸显示屏，用于显示冷库的实时温度值，设置温度上限阈值和温度下限阈值，设置启动停止PLC的自动控制运行，显示运行状态。

可选地，所述主控制单元还包括DI/DO扩展模块，所述DI/DO扩展模块与PLC的扩展端口连接，所述DI/DO扩展模块用于实现PLC与所述开关单元中的N个继电器和N个交流接触器之间的连接。

另一方面，一种冷库制冷自动控制的方法采用基于分布式光伏发电的冷库制冷自动控制系统，包括以下步骤：

步骤1：光伏电池组件收集光照，将光能转换为电能，通过光伏控制器控制光伏电池组件的光伏电池板的电压，得到稳定的输出电压为蓄电池充电；

步骤2：通过逆变器将光伏电池组件的光伏电池板转换的直流电逆变为与公用电网同频、同相位的交流电，并传送至低压供电网；

步骤3：当用户手动控制制冷风机通断时，交流接触器发送状态信号至PLC，当用户进行自动控制制冷风机通断时，通过触摸屏控制PLC开启自动控制运行；

步骤4：通过触摸显示屏设置温度上限阈值和温度下限阈值；

步骤5：通过K个温度传感器实时采集冷库中的温度，并通过温度巡检仪将各个温度值传输至PLC中；

步骤6：通过PLC对冷库中的当前温度值与设定的温度上限阈值和温度下限阈值进行比较，通过控制继电器和对应的交流接触器的通断，控制冷库中制冷风机的开启台数，通过PLC控制压缩机和冷凝器开启运行；

步骤7：在PLC控制过程中，触摸屏显示屏显示冷库的实时温度值和当前处于自动或手动控制状态，返回步骤1。

可选地，所述步骤6包括以下步骤：

步骤6.1：通过PLC对冷库中的当前温度值与设定的温度上限阈值和温度下限阈值进行比较，若当前温度值大于设定的温度上限值，则执行步骤6.2，若当前温度值小于设定的温度下限值，则执行步骤6.3，若当前温度值大于设定的温度下限值且小于设定的温度上限值，则执行步骤6.4，所述当前温度值为K个温度传感器采集的冷库中的温度的均值；

步骤6.2：通过PLC控制N个继电器和对应的交流接触器连通，开启冷库中N个制冷风机对冷库进行制冷，通过PLC控制压缩机和冷凝器开启运行，返回步骤6.1；

步骤6.3：通过PLC控制N个继电器和对应的交流接触器关断，关闭冷库中N个制冷风机，通过PLC控制压缩机和冷凝器关断，返回步骤6.1；

步骤6.4：通过PLC判断当前时刻与供电峰谷时间段的关系，若当前时刻为供电峰电时间段，则执行步骤6.3，若当前时刻为供电谷电时间段，则执行步骤6.5，若当前时刻为供电平电时间段，则执行步骤6.7；

步骤6.5：通过PLC判断当前冷库温度变化率ΔT与温度变化率上限阈值和温度变化率下限阈值的关系，若当前冷库温度变化率ΔT大于温度变化率上限阈值，则执行步骤6.2，若当前冷库温度变化率ΔT小于温度变化率下限阈值，则执行步骤6.3，若当前冷库温度变化率ΔT大于温度变化率下限阈值并且小于温度变化率上限阈值，则执行步骤6.6；

步骤6.6：通过PLC计算谷电时段冷库制冷单元开启率A＝1-100ΔT，根据谷电时段冷库制冷单元开启率A控制冷库中制冷单元的开启个数，并控制压缩机和冷凝器开启运行，返回步骤6.1；

步骤6.7：通过PLC判断当前冷库温度变化率ΔT与温度变化率上限阈值和温度变化率下限阈值的关系，若当前冷库温度变化率ΔT大于温度变化率上限阈值，则执行步骤6.2，若当前冷库温度变化率ΔT小于温度变化率下限阈值，则执行步骤6.3，若当前冷库温度变化率ΔT大于温度变化率下限阈值并且小于温度变化率上限阈值，则执行步骤6.8；

步骤6.8：通过PLC计算平电时段冷库制冷单元开启率A′＝0.6(1-100ΔT)，根据平电时段冷库制冷单元开启率A′控制冷库中制冷单元的开启个数，并控制压缩机和冷凝器开启运行，返回步骤6.1。

本发明的有益效果：

本发明提出一种基于分布式光伏发电的冷库制冷自动控制系统及方法，本发明实现了对冷库中制冷风机的智能开启与关闭，节省了人力物力，降低了用电成本、提高生产效率，实现无人值守的自动化冷库。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中基于分布式光伏发电的冷库制冷自动控制系统的结构框图；

图2为本发明具体实施方式中基于分布式光伏发电的冷库制冷自动控制方法的流程图；

图3为本发明具体实施方式中通过PLC控制冷库中制冷风机的开启台数的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式加以详细的说明。

一种基于分布式光伏发电的冷库制冷自动控制系统，如图1所示，包括光伏发电单元、主控制单元、开关单元、制冷单元、温度检测单元和显示单元。

光伏发电单元，包括光伏电池组件、光伏控制器、蓄电池和逆变器。

光伏电池组件，用于收集光照，将光能转换为电能。

光伏控制器，用于控制光伏电池组件的光伏电池板的电压，得到稳定的输出电压为蓄电池充电。

蓄电池，用于储存由光伏电池组件发出的电能。

本实施方式中，逆变器选用同时输出380V和220V电压、频率均为50Hz的交流电的逆变器，用于将光伏电池组件的光伏电池板转换的直流电逆变为与公用电网同频、同相位的交流电，并传送至低压供电网。

主控制单元，包括PLC和温度巡检仪，还包括DI/DO扩展模块。

本实施方式中，PLC型号为西门子S7-200SMART型PLC，包含有电源模块，型号为SR60的CPU模块。PLC的电源输入端连接220V低压供电网。PLC用于对冷库中的当前温度值与设定的温度上限阈值和温度下限阈值进行比较，通过控制继电器和对应的交流接触器的通断，控制冷库中制冷风机的开启台数；通过判断是否具有交流接触器的控制信号得到当前控制状态；控制冷凝器和压缩机的通断。

本实施方式中，当制冷单元只要有一台制冷风机启动时，冷凝器、压缩机、蒸发器和节流阀均开启。

DI/DO扩展模块型号为EMDR32，PLC的CPU模块的扩展端口与DI/DO扩展模块EMDR32的扩展端口连接。DI/DO扩展模块，用于实现PLC与开关单元中的N个继电器和N个交流接触器之间的连接。

本实施方式中，温度巡检仪，型号为DCW-8C型。用于将K＝4个温度传感器采集的冷库中的温度值传输至PLC。

开关单元，包括N＝5个继电器、N＝5个交流接触器和N＝5个断路器。

本实施方式中，继电器型号为MY4N-J，用于根据PLC控制对应的交流接触器的通断。

交流接触器型号为CJX20910，用于控制对应的制冷风机的启动与停止，用于在用户手动控制制冷风机通断时，发送状态信号至PLC。

断路器型号为DZ47-60C20A，用于对制冷风机线路进行断路保护。

制冷单元，包括压缩机、蒸发器、节流阀、冷凝器和N个制冷风机。

本实施方式中，温度检测单元，包括K＝4个温度传感器，均设置于冷库的天花板中间位置。均选用量程为0～400℃、精度为0.2％、输入直流电压24V、输出为4～20mA直流电流铂热电阻传感器PT100。用于采集冷库中温度，并传输至温度巡检仪。

本实施方式中，显示单元为7寸触摸显示屏，用于显示冷库的实时温度值，设置温度上限阈值和温度下限阈值，设置启动停止PLC的自动控制运行，显示运行状态。

光伏电池组件的正极连接光伏控制器的正极端口，光伏电池组件的负极连接光伏控制器的负极端口，蓄电池正极端口分别连接光伏控制器的正极端口和逆变器的正极端口，蓄电池负极端口分别连接光伏控制器的负极端口和逆变器的负极端口，逆变器的输出端连接低压供电网，PLC的电源输入端连接220V低压供电网，温度巡检仪通过RS485端口连接PLC的RS485数据端口，第n个制冷风机的控制端连接第n个交流接触器的一端，第n个交流接触器的另一端连接第n个断路器的一端，各个交流接触器的控制端连接PLC的输入端，第n个交流接触器的控制端还连接第n个继电器的一端，各个断路器的另一端连接380V低压供电网，各个继电器的另一端连接PLC的输出端，PLC的输出端还连接冷凝器的控制端和压缩机的控制端，压缩机的供电端连接380V低压供电网，压缩机的输出端连接冷凝器的输入端，冷凝器的输出端连接节流阀的输入端，节流阀的输出端连接蒸发器的输入端，蒸发器的输出端连接压缩机的输入端，5个制冷风机均设置于蒸发器后端，4个温度传感器的输出端均连接温度巡检仪的输入端，触摸显示屏通过以太网连接PLC的以太网通信端口，其中，n＝1…5。

一种冷库制冷自动控制的方法采用基于分布式光伏发电的冷库制冷自动控制系统，如图2所示，包括以下步骤：

步骤1：光伏电池组件收集光照，将光能转换为电能，通过光伏控制器控制光伏电池组件的光伏电池板的电压，得到稳定的输出电压为蓄电池充电。

步骤2：通过逆变器将光伏电池组件的光伏电池板转换的直流电逆变为与公用电网同频、同相位的交流电，并传送至低压供电网。

步骤3：当用户手动控制制冷风机通断时，交流接触器发送状态信号至PLC，当用户进行自动控制制冷风机通断时，通过触摸屏控制PLC开启自动控制运行。

步骤4：通过触摸显示屏设置温度上限阈值和温度下限阈值。

本实施方式中，温度下限阈值设置为-3℃。温度上限阈值设置为0℃。

步骤5：通过4个温度传感器实时采集冷库中的温度，并通过温度巡检仪将各个温度值传输至PLC中。

步骤6：通过PLC对冷库中的当前温度值与设定的温度上限阈值和温度下限阈值进行比较，通过控制继电器和对应的交流接触器的通断，控制冷库中制冷风机的开启台数，通过PLC控制压缩机和冷凝器开启运行，如图3所示。

步骤6.1：通过PLC对冷库中的当前温度值与设定的温度上限阈值和温度下限阈值进行比较，若当前温度值大于设定的温度上限值，则执行步骤6.2，若当前温度值小于设定的温度下限值，则执行步骤6.3，若当前温度值大于设定的温度下限值且小于设定的温度上限值，则执行步骤6.4，当前温度值为4个温度传感器采集的冷库中的温度的均值。

本实施方式中，若当前温度值大于设定的温度上限值0℃，则PLC输出值冷库制冷单元开启率A＝1，执行步骤6.2.

若当前温度值小于设定的温度下限值-3℃，则PLC输出值冷库制冷单元开启率A＝0，则执行步骤6.3。

若当前温度值大于设定的温度下限值-3℃且小于设定的温度上限值0℃，则执行步骤6.4。

步骤6.2：通过PLC控制5个继电器和对应的交流接触器连通，开启冷库中5个制冷风机对冷库进行制冷，通过PLC控制压缩机和冷凝器开启运行，返回步骤6.1。

步骤6.3：通过PLC控制5个继电器和对应的交流接触器关断，关闭冷库中5个制冷风机，通过PLC控制压缩机和冷凝器关断，返回步骤6.1。

步骤6.4：通过PLC判断当前时刻与供电峰谷时间段的关系，若当前时刻为供电峰电时间段，则执行步骤6.3，若当前时刻为供电谷电时间段，则执行步骤6.5，若当前时刻为供电平电时间段，则执行步骤6.7。

步骤6.5：通过PLC判断当前冷库温度变化率ΔT与温度变化率上限阈值和温度变化率下限阈值的关系，若当前冷库温度变化率ΔT大于温度变化率上限阈值，则执行步骤6.2，若当前冷库温度变化率ΔT小于温度变化率下限阈值，则执行步骤6.3，若当前冷库温度变化率ΔT大于温度变化率下限阈值并且小于温度变化率上限阈值，则执行步骤6.6。

本实施方式中，若当前冷库温度变化率ΔT大于温度变化率上限阈值0.01时，则PLC输出值冷库制冷单元开启率A＝1，执行步骤6.2。

若当前冷库温度变化率ΔT小于温度变化率下限阈值0时，则PLC输出值冷库制冷单元开启率A＝0，则执行步骤6.3。

若当前冷库温度变化率ΔT大于温度变化率下限阈值0并且小于温度变化率上限阈值0.01，则执行步骤6.6。

步骤6.6：通过PLC计算谷电时段冷库制冷单元开启率A＝1-100ΔT，根据谷电时段冷库制冷单元开启率A控制冷库中制冷单元的开启个数，并控制压缩机和冷凝器开启运行，返回步骤6.1。

本实施方式中，当0≤A＜0.1时，PLC的DI/DO扩展模块的DO端口无输出，通过PLC控制5个继电器和对应的交流接触器关断，关闭冷库中5个制冷风机。

当0.1≤A＜0.3时，PLC的DI/DO扩展模块的DO端口有输出，通过PLC控制继电器和对应的交流接触器，启动1台制冷风机。

当0.3≤A＜0.5时，PLC的DI/DO扩展模块的DO端口有输出，通过PLC控制继电器和对应的交流接触器，启动2台制冷风机。

当0.5≤A＜0.7时，PLC的DI/DO扩展模块的DO端口有输出，通过PLC控制继电器和对应的交流接触器，启动3台制冷风机。

当0.7≤A＜0.9时，PLC的DI/DO扩展模块的DO端口有输出，通过PLC控制继电器和对应的交流接触器，启动4台制冷风机。

当0.9≤A＜1时，PLC的DI/DO扩展模块的DO端口有输出，通过PLC控制5个继电器和对应的交流接触器连通，开启冷库中5个制冷风机。

步骤6.7：通过PLC判断当前冷库温度变化率ΔT与温度变化率上限阈值和温度变化率下限阈值的关系，若当前冷库温度变化率ΔT大于温度变化率上限阈值，则执行步骤6.2，若当前冷库温度变化率ΔT小于温度变化率下限阈值，则执行步骤6.3，若当前冷库温度变化率ΔT大于温度变化率下限阈值并且小于温度变化率上限阈值，则执行步骤6.8。

本实施方式中，若当前冷库温度变化率ΔT大于温度变化率上限阈值0.01时，则PLC输出值冷库制冷单元开启率A＝1，执行步骤6.2。

若当前冷库温度变化率ΔT小于温度变化率下限阈值0时，则PLC输出值冷库制冷单元开启率A＝0，则执行步骤6.3。

若当前冷库温度变化率ΔT大于温度变化率下限阈值0并且小于温度变化率上限阈值0.01，则执行步骤6.8。

步骤6.8：通过PLC计算平电时段冷库制冷单元开启率A′＝0.6(1-100ΔT)，根据平电时段冷库制冷单元开启率A′控制冷库中制冷单元的开启个数，并控制压缩机和冷凝器开启运行，返回步骤6.1。

本实施方式中，当0≤A′＜0.1时，PLC的DI/DO扩展模块的DO端口无输出，通过PLC控制5个继电器和对应的交流接触器关断，关闭冷库中5个制冷风机。

当0.1≤A′＜0.3时，PLC的DI/DO扩展模块的DO端口有输出，通过PLC控制继电器和对应的交流接触器，启动1台制冷风机。

当0.3≤A′＜0.5时，PLC的DI/DO扩展模块的DO端口有输出，通过PLC控制继电器和对应的交流接触器，启动2台制冷风机。

当0.5≤A′＜0.7时，PLC的DI/DO扩展模块的DO端口有输出，通过PLC控制继电器和对应的交流接触器，启动3台制冷风机。

当0.7≤A′＜0.9时，PLC的DI/DO扩展模块的DO端口有输出，通过PLC控制继电器和对应的交流接触器，启动4台制冷风机。

当0.9≤A′＜1时，PLC的DI/DO扩展模块的DO端口有输出，通过PLC控制5个继电器和对应的交流接触器连通，开启冷库中5个制冷风机。

步骤7：在PLC控制过程中，触摸屏显示屏显示冷库的实时温度值和当前处于自动或手动控制状态，返回步骤1。