野外光伏自动清扫装置控制系统研究

江继波，章正暘，王青华

(1.上海电力新能源发展有限公司，上海 200010； 2.上海明华电力科技有限公司，上海 200010)

1 引言

近年来，光伏发电蓬勃发展。我国光伏装机容量已居世界首位，预计到2030年，国内装机容量将达到1.4亿KW[1]。在光伏运维中，灰尘对光伏发电的影响越来越受到重视，在自然落灰的情况下，光伏板发电每天减少1.2%[2]，为实现光伏发电的最大化效益，应每天清扫一遍。

各种光伏清扫设备层出不穷，但很少有大规模应用。因为光伏发电厂建设时未考虑清洗问题，各光伏板的排布缺乏统一标准，光伏阵列的长短不一，对于长度短的光伏排，使用清扫机器人成本太高[3-5]。多排复用的清扫系统可以实现低成本光伏阵列清扫，但野外光伏阵列现场情况复杂，实现无人值守需要解决很多问题。本研究提出一种适合野外光伏阵列的清扫系统架构和控制策略，可以实现野外光伏阵列无人值守的自动清扫。

2 系统总体设计

图1 光伏阵列清扫系统简图Fig.1 Schematic diagram of PV array cleaning system

自动清扫装置主要包括清扫车支架、清扫车和摆渡系统。如图1所示，在光伏阵列的一侧安装摆渡系统。摆渡车系统包括摆渡车、轨道和定位限位装置。在光伏阵列另一侧的每排光伏排的一端都有一个清扫车支架，用于停放清扫车。

清洗车由两块光伏板做上面板，为光伏清洗车供电。光伏清洗车配大容量锂电池，锂电池放在控制箱中。清洗车支架上安装有挡块，当清洗车行驶到摆渡车上时，会碰到摆渡车的行程开关。清洗车支架右侧上安装有行程开关，当清洗车行驶到摆渡车上时，行程开关碰到摆渡车上的挡块会停止运行。

摆渡车上装有光伏板，为摆渡车提供电源。摆渡车配备大容量锂电池，安装在摆渡车控制箱内。

光伏清扫车和摆渡车都是利用光伏板来给蓄电池充电。光伏清扫车非工作时间停靠在光伏清扫车停靠支架上。光伏清扫车所有时间都可以充电，摆渡车非工作时间都可以充电，为光伏清扫车和摆渡车提供足够的电能。

图2 摆渡车结构图Fig.2 Structure drawing of ferry vehicle

图3 清洗车结构图Fig.3 Structure drawing of cleaning vehicle

3 清扫车控制流程

清洗车流程如图4所示。

清洗车初始停靠在停靠支架上，到了设定时间后，检测蓄电池电压。如果蓄电池电压大于设定电压(27 V)，启动清扫程序；如果蓄电池电压小于设定电压(27 V)，等候0.5 h，继续检测蓄电池电压。蓄电池设定电压的目的是为了确保清洗车蓄电池电量能够进行一个完整的清扫周期，不会中途缺电停止。

清扫车进入清扫流程，直至清扫车右侧行程开关碰到摆渡车限位挡块，信号状态变为1，清扫车停止清扫，并开始尝试与摆渡车建立通信，尝试3次后如果无法建立联系，则清洗车返回初始位置，下次清洗时间设置为第二天首次清洗时间。如果建立了通信链接，则等候摆渡车指令。摆渡车在适当的时机会给清洗车发送返回的指令和下次清扫的时间。下次清扫距离这次清扫至少30 min，以延长电机使用寿命。

清洗车返回后停靠支架后，等下次设定时间到，进行新一轮的清扫。

图4 清扫车控制流程Fig.4 Control flow chart of cleaning vehicle

4 摆渡车控制流程

摆渡车初始状态为节能状态，节能状态为除主控模块和顶部行程开关外，其他模块电源处于关闭状态。

当清洗车运动到摆渡车上时，清洗车的挡块触发摆渡车的顶部行程开关，使摆渡车顶部行程开关的状态变为1。此时开启通信模块和其他所有模块的电源，并启动通信程序尝试与清洗车建立通信。如果通信建立不成功，说明此时摆渡车的顶部行程开关可能为人为操作或其他外力导致。此时，再次检测顶部行程开关的信号状态，如果仍为1，则继续尝试与清扫车信讯。如果摆渡车顶部行程开关为0，则恢复摆渡车至初始状态。通信建立成功后，从清扫车控制器获得清扫车行程开关的信号状态，如果信号状态不为1，则等候3 s后继续获取清扫车行程开关5的信号状态。如果信号状态为1，则检测蓄电池电压，看是否高出设定值(26 V)。其中设定值的大小是为了保证蓄电池有足够的电量供摆渡车运行到下一排。

如果蓄电池电压小于设定值，则告知清扫车直接返回，并确定下次工作时间为第二天，以确保摆渡车有足够的时间充电，并恢复摆渡车至初始节能状态。

如果蓄电池电压大于设定值，启动摆渡车行走程序，进入下一排。进入下一排后，通知清扫车返回，并告知清扫车下次清扫时间。清扫车启动返回程序后，摆渡车顶部行程开关信号恢复为0，恢复摆渡车状态为初始节能状态。

图5 摆渡车控制流程Fig.5 Control flow chart of ferry vehicle

图6 现场图片Fig.6 Equipment site photo

5 现场试验分析

在江苏某光伏发电厂安装一套换排光伏清扫系统，该系统清扫5排光伏阵列，最长的一排180 m，最短的一排120 m，5排共计长780 m，共计1 560块光伏板，374.4 KW。系统运行期间经过多次改进至现有状态。试运行开始期间，因程序设计不合理，多次出现因摆渡车缺电停运。因清洗车长期停止在摆渡车上，导致摆渡车无法充电，停电导致系统停运。经多次改进后，现在整个系统已经可以稳定运行。