太阳能光伏发电监控系统的设计与实现

【摘要】：当今社会,以常规能源为基础的能源结构随着资源的不断耗用将愈来愈不适应可持续发展的需要,加速开发利用太阳能等可再生能源已成为人们的共识,利用洁净的太阳能光生伏打效应为基础的光伏发电技术有着十分广阔的应用前景。但太阳能利用效率低这一问题一直影响和阻碍着太阳能技术的普及。为了推广太阳能技术的应用,提高太阳能的利用效率,本文在设计太阳能光伏发电系统的基础上,开发了基于计算机编程语言和数据库的光伏发电监控系统,最后又对本文所设计的太阳能光伏发电系统的节能和环保效益进行了分析,说明了本设计的工程实践意义。 本文在仔细研究国内外的太阳能发电技术背景以及发展状况的条件下,阐述了课题的研究背景、意义、开发的目的。以50KW光伏发电系统为背景,进行了系统的总体设计和上位机SCADA监控系统的设计与实现。首先,介绍了光伏发电系统的发展,其应用具有长远的重要意义,阐述了各类光伏发电系统的工作原理、系统结构和在实际中的应用概况等。然后,结合50KW太阳能光伏发电系统的实际情况和需要,对所用的光伏组件进行了计算和分析,选择了适合于本系统的光伏组件。在此之上,设计了系统的总体结构,这里包括：最大功率控制、DC/DC变换控制电路、DC/AC变换控制电路。针对光伏组件路数多、需要监视的参数多和逆变器参数多的特点,应用DSP和FPGA等先进芯片,对采样系统和通讯系统进行了设计与实现。然后,在软件实现时,为了保证监控数据的实时性和可靠性,应用SOLServer2000和VB6.0,对系统进行了功能模块设计、实时数据库设计、历史数据库设计和界面设计。利用MSComm控件,实现计算机与下位机的通讯。在这里有三点重要的设计,建立监控系统通讯接口的设计,这是监控软件的关键部分,即在物理层RS485构建Modbus通讯协议；数据库设计,用ODBC开发光伏发电SCADA数据库系统应用程序并用MFC访问ODBC;人机界面程序设计,选择计算机编程语言进行显示界面的程序设计,并且利用了MSComm控件功能设计可视化的人机界面。从而实现了PC机对太阳能发电系统各个设备的运行消耗情况进行状态监控、参数设置、系统管理以及故障报警信息等,研究并实现了在用计算机软件对太阳能光电系统进行监控的过程中的上下位机之间的通信。最后,全面分析了光伏发电系统的节能与经济效益,通过对成本的测算和发电量等的计算和分析,证明了光伏系统为我们所带来的经济效益是巨大的。 【关键词】：光伏发电系统 监控 人机界面 串行通讯接口 数据库
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM615;TM76
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 太阳能光伏发电技术背景及简介12-14
• 1.2 国内外光伏发电系统的发展现状14-17
• 1.2.1 国外光伏发电的现状和趋势14-16
• 1.2.2 国内光伏发电的现状和趋势16-17
• 1.3 太阳能光伏发电监控系统的研究背景及意义17-18
• 1.4 太阳能光伏发电监控系统的发展18-19
• 1.5 本文主要研究内容19-20
• 第2章 太阳能光伏发电系统组成与总体设计20-38
• 2.1 光伏组件方阵的设计23-24
• 2.2 太阳能电池方阵倾角的确定24
• 2.3 光伏发电系统的蓄电池设计24-26
• 2.4 DC/DC变换器及其控制电路设计26-29
• 2.5 DC/AC逆变器及其控制电路设计29-30
• 2.6 50KW太阳能光伏发电系统的开发设计30-38
• 2.6.1 环境介绍及系统总体设计30-36
• 2.6.2 监控系统的上位机程序设计36-38
• 第3章 太阳能光伏发电监控系统设计38-78
• 3.1 光伏发电监控系统架构分析38-43
• 3.1.1 系统总体功能分析40-42
• 3.1.2 系统的非功能性需求42
• 3.1.3 开发平台和开发工具的选择42-43
• 3.2 光伏发电监控系统硬件设计43-45
• 3.3 上位机程序设计45-66
• 3.3.1 监控系统的数据库设计45-58
• 3.3.2 监控系统的人机界面程序设计58-66
• 3.4 基于PLC的光伏发电数据中转站设计66-69
• 3.4.1 数据中转站的结构66-68
• 3.4.2 与上位机监控系统数据通信的实现68-69
• 3.5 FX系列PLC编程口与上位机通讯实现69-73
• 3.5.1 本系统的通讯71-72
• 3.5.2 RS-485通信标准72-73
• 3.6 与FPGA数据通信的实现73-78
• 3.6.1 通信数据格式73-74
• 3.6.2 PLC发送与接收数据的特点74-75
• 3.6.3 PLC与FPGA数据通信的实现75-78
• 第4章 上位机界面程序运行结果78-86
• 4.1 系统登录/注销78
• 4.2 系统账户管理78
• 4.3 用户切换或退出管理界面78-79
• 4.4 通讯连接单元79-80
• 4.5 运行参数80-81
• 4.6 工厂参数81-82
• 4.7 故障显示单元82
• 4.8 运行界面82-83
• 4.9 窗口控件中展示数据库数据记录83-86
• 第5章 节能和环保效益分析86-92
• 5.1 系统的主要技术指标86
• 5.2 节能和环保效益分析86-92
• 5.2.1 一般光伏发电系统的成本构成86-87
• 5.2.2 发电量测算与环保效益分析87-90
• 5.2.3 资金投入与效益分析90-92
• 第6章 总结与展望92-94
• 6.1 全文总结92-93
• 6.2 展望93-94
• 参考文献94-98
• 致谢98

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