提高太阳能光伏转换效率的控制系统研究及实现

【摘要】：太阳光线能流密度低、辐射具有间歇性,使太阳能光伏发电技术受到很大的局限,在太阳能光伏发电技术中,太阳能电池板控制技术是实现太阳能光伏发电的关键技术,此技术可以大大提高太阳能辐射的吸收效率,增大光伏发电量。作为太阳能辐射吸收的一个重要环节,太阳能电池板自动控制系统的主要作用是控制电池板对太阳进行自动跟踪、检测,以保证在整个光伏发电过程中,太阳能电池板稳定、可靠、高效的吸收太阳辐射能量。以及保证整个太阳能发电系统的安全运行。由于太阳的运动是一个非线性的变化,外界环境的影响会使太阳能电池板的跟踪精度降低,因此有必要研究太阳能电池板在任何不同的天气条件下能够稳定可靠的接受到最大辐射量的最佳角度的控制方式。 本文通过对太阳能光伏发电系统的深入研究,描述了太阳光线的聚集原理以及太阳运动的一般规律,通过对地球相对太阳运动规律的研究初步得到了一种自动跟踪太阳方位的控制方案,并且设计了一种能够提高太阳能光伏转换效率的可行方法。该系统采用西门子S7-300系列的PLC以及西门子伺服驱动器等,搭建起一个太阳能电池板自动跟踪控制系统,采用现场总线网络结构的控制策略来实现对太阳能电池板的双轴自动控制。本文详细介绍了这种太阳能电池板自动控制系统的设计思想和工作原理,以及系统控制电路组成。由于太阳运动属于一种非线性运动,采用常规方法难以对太阳运动规律建立起数学模型,因此论文中引入了模糊控制理论对检测到的太阳光线信号进行了理论分析。 本自动控制系统项目的控制电路和软件编程工作都是建立在参与导师的科研项目基础之上,尤其是具有相似工作原理的系统软件已经被运用在上海宝钢和抚顺特钢的矫直机控制系统中。针对太阳能电池板的自动跟踪控制系统也在大连工业大学自动化实验室进行了仿真调试实验工作。结果表明,该系统完全可以实现预期的控制效果,为提高太阳能光伏转换效率探索出一条新的设计方法。 【关键词】：太阳能控制 光伏转换效率 模糊控制 PLC 现场总线
【学位授予单位】：大连工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP273.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 太阳能发电概述9-11
• 1.1.1 世界能源发展现状及太阳能应用的意义9-10
• 1.1.2 太阳能发电的特点10-11
• 1.1.3 太阳能及其光伏产业11
• 1.2 太阳能光伏发电的意义及国内外研究的现状11-14
• 1.2.1 太阳能发电的分类11
• 1.2.2 太阳能光伏发电国内外的发展与现状11-13
• 1.2.3 太阳能光伏发电研究的意义13-14
• 1.3 本文主要研究的内容与方法14-16
• 第二章 太阳入射角的跟踪与确定方法的研究16-23
• 2.1 太阳与地球的相对运动16-18
• 2.2 太阳入射角跟踪的几种方式18
• 2.3 太阳方向的检测方法18-21
• 2.3.1 自动跟踪传感器设计原理19
• 2.3.2 太阳光线透射过程19-21
• 2.4 太阳光线检测误差分析21-22
• 2.5 本章小结22-23
• 第三章 太阳能电池板的控制方式的研究23-29
• 3.1 太阳光线与太阳能电池板法线偏移方向的研究23-25
• 3.1.1 模糊控制理论简介23
• 3.1.2 太阳角度跟踪精度分析23-25
• 3.2 模糊控制器的设计及实现25-28
• 3.2.1 确定语言变量25-26
• 3.2.2 确定隶属度函数26-27
• 3.2.3 模糊控制规则27-28
• 3.3 模糊控制器静态性能分析28
• 3.4 本章小结28-29
• 第四章 太阳能电池板控制系统的硬件结构设计29-42
• 4.1 概述29
• 4.2 太阳能电池板控制系统硬件结构概述29-37
• 4.2.1 西门子S7-300可编程控制器的简介30-31
• 4.2.2 可编程控制器的选取31-32
• 4.2.3 伺服驱动器的选取32-35
• 4.2.4 PROFIBUS总线35-37
• 4.3 控制系统的硬件控制系统设计37-41
• 4.3.1 伺服驱动器的设置37-38
• 4.3.2 控制系统的硬件组态38-41
• 4.4 本章小结41-42
• 第五章 太阳能电池板控制系统软件设计42-58
• 5.1 太阳能电池板自动控制软件设计思想42-46
• 5.1.1 自动控制流程介绍42-45
• 5.1.2 控制系统I/O地址分配45-46
• 5.2 太阳能电池板控制系统程序设计46-57
• 5.2.1 伺服控制程序设计48-52
• 5.2.2 太阳位置跟踪程序编写52-54
• 5.2.3 编码器检测转角程序54-57
• 5.3 本章小结57-58
• 第六章 调试实验58-63
• 6.1 仿真实验58-61
• 6.2 相关程序现场调试61-63
• 第七章 总结与展望63-64
• 7.1 全文总结63
• 7.2 研究展望63-64
• 参考文献64-66
• 致谢66-67
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目67-68
• 附录B PLC控制程序68-78

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