太阳能光伏组件阵列工况监测系统

【摘要】：太阳能是可再生能源和新能源的重要组成部分，目前，光伏发电系统可以解决我国偏远无电地区人民生活用电问题，还可弥补城市供电紧缺等问题。针对边远地区光伏电站无人值守的问题，本文设计了一种针对太阳能光伏组件阵列实施远程监控的系统。 首先，本文介绍了光伏发电监控的意义以及光伏发电监控技术在国内外的发展现状，分析了太阳能光伏组件阵列故障及故障探测原理，指出太阳能光伏阵列发生故障时，其主要参数会发生变化，可以根据这些异变的数据精确定位发生故障的光伏组件。 其次，提出监测系统设计结构，本文采用分布式控制总线结构，主要包括光伏组件数据终端、汇流箱数据采集模块与数据主站，其中，重点设计了光伏组件数据终端和汇流箱数据采集模块，通过硬件和软件两个方面的设计，实现了对光伏发电系统运行状态的监控和参数的实时采集。光伏组件数据终端采用STC12C5A60S2增强型单片机为控制核心，能够自动完成对光伏组件相关数据的测量，另外，组件数据终端能够完全嵌入到组件接线盒中，增强了数据终端的可移植性；汇流箱数据采集模块采用TMS320F2808为控制核心，主要负责管理数据主站与组件数据终端之间数据的中转传送，同时也负责监测整个光伏电站的运行状态。汇流箱数据采集模块将光伏电站所有的数据进行集中处理并通过串行口利用RS-485的通信方式将全部数据发送回数据主站，由数据主站根据采集的数据去判断光伏组件的异常情况。 再次，本文提出了系统的创新点：为了解决光伏组件数据终端与汇流箱数据采集模块之间的通信问题，设计了载波电流环的通信方法，此通信方法是利用组件输电线路作为通信线路，不需要增加额外通信线路，这样大大提高了通信的可靠性，便于现场的建设与维护，目前载波电流环的通信方式已经取得国家专利。 最后，系统通过测试并分析监控系统采集的光伏组件数据与实际测量的光伏组件数据之间的误差，误差范围合理，监控系统达到预期设计要求，具有较高的应用价值。 【关键词】：光伏发电监控 光伏组件数据终端 汇流箱数据采集模块 载波电流环
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-7
• 1 绪论7-11
• 1.1 太阳能光伏发电的背景和意义7-8
• 1.2 光伏发电监控系统在国内外的研究动态及发展趋势8-9
• 1.3 对太阳能光伏组件工况监测的意义9
• 1.4 本文主要工作9-11
• 2 太阳能光伏发电原理及故障分析11-18
• 2.1 太阳能光伏阵列发电原理11-12
• 2.2 太阳能光伏电池的伏安特性12-13
• 2.3 光伏组件的主要结构13-16
• 2.4 太阳能光伏组件阵列的故障分析16-18
• 2.4.1 太阳能光伏组件阵列的故障分类16
• 2.4.2 太阳能光伏阵列的热斑现象16-17
• 2.4.3 太阳能光伏阵列故障探测原理17-18
• 3 太阳能光伏组件阵列工况监测系统设计结构18-22
• 3.1 组件数据终端19
• 3.2 汇流箱数据采集模块19-20
• 3.3 载波电流环通信结构20-22
• 4 光伏组件数据终端的详细设计22-42
• 4.1 组件数据终端控制器的设计22-24
• 4.2 智能采集电路的设计24-29
• 4.2.1 电压采集电路的设计24-27
• 4.2.2 温度采集电路的设计27-29
• 4.3 组件数据终端电源的设计29-30
• 4.4 数据存储电路的设计30-31
• 4.5 信号调制解调电路的设计31-36
• 4.5.1 2ASK（二进制幅移键控）介绍32-34
• 4.5.2 2ASK 调制解调电路仿真测试34-35
• 4.5.3 2ASK（二进制幅移键控）调制解调具体设计35-36
• 4.6 软件设计36-40
• 4.6.1 主程序设计37-38
• 4.6.2 数据采集子程序设计38-39
• 4.6.3 串口中断子程序设计39-40
• 4.7 组件数据终端整体电路图及实物图40-42
• 5 汇流箱数据采集模块的详细设计42-55
• 5.1 汇流箱数据采集模块控制器的选择42
• 5.2 汇流箱数据采集模块电源的设计42-43
• 5.3 汇流箱数据采集模块模拟量采集电路的设计43-45
• 5.3.1 电流采集电路的设计44
• 5.3.2 电压采集电路的设计44-45
• 5.4 空气开关通断状态监测电路的设计45-48
• 5.5 通信电路的设计48-49
• 5.6 防雷击保护49-50
• 5.7 软件设计50-51
• 5.8 汇流箱数据采集模块整体电路图及实物图51-55
• 6 载波电流环通信结构的详细设计55-61
• 6.1 载波电流环的设计55-57
• 6.2 载波电流环通信过程测试57-61
• 7 太阳能光伏组件阵列工况监测系统试运行结果分析61-69
• 8 结论与展望69-70
• 8.1 总结69
• 8.2 展望69-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-73
• 在读期间发表论文及获得专利情况73

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