太阳能光伏逆变器通信系统的研究和设计

【摘要】：在不可再生能源日益枯竭、环境污染日益严重的今天，太阳能作为一种污染少、储量大的可再生新能源，已成为人类未来清洁能源的重要解决方案之一。其中，太阳能光伏并网发电作为太阳能利用环节中的重要一环，已成为世界各国争相研究、发展的亮点，并在世界各地已形成了一定的开发规模。 同时，随着技术的发展和应用的要求，光伏逆变器的通信系统也越来越得到各逆变器研究者和厂家的重视。其通信系统须满足光伏并网逆变器的应用场合要求，并提供响应延迟短、传输错误小、系统功耗低的通信功能和良好的人机交互功能。 本文对目前光伏逆变器的各种通信系统的备选方案进行了详细的介绍，对比了各种技术的优缺点，并提出了一套光伏逆变器通信系统的解决方案。在移植了uC/OS-II操作系统的AVR单片机（Atxmega256D3）上，集成了SPI、RS485、Ethernet三种通信方式，并设计了对应的上位机程序和用户体验良好的交互界面供用户实时地对光伏并网逆变器进行监控、参数调节、并联控制等。本文完成了对该通信系统的软硬件的设计和实现，算法实现，并对整套设备做了较为完善的功能测试和性能评估。为光伏并网逆变器通信系统的继续研究和功能改进打下了良好的基础。 【关键词】：光伏并网逆变器 通信系统 逆变器并联 AVR单片机 uC/OS
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 光伏逆变器通信系统的发展概况11-13
• 1.3 研究内容13-14
• 1.4 论文章节安排14-15
• 1.5 本章小结15-16
• 第二章 系统方案论证及理论基础16-29
• 2.1 光伏逆变器通信系统备选技术方案17-23
• 2.1.1 短距离通信17-20
• 2.1.2 中等距离通信20-22
• 2.1.3 远距离通信22-23
• 2.2 系统设计理论基础23-28
• 2.2.1 并联控制方法23-25
• 2.2.2 实时操作系统移植25-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 光伏逆变器通信系统硬件设计29-49
• 3.1 核心芯片 ATxmega256D3 简介29-30
• 3.2 光伏逆变器通信系统框架设计30-31
• 3.3 电路原理图设计31-36
• 3.3.1 电源管理模块31-32
• 3.3.2 复位模块32-33
• 3.3.3 人机交互模块33-34
• 3.3.4 RTC 模块34
• 3.3.5 SPI 通信模块34
• 3.3.6 RS485 通信模块34-35
• 3.3.7 Ethernet 通信模块35-36
• 3.4 硬件电路设计的重点及注意事项36-48
• 3.4.1 信号完整性的理论分析37-39
• 3.4.2 单板布线方案设计39-48
• 3.4.2.1 布线前仿真40-43
• 3.4.2.2 布线后仿真43-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 光伏逆变器通信系统软件设计49-63
• 4.1 软件开发环境简介49-50
• 4.2 软件总体设计50-51
• 4.3 主程序设计与分析51-55
• 4.4 系统通信协议55-57
• 4.4.1 逆变器通信系统应用层协议 SSGCI_UP V1.055-56
• 4.4.2 以太网通信协议56-57
• 4.5 逆变器并联和通信系统以太网组网算法57-61
• 4.5.1 并联网络的建立58-60
• 4.5.2 并联控制算法60-61
• 4.5.3 并联控制协议61
• 4.6 上位机程序61-62
• 4.7 本章小结62-63
• 第五章 通信系统的测试与分析63-67
• 5.1 人机交互界面测试63-64
• 5.2 上位机功能测试64-65
• 5.3 性能测试65-66
• 5.3.1 RS485 通信距离测试65
• 5.3.2 功耗测试65-66
• 5.3.3 高压测试66
• 5.4 本章小结66-67
• 总结67-68
• 参考文献68-72
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果72-73
• 附录73-75
• 致谢75-76
• 附件76

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