基于ARM Cortex-M4的智能光伏汇流系统的研究

【摘要】：随着太阳能光伏发电技术越来越成熟,对光伏发电系统的智能化、网络化控制要求也随之提高。因为光伏发电系统的智能化、网络化不仅意味着管理的便捷,更是有利于提高发电效率,增强发电系统的安全系数。 本文综述了太阳能光伏发电的需求及发展概况,分析了光伏发电中存在的技术、管理、安全方面的问题；介绍了光伏汇流箱在光伏发电中的地位、功能及特性；论述了国内外汇流箱的发展现状,针对目前汇流箱普遍存在的处理能力不强、人机交互简陋、通信方式落后、安全性能不高等缺点,提出了一种改进光伏汇流系统的更优解决方案。 针对光伏汇流箱的控制技术、电流检测技术、电压检测技术和网络通信技术等关键问题,本文开展了以下工作：对处理器进行了选型,选用更为先进的ARMCortex-M4芯片MK60DN512作为主控器,为控制系统提供了强劲的处理能力；对电压、电流检测器件进行了选型,选用高精度的霍尔电压传感器HBV05A3.3对电压进行测量,选用高精度的闭环霍尔电流传感器HBC06LTS3.3对电流进行检测,对电压电流检测电路进行了设计；选用TFTLCD作为显示器,有效改善了人机交互界面；为实现系统网络化远程监测,对系统进行了以太网通信模块设计。 针对汇流箱室外工作的恶劣环境,对汇流系统进行了安全防护硬件设计。在输入端设计了过流保护电路、输出端设计了直流断路器、防雷器等保护装置,有效防止了系统在过载、短路、雷击的状态下受到损坏,确保系统稳定、可靠和安全的工作。 对汇流箱各子模块进行了实验测试,对霍尔电压传感器及霍尔电流传感器的测试数据进行了误差分析；对重复性平均标准偏差、回程误差进行了计算；采用最小二乘法拟合求出了两种传感器的工作曲线；提出了一种线性校准方法,在软件上采用中值滤波和n次均值滤波,对系统精度进行了计算；对以太网模块进行了通信测试,实现了网络通信功能。 本文对光伏汇流系统进行了整体测试,测试结果表明,系统性能优异。对于促进光伏汇流系统的更新换代及对太阳能光伏发电系统的智能化具有积极意义。 【关键词】：光伏汇流系统 ARM Cortex-M4内核 霍尔传感器 以太网通信
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1 绪论14-20
• 1.1 课题研究的背景及意义14-15
• 1.2 光伏阵列汇流系统的发展概况15-17
• 1.3 光伏阵列汇流系统的工作原理17
• 1.4 光伏阵列汇流系统设计结构及设计参数17-18
• 1.5 论文结构与研究内容18-19
• 1.6 本章小结19-20
• 2 信号测量方法研究20-26
• 2.1 直流电流的测量方法20-21
• 2.2 直流电压的测量方法21
• 2.3 霍尔传感器21-23
• 2.3.1 霍尔电流传感器22
• 2.3.2 霍尔电压传感器22
• 2.3.3 霍尔传感器的特性及应用22-23
• 2.4 信号测量方法的选取23-24
• 2.5 本章小结24-26
• 3 数据通信方法研究26-34
• 3.1 RS485通信26-30
• 3.1.1 RS485通信方式及性能26-27
• 3.1.2 RS485通信协议27-30
• 3.1.2.1 多功能电能表通信协议(DL/T645-1997)28
• 3.1.2.2 ModBus通信协议(RTU模式)28-30
• 3.2 以太网通信30-32
• 3.2.1 以太网拓扑结构30-31
• 3.2.2 以太网协议模型31-32
• 3.3 本章小结32-34
• 4 系统硬件设计34-50
• 4.1 汇流模块硬件设计34
• 4.2 主控模块电路设计34-40
• 4.3 液晶显示模块电路设计40-42
• 4.4 通信模块电路设计42-45
• 4.4.1 RS485通信电路42-43
• 4.4.2 以太网通信电路43-45
• 4.5 信号采集模块电路设计45-47
• 4.5.1 霍尔电压传感器电路45-46
• 4.5.2 霍尔电流传感器电路46-47
• 4.6 电源模块电路设计47-48
• 4.7 安全防护及辅助硬件48-49
• 4.8 本章小结49-50
• 5 系统软件设计50-60
• 5.1 数据采集程序设计50-51
• 5.2 液晶显示程序设计51-52
• 5.3 温度信号采集程序设计52-53
• 5.4 以太网通信程序设计53-58
• 5.4.1 K60以太网模块程序设计53-56
• 5.4.2 uIP移植56-58
• 5.5 系统主体程序设计58-59
• 5.6 本章小结59-60
• 6 系统测试及数据分析处理60-82
• 6.1 液晶显示模块测试60
• 6.2 温度测量模块测试60-62
• 6.3 霍尔传感器检测模块测试62-76
• 6.3.1 电压检测模块测试63-68
• 6.3.1.1 测试方法63-64
• 6.3.1.2 求霍尔电压传感器的工作直线及精度64-68
• 6.3.2 电流检测模块测试68-76
• 6.3.2.1 测试方法68
• 6.3.2.2 求霍尔电流传感器的工作直线及精度68-76
• 6.4 以太网通信测试76-78
• 6.5 系统总体测试78-80
• 6.6 本章小结80-82
• 7 总结与展望82-84
• 7.1 总结82-83
• 7.2 展望83-84
• 参考文献84-88
• 致谢88-90
• 作者简介及读研期间主要科研成果90

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