基于DSP的光伏发电跟踪控制系统研究

【摘要】：随着能源危机的加剧，人们正寻求新能源来代替传统能源。太阳能具有储能巨大、清洁环保、利用方便等优势，正被大力开发利用。光伏发电作为太阳能利用的主要方式之一，由于光电转换效率低、发电成本高且发电量不稳定，使其难以真正推广应用。当前，光伏发电的电池板支架大多采用固定式设备，若其改用跟踪式设备，可以使光伏阵列最大可能地接受太阳辐射能，从而增加系统的发电量。 本文提出了优化间歇跟踪方法，通过建立跟踪数学模型，对比了传统间歇跟踪与优化间歇跟踪的过程和太阳辐射利用情况，证明了优化间歇跟踪可以改善光电转换效率，减少电机启动停止次数，从而降低系统功耗。赤纬角和时差是影响太阳位置准确计算的两个重要参数，本文选取更加准确的赤纬角和时差算法来计算太阳位置。由于太阳轨迹跟踪和光电跟踪都存在着自身的缺点，本文采用了以太阳轨迹跟踪和光电跟踪相结合的方法作为光伏发电跟踪控制系统的跟踪模式，这样可以弥补两种方式各自缺点。晴天时，系统以太阳轨迹跟踪为主跟踪，光电跟踪为校正跟踪，即系统预先调整到半个小时后的太阳位置，休眠半个小时后开始光电检测，判断是否需要光电跟踪校正，当检测信号超过阀值时开始光电跟踪，反之，不启动光电跟踪，系统再休眠半个小时后进入下次跟踪；阴云天气时，系统仅用太阳轨迹跟踪；雨天时，系统不跟踪。 本文采用TMS320F2812DSP作为控制核心，对跟踪控制系统进行了硬件和软件设计，硬件部分主要包括实时时钟、光电检测、直流电机驱动、位置检测和电源等模块。为了提高系统的整体性能，对直流电机进行双闭环控制，包括速度环和电流环，利用MATLAB/simulink对其进行了仿真。最后，通过实验测试表明系统跟踪精度满足要求，光伏发电跟踪控制系统能够有效提高太阳辐射能量利用。本文设计的光伏发电跟踪控制系统运行良好，成本低，可以推广应用。 【关键词】：光伏发电 间歇跟踪 DSP 太阳能电池板
【学位授予单位】：中原工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1. 绪论10-17
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 光伏发电的跟踪意义11
• 1.3 光伏发电跟踪方法国内外研究现状11-15
• 1.3.1 光电跟踪方法11-12
• 1.3.2 太阳轨迹跟踪方法12-14
• 1.3.3 全景图像定位跟踪方法14-15
• 1.3.4 混合跟踪方法15
• 1.4 改善跟踪效果的途径15
• 1.5 本文主要的研究内容15-16
• 1.6 本章小结16-17
• 2. 光伏发电跟踪算法和控制方法分析17-29
• 2.1 太阳位置的描述17
• 2.1.1 地平坐标系17
• 2.1.2 赤道坐标系17
• 2.2 太阳位置的计算17-22
• 2.2.1 太阳赤纬角计算18-19
• 2.2.2 时差的计算19-21
• 2.2.3 太阳日出日落时间分析21-22
• 2.3 跟踪控制数学模型的建立及仿真22-28
• 2.3.1 跟踪控制策略的优化22-23
• 2.3.2 传统间歇跟踪与优化间歇跟踪的比较23-26
• 2.3.3 跟踪时间间隔的选取26-28
• 2.4 控制方式的选择28
• 2.5 本章小结28-29
• 3. 跟踪控制系统硬件设计29-41
• 3.1 概述29
• 3.2 跟踪控制系统工作原理29-30
• 3.3 硬件具体设计30-31
• 3.3.1 控制核心 DSP 及选型30
• 3.3.2 F2812 的性能特点30-31
• 3.4 控制系统电路设计31-32
• 3.4.1 电源电路31-32
• 3.4.2 F2812 的时钟32
• 3.4.3 F2812 的 JTAG 接口32
• 3.5 信号检测电路设计32-35
• 3.5.1 四象限探测器32-33
• 3.5.2 检测电路设计33-35
• 3.6 A/D 转换35-36
• 3.7 实时时钟模块设计36
• 3.7.1 时钟芯片36
• 3.7.2 F2812 与 X1226 接口36
• 3.8 电机控制模块36-40
• 3.8.1 直流减速电机37
• 3.8.2 驱动芯片 L298N 简介37-38
• 3.8.3 驱动电路设计38-39
• 3.8.4 速度电流双闭环控制39-40
• 3.9 本章小结40-41
• 4. 跟踪控制系统软件设计41-49
• 4.1 DSP 开发试验平台41-43
• 4.1.1 软件开发环境和流程41-42
• 4.1.2 目标文件格式42
• 4.1.3 软件设计预备工作42-43
• 4.2 时钟程序设计43-47
• 4.2.1 I2C 协议43-44
• 4.2.2 程序设计流程44-47
• 4.3 系统主程序设计47-48
• 4.4 本章小结48-49
• 5. 实验和分析49-53
• 5.1 系统测试49-51
• 5.2 日照辐射强度对比测试51-52
• 5.3 本章小结52-53
• 6.总结和展望53-54
• 6.1 总结53
• 6.2 展望53-54
• 参考文献54-58
• 附录：硕士研究生学习阶段发表论文58-59
• 致谢59-60

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