基于LabVIEW光伏发电在线测控系统的研究

【摘要】：太阳能是一种清洁的永续能源,具有普遍性、可持续性、无污染的特点。在生产实践中,太阳能的有效利用形式包括光电、光热和光化学的转换。其中,光伏发电技术(光电转化)的应用和推广,已经成为国内外最重要,发展最快的能源补给形式。然而,研究如何提高光伏电池的光电转化效率,降低应用成本,成为光伏发电技术推广、应用的技术性难题。本课题就目前工程应用中使用传统智能仪表,手动记录现场数据的独立发电系统,结合LabVIEW虚拟仪器技术,将其功能优化,实现了在线自动采集光伏发电系统的相关数据(T,U,I,P),并对光伏电池的最大功率点实时跟踪。本论文为了实现真正意义的MPPT(Maximum Power Point Tracking),提出了“电导增量算法”实时跟踪太阳能的最大功率点。并设计制作了数据采集卡及智能控制器,该控制器电路采用单片机技术,产生PWM脉冲信号控制Boost升压斩波电路占空比,将该控制器加在负载蓄电池和光伏电池之间,最终实时调节最大功率点的目的。 针对目前工程应用中采用传统方式控制的独立光伏发电系统存在的不足,结合LabVIEW技术,对光伏发电在线系统的软硬件技术分别探讨和研究,最终实现了光伏发电数据在线自动测控。主要完成的工作如下： (1)查阅相关文献,深入的剖析了目前国内外所面临的能源形式,并提出利用光伏发电技术解决能源危机的方案。 (2)分析了光伏电池的工作原理及其数学模型,讨论分析了光伏电池温度、光照强度对其输出特性的影响,不仅在MATLAB/Simulink中搭建光伏电池仿真模型进行实验验证,并通过实验研究了光伏电池的输出特性。 (3)研究了蓄电池的电化学反应原理,并讨论了其充电控制的方法,蓄电池的三阶段充电控制法,可以避免蓄电池在使用过程中过充电现象。 (4)阐述了DC-DC电路的工作原理及MPPT的控制方法,通过比较分析,提出“电导增量算法”动态跟踪光伏电池最大功率点,在MATLAB/Simulink进行仿真实验,不仅验证了Boost升压斩波电路的有效性,还验证了“电导增量法”算法的优越性。经实践验证,该算法能够快速适应光照强度的变化。 (5)本论文详细介绍了LabVIEW的硬件相关及软件设计的思路和方法。最终完成了温度采集电路、信号调理电路、数据采集卡电路的制作,并设计实现了基于LabVIEW的集数据采集、分析、存储和在线发布功能于一体的虚拟仪器,得到最终的实验结果。 【关键词】：光伏发电 在线测控 电导增量法 DC-DC电路 LabVIEW
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 中文摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 课题研究背景与意义12-13
• 1.1.1 能源面临的困境12
• 1.1.2 太阳能资源利用12-13
• 1.2 领域现状与前景分析13-16
• 1.2.1 光伏发电技术14-15
• 1.2.2 虚拟仪器技术15-16
• 1.2.3 在线测控技术16
• 1.3 论文主要研究内容和结构16-18
• 第二章 光伏发电系统的工作原理18-28
• 2.1 系统模型18-19
• 2.2 光伏电池19-24
• 2.2.1 光伏电池的基本原理19-20
• 2.2.2 光伏电池的等效电路及输出特性20-22
• 2.2.3 光伏电池的仿真建模22-24
• 2.3 控制器24
• 2.4 蓄电池24-26
• 2.4.1 蓄电池的电化学反应与容量的计算25
• 2.4.2 蓄电池的充电控制方法25-26
• 2.5 本章小结26-28
• 第三章 最大功率点(MPP)跟踪策略研究28-37
• 3.1 最大功率跟踪策略28-32
• 3.1.1 光伏电池MPPT控制原理28-30
• 3.1.2 DC-DC转换电路建模30-32
• 3.2 各种MPPT控制的方法32-33
• 3.3 电导增量法的仿真实验分析33-36
• 3.3.1 电导增量法的原理33-35
• 3.3.2 仿真实验分析35-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 LabVIEW测试平台的搭建37-48
• 4.1 LabVIEW技术介绍37-38
• 4.2 LabVIEW硬件相关38-44
• 4.2.1 计算机与I/O接口38-39
• 4.2.2 传感器39-41
• 4.2.3 信号调理41-42
• 4.2.4 数据采集42-44
• 4.3 LabVIEW软件设计44-47
• 4.3.1 软件设计结构44-45
• 4.3.2 软件功能模块45-47
• 4.4 本章小结47-48
• 第五章 在线测控系统性能测试48-60
• 5.1 在线测控系统介绍及工作方式48-49
• 5.1.1 在线测控系统介绍48-49
• 5.1.2 在线测控系统工作方式49
• 5.2 系统的硬件实现49-52
• 5.2.1 温度检测电路49-50
• 5.2.2 数据采集电路50-51
• 5.2.3 DC-DC电路51-52
• 5.3 系统的软件设计52-58
• 5.3.1 系统主界面设计53
• 5.3.2 数据采集分析53-57
• 5.3.3 数据的存储与回放57-58
• 5.3.4 数据的在线发布58
• 5.4 本章小结58-60
• 第六章 总结与展望60-62
• 参考文献62-65
• 攻读学位期间取得的研究成果65-66
• 致谢66-67
• 个人简况及联系方式67-69

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