光伏并网远程监控系统的研究与设计

【摘要】：当今世界，煤炭、石油等化石能源频频告急，环境污染问题日益严峻。而太阳能作为最具潜力的可再生绿色能源，因其储量的无限性、存在的普遍性、利用的清洁性以及实用的经济性，越来越被人们所青睐。大力发展光伏产业、积极开发太阳能，在全球范围得到了空前重视，已成为各国可持续发展战略的重要组成部分。光伏产业也称太阳能电池产业，即利用太阳能级半导体电子器件吸收太阳光辐射能，并使之转换为电能的产业。如今，太阳能光伏发电技术不断成熟与普及，太阳能光伏发电除了普通的太阳能电池或者独立发电应用外，光伏并网系统也在广泛使用，这就使太阳能光伏发电的应用前景更加光明。 光伏并网发电系统一般由太阳能光伏电池板、逆变器以及交流控制器等组成。为保证每部分器件能正常运行需要对不少参数进行测量，保存，分析和控制。众所周知，电站的日常运行数据对于电站系统的管理，设备的维护，以及今后的科研分析具有重要的参考价值。而且，太阳能电站一般在边缘地区并且占地面积较大，这样，数据采集显示过于零散，没有一个集中的平台进行集中观测、存储数据，导致分析和控制上的不便和困难。因此，采用远程监控技术对光伏发电系统进行实时监控就具有非常重要的意义。 本文的研究目标是如何有效地对光伏并网发电站进行实时远程监控，主要内容包括如下： 首先在分析了光伏并网系统的需求、系统功能、总体目标等基础上，提出一种灵活的、可扩展的统一监控管理平台，能对光伏并网系统进行实时监测和控制。实现了电站设备的统一运行监控、数据的集中管理。该平台做了良好的软硬件划分，充分整合现有的技术，这样，既简化了设计和实现的复杂度，又具有很强的灵活性和可扩展性。 其次提出了基于RS485总线与互联网的有线远程监控系统，包括设计了具有数据转发和远程通讯功能的通信网关，硬件设计部分重点分析了PV前端模块和环境采集模块，软件设计部分重点分析了RS485通信模块中的三大模块：中断接收程序、命令帧处理程序和数据发送程序，该系统是采用RS485总线实现各监控终端（光伏阵列）的互联，并通过以太网与远程监控中心通信。这种监控方式比较简易、成本低，但受地域条件限制。 最后提出了基于Zigbee网络的无线远程监控系统，从Zigbee无线监控系统功能要求和设计思想入手，进行软硬件的设计，并对预期的组建过程及结果进行分析。硬件设计部分也是重点分析PV前端模块和环境采集模块，软件设计部分重点分析了协调器软件和节点软件。该系统采用Zigbee实现各监控终端的互联，并通过GPRS与远程监控中心通信，这种监控方式可扩展性好、灵活，而且很适合偏远地区，但成本较高。 【关键词】：光伏发电 远程监控 RS485总线 Zigbee网络 现场监控中心
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615;TP277
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 太阳能光伏发电技术概述10-12
• 1.1.1 光伏发电的优势10-11
• 1.1.2 光伏发电历史11
• 1.1.3 光伏发电在国内外的研究现状与发展趋势11-12
• 1.2 光伏发电系统概述12-17
• 1.2.1 独立光伏发电系统12-15
• 1.2.2 光伏并网发电系统15-17
• 1.3 课题背景17-21
• 1.3.1 光伏并网监控技术简介18-20
• 1.3.2 光伏并网远程监控的意义20
• 1.3.3 课题任务20-21
• 1.4 论文结构21-22
• 第2章 光伏并网发电站一体化监控平台的设计探究22-44
• 2.1 光伏并网系统的监控需求22
• 2.2 接入设备分析22-24
• 2.2.1 逆变器23
• 2.2.2 巡日系统23
• 2.2.3 光伏阵列23-24
• 2.2.4 视频24
• 2.2.5 气象监测仪24
• 2.3 系统功能分析24-36
• 2.3.1 应用层功能24-32
• 2.3.2 服务层功能32-34
• 2.3.3 设备驱动层功能34-36
• 2.4 总体目标与设计原则36-37
• 2.4.1 总体目标36
• 2.4.2 设计原则36-37
• 2.5 系统架构37-43
• 2.5.1 总体架构37-38
• 2.5.2 软件设计38-40
• 2.5.3 硬件设计40-41
• 2.5.4 关键技术分析41-42
• 2.5.5 系统软硬件配置方案42-43
• 2.6 本章小结43-44
• 第3章 基于 RS485 总线与互联网的有线远程监控系统设计44-58
• 3.1 RS485 总线44-49
• 3.1.1 RS485 接口44-46
• 3.1.2 RS485 通讯协议46-49
• 3.2 有线远程监控系统架构49-50
• 3.3 硬件设计50-53
• 3.3.1 硬件结构50-51
• 3.3.2 硬件设备 DSP 和 MCU 的选择51
• 3.3.3 SP485R 与 RS485 总线间链路分析51-53
• 3.4 软件设计53-57
• 3.4.1 软件流程54-55
• 3.4.2 RS485 通信模块分析55-57
• 3.5 本章小结57-58
• 第4章 基于 Zigbee 的无线远程监控系统设计58-78
• 4.1 Zigbee 简介58-60
• 4.1.1 Zigbee 技术的应用及市场发展59
• 4.1.2 Zigbee 技术的优势59-60
• 4.2 Zigbee 协议栈与网络拓扑60-65
• 4.2.1 Zigbee 协议栈的分层结构60-63
• 4.2.2 Zigbee 网络拓扑结构63-65
• 4.3 Zigbee 无线监控系统功能要求和设计思想65-67
• 4.3.1 系统功能要求65
• 4.3.2 设计思想65-66
• 4.3.3 系统架构66-67
• 4.4 硬件设计67-72
• 4.4.1 硬件结构67-68
• 4.4.2 硬件的选择68-70
• 4.4.3 系统模块设计70-72
• 4.5 软件设计72-74
• 4.5.1 协调器软件结构流程72-73
• 4.5.2 节点软件结构流程73-74
• 4.6 预期组建过程及结果分析74-77
• 4.6.1 传感器节点部分74
• 4.6.2 数据接收控制中心74
• 4.6.3 程序的初始化74-75
• 4.6.4 组网过程75
• 4.6.5 选择网络75-76
• 4.6.6 确认加入76
• 4.6.7 数据传送76
• 4.6.8 节点编号76
• 4.6.9 设备发现76-77
• 4.7 本章小结77-78
• 第5章 总结与展望78-80
• 5.1 论文工作总结78-79
• 5.2 进一步工作的展望79-80
• 参考文献80-83
• 致谢83-84
• 个人简历、在学期间发表的学术论文和研究成果84

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