聚光光伏追日控制系统的设计与优化

发布时间：2017-04-23 20:04

  本文关键词：聚光光伏追日控制系统的设计与优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：与传统的太阳能电池板相比,聚光光伏技术利用光学元件将大面积的阳光汇聚到极小的面积上,再将汇聚后的阳光通过高转化效率的光伏电池转化为电能,因此在聚光光伏追日过程中如何实现精确追踪,是提高太阳光利用率的重要手段,亦是提高光伏电站发电量的关键手段;同时在实际运行中,若持续进行高精度的追日过程,则调节次数较多,会使得当中的薄弱部件达到使用寿命,影响系统整体性能,综上所述在何种状况情况下选择何种追日方式是本课题主要解决的问题。本文在研究了国内外现有的追日方案的基础上,针对企业中的实际问题:薄弱部件经常更换,设计了聚光光伏追日控制系统,最终在不同的情况下采用不同的追踪方案,以到最优的整体性能。首先对追日控制系统硬件进行了设计,包括控制模块的主控芯片选择,开关量输入输出接口电路,模拟量输入接口电路,以太网接口电路的设计。以及调试模块的硬件电路的设计,包含数码管、发光二极管以及液晶屏硬件电路。最终实现了控制系统所需求的硬件功能。其次对控制策略进行了研究。以入射角和短路电流之间的关系为切入点,根据实验采集的数据进行调度指数分析,得出在不同的调节时间间隔下发电量系数,将其作为平均分档算例的权值。采集气象站在不同季度下的DNI变化数据,利用平均分档算例求出采集的不同DNI下的调节次数f,相对接收系数η,得出结论:全天光照较强时或变化均匀时全天分为3档调节,在9月15日,DNI接收量相当于全天不分档地每隔1min追踪一次的99.1%,而调节次数则降低了29%;全天光照较低或变化不连续时全天分为5档进行调节,在12月15日,DNI接收量相当于全天不分档地每隔1min追踪一次的98.24%,而调节次数则降低了55%。根据上述控制策略,对控制模块及调试模块进行了软件设计。通过移植μcosII系统实现了自动、手动、校准、夜间回参考点、风暴状态回紧急位置、故障报警、远程通讯功能,其中自动模式在兼顾薄弱部件调节次数下融合了光电跟踪及视日跟踪;通过对调试模块软件设计实现了实时数据显示、实时波形显示、参数设置、工作状态显示、故障信息显示功能。论文最后对追日控制系统各模块之间的软硬件进行了测试,在此基础上对控制模块和调试模块进行了联调以及控制模块和远程PC进行了通讯测试。在实际运行中,测得装置在每隔3min追踪一次,及每隔1min追踪一次跟踪精度误差都在±0.1°以内,与原有PLC跟踪精度持平,但由于降低了调节次数从而使得整体性能得到提升。
【关键词】：聚光光伏 追日控制 调节次数 调试模块
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615;TP273
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-15
• 1.1 课题研究的背景和意义11
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势11-13
• 1.3 主要研究内容及创新点13-15
• 第二章 聚光光伏追日控制系统的总体设计15-19
• 2.1 追日控制系统的总体设计框架15-16
• 2.2 追日控制模块及调试模块的需求定义16-17
• 2.3 追日控制系统的工作流程17-18
• 2.4 本章小结18-19
• 第三章 聚光光伏追日控制系统硬件设计19-34
• 3.1 追日控制系统硬件总体设计19-20
• 3.2 控制模块设计20-21
• 3.2.1 微处理器的选型20
• 3.2.2 追日控制模块主控芯片端口配置20-21
• 3.3 光感检测模块设计21-24
• 3.3.1 太阳光线传感器原理22
• 3.3.2 太阳光线传感器安装22-23
• 3.3.3 模拟量输入接口电路设计23-24
• 3.4 开关量输入输出及机械传动模块设计24-27
• 3.4.1 开关量输入接口电路设计25-26
• 3.4.2 开关量输出接口电路设计26-27
• 3.4.3 接触器选型27
• 3.5 以太网模块设计27-29
• 3.5.1 微控制器以太网模块27-28
• 3.5.2 以太网接口电路设计28-29
• 3.6 调试模块硬件设计29-33
• 3.6.1 调试模块主控芯片端口配置30-31
• 3.6.2 数码管及发光二极管电路设计31-32
• 3.6.3 液晶屏电路设计32-33
• 3.7 本章小结33-34
• 第四章 兼顾薄弱部件调节次数的控制策略研究34-44
• 4.1 聚光光伏组件入射角-短路电流实验34-36
• 4.2 实验数据分析与拟合36-39
• 4.2.1 数据分析36-37
• 4.2.2 曲线的拟合37-38
• 4.2.3 调度指数分析38-39
• 4.3 气象站采集数据及算例分析39-43
• 4.3.1 气象站测量结果39-40
• 4.3.2 平均分档算例分析40-43
• 4.4 本章小结43-44
• 第五章 聚光光伏追日控制系统软件设计44-77
• 5.1 μco/sII系统的移植与应用44-48
• 5.1.1μco/sII系统在STM32上的移植45
• 5.1.2 移植的步骤45-47
• 5.1.3 系统任务的创建47-48
• 5.2 Task1实现功能48-55
• 5.2.1 校准模式光偏移参数获取50-52
• 5.2.2 控制数据的设置52-54
• 5.2.3 回参考点函数54-55
• 5.3 Task2实现功能55-62
• 5.3.1 自动状态58-61
• 5.3.2 夜间模式+紧急模式61-62
• 5.3.3 手动模式+校准模式+故障模式62
• 5.4 以太网联网通讯62-65
• 5.4.1 网络驱动的实现63-64
• 5.4.2 应用层程序设计64-65
• 5.5 调试模块软件设计65-73
• 5.5.1 初始化程序的设计67-69
• 5.5.2 实时数据显示界面69-70
• 5.5.3 参数设置界面程序设计70-72
• 5.5.4 工作状态界面程序设计72-73
• 5.6 串口通信的实现73-76
• 5.6.1 串口通信协议73-74
• 5.6.2 串口通信的实现74-76
• 5.7 本章小结76-77
• 第六章 聚光光伏追日控制系统的调试及实验77-84
• 6.1 控制系统调试77-80
• 6.1.1 硬件调试77
• 6.1.2 软件调试77-78
• 6.1.3 控制系统联调78-80
• 6.2 实验及数据80-83
• 6.2.1 调试模块采集数据实验80-81
• 6.2.2 跟踪精度对比实验81-83
• 6.3 本章小结83-84
• 第七章 总结与展望84-86
• 7.1 总结84-85
• 7.2 展望85-86
• 参考文献86-89
• 致谢89-90
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目与科研成果90

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