太阳能LED路灯智能控制系统研究
发布时间：2020-12-24 12:13
新能源的使用与开发是当前社会可持续发展的必然要求,太阳能LED路灯在城市、农村道路照明领域起到了重要作用,在充分利用太阳能作为能量来源的同时,极大意义上替代了有限能源的使用,提高了社会经济效益,因此,更好的优化路灯系统有利于推动道路照明迈向经济化、实用化和智能化。现有的路灯系统围绕实用与智能这两个方面存在着一些发展瓶颈问题,一是当前路灯系统采用传统DC/DC拓扑,无法提高输出功率等级,不能较好适应路灯市场功率要求,二是在高温环境下路灯进行MPPT充电时控制器发热较为严重,目前一般的做法是加上散热器,但散热效果并不好且投入成本增加,三是路灯实现智能组网成本较高且组网效果差,传输距离有限。针对以上问题,本文参考了大量相关文献后进行系统化研究,将交错并联技术应用到路灯主电路结构,并提出了一种自适应模糊PI双闭环均流控制策略,能够自动识别交错并联数并保证其均流效果;通过推导路灯充电过程的功率损耗以及分析最大功率点跟踪原理,将PID算法与基于扰动观察法的MPPT算法相结合,提出了一种带有PID温度保护的MPPT控制策略,能够在检测温度超过阈值时进行温度控制,保证系统在温度允许范围内进行最大功率点...
【文章来源】：湖北工业大学湖北省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
-2018年中国太阳能路灯行业安装量情况
湖北工业大学硕士学位论文6第2章研究基础技术分析2.1太阳能LED智能照明系统基本结构本文所研究的太阳能LED路灯系统基本结构如图2.1所示，由太阳能板、LED负载、蓄电池、控制器以及LoRa节点和网关构成，图中蓝色虚线框表示的是太阳能路灯系统充放电部分的内容，通过主控芯片程序中系统对充放电状态的判断，选择在合适的时间进行充放电操作，为了充分利用太阳能以及考虑在如阴雨天等恶劣天气条件下也能确保路灯照明的正常运行，采用了MPPT算法作为路灯充电控制策略。而红色虚线框表示的是路灯系统实现无线通信部分的内容，控制器与LoRa节点模块相连接，并利用LoRa节点与LoRa网关之间的无线通信功能，使路灯系统相关工作数据能够远程传输到Web端，便于工作人员实时查看路灯状态，并下发相应命令对路灯进行控制。图2.1太阳能LED路灯控制系统结构图2.2组网技术研究组网技术的实现便于集中管理路灯群体，并有效提高城市的基础设施建设水平，关于路灯组网技术的研究，主要考虑以下几个方面：(1)成本对于个体数量庞大的路灯系统来说，成本是限制其发展的一个重要因素，因此为了实现路灯系统自组网，需要选择成本低且通信能力较强的无线模块作为自组网的重要组成部分，除此之外，也要考虑整体运维成本。(2)距离路灯系统分布较为广泛，数量较多，优先考虑远距离组网方式。
湖北工业大学硕士学位论文8NB-IoT相比于LoRa技术，其单个模块的成本是LoRa模块的两倍，而且工作在授权付费频段，此外，在技术更新方面，NB-IoT技术升级成本更高一些，而LoRa技术工作在全球免费频段，无需考虑后期费用，并随着市场越来越成熟，LoRa模块的成本将会进一步下降。所以综合比较来看，通信距离远、续航时间长的LoRa技术非常适用于太阳能LED路灯系统自组网研究，该技术的应用特点是能够有效降低运营的成本，提高物联网设备的使用寿命，还能够实现大规模、低成本的网络部署，在管理上也十分方便。2.2.2LoRaWAN协议介绍LoRaWAN是LoRa联盟推出的一个基于开元的MAC层协议的低功耗广域网标准，该技术可以在简化本地配置的基础上实现了智能设备的交互操作。图2.2LoRaWAN分层架构图如图2.2所示，LoRaWAN协议按照架构可分为4部分，分别为终端节点、网关，网络服务器以及用户。终端节点一般连接各种传感器，负责采集相关数据并通过LoRaWAN无线协议回传给网关，一般节点与网关之间的通讯会采用星型拓扑结构，相比于点对点的通信模式更加稳定，而终端节点与后端网络服务器之间的通信依靠网关进行转发，且通过OTAA或ABP入网方式请求与服务器进行交互。其中，网关与网络服务器之间的通信是通过TCP/IP协议实现。最终用户从服务器中获取数据，并进行分析和使用[24]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模糊PID控制算法的管廊通风系统设计[J]. 杨辉,严永锋,陆荣秀. 控制工程. 2019(12)
[2]一种交错并联零电流软开关双向DC/DC变换器设计[J]. 宋朝锋,张红娟,靳宝全,高妍,张灵. 电测与仪表. 2018(04)
[3]交错并联技术在双向DC/DC变换器中纹波抑制分析与应用[J]. 吕飞扬,李征. 仪表技术. 2017(10)
[4]光伏电池工程模型及几种最大功率点跟踪算法的研究[J]. 余晓鹏,肖文波,吴华明,肖永生. 南昌航空大学学报(自然科学版). 2017(03)
[5]光伏占空比扰动控制MPPT及其仿真研究[J]. 方波,罗书克,康龙云. 可再生能源. 2013(10)
[6]LED照明的负载特性[J]. 王世福,魏波,梁伟. 中国照明电器. 2013(06)
[7]基于模糊策略的光伏发电MPPT控制技术[J]. 陈俊,惠晶. 现代电子技术. 2009(06)
博士论文
[1]路灯、景观灯照明控制系统节能技术研究[D]. 张军朝.太原理工大学 2012
[2]基于数字控制器的多相并联Buck变换器的建模与研究[D]. 杜炜.中国矿业大学（北京） 2011
硕士论文
[1]LoRa技术及其在智慧路灯中的应用研究[D]. 陈南松.湘潭大学 2019
[2]基于多相交错并联Buck电路的DVR控制技术研究[D]. 陈晔.哈尔滨工业大学 2019
[3]基于LoRaWAN的无线抄表方法的研究与改进[D]. 雷婧.兰州大学 2019
[4]基于ZigBee的路灯智能控制系统的研究与应用[D]. 杨涛.西安科技大学 2018
[5]基于改进型模糊PID的光伏系统MPPT控制技术研究[D]. 石玲玉.浙江师范大学 2018
[6]交错并联双向DC/DC变换器研究与设计[D]. 谢春.杭州电子科技大学 2018
[7]感知天气的太阳能路灯及其发电量预测的研究[D]. 陈国栋.温州大学 2017
[8]基于模块交错并联技术的电流控制型降压电路研究[D]. 罗光永.辽宁大学 2016
[9]DC/DC充电机功率损耗分析及电路设计[D]. 汤厚涛.电子科技大学 2016
[10]基于三相交错并联同步Buck太阳能充电控制器的研究与设计[D]. 杜旭冉.太原科技大学 2016
本文编号：2935636
【文章来源】：湖北工业大学湖北省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
-2018年中国太阳能路灯行业安装量情况
湖北工业大学硕士学位论文6第2章研究基础技术分析2.1太阳能LED智能照明系统基本结构本文所研究的太阳能LED路灯系统基本结构如图2.1所示，由太阳能板、LED负载、蓄电池、控制器以及LoRa节点和网关构成，图中蓝色虚线框表示的是太阳能路灯系统充放电部分的内容，通过主控芯片程序中系统对充放电状态的判断，选择在合适的时间进行充放电操作，为了充分利用太阳能以及考虑在如阴雨天等恶劣天气条件下也能确保路灯照明的正常运行，采用了MPPT算法作为路灯充电控制策略。而红色虚线框表示的是路灯系统实现无线通信部分的内容，控制器与LoRa节点模块相连接，并利用LoRa节点与LoRa网关之间的无线通信功能，使路灯系统相关工作数据能够远程传输到Web端，便于工作人员实时查看路灯状态，并下发相应命令对路灯进行控制。图2.1太阳能LED路灯控制系统结构图2.2组网技术研究组网技术的实现便于集中管理路灯群体，并有效提高城市的基础设施建设水平，关于路灯组网技术的研究，主要考虑以下几个方面：(1)成本对于个体数量庞大的路灯系统来说，成本是限制其发展的一个重要因素，因此为了实现路灯系统自组网，需要选择成本低且通信能力较强的无线模块作为自组网的重要组成部分，除此之外，也要考虑整体运维成本。(2)距离路灯系统分布较为广泛，数量较多，优先考虑远距离组网方式。
湖北工业大学硕士学位论文8NB-IoT相比于LoRa技术，其单个模块的成本是LoRa模块的两倍，而且工作在授权付费频段，此外，在技术更新方面，NB-IoT技术升级成本更高一些，而LoRa技术工作在全球免费频段，无需考虑后期费用，并随着市场越来越成熟，LoRa模块的成本将会进一步下降。所以综合比较来看，通信距离远、续航时间长的LoRa技术非常适用于太阳能LED路灯系统自组网研究，该技术的应用特点是能够有效降低运营的成本，提高物联网设备的使用寿命，还能够实现大规模、低成本的网络部署，在管理上也十分方便。2.2.2LoRaWAN协议介绍LoRaWAN是LoRa联盟推出的一个基于开元的MAC层协议的低功耗广域网标准，该技术可以在简化本地配置的基础上实现了智能设备的交互操作。图2.2LoRaWAN分层架构图如图2.2所示，LoRaWAN协议按照架构可分为4部分，分别为终端节点、网关，网络服务器以及用户。终端节点一般连接各种传感器，负责采集相关数据并通过LoRaWAN无线协议回传给网关，一般节点与网关之间的通讯会采用星型拓扑结构，相比于点对点的通信模式更加稳定，而终端节点与后端网络服务器之间的通信依靠网关进行转发，且通过OTAA或ABP入网方式请求与服务器进行交互。其中，网关与网络服务器之间的通信是通过TCP/IP协议实现。最终用户从服务器中获取数据，并进行分析和使用[24]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模糊PID控制算法的管廊通风系统设计[J]. 杨辉,严永锋,陆荣秀. 控制工程. 2019(12)
[2]一种交错并联零电流软开关双向DC/DC变换器设计[J]. 宋朝锋,张红娟,靳宝全,高妍,张灵. 电测与仪表. 2018(04)
[3]交错并联技术在双向DC/DC变换器中纹波抑制分析与应用[J]. 吕飞扬,李征. 仪表技术. 2017(10)
[4]光伏电池工程模型及几种最大功率点跟踪算法的研究[J]. 余晓鹏,肖文波,吴华明,肖永生. 南昌航空大学学报(自然科学版). 2017(03)
[5]光伏占空比扰动控制MPPT及其仿真研究[J]. 方波,罗书克,康龙云. 可再生能源. 2013(10)
[6]LED照明的负载特性[J]. 王世福,魏波,梁伟. 中国照明电器. 2013(06)
[7]基于模糊策略的光伏发电MPPT控制技术[J]. 陈俊,惠晶. 现代电子技术. 2009(06)
博士论文
[1]路灯、景观灯照明控制系统节能技术研究[D]. 张军朝.太原理工大学 2012
[2]基于数字控制器的多相并联Buck变换器的建模与研究[D]. 杜炜.中国矿业大学（北京） 2011
硕士论文
[1]LoRa技术及其在智慧路灯中的应用研究[D]. 陈南松.湘潭大学 2019
[2]基于多相交错并联Buck电路的DVR控制技术研究[D]. 陈晔.哈尔滨工业大学 2019
[3]基于LoRaWAN的无线抄表方法的研究与改进[D]. 雷婧.兰州大学 2019
[4]基于ZigBee的路灯智能控制系统的研究与应用[D]. 杨涛.西安科技大学 2018
[5]基于改进型模糊PID的光伏系统MPPT控制技术研究[D]. 石玲玉.浙江师范大学 2018
[6]交错并联双向DC/DC变换器研究与设计[D]. 谢春.杭州电子科技大学 2018
[7]感知天气的太阳能路灯及其发电量预测的研究[D]. 陈国栋.温州大学 2017
[8]基于模块交错并联技术的电流控制型降压电路研究[D]. 罗光永.辽宁大学 2016
[9]DC/DC充电机功率损耗分析及电路设计[D]. 汤厚涛.电子科技大学 2016
[10]基于三相交错并联同步Buck太阳能充电控制器的研究与设计[D]. 杜旭冉.太原科技大学 2016
本文编号：2935636
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