光伏电站太阳追踪控制系统的研究

【摘要】：随着能源技术的发展,太阳能作为一种清洁无污染的可再生能源,在新能源领域备受瞩目：太阳能发电技术有着广阔的发展前景,日益成为一个具有重要现实意义的研究课题。传统化石能源的使用带来的环境问题日益严重,太阳能的利用在一定程度上有利于生态环境的保护。近年来,光伏发电在太阳能发电领域占据着绝对的主导地位。在光伏电站的运行中,太阳追踪控制系统是整个光伏发电系统的重要组成部分,可以有效提高电站的太阳能利用率。因此,研究太阳追踪控制系统,对高效合理利用太阳能具有非常重要的意义。 本文的主要内容是太阳追踪控制系统的研究与设计,对追踪策略以及控制方案进行了较深入的研究,给出了系统的总体设计方案和初步的实现。 在系统的研究设计中,追踪方面,以视日运动轨迹计算为主,根据计算得到的太阳位置进行粗调,使太阳能电池板基本正对太阳,然后由四象限光电探测器探测太阳位置,根据反馈结果进行微调,降低系统误差,提高追踪精度。论文中详细描述了追踪过程中太阳位置计算与坐标转换等相关算法的设计与编程实现过程。控制方面,设计了系统采用的硬件方案,选用PLC作为控制器,连接步进电机控制太阳能电池板的运动。 在完成设计的基础上,本文对设计的系统进行了分析与仿真测试,给出了相关数据,系统可以顺利完成工作要求,验证了系统设计的合理性和正确性。 本文最后对系统未来的发展与研究方向进行了详细的阐述。 【关键词】：太阳能 光伏发电 太阳追踪 PLC
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 引言9-11
• 1.1.1 能源9
• 1.1.2 太阳能9-11
• 1.2 太阳能利用的历史与发展前景11-13
• 1.2.1 历史11-12
• 1.2.2 发展现状与前景展望12-13
• 1.3 太阳能发电技术13-14
• 1.3.1 光发电技术简介13
• 1.3.2 热发电技术简介13
• 1.3.3 光伏发电发展状况13-14
• 1.4 论文的主要工作14-15
• 第二章 光伏发电系统15-20
• 2.1 光伏发电系统简介15
• 2.2 聚光光伏(CPV)技术15-16
• 2.3 太阳追踪控制系统16-19
• 2.3.1 传统固定式17
• 2.3.2 单轴追踪方案17
• 2.3.3 轴追踪方案17-18
• 2.3.4 追踪方案对比18-19
• 2.4 本章小结19-20
• 第三章 太阳追踪控制系统的方案选择与概要设计20-27
• 3.1 太阳追踪策略研究20-21
• 3.1.1 被动式追踪20
• 3.1.2 主动式追踪20-21
• 3.1.3 混合控制方案21
• 3.2 系统的硬件设备方案21-24
• 3.2.1 工业计算机(IPC)21-22
• 3.2.2 嵌入式系统22
• 3.2.3 可编程逻辑控制器(PLC)22-23
• 3.2.4 步进电机23
• 3.2.5 四象限光电探测器23-24
• 3.2.6 其他仪器设备24
• 3.3 系统架构设计方案24-27
• 3.3.1 软件部分24-25
• 3.3.2 硬件部分25-27
• 第四章 太阳追踪控制系统的详细设计27-65
• 4.1 后台追踪控制主程序Tracker27-48
• 4.1.1 事件驱动程序设计和Libevent27-31
• 4.1.2 视日运动轨迹追踪控制子系统31-40
• 4.1.3 坐标转换算法40-42
• 4.1.4 四象限光电探测器定位子系统42-47
• 4.1.5 Tracker工作流程图47-48
• 4.2 PLC与Modbus协议48-55
• 4.2.1 PLC48-49
• 4.2.2 Modbus/TCP49-51
• 4.2.3 Galil RIO PLC Modbus程序设计51-55
• 4.3 数据库系统设计55-59
• 4.4 用户交互(UI)设计59-65
• 4.4.1 基于Telnet的命令行界面交互(CLI)59-61
• 4.4.2 基于Bootstrap的Web前端UI61-65
• 第五章 系统测试与实验结果65-70
• 5.1 太阳位置计算和坐标转换65-68
• 5.2 光电探测器反馈68
• 5.3 系统仿真运行68-70
• 第六章 总结与研究工作展望70-73
• 6.1 总结70-71
• 6.2 未来工作展望71-73
• 参考文献73-75
• 致谢75-76
• 作者攻读学位期间发表的学术论文目录76

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