独立光伏发电系统远程监控装置设计与实现

【摘要】：科技的进步，经济的发展，人们生活水平的提高，很多基础设施如通信、金融、交通都要依赖电能，人们的用电量越来越大。近年来温室效应、能源危机和日本福岛核泄漏等问题的出现，引起了人们对发电产业可持续发展的思考。新能源发电成为一种趋势，太阳能发电得到了广泛关注。 在中国，很多边远地区的小型用电设施都是应用光伏发电系统供电，这些系统大多数都是独立光伏发电系统，对这些发电设备进行监控是安全用电的保障。 本课题针对灯塔、航标，山区（或高速）公路收费站、充电站，偏远地区哨所、雷达站，原始森林管理、看护站，铁路道口等小型独立光伏供电设备管理、评估的需求，以独立光伏发电系统为应用背景，进行远程监控装置的设计与实现。 监控装置包括远程管理系统和就地系统，实现对太阳能电池、蓄电池、DC/DC的监测与控制。远程管理系统采用标准PC机实现；就地系统由主控单元、控制电路、远程数据传输装置组成。其中，主控单元由PC104+总线计算机及通讯扩展卡组成，既作为系统的本地人机接口，又与控制电路、远程数据传输装置构成RS-485总线网络；控制电路包括太阳跟踪控制电路和充放电控制电路，太阳跟踪控制电路控制电池板支架的旋转，使光伏电池保持与太阳光的垂直，以获得最大的太阳能输入，充放电控制电路主要用于对蓄电池充电的控制，实现最大功率点跟踪（MPPT）；远程数据传输装置采用GPRS通信模块实现。 人机接口主要由本地人机接口和远程人机接口组成，用于实现监测数据的实时、历史显示、报警记录查看和运行参数设置等功能。软件采用多线程模块化的方式以确保数据更新的实时性和程序的可读性。 论文提出了监控装置的总体设计方案，完成了软硬件的详细设计和调试，给出了本地和远程人机接口人机界面的设计结果，通过实验验证了设计方案的可行性。 【关键词】：光伏发电系统 远程监控 太阳跟踪控制 最大功率跟踪
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615;TP277
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题的背景和意义11-13
• 1.2 光伏发电监控技术的发展现状13-14
• 1.2.1 国外研究状况13-14
• 1.2.2 国内研究状况14
• 1.3 论文主要工作及结构安排14-17
• 第2章 独立光伏发电系统及其监控装置方案设计17-29
• 2.1 概述17-18
• 2.2 监控对象分析18-26
• 2.2.1 太阳能电池组件18-22
• 2.2.2 铅酸蓄电池22-25
• 2.2.3 DC/DC25-26
• 2.3 监控系统总体方案设计26-28
• 2.3.1 系统的功能26-27
• 2.3.2 系统方案设计27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 主控单元及远程数据传输系统设计29-45
• 3.1 概述29-30
• 3.2 通信扩展卡的设计与实现30-37
• 3.2.1 控制器31-32
• 3.2.2 共享存储器设计32-33
• 3.2.3 PC104+总线驱动模块33-36
• 3.2.4 串行通讯单元36-37
• 3.2.5 电源模块37
• 3.3 GPRS 技术及远程数据传输系统的设计37-43
• 3.3.1 GPRS 技术37-38
• 3.3.2 GPRS 远程数据传输系统设计38-41
• 3.3.3 SIM300 的 AT 指令41-43
• 3.4 本章小结43-45
• 第4章 太阳跟踪及充放电控制电路设计45-59
• 4.1 概述45
• 4.2 太阳跟踪控制电路设计45-51
• 4.2.1 地平坐标模型的建立45-47
• 4.2.2 总体设计47
• 4.2.3 LM3S615 微处理器47-48
• 4.2.4 步进电机选择48-49
• 4.2.5 步进电机驱动电路49-50
• 4.2.6 串行通讯电路50
• 4.2.7 电源电路50-51
• 4.3 充放电控制电路设计51-57
• 4.3.1 总体设计方案51-52
• 4.3.2 MPPT 控制器及外围电路52-53
• 4.3.3 太阳能电池电压电流信号调理电路53-54
• 4.3.4 蓄电池电压电流信号调理电路54-55
• 4.3.5 温度信号调理电路及系统保护电路55
• 4.3.6 电源电路55-57
• 4.4 本章小结57-59
• 第5章 监控系统软件设计及系统调试59-77
• 5.1 主控单元软件设计59-64
• 5.1.1 主控单元人机交互界面设计59-61
• 5.1.2 通信扩展卡软件设计61-64
• 5.2 控制电路程序设计64-67
• 5.2.1 太阳跟踪控制电路程序设计64-66
• 5.2.2 充放电控制电路程序设计66-67
• 5.3 远程数据传输电路程序设计67-69
• 5.4 远程管理系统软件设计69-71
• 5.5 系统调试试验及其结果分析71-75
• 5.5.1 太阳跟踪控制电路调试71-72
• 5.5.2 充放电控制电路调试72-73
• 5.5.3 通讯扩展卡电路调试73-74
• 5.5.4 远程数据传输模块调试74
• 5.5.5 系统联调74-75
• 5.6 本章小结75-77
• 结论77-79
• 参考文献79-83
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果83-85
• 致谢85

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