太阳能光伏并网发电系统的雷电监控系统研究

【摘要】：随着人类对能源需求的日益增加，地球上化石能源的储量正日趋枯竭。此外，大量使用化石燃料给人类生存环境带来了严重的后果，己经造成极为严重的大气污染。因此，开发利用可再生能源和各种绿色能源以实现可持续发展，是人类必须采取的措施，太阳能以其独特的优势成为发展新能源的首选，太阳能发电尤为让人青睐。从国际到国内，太阳能光伏发电发展比较迅速，发展势头强劲，市场前景看好，然而，对光伏发电系统可能遭受雷击的检测与监控考虑少，针对光伏发电系统的避雷措施很欠缺，才刚刚起步。 在太阳能光伏并网发电系统中，不仅需要考虑对直击雷的防护，还需要考虑对非直接雷击（雷电感应和雷电波）的防护。与此同时，不仅要知道雷击的次数，还要知道每次雷击的强度以及整个防雷系统内各个避雷装置的工作损坏情况。基于此，必须设计完善的雷电监控系统，来保护太阳能光伏并网发电系统的设备和人身安全。 本文提出了基于DSP的太阳能光伏并网发电系统的雷电监控系统，在分析了雷电的形成规律，雷电灾害的特点后，结合雷电流的特点，采用2000系列的TMS320F2812作为核心控制芯片，设计了光伏发电系统的雷电监控的硬件电路，包括模数转换接口电路、串口通信接口电路及数据采集电路等。避雷控制系统负责检测每次直接雷击避雷装置动作后入地脉冲电流的强度、雷击电压的极性、雷击次数的计数以及各个防非直接雷避雷装置的动作损坏情况。要对户外的光伏电站太阳电池阵列进行有效防护，问题的关键就是要正确计算太阳电池阵列年预计雷击次数，以及利用滚球法，计算出需要避雷的范围，然后选定避雷针的型号及其性能指标。 在系统的硬件平台上，对系统的各个模块进行了软件设计，包括串口通信模块、ADC模块、数据处理模块及显示模块的程序设计。并详细介绍了DSP的集成开发环境CCS（Code Composer Studio），此开发环境提供了基本的代码生成工具，具有一系列的调试、分析能力。对于此太阳能光伏并网发电系统而言，本论文设计的雷电监控系统是符合要求的。 【关键词】：雷电 光伏 防雷措施 监控系统 DSP
【学位授予单位】：武汉纺织大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM862
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-23
• 1.1 本课题研究的背景和意义9-13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.3 雷电监控存在的问题和差距15-16
• 1.4 雷电16-17
• 1.5 雷灾特点17-18
• 1.6 雷击的危害18-20
• 1.6.1 直击雷的危害19
• 1.6.2 感应雷的危害19-20
• 1.7 雷电监控系统的方案措施20-23
• 2 雷电特性23-30
• 2.1 雷电流参数23-25
• 2.1.1 双指数函数形式23-24
• 2.1.2 Heidler 函数（IEC 推荐雷电流解析表达式）24-25
• 2.1.3 脉冲函数形式25
• 2.2 系统方案的选择25-30
• 2.2.1 TMS320C2000 系列数字信号处理器平台26
• 2.2.2 TMS320F281226-30
• 3 雷电监控系统硬件设计30-54
• 3.1 雷电监控系统总体方案30-31
• 3.2 雷电流检测模块31-35
• 3.3 TMS320F2812 模数转换模块35-36
• 3.4 DSP 外围电路设计36-41
• 3.4.1 电源电路设计36-37
• 3.4.2 时钟电路37-39
• 3.4.3 复位电路39-40
• 3.4.4 JTAG 电路设计40-41
• 3.5 串行通信41-45
• 3.5.1 异步通信41-42
• 3.5.2 串行通信接口电路42-43
• 3.5.3 RS-232C43-45
• 3.6 系统的防雷措施45-50
• 3.6.1 防雷保护区45-46
• 3.6.2 接闪器46-49
• 3.6.3 避雷器49-50
• 3.7 接地50-54
• 3.7.1 接地电阻51-52
• 3.7.2 接地极52-54
• 4 雷电监控系统软件设计54-62
• 4.1 集成开发环境 CCS54-56
• 4.2 系统总体软件设计56-57
• 4.3 串口通信模块57-59
• 4.4 数据采集 ADC 模块59-60
• 4.5 数据处理模块60-61
• 4.6 显示模块61-62
• 5 总结与展望62-64
• 5.1 总结62
• 5.2 展望62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-68
• 附录68

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