光伏发电双轴跟踪系统的轨迹设计与控制

【摘要】：随着现有能源的吃紧和生态环境的恶化，光伏发电系统越来越受到各国的关注，世界光伏发电的年装机容量也在大幅增长。然而，光伏发电效率低，成本高的特点制约了它的发展。因此，提高光伏发电的效率，降低成本成了各国研究的热点。本文针对不同地点，不同时间，存在着不同位置约束的光伏双轴跟踪支架进行了轨迹设计与控制的研究。建立了光伏阵列的实时发电模型，并通过分析环境因素对光伏阵列的影响，设计了双轴跟踪支架的跟踪轨迹，随后通过控制器使得双轴跟踪支架跟踪此轨迹从而达到提高光伏阵列发电效率的目的。 首先，在对单个光伏电池建模的基础上，分析了光伏阵列的模型及模型中参数与单个光伏电池的关系，从而建立了光伏阵列发电的动态模型。本文对现有的建模方法进行分析，以迭代求解的方法获取了模型参数。相比较以往经验取值的方法，模型的精确度得到了提高，此建模方法具有通用性。模型建立之后，对此模型进行分析，得出环境因素对光伏阵列发电的影响，为双轴跟踪支架跟踪轨迹的设计提供了依据。 其次，结合太阳位置的计算方法与环境因素对光伏阵列发电效率的影响设计了双轴跟踪支架的跟踪轨迹。在跟踪轨迹设计的过程中，考虑了双轴支架安装条件存在限制的情况。随后对双轴跟踪支架的两个伺服系统分别进行PID控制使得其能够很好的跟踪设定的轨迹。此方法具有通用性，适用于不同的安装地点，应用时间和位置约束。而后进行了仿真验证，仿真验证过程中分别选取了上海闵行区和北京市区两个地理位置的两个不同季节来说明问题。仿真结果表明，本文提出的方法能够有效地提高光伏发电系统的发电效率。 最后，对本实验室30Kw的光伏并网发电系统进行试验，分析实验结果。结果显示，本文的方法对提升该系统的发电效率有良好的作用。另外，为了方便操作人员，对整个光伏发电系统的监控界面进行了设计，实现了发电系统基本情况的观测、参数设置、实时曲线观测、历史曲线观测、实时数据记录、报警、报表等基本功能。 【关键词】：光伏阵列 发电特性 双轴跟踪支架 跟踪轨迹设计 DDE通信 组态王监控系统
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-24
• 1.1 研究背景和意义9-13
• 1.1.1 研究背景9-11
• 1.1.2 研究意义11-13
• 1.2 光伏发电应用现状13-17
• 1.2.1 国外应用现状13-16
• 1.2.2 国内应用现状16-17
• 1.3 光伏发电装置及跟踪系统控制方法17-22
• 1.4 本文主要研究内容和论文结构22-24
• 第二章 光伏阵列建模与特性分析24-43
• 2.1 引言24
• 2.2 光伏阵列建模24-37
• 2.2.1 机理建模24-27
• 2.2.2 模型参数的估计27-31
• 2.2.3 仿真结果与分析31-37
• 2.3 光伏发电特性研究37-42
• 2.4 本章小结42-43
• 第三章 双轴跟踪支架的轨迹设计及控制43-70
• 3.1 引言43-44
• 3.2 跟踪轨迹的计算44-55
• 3.2.1 太阳位置计算44-52
• 3.2.2 跟踪轨迹计算52-55
• 3.3 控制器设计及仿真55-69
• 3.3.1 伺服系统建模55-58
• 3.3.2 双轴跟踪支架模型辨识58-62
• 3.3.3 跟踪控制及仿真62-69
• 3.4 本章小结69-70
• 第四章 ：双轴跟踪系统实验验证70-81
• 4.1 引言70
• 4.2 实验系统简介70-72
• 4.3 实验部分72-80
• 4.3.1 通讯以及下位机算法的实现72-76
• 4.3.2 实验结果及分析76-80
• 4.4 本章小结80-81
• 第五章 光伏发电系统监控平台设计81-97
• 5.1 引言81
• 5.2 组态软件简介81-82
• 5.3 监控平台设计过程82-89
• 5.4 监控系统89-96
• 5.5 本章小结96-97
• 第六章 总结与展望97-99
• 6.1 本文的主要工作和结果97-98
• 6.2 未来工作展望98-99
• 参考文献99-104
• 致谢104-105
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文105-107

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