光伏电站检测系统的研究

【摘要】：作为一种取之不尽、用之不竭的可再生能源,太阳能成为世界各国争相开发的对象。太阳能主要利用形式是光伏电站,其具有数量众多、分布分散,工作环境受到多重因素影响的特点,使得对电站进行维护和监控造成困难。然而,光伏电站环境因素精确检测对于电站的安全运行至关重要。不仅如此,精确的环境因素检测还能为建立光伏电站发电量模型提供数据依据。因此,能在恶劣工况和无人值守条件下进行复杂环境因素检测并远程传输检测结果的检测系统对于光伏系统建设有重大意义。课题研究主要做了以下工作。 首先,本文分析了光伏电站的运行环境,尤其系统组件温度、环境温度和光辐照量对光伏电站运行状况的影响。确立了通过检测上述三者判别光伏电站运行状况的可行性。重点讨论了进入大气层后的环境因素对检测的影响。之后,分析了硅光电池的伏安特性,讨论了以硅光电池的短路电流输出作为光辐照量检测方法的可行性。同时,对环境温度检测和组件温度检测分别采用基于热电阻和半导体集成温度传感器的检测设计。 其次,文中讨论了硅光电池的温度效应和谱效应,以及效应对精密检测产生的误差影响。论述了应用Blaesser方法将标准检测环境中检测光辐照量推广到不同温度下,并通过引入大气质量(airmass)修正检测结果中硅光电池的谱效应的影响,保证了短路电流输出与光辐照量保持线性关系。 再次,本文在原理分析的基础上进行了相关电路的设计。采用STC12C5A16S2单片机作为数据采集与检测的核心器件。采用电子电路对光伏电站环境参数进行检测,将采样得到的环境温度、组件温度和光辐照量转换成相应的电信号。利用单片机的实时控制和数据处理功能,完成系统对环境参数的检测,配置了485总线与上位机进行通讯。同时在软件设计中充分考虑光辐照量测量的各种干扰,进行了温度校正和谱校正,确保测量的准确性。 最后,由于电路干扰对于精密检测系统的影响十分巨大,文中最后针对抗干扰设计进行了论述。探讨了静电耦合和公共阻抗耦合以及过程通道干扰对于电路的影响,给出了几种抑制方式,并加入到系统设计当中。 本文设计的光伏电站检测系统成本低、体积小、安装方便、运行可靠、性价比高,可在全天候条件下、不同温度和不同光谱分布环境中实现高精确度的光辐照量检测。可长时间自主稳定运行,安装后基本不需要现场维护。本光伏电站检测系统可应用于对光伏电站工作环境的检测,为监控光伏电站运行状况及预测未来发电能力提供可靠的量化依据。 【关键词】：光伏电站 检测系统 环境温度 组件温度 光辐照量
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-15
• 1.1 课题研究的背景及意义11-12
• 1.2 光伏电站检测系统国内外研究现状12-14
• 1.3 课题的主要研究内容14-15
• 第二章 光伏电站检测系统的工作原理15-27
• 2.1 光伏电站检测系统总体方案设计15
• 2.2 温度检测通路传感器选型15-18
• 2.2.1 温度传感器分类及选用比较15-16
• 2.2.2 热电阻测温原理及选型16-17
• 2.2.3 半导体集成温度传感器特性及选型17-18
• 2.3 光辐照量检测通路工作原理及校正18-25
• 2.3.1 太阳光光度学原理及影响因素18-20
• 2.3.2 光辐照量检测通路工作原理及校正对象20-25
• 2.4 本章小结25-27
• 第三章 光伏电站检测系统硬件设计27-51
• 3.1 系统硬件总体设计方案27
• 3.2 温度检测通路设计27-31
• 3.2.1 环境温度传感器选型及电路设计28-29
• 3.2.2 组件温度检测通路设计29-31
• 3.3 光辐照量检测通路设计31-38
• 3.3.1 硅光电池的基本特性参数与校正31-34
• 3.3.2 校正后光辐照量响应34-35
• 3.3.3 光电转换与信号前置放大模块35-38
• 3.4 MC14433芯片与A/D转换电路设计38-41
• 3.4.1 MC14433芯片及BCD编码输出38-40
• 3.4.2 MC14433与单片机接口电路设计40-41
• 3.5 STC12C5A16S2单片机与主控电路设计41-45
• 3.5.1 单片机STC12C5A60S2及接口电路41-44
• 3.5.2 串口工作过程44-45
• 3.6 串行通信接口电路设计45-49
• 3.6.1 RS-485接口及电路设计46-47
• 3.6.2 串口通讯协议设定47-49
• 3.7 本章小结49-51
• 第四章 光伏电站检测系统软件设计51-59
• 4.1 软件系统总体设计51-52
• 4.2 检测模块的实现52-55
• 4.3 A/D转换软件的实现55-56
• 4.4 串行口通讯模块的实现56-57
• 4.5 掉电保护模块的实现57-58
• 4.6 本章小结58-59
• 第五章 光伏电站检测系统的抗干扰设计59-63
• 5.1 静电耦合干扰及抑制59-60
• 5.2 公共阻抗耦合和过程通道干扰及抑制60-62
• 5.3 本章小结62-63
• 第六章 结论63-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文69-71
• 致谢71

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