光伏逆变器运行状态监控节点设计 开题报告(同名8171).doc
《光伏逆变器运行状态监控节点设计 开题报告(同名8171).doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《光伏逆变器运行状态监控节点设计 开题报告(同名8171).doc(32页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、 淮 阴 工 学 院毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名:张志阳学 号:1101205131专 业:电气工程及其自动化设计(论文)题目:光伏逆变器运行状态监控节点设计指 导 教 师:杨艳2014年2月19日 毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告1结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写2000字左右的文献综述文 献 综 述1、引言随着全球经济与社会的快速发展,能源问题已经逐渐受到全世界各国政府和人民的关注,解决好能源与经济社会均衡发展的问题,己经成为全人类要共同面对的严峻挑战。随着传统能源,如石油、煤等资源日益减少,越来越多的国家已经转向了对新能源的研究,并制定了自己国
2、家的新能源发展计划。在众多新能源种类中,太阳能发电以其清洁性和技术可靠性等因素,受到了各国专家学者的普遍认可1。我国是能源消耗大国,每年的煤炭、石油消耗量都居世界前列,因此很有必要开发太阳能以减少对不可再生资源的消耗,所以加大对太阳能资源的利用非常必要,由于我国地域辽阔,太阳能资源十分丰富,具统计我国年太阳辐射总量高于5000MJ/m2,年口照时数大于2000h,绝大多数地区年平均口辐射量在4kwh/m2以上,太阳能理论储量达每年17000亿吨标准煤,因此我国具备对太阳能资源开发利用的良好条件2政府已经制定了长远的光伏产业发展计划,在政策上给予了光伏产业巨大的扶植。目前,我国已经成功实施了“阿
3、里光电计划”、“阳光计划”、“科学之光”计划,极大的促进了我国光伏事业的发展。国内的合肥工业大学光伏发电工程中心、中科院电工所、上海交通大学等高校及科研院所,以及北京索英电气技术 和合肥阳光电源 等民间机构都对光伏发电系统进行了较深入的研究开发,向市场推出了一系列光伏发电相关产品3。太阳能电池板的成本随着技术的改进和不断提高以及向大众化普及正不断地下降。其成本已由从上世纪的近百美元/VVP,下降到2008年不到3美元/VVP,并呈现着进一步下降的趋势,预计2010-2020年其生产价格可以下降到1美元/VVP左右,所以光伏发电的前景市场是比较广阔的4。逆变器是整个光伏发电系统中的核心组件,起着
4、必不可少的作用,保证光伏逆变器的安全稳定运行有着重大的意义5。但是光伏并网逆变器的控制是十分复杂的,其逆变器控制板的主控程序要时刻面临过压、过流、过载、超温等情况,因此有必要开发出一套智能监控系统,其对普通用户应具有简单的操控性,几个简单的按钮就可以方便的控制光伏逆变器的运行,并且可以明确的显示出装置的故障信息;对于专业的技术人员,特别是当光伏逆变器大范围组网运行的情况下,则需要智能监控系统能实时监控光伏逆毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告变器运行的状态信息,比如逆变的电压,电流,以及温度等等,以便技术人员可以准确分析故障原因;并且可以远程监控,因为技术人员不可能总在现场操作光伏逆变器,需
5、要监控系统能远程传输监控数据,以便技术人员能时刻了解光伏逆变器的运行状态6-7。2、课题研究背景(监控技术在光伏发电系统中应用的国内外发展现状)我国是能源消耗大国,每年的化石燃料消耗量都居世界前列,因此很有必要研究开发对太阳能的使用以摆脱对不可再生资源的消耗。随着太阳能发电技术的不断进步和成本的逐步降低,已经接近人们的承受能力,正逐渐的被大范围使用,尤其是未来光伏建筑一体化的发展,使其更进一步的融入的了人们的生活中8。伴随着光伏发电技术的发展,光伏发电监控技术也迅猛发展,特别是远程监控技术,它更是融入当前最先进的信息处理、通信、控制等技术,使得光伏发电系统的远程监控的能力大为提高。目前光伏发电
6、装机总量也日益增多,电站的运行性能以及如何优化设计光伏电站等问题已越来越突出,对太阳能光伏电站系统运行状态的实时监控就显得越来越重要(例如状态监控、故障检测、能源的调度分配等)9-10。所以光伏发电监控技术也随着光伏发电应用技术的发展广泛开展起来。目前国内,大多数的太阳能发电站都以孤立的形式存在,之间无联系,至于并网光伏发电站也只有少数实验性质的电站存在11-12。采用监控技术对光伏电站进行远程监控的电站建设则是一片空白,因为现在仍然是靠人工进行定期的维护管理。对于光伏监控这方面的研究,国内目前研究事例还比较少,仅有中科院或少数大学做过些象征性的实验,缺乏统一的、全面的规划和分析13。对于光伏
7、电站的远程监控系统方面的产品开发,我国还是较为落后的,基本上全都是充放电的控制器之类的东西。即使是这些产品,其功能也是比较单一,目前价格不菲,无法与国外大公司产品相提并论,更不用说信息高度集成、丰富的智能化产品了。就国外来讲,在光伏监控系统的研究上,要较国内相比起步较早,在上世纪末就已经开展了这方面大规模和系统性的研究,也形成了自己的研究方法,归纳如下:针对性的研究,独立的数据采集和分析;系统化的管理,合理的安排生产和调度;总之,无论是在技术研究上,还是产品开发上,或在使用规模上,国外的均优于国内,在这方面我国还需要做更多的工作,进一步的提高总体技术水平14-15。目前,有关于逆变器监控方面的
8、研究,大多采用DSP/GPRS的形式,也就是说在数毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告据传输时是使用的GPRS,GPRS作为一种通信手段,其数据率高,传输数据远,但是也存在一定的不足,比如:功耗高,成本高,而且是收费的。所以本设计将采用另一种无线通信方式,既ZigBee技术。 ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输。ZigBee可工作在2.4GHz(全球流行)的频段上,具有最高250kbit/s的传输速率,传输距离在10-75m的范围内,但可以继续增加。符合逆变器监控系统对于无线收发
9、的要求。通过查阅有关资料,了解到在矿产资源日渐匮乏,新能源技术日益发展的今天,太阳能作为优质清洁能源被广泛开发,而具有丰富太阳能资源的地区又地广人稀,环境恶劣,同时光伏电站建设大多以孤立形式建设,形成了较为分散的光伏发电系统,不便于管理人员的日常监测和维护,人工智能化程度低,因此有必要设计一个智能监控系统,实现对光伏电站的实时运行状态信息的远程监控。本课题将基于STM32/ZigBee设计一种针对光伏逆变器的监控系统,系统能够实现实时采集逆变的输入电压,逆变电压、电流及温度等状态信息,并送至STM32微控制器进行处理,处理完成后将得到以下的一些数据:输入电压幅值,逆变电流和电压的有效值,幅值,
10、频率等,逆变器的温度。这些数据将送至液晶进行显示,并通过无线模块发送。若逆变器出现故障如过压,过流,温度过高等,将发生报警。毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告参考文献1 李方健. 基于嵌入式WEBserver的光伏逆变器监控平台开发 北京交通大学,20112 邱是,龚炯,2010 3 王传辉.太阳能光伏发电系统的研究.哈尔滨工程大学,20084 邝少平.年全球光伏产业发展研究报告,20095 张兴,曹仁贤. 太阳能光伏并网发电及其逆变控制.机械工业出版社 ,20116 周志敏,纪爱华. 电子工程技术丛书:太阳能光伏逆变器设计与工程应用.电子工业出版社,20137 黄汉云. 太阳能光伏发电应
11、用原理.化学工业出版社,20098 马巍. 基于DSP/GPRS的光伏能源监控系统的研究与设计.辽宁工业大学,2011 9 催容强,赵春江.太阳能光伏发电系统技术.北京化学工业出版社,200610 沈辉,种祖勤.太阳能光伏发电技术.北京化学工业出版社,2005 11 王长贵,王斯成.太阳能光伏发电实用技术(二版).北京化学工业出版社,200912 赵争鸣,刘建政.太阳能光伏发电及其应用.北京科学出版社,200913 舒杰.太阳能光伏系统中的远程监控系统开发.华南理工大学硕士学位论文,200414 张海良.光伏电站远程监控系统的设计和研究.燕山大学硕士学位论文,200615 S.Liu,R.A.
12、Dougal,E.V.Solodovnik.Design of AutonomousPhotovoltaic Power Plant for Telecommunication Relay Station.IEEE Proceedings Generation, Transmission and Distribution,2005,152(6):745-754毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段(途径)1、课题的任务要求:1.掌握如何选择传感器的型号,怎样搭建信号调理电路,以及如何利用protel绘制原理图及PCB;2.学习STM32F103RBT
13、6微控制器的相关知识,掌握利用C语言对微控制器编程的方法;3.学习液晶显示、无线收发的原理; 4.完成基于单片机的光伏逆变器运行状态监控节点设计,严格按照系统要求进行硬件测试和软件联调,完成测试报告,并修改出现的问题。2、课题的解决方案及研究手段:对遇到的问题能通过查阅资料解决,采用实验研究法、仿真分析和理论研究等方法,做到理论与实践相结合并不断仿真测试最终达到预期效果。.1硬件框图如图所示:图1.1 节点结构框图毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告图1.2 节点之间通信模型 电源模块 电源电路为电路各单元提供工作电压。本系统的主电源为一个正负24V的开关电源,在购买开关电源时也遇到许多问题
14、,大多数的开关电源只有单独的正+24V或-24V的输出,正负电压并不共地,而我设计的板子上正负是共地的;还有一些开关电源能够同时输出正负电压,而且正负电压共地,但是功率又不是太大,最后还是在网上找到一家店,买到了既能同时输出正负24V电压,同时正负电压共地而且功率也足够大。开关电源问题解决后,接下来就是利用lm7815,lm7915,lm7805,AMS1117等电源芯片将电源电压变换为15V,-15V,5V,3.3V等不同电压为各单元供电。比如:传感器模块需要15V的工作电压,STM32微控制器模块需要3.3V的电压,调理电路需要的15V电压等。在绘制电源模块的PCB时,关于7805,781
15、5等电源转换芯片的硬件设计参考的是网上的资料,由于没有实际的设计经验,只是照着网上的原理图绘制了PCB,当拿到我制作的第一块PCB样板时发现存在许多的问题,首先电源转换芯片前后的去耦电容的封装画的太大,而且电容的值选的也不恰当,询问过导师后才知道,去耦电容可以利用一个470uf的电解电容和一个104的普通电容并联来充当。我会在以后的设计中进行改善。 电流电压采样及调理电路本设计需要对逆变器的输入电压,逆变器的输出电压,电流进行测量,其中输入电压为直流,其他量为交流量。上网查阅文献资料寻找适合的传感器型号。首先选中的是ACS712系列电流传感器,但由于其输出无法保证落在03.3v内,需要利用后续
16、的电压跟随器进行调整,精度和可靠性无法保证,因为微控制器的ADC输入要求为03.3v。故重新选型,经过比较,最后决定选择LEM传感器作为本设计的采样传感器。选择LV25-P作为电压传感器,既可测量直流又可测量交流,输出端输出为电流,通过选择合适的采样电阻就可以输出的电压落在03.3v内。选择LTS15-NP作为电流传感器,其输出端的输出为电压,而毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告且恒定在2.5v左右,符合03.3V的要求。LEM公司的传感器可广泛的应用于电力电子行业,其高可靠和高隔离能力的系列传感器产品的电流可从0.2510000A,电压从106400V。其闭环电流传感器具有宽频带,良好的
17、精度,快速响应时间,低温度漂移,优秀的线性度和无插入损耗等特点。而其闭环电压传感器则具有高压检测,低温度漂移和优秀的总体精度,线性度和隔离能力。由于经传感器采样后的信号还存在一定的谐波等干扰,故加入调理电路,然后便于送入单片机进行数据的处理。 STM32微控制器 本系统采用ARM Cortex-M3内核的STM32F103RBT6微控制器作为控制核心。CPU时钟频率可高达到72MHz,该微控制机器最多高达112个的快速I/O端口,自带2个12位的us级的A/D转换器有利于提高采样精度,该内核支持单周期乘法和硬件除法,提高了对采集数据的处理能力。同时有三种低功耗模式,有利于降低功耗.在本设计中S
18、TM32微控制器主要是用于对经过调理的采样信号进行分析计算,然后控制液晶屏显示及无线模块的发送。 无线模块及通信方式本系统的无线模块选用CC2530模块。CC2530 是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee 和RF4CE 应用的一个真正的片上系统(SOC)解决方案。它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。CC2530 结合了领先的RF 收发器的优良性能,具有极高的接收灵敏度和抗干扰性能,业界标准的增强型8051 CPU,系统内可编程闪存。通信协议为ZigBee,其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、高数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域,可以
19、嵌入各种设备。简而言之,ZigBee就是一种便宜的,低功耗的近距离无线组网通讯技术。 DS18B20温度传感器与12864液晶模块DS18B20是数式字温度传感器,使用独特的单线接口方式,DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯,并可用数据总线供电,在使用中不需要任何外围元件。其测温范围 55+125,精度为。温度传感器可编程的分辨率为912位,温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒,具有用户可定义的非易失性温度报警设置,当温度到达预警值,会产生报警信号。液晶模块选用12864液晶,12864液晶成本相对较低,适用于各类仪器,小型设备的显示领
20、域。毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告 软件流程图 软件部分主要是完成对采样数据的处理,显示及发送。由于微控制器有自带的16个通道的ADC,所以选择其中三个使用。编程时,使用扫描模式,对3个通道进行顺序的连续性扫描。对3个通道一次扫描结束,就会产生一个中断,数据将被送出到指定寄存器,从寄存器中读取数据,然后进行数据的处理。处理结束后进行显示及发送工作。流程如图2所示:图2 软件流程图毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告 模拟仿真及PCB制作本课题涉及到了硬件电路的搭建,首先查阅资料进行了元器件的选型和原理图的草绘。自学了protues的简单使用,将搭建的原理图输入protues中,进行了
21、部分硬件电路的仿真,得到了与理论结果相近的仿真结果。再经过老师的指正后便开始了PCB的制作。自己在网上下载了DXP及相关教程进行自学,现已初步掌握了利用DXP进行原理图,PCB的绘制。有些元器件在DXP库中并没有相关模型,便自己动手绘制了相关元件的原理图模型及PCB封装,同时将一些常用的元件如电阻,电容等的原理图,PCB封装从系统库中拷贝出来,与自己画的元器件一起创建了自己的原理图库和PCB封装库,便于日后的设计。在绘制PCB的过程中也遇到了许多的问题,比如说:第一次绘图时,未能将板上的GND与外接电源的地接通在一起;过孔的大小把握的不好,致使第一次批做出来的PCB板的接线端子无法安装上去;以
22、及自己画的PCB封装和实物的引脚顺序存在一定的偏差等问题。经过第一次的实践,让我学会了很多东西,在以后的设计中我会不断改善。毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告指导教师意见:1. 对“文献综述”的评语:该生在毕业论文开题准备期间,能够积极收集查阅光伏发电逆变器监控系统的相关资料,认真学习了毕业设计工作所需要的专业知识及相关工具软件,及时和指导老师讨论并解决发现的问题,按要求完成准备工作。理解了课题研究的背景和意义,明确了课题的目标与基本任务,具体细节知识需要在后续毕业设计过程中进一步加强理解以确定切实可行的实施方案;完成了文献阅读和毕业设计准备阶段所规定的任务。同意参加开题答辩。2对本课题的
23、深度、广度及工作量的意见和对设计(论文)结果的预测:本课题要求在理解光伏发电系统特别是逆变器的工作原理的基础上,选择相关传感器,完成信号的采集及处理,并按照要求实现提出的方案,完成逆变器监控节点的设计;并实现节点信号的无线转发及接收功能,课题具备一定难度,工作量适中,预计在系统掌握相关理论和广泛查阅文献的基础上能够较好完成系统设计。年月日 指导教师: 所在专业审查意见: 负责人: 年月日 原文已完。下文为附加文档,如不需要,下载后可以编辑删除,谢谢! 村支部书记在乡镇会议上的汇报发言 各位领导,同志们:我叫XXXX,是XXX村村支部书记。能够在今天的会议上发言,我深感荣幸,这是乡党委、政府及管
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 光伏逆变器运行状态监控节点设计 开题报告同名8171 逆变器 运行 状态 监控 节点 设计 开题 报告 同名 8171
限制150内