光伏電站監(jiān)測系統(tǒng)中載波通信技術(shù)的研究與應(yīng)用

【摘要】：隨著傳統(tǒng)能源的不斷減少、環(huán)境污染的嚴(yán)重,人類對于可再生新能源的開發(fā)日趨迫切。光伏發(fā)電憑借其普遍、長久以及無污染等特點,已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點。但由于光伏電站一般建在比較偏遠(yuǎn)的地區(qū),且規(guī)模較大,信息采集、設(shè)備維護(hù)十分不便,單獨對其架設(shè)監(jiān)測通信網(wǎng)絡(luò)是一項十分巨大的工程,因此有必要建設(shè)一個成本低、易于維護(hù)且方便控制的光伏電站監(jiān)測系統(tǒng)。本論文研制了一種通過電力載波技術(shù)實現(xiàn)現(xiàn)場通信的光伏電站監(jiān)測系統(tǒng)。其中,現(xiàn)場采集控制設(shè)備與集中器之間利用電力線傳輸數(shù)據(jù)信息,并以LonWorks為標(biāo)準(zhǔn)制定通信協(xié)議,從而實現(xiàn)實時、可靠、有序的通信。電力載波通信技術(shù)最大特點就是不用布線,直接利用已有電力線即可實現(xiàn)通信,既節(jié)省了電站通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)投資,同時監(jiān)測范圍也覆蓋了整個光伏電站,只要有電力線的地方就可以實現(xiàn)通信。LonWorks總線技術(shù)則是電力載波通信領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線技術(shù)之一,其使用了遵循ISO/OSI七層模型結(jié)構(gòu)的LonTalk通信協(xié)議,實現(xiàn)了系統(tǒng)的開放性和互操作性。本論文的主要工作內(nèi)容包括以下幾個方面：(1)研究光伏發(fā)電技術(shù)以及光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu),分析需要采集的現(xiàn)場參數(shù)。(2)通過對多種通信方式以及總線技術(shù)的比較,選擇電力載波通信以及LonWorks總線技術(shù)設(shè)計光伏電站現(xiàn)場監(jiān)測通信系統(tǒng)。(3)分析光伏電站信道的傳輸特性,針對其時變、衰減以及噪聲大的特性設(shè)計了一種基于時頻分析中短時離散傅里葉變換(DSTFT)的2FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng),實現(xiàn)高可靠性的通信。(4)利用Microchip公司的PIC32MX系列芯片制作電力載波調(diào)制解調(diào)器,實現(xiàn)現(xiàn)場采集控制終端與集中器之間的通信。實現(xiàn)過程分為硬件和軟件兩個步驟,硬件主要包括發(fā)送電路、接收電路、耦合電路、調(diào)制解調(diào)芯片及其串行接口電路。軟件則主要包括2FSK調(diào)制、解調(diào)以及串行接口驅(qū)動等部分,并編寫了基于LonTalk七層結(jié)構(gòu)的通信協(xié)議。(5)樣機制作完成后,在實驗室環(huán)境下對電力載波調(diào)制解調(diào)器的通信性能進(jìn)行測試。測試結(jié)果表明,本設(shè)計可以滿足電力線信道環(huán)境下通信需求。 【關(guān)鍵詞】：光伏發(fā)電 電力載波通信 LonWorks 短時離散傅里葉變換
【學(xué)位授予單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TM615;TN913.6
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 引言9-15
• 1.1 課題背景9-10
• 1.2 光伏發(fā)電發(fā)展情況10-11
• 1.3 電力載波通信技術(shù)及其發(fā)展情況11-12
• 1.4 LonWorks總線技術(shù)及其發(fā)展情況12-13
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容13-14
• 1.6 章節(jié)安排14-15
• 第二章 光伏發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)測通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案15-24
• 2.1 光伏發(fā)電基本原理15-17
• 2.1.1 p型半導(dǎo)體15
• 2.1.2 n型半導(dǎo)體15-16
• 2.1.3 p-n結(jié)16-17
• 2.1.4 光伏效應(yīng)17
• 2.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)分類17-20
• 2.2.1 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)17-19
• 2.2.2 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)19-20
• 2.3 光伏監(jiān)測通信系統(tǒng)的設(shè)計20-24
• 2.3.1 光伏系統(tǒng)監(jiān)測概述20-21
• 2.3.2 光伏電站通信方式的選擇21
• 2.3.3 控制網(wǎng)絡(luò)總線技術(shù)的選擇21-23
• 2.3.4 光伏電站通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞囊?guī)劃23-24
• 第三章 電力載波信道分析及調(diào)制解調(diào)算法設(shè)計24-39
• 3.1 光伏電站電力信道特性分析24-27
• 3.1.1 低壓電力線信道研究24-26
• 3.1.2 光伏電站通信信道研究26-27
• 3.2 2FSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)27-30
• 3.2.1 2FSK調(diào)制技術(shù)27-28
• 3.2.2 用譜估計檢測FSK信號的解調(diào)方法28-30
• 3.3 基于離散短時傅里葉變換的FSK解調(diào)方法30-31
• 3.3.1 離散短時傅里葉變換(DSTFT)理論介紹30-31
• 3.3.2 基于DSTFT的FSK信號解調(diào)方法31
• 3.4 FSK解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計31-38
• 3.4.1 信號采樣32-33
• 3.4.2 碼元同步設(shè)計33-37
• 3.4.3 自適應(yīng)門限設(shè)計37-38
• 3.4.4 碼元判決38
• 3.5 本章小結(jié)38-39
• 第四章 電力載波調(diào)制解調(diào)器硬件設(shè)計39-46
• 4.1 調(diào)制解調(diào)器芯片及其相關(guān)電路39-42
• 4.1.1 PIC32MX系列MCU介紹39-40
• 4.1.2 電源模塊40-41
• 4.1.3 串行接口電路41-42
• 4.2 調(diào)制解調(diào)器電力線接口電路42-45
• 4.2.1 耦合電路42-43
• 4.2.2 功率放大電路43-44
• 4.2.3 諧振放大電路44-45
• 4.3 本章小結(jié)45-46
• 第五章 電力載波調(diào)制解調(diào)器軟件設(shè)計46-69
• 5.1 配置位設(shè)置及系統(tǒng)初始化46-48
• 5.2 FSK調(diào)制模塊48-49
• 5.2.1 波特率48
• 5.2.2 PWM48-49
• 5.3 A/D轉(zhuǎn)換模塊49-50
• 5.4 FSK解調(diào)模塊50-51
• 5.5 串行通信接口(UART)軟件設(shè)計51-53
• 5.6 基于LonWorks總線的通信協(xié)議設(shè)計53-68
• 5.6.1 LonTalk協(xié)議規(guī)范54-65
• 5.6.2 LonTalk協(xié)議內(nèi)嵌實現(xiàn)65-67
• 5.6.3 電力數(shù)據(jù)包格式67
• 5.6.4 LonWorks通信方式選擇67-68
• 5.7 本章小結(jié)68-69
• 第六章 調(diào)制解調(diào)器通信性能測試69-77
• 6.1 調(diào)制解調(diào)器電路功能測試69-71
• 6.1.1 發(fā)送電路測試70
• 6.1.2 諧振電路測試70
• 6.1.3 接收放大電路測試70-71
• 6.2 測試軟件71-72
• 6.2.1 主控軟件71-72
• 6.2.2 接收軟件72
• 6.3 測試方案72-73
• 6.4 測試結(jié)果73-76
• 6.5 本章小結(jié)76-77
• 總結(jié)與展望77-79
• 參考文獻(xiàn)79-81
• 致謝81-82
• 個人簡歷82-83
• 攻讀碩士期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文83

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