兆瓦級(jí)光伏電站雙軸跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

【摘要】：隨著世界人口的不斷持續(xù)增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，常規(guī)能源越來(lái)越不能滿足人類生產(chǎn)生活的需要，常規(guī)能源中的煤炭、石油和天然氣是化石能源，為不可生資源，而且化石能源利用過(guò)程中造成空氣嚴(yán)重污染，導(dǎo)致全球氣候變暖、冰山融化、海平面上升等自然災(zāi)害。新能源的出現(xiàn)在很大程度上緩解了上述出現(xiàn)的問(wèn)題，相比新能源中發(fā)展比較快的幾種，太陽(yáng)能的利用越來(lái)越受人類的關(guān)注，太陽(yáng)能資源能量豐富、分布廣泛、清潔無(wú)污染、可以再生，所以太陽(yáng)能發(fā)電成為新能源中發(fā)展最快的技術(shù)。但是太陽(yáng)能利用過(guò)程中存在不易收集、能量密度低、易受環(huán)境因素影響等缺點(diǎn)，因此如何更高效的利用太陽(yáng)能資源成為全球都在關(guān)注的問(wèn)題，目前，最為廣泛的利用形式為光伏電站。現(xiàn)在的光伏電站組件多為固定角度安裝，對(duì)于發(fā)電量的提高很受限制，雖然絕大部分安裝角度為最佳角度，但是不能隨著周圍環(huán)境的變化實(shí)現(xiàn)跟蹤，所以很大程度上制約了整個(gè)光伏電站的發(fā)電效率。為提高電站整體發(fā)電量，本文提出了雙軸跟蹤系統(tǒng)在光伏電站的應(yīng)用。 采用時(shí)控法與反饋修正法相結(jié)合的追蹤方式，首先通過(guò)天文計(jì)算公式得到太陽(yáng)高度角及方位角完成開(kāi)環(huán)控制，然后通過(guò)傾角儀反饋的角度值進(jìn)行反饋修正，跟蹤過(guò)程中考慮到一天中方位角與高度角不同的變化規(guī)律提出了不同時(shí)間段不同跟蹤步長(zhǎng)的跟蹤方式；主從CPU相互配合的集中式分散式相結(jié)合的控制方式，主控制器完成特殊天氣下的集控策略及通過(guò)信號(hào)采集模塊采集到的光照及地理信息為從控制器提供控制依據(jù)，從控制器完成太陽(yáng)高度角及方位角的計(jì)算，正常情況下的跟蹤控制及運(yùn)行數(shù)據(jù)及發(fā)電量數(shù)據(jù)的采集；工業(yè)以太網(wǎng)與工業(yè)級(jí)無(wú)線并用的通訊方式，主控制器與上位機(jī)之間、各從控制器之間通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)相連，從控制器與主控制器之間通過(guò)工業(yè)級(jí)無(wú)線連接，該連接方式使整體的通訊方案更加靈活，易于整個(gè)系統(tǒng)的容量擴(kuò)張，很大程度上減小了前期的施工量及后期的維護(hù)量。理論分析和設(shè)計(jì)表明，該方法在保證最大發(fā)電效率的同時(shí)，減少了能量消耗，易于電站推廣應(yīng)用。 【關(guān)鍵詞】：雙軸跟蹤系統(tǒng) 光伏電站 多CPU 時(shí)控法 反饋修正法
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM615
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 引言9-10
• 1 緒論10-19
• 1.1 課題研究背景10-13
• 1.1.1 能源發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)10
• 1.1.2 太陽(yáng)能發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn)10-11
• 1.1.3 太陽(yáng)能發(fā)電的類型11-12
• 1.1.4 光伏發(fā)電應(yīng)用分類12-13
• 1.2 課題研究意義13-16
• 1.2.1 影響光伏發(fā)電的因素13-15
• 1.2.2 研究雙軸跟蹤系統(tǒng)的必要性15-16
• 1.3 光伏電站國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀16-17
• 1.4 太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外發(fā)展及研究狀況17-19
• 2 跟蹤系統(tǒng)概述19-24
• 2.1 太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算19-22
• 2.1.1 地平坐標(biāo)系19
• 2.1.2 太陽(yáng)高度角與方位角計(jì)算19-22
• 2.2 跟蹤方法原理簡(jiǎn)介22-23
• 2.3 跟蹤系統(tǒng)簡(jiǎn)介23-24
• 3 跟蹤系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)24-33
• 3.1 控制方案設(shè)計(jì)24-29
• 3.1.1 控制模式選擇24-26
• 3.1.2 太陽(yáng)跟蹤方案的選擇26-29
• 3.1.3 通訊方式的選擇29
• 3.2 跟蹤系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)29-33
• 3.2.1 主電路設(shè)計(jì)30
• 3.2.2 控制電路設(shè)計(jì)30
• 3.2.3 安全鏈電路設(shè)計(jì)30-31
• 3.2.4 PLC 輸入輸出電路設(shè)計(jì)31
• 3.2.5 防雷設(shè)計(jì)31-33
• 4.跟蹤系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)33-43
• 4.1 系統(tǒng)組成33-34
• 4.2 硬件設(shè)備選型34-43
• 4.2.1 控制器選型34-35
• 4.2.2 無(wú)線通訊設(shè)備選型35
• 4.2.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型35-36
• 4.2.4 信號(hào)采集模塊選型36-39
• 4.2.5 GPS 模塊選型39-40
• 4.2.6 HMI 選型40
• 4.2.7 逆變器選型40-42
• 4.2.8 時(shí)控開(kāi)關(guān)選型42-43
• 5 跟蹤系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)43-52
• 5.1 控制器軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)43-48
• 5.1.1 控制器主程序43-45
• 5.1.2 太陽(yáng)位置跟蹤程序設(shè)計(jì)45-46
• 5.1.3 時(shí)間間隔模式程序設(shè)計(jì)46-47
• 5.1.4 特殊天氣應(yīng)急程序設(shè)計(jì)47
• 5.1.5 太陽(yáng)高度角及方位角計(jì)算程序設(shè)計(jì)47-48
• 5.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及遠(yuǎn)程與本地 HMI 監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)48-52
• 5.2.1 實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)48-49
• 5.2.2 監(jiān)控平臺(tái)及工程組態(tài)設(shè)計(jì)49-52
• 6 結(jié)論和展望52-53
• 6.1 課題研究設(shè)計(jì)總結(jié)52
• 6.2 展望52-53
• 結(jié)論53-54
• 參考文獻(xiàn)54-58
• 附錄A 主要電路圖58-64
• 附錄B 主要程序64-71
• 在學(xué)研究成果71-72
• 致謝72

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