光伏电池板巡检系统的研究

论文摘要

太阳能作为一种非常重要的可再生能源日益受到人们的关注,光伏发电是目前太阳能利用的主要方式。而光伏电池板作为光伏发电的主要部件,其长期的工作状态和电气特性需要进行观测和研究。由于光伏电池板在生产过程中存在差异,所以它们的老化速度往往不一致,加上受日照强度不同的影响和阴影的遮挡,很容易发生热斑现象,造成光伏阵列中的一块或几块光伏电池板提前结束寿命。针对这一问题,本论文提出并研究了一套光伏电池板长期运行参数检测系统的设计方案。课题采用TI公司控制芯片TMS320LF2407作为主要芯片,兼顾成本与性能要求,做了以下几方面的工作:首先,阐述了光伏电池的发电原理和I-U特性,在此基础上介绍了光伏电池板的结构和工艺,重点对热斑效应进行了研究,说明了对光伏电池板进行巡检的必要性。另外,从总体上对光伏电池板巡检系统进行了说明。其次,研究了基于TMS320LF2407的光伏电池板巡检系统的硬件结构,并给出了具体的电路图。首先对硬件系统总体设计做了论述,然后对TMS320LF2407芯片进行介绍,重点对光照采样电路、电流采样电路、电压采样电路、电源电路和光伏池板选择电路等做了设计与分析,最后针对TMS320LF2407提出了几种抗干扰措施。再次,详细编写了光伏电池板巡检系统主程序、相关子程序的设计流程图。在本章中详细阐述了DSP中断处理以及DSP中断程序的设计过程,并编写了部分小波分析的C程序。最后,介绍了小波变换理论,分析了小波模极大值与信号局部奇异性之间的关系,并利用电压信号和噪声的小波系数在小波域内表现的相异特性,实现了输出电压的滤波功能。在此基础上,通过检测电压信号对应的奇异点,实现了光伏电池板发生故障时的精确定位,并进行了MATLAB仿真,仿真结果验证了所设计系统的有效性和先进性。结果表明:本论文设计的光伏电池板巡检系统具有一定的实用性和可扩展性,为后续的研究工作提供了一定的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 光伏发电产业的现状及其发展
• 1.1.1 发展光伏发电产业的紧迫性
• 1.1.2 国外光伏发电产业的现状及其发展
• 1.1.3 我国光伏发电产业的现状及其发展
• 1.2 光伏发电系统监控技术国内外发展现状
• 1.3 课题的目的和意义
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 光伏电池板巡检系统总体结构设计
• 2.1 光伏电池的相关理论
• 2.1.1 光伏发电原理
• 2.1.2 光电池的伏安特性
• 2.1.3 功率匹配
• 2.2 晶体硅太阳能电池组件
• 2.2.1 组件的封装结构
• 2.2.2 组件的封装材料
• 2.2.3 太阳能电池组件封装工艺
• 2.3 热斑效应
• 2.4 光伏电池板巡检系统结构
• 2.4.1 系统硬件结构
• 2.4.2 系统软件结构
• 2.5 本章小结
• 第3章 光伏电池板巡检系统的硬件设计
• 3.1 以DSP为核心的巡检电路设计
• 3.1.1 光伏电池板巡检系统总框图
• 3.1.2 系统核心芯片TMS320LF2407
• 3.2 DSP电源、晶振及复位电路的设计
• 3.2.1 DSP电源
• 3.2.2 DSP的晶振及复位电路
• 3.3 LCD接口设计
• 3.3.1 液晶显示器DMF5001
• 3.3.2 DSP与DMF5001接口电路
• 3.4 硬盘接口设计
• 3.4.1 IDE接口和硬盘控制
• 3.4.2 DSP与硬盘接口电路
• 3.5 串行通讯接口设计
• 3.5.1 DSP串行通信接口模块
• 3.5.2 串行通信接口电路
• 3.6 传感器和光伏电池板选择电路设计
• 3.6.1 传感器电路
• 3.6.2 光伏电池板选择电路
• 3.7 抗干扰措施研究
• 3.7.1 干扰的来源及后果
• 3.7.2 硬件抗干扰设计
• 3.8 小结
• 第4章 光伏电池板巡检系统的软件设计
• 4.1 主程序的设计
• 4.2 中断处理子程序设计
• 4.3 串行通信子程序
• 4.3.1 DSP端SCI通信程序的设计
• 4.3.2 上位PC机读取数据子程序设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 小波分析在光伏电池板故障检测中的应用
• 5.1 小波变换理论
• 5.1.1 连续小波变换
• 5.1.2 离散小波变换
• 5.1.3 小波变换的多分辨率分析
• 5.2 基于小波分析的奇异信号检测原理
• 5.2.1 小波变换与信号奇异性特征
• 5.2.2 模极大值原理
• 5.3 故障电压的特性提取
• 5.3.1 基本小波函数的选取和分解层数的确定
• 5.3.2 电压信号的检测算法
• 5.4 仿真研究
• 5.4.1 电压信号的去噪仿真
• 5.4.2 间断点检测
• 5.4.3 导数间断检测
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文