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家用光伏发电系统能量流控制研究

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软件简介

 摘要
随着时代的发展和社会现代化的一步步前进,人类对能源的需求越来越多。如今,新能源开发成为解决能源问题的根本途径。在人们对新能源的不断探索中,电能始终处于举足轻重的地位。而太阳能光伏发电也正是新能源和可再生能源的重要组成部分。
由此,在光伏发电这一问题中,本文探究了家用光伏发电系统的结构、原理、能量流管理的方法。我们采用MCGS小型工业平板电脑对MPPT太阳能控制器及48VDC/220VAC双向转换逆变器进行控制,利用MCGS组态软件搭建了系统界面,选择了通信接口方案并撰写光伏发电系统通信协议,连接硬件DSP进行调试。最终希望实现对家用光伏发电系统中电压、电流输入输出量等的反映,呈现出一个便于用户操作的触摸屏界面,并通过Modbus通讯协议实现与硬件的连接。
关键词:太阳能、发电、工业平板、通信、控制
目录
摘要 I
Abstract II
目录 III
第1章 绪论 1
1.1 研究背景、目的和意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 本文主要研究内容 3
第2章 家用光伏发电系统概述 5
2.1 光伏发电系统的基本组成 5
2.2 光伏发电系统的原理概述 6
2.2.1 光伏电池的工作原理基础 6
2.2.2 MPPT太阳能控制器 7
2.3 MPPT能量流优化 8
2.3.1最大功率点跟踪控制(MPPT)法 8
2.3.2 控制总体流程及预期效果 8
第3章 基于MCGS的太阳能发电系统搭建 12
3.1 MCGS组态软件的整体结构 12
3.2 MCGS工程构建 13
第4章 通信协议设计 19
4.1 通信接口方案 19
4.1.1 RS-232通信 19
4.1.2 RS485通信 19
4.1.3 通信方案选择 21
4.2 Modbus协议的通信概述 21
4.2.1 Modbus上的数据传输 21
4.2.2 Modbus信息帧 22
4.2.3 错误校验方法 24
4.3 拟定基于RS-485物理层的Modbus通信协议 24
4.3.1 家用光伏发电系统的主机/从机通信 24
4.3.2 信息传输 25
4.3.3 通信时序设计 26
4.3.4 光伏发电系统触摸屏通信协议 26
4.4 通信调试结果 29
第5章 总结与展望 32
参考文献 33
附录A 34
致谢 36

本文主要研究内容
光伏发电系统主要由光伏电池板、蓄电池、控制器、逆变器等部分组成。由于太阳能电池的输出功率受太阳光强和环境因素影响很大,且不能储存能量,因此,我们需要为其配备蓄电池来储存和调节电能。为了充放电电流能得到有效控制,防止负载变化所引起的电流大幅增减,我们避免了蓄电池直接与直流母线连接,而是选择在蓄电池和直流母线之间增加DC/DC变换器。系统可以通过DC/AC逆变器接交流负载,也可以通过DC/DC变换器接直流负载。通过小型平板电脑对MPPT太阳能控制器及双向转换逆变器进行控制,使输出功率始终为最大。双向转换逆变器是既可以将直流电变换成交流电,也可以将交流电变换成直流电的逆变器。在家用光伏发电系统中,主要控制蓄电池组的充电和放电,是系统的重要控制设备。
在家用光伏发电系统的搭建过程中,我们需要有软件的支持,来完成模拟系统搭建和数据采集等任务。MCGS是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于Windows平台的、用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统,主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制,具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。通过与其他相关的硬件设备结合,可以快速、方便的开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。用户只需要通过简单的模块化组态就可构造自己的应用系统,如可以灵活组态各种智能仪表、数据采集模块,无纸记录仪、无人值守的现场采集站、人机界面等专用设备。
在与硬件进行通信的时候,我们选用的的硬件是DSP芯片,RS-485通信标准和Modbus通讯协议。Modicon 的各种控制器使用的公共语言被称为Modbus 协议,该协议定义了控制器能识别和使用的信息结构。当在Modbus 网络上进行通讯时,协议能使每一台控制器知道它本身的设备地址,并识别对它寻址的数据,决定应起作用的类型,取出包含在信息中的数据和资料等,控制器也可组织回答信息,并使用Modbus 协议将此信息传送出去。基于通信协议的要求,我们撰写了家用光伏发电系统的RS-485通信协议。
通过家用光伏发电系统配合MCGS的工业平板电脑的控制,加上Modbus通讯协议作为连接标准,我们可以实现系统的能量流控制,从而寻求对于家庭用户的能量流优化方法。

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