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基于物联网的单相光伏并网系统

李晓维  
【摘要】:能源是主导世界经济的血脉,也是人类活动的基础。保障了能源的供应,其实就是保障人类的持续发展。然而随着科技革命和工业革命的高速发展,人类面临的不仅是石油、天然气和煤炭等化石能源的高度消耗,还需要治理由于过度开发而带来的日益严峻的环境污染等问题。太阳能作为最具开发潜力的清洁能源之一,其环保、高效以及可再生的优点越来越得到世界各国的青睐。太阳能开发的形式有多种多样,例如集中式光伏发电站、“渔光互补”发电站、林光互补发电站和分布式光伏发电站,在不同的经济领域都发挥着重要的作用,并且在近二十多年,全球的新增装机容量也在不断地增加,总的装机容量达到了一个新的高度。然而随着越来越多的光伏发电站的投入使用,特别是在我国各个地区的分布式光伏发电场,由于发电单元的分布范围广和地理条件的限制,通过有线线缆的方式进行管理并不现实。目前得益于近年来迅猛发展的物联网技术和“云”服务平台技术,使建立一种高效、灵活和便捷的能源监测管理方式成为了可能。本文首先对课题的背景和现状进行了阐述,然后对单相光伏并网系统的联网方案进行设计,将Zigbee、BLE Mesh、Wi Fi和GPRS等多种无线通信技术进行比较,选择利用Zigbee无线传感器网络和NB-Io T型智能网关相结合的方式,将监测到的光伏电站数据上传至One NET云服务器端,实现光伏并网系统的联网监测功能。接着对单相光伏并网逆变器的拓扑进行分析,选择具有较高灵活性的双级式微型光伏并网结构,前级的DC-DC环节采用具有高频隔离变压器的有源钳位反激式变换器实现升压和MPPT控制;后级的DC-AC环节采用双Buck全桥逆变器实现电能转换的功能;然后通过LCL滤波器滤除高次谐波后接入到电网;最后通过在Matlab/Simulink平台上进行仿真实验,验证了MPPT算法和并网控制策略的有效性。最后搭建系统的硬件平台,为了满足系统的运算需求,选择TI公司的TMS320F28335作为控制单元的主芯片。根据系统主功率电路和测量的需求,分别对开关管、驱动电路和监测电路进行器件选型和设计,同时根据系统的联网功能,分别对无线智能网关电路和“云”服务平台进行设计。软件方面,对单相光伏并网系统的整体流程、中断监测流程和智能网关的整体流程进行了设计。通过对样机进行系统联调实验,得到了相关的实验结果,表明了系统的整体方案具有可行性。


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