太阳能光伏发电系统检测平台设计开题报告.pdf

课 题 名 称：太阳能光伏发电系统检测平台设计 说明 1根据南京工程学院毕业设计(论文) 工作管理规定，学生必 须撰写毕业设计（论文）开题报告，由指导教师签署意见、教研 室审查，系教学主任批准后实施。 2开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审 查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成， 开题报告不合格者不得参加答辩。 3毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其 中的文字表达要明确、 严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文 表达。第一次出现缩写词，须注出全称。 4本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描 述，应不少于 2000字，没有经过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网 上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。 5开题报告检查原则上在第24 周完成，各系完成毕业设计开 题检查后，应写一份开题情况总结报告。 毕业设计 (论文 )开题报告 学生姓名学 号专 业 指导教师姓名职 称教授所在系部 课题来源 自拟课题 课题性质 课题名称太阳能光伏发电系统检测平台设计 毕业设计的内 容和意义 随着温室效应导致地球气候越来越恶劣，特别是近年入夏以来我国大部持续 的高温以及南方的洪涝灾害，能源问题作为人类环境问题的一个重要组成部分越来 越受关注， 太阳能作为一种可持续利用的清洁能源，是理想的可再生能源选择，太 阳能发电作为一种清洁能源越来越被人们看好。光伏发电系统的运行一般是在无人 职守的情况下进行，对地面上很分散的光伏系统进行监测维护是十分困难繁琐的， 需要大量的时间和人力物力，因此在光伏发电系统中采用集中监控系统具有重要意 义。光伏发电系统的能量输出因周围环境的变化而表现出较大的差异，对光伏发电 系统进行实时监测，可以获得原始测量数据，为系统的改进与优化以及以后的科学 研究提供有用数据， 对系统环境参数及其系统本身的电气性能进行监测和分析是保 证系统正常高效运行的前提。 本系统设计了一个以LabVIEW 为软件支持、 以数据采集卡为硬件支持的虚拟 仪器来评测光伏发电系统的性能，并拥有数据采集、数据保存和信号分析等功能。 在这个所提出的系统中，测量的信号包括气象参数（如温度等）和电气参数（比如 光伏阵列的电压和电流等）。Labview 可以利用高性能的模块化硬件，结合高效灵 活的软件来完成各种测试、测量和自动化应用。灵活高效的软件可以创建自定义的 光伏监测系统的用户界面并能提供强大的后续数据处理能力，可以方便的设置数据 处理、转换、存储的方式。模块化的硬件能方便的提供全方位的系统集成，另外 Labview 还有网页发布、报告生成、数据管理以及软件连接等功能。本文利用 Labview 的强大功能配合FieldPoint 模块化分布式I/O 设计了一种太阳能光伏发电 数据监测系统，并通过网页发布的功能达到远程监测的目的。 文献综述 本系统包括信号采集及处理电路，信号分析单元，通讯单元， 信号的显示和存储单 元。下面分别加以说明： 信号的采集及处理电路 光伏发电监测系统需要从现场获取的信息主要包括：光伏方阵运行时的直流电 流值、电压值， 交流电流值、 电压值， 功率值， 以及光伏发电系统现场的气象参数。 采用与以上信息相对应的传感器和变换器对数据进行测量，温度传感器采用精密铂 电阻温度传感器PT100，该传感器按照IEC751 国际标准设计和制作，利用铂电阻 在温度发生变化时其电阻值也发生变化的特性来测量温度，传感器元件由铂丝烧 制，稳定性高，测量范围广，利用两个温度传感器可以分别对光伏组件表面温度和 环境温度进行测量，将被测温度转换成（420）mA DC 二线制标准信号而远程发 送。电压的测量采用四通牌ST-A 系列的 STCV-800 电压传感器，该系列传感器广 泛用于电力系统的监测，电压测试范围分别为01200V。直流电流的测量选用武 汉仪表公司生产的HD 系列高精度直流大电流传感器 直接采集来的信号由于噪声等原因不一定能够满足采集系统的要求，为了适合 数据采集设备的输入范围，由传感器生成的电信号必须经过处理。信号调理装置能 够按照要求放大或者缩小电压电流范围，并对信号进行隔离滤波等处理。分布式信 号采集系统非常适合于工业现场的测试，它可以使信号调理在靠近传感器的位置进 行。监测系统采用NI 公司的 FieldPoint 模块化分布式I/O 产品，利用RS485 串行 接口可以方便的连接到本地PC。FieldPoint 内装信号调理部件，可以直接连接到传 感器，具有精确可靠的16 位模拟输入，可供混用与搭配的独立I/O 模块能够在恶 劣环境下使用。另外，FieldPoint 具有将I/O 功能、信号终端和通讯方式模块化的 创新结构。系统设计周期短而且性能稳定，FieldPoint系统包括大量隔离模拟与数 字 I/O 模块、接线座 , 以及网络接口, 以便更容易地与标准开放式网络相连接。用 户可以单独选择最合适的特定应用网络接口模块、I/O 模块或信号终端类型。光伏 发电监测系统选用NI FP-AI-110 单端输入模块、NI FP-TC-120 热电偶模块和NI FP-1001 网络接口模块。 电压信号的采集选用NI FP-AI-110 模块， 它是 8 通道单端输入模块，用于从各种传 感器直接测量电压和电流信号。温度的采集选用NI FP-TC-120，8 通道热电偶模 块，操作温度范围为-40 到 70° C ，用于标准J、K、T、N、R、S、E 和 B 热电偶 的温度的测量，具有信号调理、双层绝缘隔离、输入噪声过滤的功能和高精度 delta-sigma 16 位模 -数转换器， 保证测量数据的精确。以上两模块均提供HotPnP （热 插拔） 操作且配置简单，可自我诊断和自动调整到工程单位，是专为高效高可靠度 的测量而设计的，提供滤波处理的低噪音16 位分辨率模拟输入和过量程保护、板 载诊断的功能都确保了无故障的安装和维护，且均附有NIST 校准认证书以确保精 确可靠的模拟测量， 非常适合在光伏发电监测系统中进行应用。为了实现FieldPoint 和 RS485 总线之间的通讯，还采用NI FP-1001 网络接口模块，每个FP-1001 网络 模块可将多达9 个 FieldPoint I/O 模块作为结点连接到RS485 网络。 FP-1001 通过 FieldPoint 端子基座连成的本地高速总线，管理 PC 和 I/O 模块间的通信。FP-1001 还提供若干诊断和自动化的功能，令安装、使用和维护得以简化。 用电流、电压、温度、风速等传感器感应光伏发电系统及周围环境的信息，生成可 测量的电信号。 由于传感器得到的信号可能会很微弱或者含有大量噪声，需通过信 号调理装置进行放大、衰减、隔离、多路复用、滤波等操作 7-8。 信号分析单元及信号的显示、存储 光伏发电监测系统本地计算机的数据通信可以采用DataSocket 技术，它是 NI 公司推出的面向测控领域的网络通信技术，基于 Microsoft 的 COM 和 ActiveX 技术， 对 TCP/IP 协议进行高度封装，用于共享和发布实时测量数据。DataSocket 能够有 效的支持本地计算机上不同应用程序对特定数据的同时应用，以及网络上不同计算 机的多个应用程序之间的数据交互，实现跨机器、 跨语言、 跨进程的实时数据共享， 在 10M 的网络中的传输速率可以达到640kbps，完全能够达到本监测系统的要求。 利用 DataSocket 和网络技术，可以更有效的进行数据采集、分析、处理和显示。如 对于光伏发电系统温度信号的监测，在不同主机上分别创建一个DataSocket 服务器 VI 和一个DataSocket 客户端VI，使用DataSocket 函数节点传递数据。首先运行 DataSocket Server 应用程序，它是一个独立运行程序，通过内部数据自描述格式对 TCP/IP 进行优化和管理，然后利用服务器VI 中的 DataSocket Write 节点将温度数 据发送到dstp 格式指定的连接中，最后在创建的客户端VI中使用设置好的 DataSocket Read 节点将数据从指定的地址读取数据，并显示在波形图上。数据的存 储采用 Access 2010 创建数据库。Access 2010 是微软公司Microsoft Office 2010产 品组件之一，是一个功能强大的数据库管理工具，是在Windows 环境下运行的一 种关系数据库管理系统。其交互性很好，用户不用编程就能够创建整个数据库，其 中还包含用于开发高级数据库的程序设计语言Access Basic。其主要特点如下：1） 存储方式多样；2）面向对象；3）界面友好、易操作；4）集成环境、处理多种数 据信息； 5）支持 ODBC （开发数据库互连，Open Data Base Connectivity ） 。 通信单元 通过调理后的信号就可以与数据采集设备连接了。监测系统采用工业RS485 总线实现下位机与监控主PC 之间的通讯。RS485 总线最大的通信距离约为 1219m， 最大传输速率为10Mb/S，传输速率与传输距离成反比，在100Kb/S 的传输速率下可达到最大的 通信距离，加中继器以后可以达到更大的传输距离。 在 Labview 中，可以通过远程访问来实现网络通信。在光伏发电监测系统中， 首先对服务器进行相应的配置，主要包括用来设定服务器目录和日志属性的“Web 服务器配置”，设定对客户端开放的VI 程序“ Web 服务器中可见VI ”和用来设置 客户端访问权限的“Web 服务器浏览器访问” 。在配置完成后，在完成在服务器端 发布网页的操作，在客户端便可以通过网页浏览器访问服务器发布的页面，实现了 监测系统的远程访问。 本系统将虚拟仪器技术应用于光伏发电系统的数据监测，借助于 Labview 强大 的软件支持构建了一个完整的光伏监测和分析系统。该系统可以方便的对光伏发电 系统的发电特性及周围环境进行实时监测，得到可靠的监测数据。选用了适合本系 统的各类传感器及变换器，并阐述了建立本监测系统数据库的方法，创新性的应用 DataSocket 通信技术和Labview远程访问技术实现了系统远程监测的功能。由于 FieldPoin 模块化及 Labview 软件自身的特点， 在需要研究其他运行特性的时候可以 很方便的进行扩充，本系统运行稳定，界面友好， 操作简单方便， 而且具有成本低， 使用方便的特点，是一套通用的监测系统，具有很好的应用前景。 研究内容 被测对象包括直流电压、电流，交流电压、电流，及光伏发电系统周围环境的温度。用相应 的传感器对被测信号加以感应，生成可测量的电信号，由于传感器得到的信号可能会很微弱或者 含有大量噪声，需通过信号调理装置进行放大、衰减、隔离、多路复用、滤波等操作。通过调理 后的信号就可以与数据采集设备连接。监测系统采用工业RS485 总线实现下位机与监控主PC 之 间的通讯。 Labview 软件及其配套的DAQ（Data Acquisition ）驱动程序与数据采集硬件形成了一 套完整的数据采集、分析和显示系统。同时可通过Access 2010 创建数据库，进行数据管 理，也可为系统的改进与优化以及以后的科学研究提供有用数据。测得的数据也可通 过软件中的Web发布工具，可以通过互联网随时登入监测系统进行远程数据监测。 研究计划 2013.2.25-3.3 接受任务书，领会课题含义，按要求查找相关资料； 2013.3.4-3.10 阅读相关资料，理解有关内容； 2013.3.11-3.17 翻译相关英文资料，提出拟完成本课题的方案，写出相关开题报 告一份； 2013.3.18-3.24 确定并绘制传感器及其信号调理电路，参阅有关资料，分析主电 路工作原理； 2013.3.25-3.31 设计检测传感器及其信号调理电路器件参数； 2013.4.1-4.7 阅读有关采集卡接口设计方面的资料，设计接口电路； 2013.4.8-4.14 确定并绘制接口扩展电路，分析接口电路工作原理，理解所选采 集卡原理； 2013.4.15-4.21 理解信号采集电路与采集卡的关系，设计系统软件框图； 2013.4.22-4.28 设计软件程序； 2013.4.29-5.5 硬件制作 /完善软硬件设计； 2013.5.6-5.12 软硬件联调 /软件调试； 2013.5.13-5.19 进行毕业设计说明书写作； 2013.5.20-5.26 接收验收成果，接受答辩资格审查； 2013.5.27-6.2 评阅教师评阅论文； 2013.6.3-6.9 准备参加答辩； 2013.6.10-6.16 答辩。 被 测 对 象 信 号 调 理 传 感 器 数 据 采 集 分析计算 显示 存储 工控机 PC LabVIEW 平台 特色与创新 1.将虚拟仪器应用到光伏发电系统的检测中，实现了对光伏发电系统实时的 监控，并为优化系统性能提供了数据支持。 2.系统是基于虚拟仪器技术开发的，其核心是 LabviEW 程序，主要依靠软件在计算 机上实现各种硬件功能，从而使系统的可靠性提高; 3.系统的功能可以根据用户需要进行扩展，并且具有大容量的数据记录能力； 4.系统可以长时间、高速度、高可靠地监测分析大量数据; 指导教师 意见 指导教师签名： 年月日 教研室意见系部意见 主任签名： 年月日 教学主任签名： 年月日 附：与课题内容相关的外文资料翻译不少于2000 字，参考文献不少于10 种。