兆瓦级光伏电站双轴跟踪系统的设计与实现

摘要.........................................................................................................................I Abstract..........................................................................................................................II 引言. (1)

1绪论 (2)

1.1课题研究背景 (2)

1.1.1能源发展现状及趋势 (2)

1.1.2太阳能发电的优缺点 (2)

1.1.3太阳能发电的类型 (3)

1.1.4光伏发电应用分类 (4)

1.2课题研究意义 (5)

1.2.1影响光伏发电的因素 (5)

1.2.2研究双轴跟踪系统的必要性 (7)

1.3光伏电站国内外发展现状 (8)

1.4太阳跟踪系统国内外发展及研究状况 (9)

2跟踪系统概述 (11)

2.1太阳运动轨迹计算 (11)

2.1.1地平坐标系 (11)

2.1.2太阳高度角与方位角计算 (11)

2.2跟踪方法原理简介 (14)

2.3跟踪系统简介 (15)

3跟踪系统的总体设计 (16)

3.1控制方案设计 (16)

3.1.1控制模式选择 (16)

3.1.2太阳跟踪方案的选择 (18)

3.1.3通讯方式的选择 (21)

3.2跟踪系统电气设计 (21)

3.2.1主电路设计 (22)

3.2.2控制电路设计 (22)

3.2.3安全链电路设计 (22)

3.2.4PLC输入输出电路设计 (23)

3.2.5防雷设计 (23)

4.跟踪系统的硬件设计 (25)

4.1系统组成 (25)

4.2硬件设备选型 (26)

4.2.1控制器选型 (26)

4.2.2无线通讯设备选型 (27)

4.2.3执行机构选型 (27)

4.2.4信号采集模块选型 (28)

4.2.5GPS模块选型 (31)

4.2.6HMI选型 (32)

4.2.7逆变器选型 (32)

4.2.8时控开关选型 (34)

5跟踪系统软件设计 (35)

5.1控制器软件平台设计 (35)

5.1.1控制器主程序 (35)

5.1.2太阳位置跟踪程序设计 (37)

5.1.3时间间隔模式程序设计 (38)

5.1.4特殊天气应急程序设计 (39)

5.1.5太阳高度角及方位角计算程序设计 (39)

5.2实时监控数据及远程与本地HMI监控平台设计 (40)

5.2.1实时监控数据 (40)

5.2.2监控平台及工程组态设计 (41)

6结论和展望 (44)

6.1课题研究设计总结 (44)

6.2展望 (44)

结论 (45)

参考文献 (46)

附录A主要电路图 (50)

附录B主要程序 (56)

在学研究成果 (63)

致谢 (64)

引言

近年来，随着科技的进步和人类对于可再生能源重要性意识越来越强，全球范围内对新能源的发展提供了多种扶植政策，从而使得光伏产业发展迅速，大量的光伏系统被推广使用。地面光伏电站如雨后春笋般涌现，标志着光伏发电进入了全新的大规模发展阶段。

但是在光伏电站迅速发展的同时也出现了很多问题，许多电站没有经过很严格的优化设计，虽然同样在工作，但是发电效率相差还是很大。较为常见的问题是常常忽略系统建设过程中的各种损耗，包括线损，逆变器损耗等等；不能执行严格的直流配比，不能保证整个系统的性价比；组件安装多为最佳角度固定安装，虽然比一般角度安装发电量有所提高，但是还是很大程度上制约了整个光伏电站的发电效率；控制方式、通讯方式不能得到合理优化，从而导致了前期施工量大、后期维护量大、系统容量难扩充等问题。

为了提高整个光伏发电效率，提出了双轴跟踪系统在光伏电站的应用，相比固定角度安装在很大程度上提高了整个电站的发电效益；为了解决前期施工量、后期维护量大的问题，提出了工业以太网与工业级无线通讯相结合的通讯方式，方便了系统容量的后期扩充；为了降低整个系统的故障率，提出了主控制器与从控制器相配合的集中式与分散式相结合的控制方式，在保证降低系统故障率的同时，减小了系统的能量消耗，获得最大的性价比。