基于ARM的光伏汇流监测系统的研究

【摘要】：近年来，随着新能源产业的发展，尤其是光伏发电产业取得了飞速发展。光伏发电具有无污染、维护简单、资源永不枯竭和资源分布广泛等特点，然而在光伏发电系统中，需要数量庞大的光伏电池组件通过串并组合后才能达到实际需要的电压和电流，如何有效的监测各个光伏发电阵列汇流的工作情况，是光伏发电系统必须解决的问题之一。 本文对光伏发电系统的电池组件以及电池阵列的组成进行了分析与研究，以有效的监测光伏发电系统中的电池阵列汇流的工作情况为出发点，根据光伏发电系统的实际需求，研究基于ARM的光伏汇流监测系统。 首先，通过对光伏发电技术和嵌入式技术的发展进行了讨论，引出光伏发电系统中对光伏电池阵列汇流工作情况监测的重要意义。通过实际给定参数分析了光伏电池组件的等效电路模型得出光伏电池组件的伏安特性，在此基础上分析了光伏发电系统的组成以及光伏汇流的必要性，制定总体设计方案。 其次，本文分别对通信采集单元和汇流电流采集单元进行研究与设计。通信采集单元的硬件设计是基于ARM内核，软件系统采用Linux多任务操作系统，并通过对进程调度的研究、系统移植以及交叉开发平台的建立，实现多线程应用程序的设计改善通信采集单元的响应速度。通过系统需求分析，研究并设计光伏汇流采集单元，选择合理的器件，实现汇流采集单元的硬件与软件设计，并通过程序算法改进汇流采集单元的静态特性。 最后，根据实际工程需求，选择通信方式并在各单元之间进行数据交互，建立Modbus通信协议，设计计算机应用程序，调试并实现汇流采集单元，通信采集单元以及计算机组成监测系统对光伏发电阵列的汇流支路电流和电压等进行监测。 【关键词】：光伏发电 汇流 进程调度 监测
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP274
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-8
• 1 绪论8-12
• 1.1 论文研究背景及意义8-10
• 1.1.1 光伏发电技术8-9
• 1.1.2 嵌入式系统技术9-10
• 1.2 论文章节安排10-11
• 1.3 本章小结11-12
• 2 光伏汇流监测研究12-19
• 2.1 汇流原理及组件伏安特性12-16
• 2.1.1 光伏发电汇流原理12-13
• 2.1.2 光伏电池的伏安特性13-16
• 2.2 方案设计与研究内容16-17
• 2.2.1 总体方案16
• 2.2.2 通信采集单元的研究16-17
• 2.2.3 汇流采集单元的研究17
• 2.3 开发工具与编程语言选择17-18
• 2.3.1 Linux 开发工具17-18
• 2.3.2 编程语言说明18
• 2.4 本章小结18-19
• 3 通信采集单元19-25
• 3.1 通信采集单元概述19
• 3.2 通信采集单元硬件平台19-22
• 3.2.1 ARM 主芯片介绍19-20
• 3.2.2 通信采集单元硬件设计20-22
• 3.3 通信采集单元软件平台22-24
• 3.3.1 Linux 系统介绍及特点22
• 3.3.2 Linux 操作系统构成22-23
• 3.3.3 Linux 系统文件结构23-24
• 3.4 本章小结24-25
• 4 通信采集单元的实时性研究25-36
• 4.1 系统实时性25
• 4.2 进程的相关概念25-27
• 4.2.1 进程控制块25-26
• 4.2.2 进程状态26
• 4.2.3 进程切换26-27
• 4.3 进程的调度策略27-28
• 4.4 进程的调度28-33
• 4.4.1 进程调度的重要数据结构28-29
• 4.4.2 优先级的内核表示29-30
• 4.4.3 优先级计算过程30-32
• 4.4.4 进程调度方式32-33
• 4.5 实时性测试33-35
• 4.5.1 线程函数介绍33-34
• 4.5.2 测试过程34-35
• 4.6 本章小结35-36
• 5 开发环境的构建及系统移植36-46
• 5.1 交叉开发模型36-37
• 5.2 交叉开发环境的构建37-39
• 5.2.1 主机上安装 Linux 操作系统37
• 5.2.2 系统文件共享37-38
• 5.2.3 安装交叉编译工具38-39
• 5.3 引导程序的移植39-41
• 5.3.1 通用引导程序 U-Boot39-40
• 5.3.2 U-Boot 的移植40-41
• 5.4 内核分析与移植41-44
• 5.4.1 内核源码结构42-43
• 5.4.2 内核移植43-44
• 5.5 根文件系统的建立与移植44-45
• 5.6 本章小结45-46
• 6 光伏汇流采集单元46-59
• 6.1 光伏汇流采集单元基本构成46-47
• 6.2 电流传感器的选择47
• 6.3 汇流采集单元硬件设计47-51
• 6.3.1 电流采集电路47-48
• 6.3.2 电压采集电路48-49
• 6.3.3 开关量采集电路49
• 6.3.4 通讯地址设置电路49-50
• 6.3.5 电源电路50
• 6.3.6 RS485 通信电路50-51
• 6.4 静态特性理论51-53
• 6.5 最小二乘直线拟合53-55
• 6.5.1 最小二乘法原理53-54
• 6.5.2 最小二乘直线拟合54-55
• 6.6 汇流采集单元的校正55-58
• 6.6.1 校正流程55
• 6.6.2 校正过程55-58
• 6.7 本章小结58-59
• 7 系统应用59-65
• 7.1 系统通信59-60
• 7.1.1 通信流程说明59
• 7.1.2 通信协议59-60
• 7.2 应用程序60-63
• 7.2.1 光伏汇流电流采集程序60-61
• 7.2.2 通信采集单元通信程序61-62
• 7.2.3 上位机应用程序62-63
• 7.3 系统测试63-64
• 7.4 本章小结64-65
• 8 总结与展望65-67
• 8.1 总结65
• 8.2 展望65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-70
• 附录70-71

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