分布式并网光伏发电远程测控系统的设计与实现.doc

2014 届 硕 士 学 位 论 文分 布 式 并 网 光 伏 发 电 远 程 测 控 系 统 的设 计 与 实 现作 者 姓 名指 导 教 师蒙 宇董 有 尔 教 授学 科 专 业研 究 方 向培 养 单 位学 习 年 限物 理 电 子 学微 弱 信 号 检 测物 理 电 子 工 程 学 院2011 年 9 月 至 2014 年 6 月二 一 四 年 六 月万 方 数 据万 方 数 据山 西 大 学2014 届 硕 士 学 位 论 文分 布 式 并 网 光 伏 发 电 远 程 测 控 系 统 的 设计 与 实 现作 者 姓 名指 导 教 师蒙 宇董 有 尔 教 授学 科 专 业研 究 方 向培 养 单 位学 习 年 限物 理 电 子 学微 弱 信 号 检 测物 理 电 子 工 程 学 院2011 年 9 月 至 2014 年 6 月二 一 四 年 六 月万 方 数 据Thesis for Master s degree, Shanxi University, 2014Design and Implementation of The DistributedGrid-connected Photovoltaic Power Generation RemoteMonitoring and Control SystemStudent NameSupervisorMajorSpecialtyDepartmentResearch DurationYu MengProf. You-er DongPhysics ElectronicsWeak Signal DetectionCollege of Engineering ofPhysics and Electronics2011.09-2014.06June, 2014万 方 数 据承 诺 书承 诺 书本 人 郑 重 声 明 ： 所 呈 交 的 学 位 论 文 ， 是 在 导 师 指 导 下 独 立 完 成 的 ，学 位 论 文 的 知 识 产 权 属 于 山 西 大 学 。 如 果 今 后 以 其 他 单 位 名 义 发 表 与在 读 期 间 学 位 论 文 相 关 的 内 容 ， 将 承 担 法 律 责 任 。 除 文 中 已 经 注 明 引用 的 文 献 资 料 外 ， 本 学 位 论 文 不 包 括 任 何 其 他 个 人 或 集 体 已 经 发 表 或撰 写 过 的 成 果 。作 者 签 名 ：20 年 月 日61万 方 数 据学 位 论 文 使 用 授 权 声 明学 位 论 文 使 用 授 权 声 明本 人 完 全 了 解 山 西 大 学 有 关 保 留 、 使 用 学 位 论 文 的 规 定 ， 即 ： 学校 有 权 保 留 并 向 国 家 有 关 机 关 或 机 构 送 交 论 文 的 复 印 件 和 电 子 文 档 ，允 许 论 文 被 查 阅 和 借 阅 ， 可 以 采 用 影 印 、 缩 印 或 扫 描 等 手 段 保 存 、 汇编 学 位 论 文 。 同 意 山 西 大 学 可 以 用 不 同 方 式 在 不 同 媒 体 上 发 表 、 传 播论 文 的 全 部 或 部 分 内 容 。保 密 的 学 位 论 文 在 解 密 后 遵 守 此 协 议 。作 者 签 名 ：导 师 签 名 ：20 年 月 日62万 方 数 据目 录中 文 摘 要 . I ABSTRACT . III 第 一 章 绪 论 . 1 1.1 全 球 能 源 背 景 简 介 . 1 1.2 研 究 分 布 式 光 伏 发 电 的 意 义 . 2 1.3 国 内 外 研 究 现 状 . 4 1.4 论 文 主 要 研 究 内 容 和 结 构 . 4 第 二 章 光 伏 电 池 特 性 研 究 . 6 2.1 光 伏 电 池 的 发 展 . 6 2.2 光 生 伏 特 效 应 的 原 理 . 6 2.2.1 量 子 理 论 基 础 . 7 2.2.2 光 生 伏 特 效 应 . 8 2.3 光 伏 电 池 的 数 学 模 型 与 特 性 . 9 2.4 光 伏 电 池 量 子 效 率 测 量 . 11 2.4.1 量 子 效 率 测 量 仪 器 介 绍 . 12 2.4.2 常 见 光 伏 电 池 量 子 效 率 测 量 结 果 . 15 2.4.3 测 试 结 果 分 析 . 17 2.5 本 章 小 结 . 17 第 三 章 分 布 式 光 伏 发 电 远 程 测 控 系 统 硬 件 设 计 . 19 3.1 分 布 式 光 伏 发 电 测 控 系 统 的 设 计 . 19 3.1.1 独 立 光 伏 发 电 系 统 . 19 3.1.2 并 网 光 伏 发 电 系 统 . 21 3.1.3 分 布 式 光 伏 系 统 的 设 计 结 构 . 22 3.2 双 向 电 能 表 的 设 计 . 23 3.2.1 单 向 电 能 表 并 网 测 试 存 在 的 缺 陷 . 23 3.2.2 电 能 的 测 量 以 及 方 向 判 断 原 理 . 24 3.2.3 基 于 CS5463 的 双 向 电 表 设 计 . 25 3.3 基 于 STC12C5A60S2 的 测 控 电 路 设 计 . 30 3.3.1 主 控 芯 片 介 绍 . 30 3.3.2 模 拟 数 字 转 换 （ ADC） 原 理 . 31 3.3.3 直 流 测 试 电 路 设 计 . 32 3.3.4 控 制 电 路 设 计 . 33 3.4 通 讯 电 路 设 计 . 34 万 方 数 据3.5 本 章 小 结 . 34 第 四 章 分 布 式 光 伏 发 电 远 程 测 控 系 统 的 软 件 设 计 . 36 4.1 电 能 计 量 芯 片 CS5463 . 36 4.1.1 CS5463 的 串 行 接 口 . 36 4.1.2 CS5463 初 始 化 流 程 . 38 4.2 基 于 STC12C5A60S2 程 序 开 发 . 39 4.2.1 STC12C5A60S2 的 开 发 环 境 . 39 4.2.2 STC12C5A60S2 的 中 断 程 序 . 41 4.2.3 分 布 式 系 统 程 序 设 计 . 46 4.3 基 于 Yeelink 物 联 网 平 台 的 远 程 监 控 设 计 . 47 4.4 本 章 小 结 . 50 第 五 章 总 结 与 展 望 . 52 5.1 全 文 总 结 . 52 5.2 对 今 后 工 作 的 展 望 . 53 参 考 文 献 . 54 攻 读 学 位 期 间 取 得 的 研 究 成 果 . 58 致 谢 . 59 个 人 简 况 及 联 系 方 式 . 60 承 诺 书 . 61 学 位 论 文 使 用 授 权 声 明 . 62 万 方 数 据ContentsChinse Abstract. IABSTRACT . IIIChapter 1 Introduction . 11.1 Global Energy Background . 11.2 Significance of distributed generation photovoltaic research . 21.3 Domestic and foreign-related research status. 41.4 The main contents. 4Chapter 2 Characteristics of PV cells . 62.1 Development of PV cells. 62.2 Principle of photovoltaic effect . 62.2.1 The basis of quantum theory . 72.2.2 Photovoltaic effect. 82.3 Mathematical models and characteristics of PV cells . 92.4 Quantum efficiency measurements of PV cells. 112.4.1 Instrument Description . 122.4.2 Measurement results . 152.4.3 Analysis of results . 172.5 Summary . 17Chapter 3 Hardware design of the system . 193.1 Distributed PV systems . 193.1.1 Off-grid PV systems . 193.1.2 Grid-connected PV systems . 213.1.3 The structure of distributed PV systems. 223.2 Design of the Bi-directional KWH Meter . 233.2.1 Defects of unidirectional meter . 233.2.2 Principle of energy measurement . 243.2.3 Design of the Bi-directional KWH Meter based on CS5463 . 253.3 Design of control circuit based on STC12C5A60S2. 303.3.1 Introduction of STC12C5A60S2. 30万 方 数 据3.3.2 Principle of ADC. 313.3.3 Design of the DC test circuit . 323.3.4 Design of control circuit. 333.4 Design of communication circuit . 343.5 Summary . 34Chapter 4 Software design of the system. 364.1 Introduction of CS5463 . 364.1.1 The serial interface of CS5463 . 364.1.2 Initialization process of CS5463 . 384.2 STC12C5A60S2 program development. 394.2.1 Development environment of STC12C5A60S2. 394.2.2 Interrupt program of STC12C5A60S2 . 414.2.3 Program design of the system. 464.3 RMON Design based on Yeelink Networking platform . 474.4 Summary . 50Ch