基于PIC16F1947的光伏汇流箱采集系统设计

摘要

太阳能是解决能源危机和环境污染最有效的能源类型之一，光伏产业得到了迅速发展。汇流箱是连接光伏阵列和逆变器之间关键设备，其状态参数直接影响光伏系统的正常运行。光伏发电技术的发展对汇流箱的采样通道数、检测精度等提出了更高要求。传统的汇流箱存在处理速度慢、测量误差大和远程监控困难等缺点，不能满足现有光伏系统测量需求，因此研究新型的光伏汇流箱采集系统在光伏发电领域具有重要意义。
　　本文设计基于PIC16F1947的光伏汇流箱采集系统，主要内容包括：
　　第一，综述了光伏发电国内外研究现状，从光伏组件发电的基本原理及特点和光伏汇流箱装置的原理两个方面进行了论述。在此基础上，对光伏汇流箱的采集原理进行了阐述，分析了传统汇流箱存在的问题，并对本文设计的光伏汇流箱功能及参数进行了说明。
　　第二，完成了光伏汇流箱采集系统硬件设计。该系统以低功耗单片机PIC16F1947为核心控制芯片，以高精度霍尔电流传感器为主要采集器件，设计了采集模块、电源模块、光耦隔离模块、RS-485传输模块和温度监测模块等硬件模块。
　　第三，完成了汇流箱软件设计，提出了电压电流检测双点逐次修正最小二乘插值自校准算法，实现了校准参数的准确拟合；根据RS-485通信标准Modbus-RTU协议，开发了光伏汇流箱数据通信协议，设计了 LabVIEW上位机校正和监控系统，实现了光伏汇流箱采集系统的实时监控。
　　最后，完成了汇流箱参数校准过程的不确定度评定。首先分析了测量误差来源，搭建了校准实验平台，验证了校准算法的准确性；然后，分析了光伏汇流箱现场采集数据，现场采集数据表明所设计的系统工作稳定，达到设计要求；最后对校准实验结果进行了不确定度，实验结果表明校准后的光伏汇流箱采集系统在实际应用中的准确满足实际测量需求，符合标准CNCA/CTS0001-2011A《光伏汇流设备技术规范》。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 光伏发电与光伏汇流箱国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容及安排

第2章 光伏汇流箱系统工作原理

2.1 光伏组件基本特点

2.2 光伏汇流箱系统原理及特点

2.3 本章小结

第3章 光伏汇流箱采集系统硬件设计

3.1 总体设计方案

3.2 采集模块设计

3.3 管理模块设计

3.4 电源模块设计

3.5 本章小结

第4章 自校准算法及采集系统软件设计

4.1 电流电压检测的内部自校准算法

4.2 软件总体构架

4.3 多通道实时采集程序设计

4.4 数据传输程序设计

4.5 LabVIEW上位机软件

4.6 本章小结

第5章 测量实验与不确定度评定

5.1 校准实验

5.2 实际测量实验

5.3 校准过程的不确定度评定

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间参与的项目与撰写的学术论文

附录B 攻读学位期间获得的奖励