物联网架构的太阳能光伏自跟踪发电监控系统关键技术研究

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1、物联网架构的太阳能光伏自跟踪发电监控系统关键技术研究王欢2015年6月中图分类号：TH-39UDC分类号：681物联网架构的太阳能光伏自跟踪发电监控系统关键技术研究作者姓名王欢学院名称机械与车辆学院指导教师赵文祥教授、徐小力教授答辩委员会主席仪垂杰教授申请学位工学博士学科专业机械制造及其自动化学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年6月ResearchofKeyTechnologyaboutSolarPhotovoltaicSelf-trackingPowerGenerationMonitoringSy

2、stemonInternetofThingsCandidateName：WangHuanSchoolorDepartment:SchoolofMechanicalEngineeringFacultyMentor:Prof.ZhaoWenxiang,Prof.XuXiaoliChair,ThesisCommittee：Prof.YiChuijieDegreeApplied:DoctorofEngineeringMajor：MechanicalManufacturingandAutomationDegreeby:

3、BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：June,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学博士学位论文摘要据国际能源

4、署估计，全球2030年一次能源需求将达到177亿吨油当量，能源需求量巨大，而化石能源（煤，石油和天然气）仍将是一次能源的主要来源。由于大量化石能源的燃烧，大气中二氧化碳和其它温室气体的浓度不断增加，成为造成全球温度上升和气候变化的主要原因之一。全球有限资源及环境污染正严重制约世界各国经济和社会的发展，优化能源结构、提高能源效率、发展新能源和可再生能源已成为世界各国密切关注的重大议题。从能源安全和能源战略角度来看，太阳能是一种理想的可再生绿色能源，太阳能发电是解决化石能源日趋紧缺和减少环境污染的重要途径。太阳能

5、光伏发电通过光伏电池直接将太阳能转化为电能，是开发太阳能的一种重要途径。目前由于光伏电池效率低下和发电成本高等原因使得光伏发电系统难以迅速普及，而且光伏发电系统总体上尚存在系统集成水平低、可靠性差、功耗大及缺少有效监控措施等主要问题。针对这些问题，进行了以下几方面的研究：1）MPPT算法研究，提出了一种分区遗传MPPT算法。由于光伏阵列的输出功率随外部环境变化而变化，因此光伏发电系统普遍采用MPPT电路和相应的控制方法提高对光伏阵列的利用效果。分区遗传算法的搜索空间为整个解空间，在遗传算法中还隐含着一种并行计

6、算机制，因此容易得到全局最优解，可以克服寻优过程中易陷入局部极小的困境。遗传算法的交叉和变异机制，克服干扰法易陷入振荡的缺陷，可以满足了MPPT的实时控制需要，保证了光伏发电系统在不同物理位置的正常运行。通过仿真及实验验证，该方法可以提高光伏阵列最大功率跟踪的动态特性和稳态特性，比传统的方法具有更高的精确度和实时控制性能。2）太阳自跟踪方法研究，提出了一种光感跟踪和时间跟踪相结合的太阳方位跟踪方法并设计了一种双轴太阳跟踪装置及双轴PSD太阳方位传感器。采用时间跟踪方式跟踪太阳，则跟踪装置的控制系统不区分阴天晴

7、天，只是按程序设定的时间定时启动跟踪装置，跟踪系统的能耗加大。采用光感跟踪方式跟踪太阳，则存在跟踪装置如何适应天气阴晴变化等问题。光感跟踪和时间跟踪相结合，能及时根据天气状况对太阳方位跟踪方式进行控制和选择，调整系统运行方式，能够降低系统运行能耗，并且能够去除系统累计误差，提高太阳方位跟踪精度。新型双轴跟踪装置将太阳方位角及高度角的参数进行换算，得到与之对应的两个驱动转角参数，新的参数驱动光伏阵列II北京理工大学博士学位论文进行万向节式的运动以跟踪太阳。根据该方法设计了新型太阳方位跟踪装置，其太阳跟踪精度高，

8、跟踪时间间隔短，结构简单。通过实验验证，该跟踪方法及装置可以提高太阳方位跟踪的精度，降低了系统运行能耗，提高系统的发电量。3）光伏阵列在线故障检测研究，提出了一种太阳光伏阵列在线故障检测方法。目前光伏阵列的故障检测多采用线下人工排查的方法，人工维护既费时又很不方便。采用在线故障检测，可以实现实时远程检测，及时发现并修复光伏阵列存在的故障。在线故障检测分两步进行，第一步是采用新型电压、电流检测法进行筛