全自動太陽能揚水系統(tǒng)的開發(fā)

【摘要】：隨著社會的發(fā)展、常規(guī)能源的不斷消耗,替代能源的開發(fā)和利用逐漸獲得了廣泛的關(guān)注和重視,尤其是清潔的、可以持續(xù)利用的太陽能。在太陽能的各種利用方式中,太陽能發(fā)電技術(shù)已成為太陽能應(yīng)用的主要研究方向,而太陽能最大功率點追蹤問題則是太陽能發(fā)電技術(shù)的研究重點。本課題的研究方向是全自動太陽能揚水系統(tǒng)的開發(fā)。 結(jié)合太陽能揚水系統(tǒng)中的水泵電機的負載特性和運行特點,在眾多交流異步電機調(diào)速方法中,選取變壓變頻(VVVF)控制方法及準優(yōu)化PWM技術(shù)實現(xiàn)對水泵電機變頻控制。 本文提出的太陽能最大功率點追蹤控制算法由兩部分組成:1)最大功率點追蹤(MPPT)算法:給定頻率f變化方向;2)基于太陽能電池陣列電壓的變步長算法:給定頻率f變化大小。在經(jīng)典太陽能最大功率點追蹤算法運用于太陽能揚水系統(tǒng)經(jīng)驗基礎(chǔ)上,提出并設(shè)計了兩種最大功率點追蹤算法:多重判據(jù)法和混成MPPT算法。多重判據(jù)算法屬于一階極值判別法,但在定點MCU的控制系統(tǒng)中具有更高的靈敏度。通過分析揚水系統(tǒng)擾動一般過程提出了混成MPPT算法。使用這種算法的系統(tǒng)通常穩(wěn)定的運行于常壓MPPT算法下,而常壓法參考點則是通過多重判據(jù)法獲得更新的,從而使混成MPPT算法兼具兩者的優(yōu)點。 根據(jù)全自動太陽能揚水系統(tǒng)需要完成的特定功能及其自身特點,建立兩套全自動太陽能揚水試驗系統(tǒng)用于對比試驗。在硬件設(shè)計方面,重點在于專用變頻器的主電路和控制電路的設(shè)計。在軟件設(shè)計上,對太陽能揚水控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)進行功能模塊劃分和結(jié)構(gòu)化設(shè)計。利用兩套試驗系統(tǒng),對本文提出的太陽能最大功率追蹤算法進行了試驗驗證。主要通過不同算法間的對比試驗來驗證步長選擇算法、多重判據(jù)MPPT算法和混成MPPT算法的性能。試驗表明多重判據(jù)法和混成MPPT算法均能快速準確地追蹤最大功率點,且保證系統(tǒng)均由良好的穩(wěn)定性,而且采用混成MPPT算法的系統(tǒng)電壓擾動明顯減小。 【關(guān)鍵詞】：太陽能揚水系統(tǒng) 最大功率跟蹤 逆變器
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2005
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 第1章 引言8-15
• 1.1 課題目的和意義8-11
• 1.1.1 中國能源現(xiàn)狀與前景8-9
• 1.1.2 太陽能應(yīng)用現(xiàn)狀9-10
• 1.1.3 太陽能發(fā)電技術(shù)10-11
• 1.2 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)11-14
• 1.2.1 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)和分類11-12
• 1.2.2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)控制算法概述12-14
• 1.3 論文各部分的主要內(nèi)容14-15
• 第2章 交流異步電機控制15-23
• 2.1 交流異步電機調(diào)速方法和負載特性15-17
• 2.1.1 水泵負載的轉(zhuǎn)矩特性15-16
• 2.1.2 交流異步電機調(diào)速方法16-17
• 2.2 交流電機的變頻控制方法17-22
• 2.2.1 太陽能揚水系統(tǒng)中水泵電機運行特點17-18
• 2.2.2 變壓變頻(VVVF)控制原理18-20
• 2.2.3 準優(yōu)化PWM 技術(shù)20-21
• 2.2.4 電機變頻控制的基本構(gòu)成21-22
• 2.3 本章小結(jié)22-23
• 第3章 太陽能最大功率追蹤控制23-46
• 3.1 太陽能電池陣列23-28
• 3.1.1 太陽能電池特性23-27
• 3.1.2 太陽能電池傾角與位置27-28
• 3.2 多重判據(jù) MPPT 控制28-38
• 3.2.1 經(jīng)典最大功率跟蹤控制方法的應(yīng)用28-30
• 3.2.2 多重判據(jù)MPPT 控制的基本原理30-31
• 3.2.3 多重判據(jù)算法實現(xiàn)31-36
• 3.2.4 多重判據(jù)算法的評估36-38
• 3.3 混成MPPT 控制38-44
• 3.3.1 系統(tǒng)擾動的分析38-40
• 3.3.2 混成MPPT 控制的基本原理40-42
• 3.3.3 混成MPPT 算法實現(xiàn)42-43
• 3.3.4 混成MPPT 算法的評估43-44
• 3.4 步長選擇算法44-45
• 3.5 本章小結(jié)45-46
• 第4章 試驗系統(tǒng)硬件與軟件結(jié)構(gòu)46-61
• 4.1 試驗系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)46-48
• 4.1.1 太陽能電池陣列46-47
• 4.1.2 專用變頻器47-48
• 4.1.3 負載水泵48
• 4.2 專用變頻器硬件結(jié)構(gòu)48-52
• 4.2.1 系統(tǒng)主回路49-50
• 4.2.2 系統(tǒng)控制回路50-52
• 4.3 試驗系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)52-60
• 4.3.1 數(shù)據(jù)管理模塊54-55
• 4.3.2 MPPT 控制模塊55-56
• 4.3.3 任務(wù)分類和優(yōu)先級56-57
• 4.3.4 自動起停功能57-60
• 4.4 本章小結(jié)60-61
• 第5章 太陽能揚水系統(tǒng)試驗61-74
• 5.1 步長選擇算法試驗62-63
• 5.2 多重判據(jù)算法試驗63-69
• 5.3 混成MPPT 算法試驗69-73
• 5.4 本章小結(jié)73-74
• 第6章 結(jié)論74-75
• 參考文獻75-77
• 致謝與聲明77-78
• 個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果78

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