1kW光伏水泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

【摘要】：隨著社會的不斷向前發(fā)展，人們對生活質(zhì)量的要求也逐漸提高，各國對能源的需求量不斷攀升，而能源問題變得日益嚴(yán)峻，這樣太陽能作為可再生能源得到了一個發(fā)展契機(jī)，當(dāng)前在發(fā)達(dá)國家太陽能光伏發(fā)電已經(jīng)商業(yè)化，在發(fā)展中國家也在逐步往這個方向邁進(jìn)。在光伏發(fā)電技術(shù)不斷發(fā)展這個大環(huán)境下，光伏水泵技術(shù)經(jīng)歷了幾十年的長足發(fā)展，已然成為太陽能利用的一個重要分支。在發(fā)展中國家，部分偏遠(yuǎn)地區(qū)電網(wǎng)沒有充分覆蓋，存在著用電用水難的情況，因此光伏水泵技術(shù)的研究有著極大的社會效應(yīng)以及經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。本文面對我國西北部地區(qū)及農(nóng)村偏遠(yuǎn)地區(qū)電力不足，居民生活用水困難，設(shè)計(jì)一種全新的小型太陽能光伏水泵系統(tǒng)。 本課題主要對一下電路進(jìn)行了深入分析：太陽能電池陣列的過壓欠壓保護(hù)電路、DC/DC升壓斬波電路、電力MOSFET的短路保護(hù)電路及驅(qū)動電路、基于PS21865的IPM逆變電路。在控制策略方面主要是：直流升壓部分的PWM調(diào)制、逆變部分的SVPWM調(diào)制、電機(jī)的VVVF控制方式。下面對本文的主要工作內(nèi)容做出具體介紹。 首先分析了光伏水泵的研究背景及國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，對光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成、分類、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了概述。提出了光伏水泵系統(tǒng)的主電路結(jié)構(gòu)；在深入分析太陽能電池輸出特性的基礎(chǔ)上，提出了幾種常見的最大功率跟蹤原理，提出了本系統(tǒng)應(yīng)用的改進(jìn)后的最大功率跟蹤方式，即CVT式與擾動觀察法相結(jié)合的控制方式，使得光伏陣列輸出最大功率，系統(tǒng)高效運(yùn)行；在DC/DC升壓階段采用了BOOST升壓斬波電路，并對電路進(jìn)行了優(yōu)化，該部分采用了STC公司的STC89C52單片機(jī)作為控制芯片，實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤，對該部分硬件設(shè)計(jì)及主要元器件的選型作了詳細(xì)介紹；在DC/AC逆變階段，采用了基于PS21865的IPM模塊，這樣不僅減小了系統(tǒng)體積、縮短了開發(fā)周期，還大大減少了系統(tǒng)驅(qū)動電路及保護(hù)電路的設(shè)計(jì)，更重要的是提高了系統(tǒng)的效率，本部分采用TI公司32位的TMS320F2812作為控制芯片。在DC/DC升壓部分做出了硬件設(shè)計(jì)并得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在DC/AC階段做出硬件模塊調(diào)試以及軟件設(shè)計(jì)，并得出仿真結(jié)果。仿真結(jié)果顯示，光伏陣列能快速響應(yīng)，達(dá)到最大功率點(diǎn)，逆變器中輸出的電流和電壓的波形為三相220伏交流電，波形穩(wěn)定。能夠滿足三相異步電機(jī)的運(yùn)行條件，結(jié)果表明本設(shè)計(jì)能夠滿足設(shè)計(jì)要求。 【關(guān)鍵詞】：太陽能 光伏水泵 最大功率點(diǎn)跟蹤 SVPWM
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TH38;TM615
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-10
• 第1章 引言10-14
• 1.1 本課題的研究背景及意義10-11
• 1.2 本研究課題的發(fā)展及現(xiàn)狀11-13
• 1.2.1 國外光伏發(fā)電的發(fā)展及其現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 國內(nèi)光伏發(fā)電的發(fā)展及其現(xiàn)狀12-13
• 1.3 本文的主要工作內(nèi)容13-14
• 第2章 光伏水泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與最大功率跟蹤14-26
• 2.1 光伏水泵系統(tǒng)功能模塊簡介15-18
• 2.1.1 光伏電池工作原理分析15-17
• 2.1.2 光伏水泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建模17-18
• 2.2 最大功率跟蹤原理及控制策略18-20
• 2.2.1 最大功率跟蹤原理18-19
• 2.2.2 最大功率跟蹤控制電路19-20
• 2.3 最大功率跟蹤的控制策略20-24
• 2.3.1 電導(dǎo)增量法20-22
• 2.3.2 恒壓跟蹤法（CVT）22-23
• 2.3.3 模糊控制法23
• 2.3.4 擾動觀察法[27]23-24
• 2.4 機(jī)泵及系統(tǒng)選型原則24-25
• 2.4.1 電機(jī)的選型24
• 2.4.2 水泵的選型24-25
• 2.5 本章小結(jié)25-26
• 第3章 光伏水泵系統(tǒng)控制方案與策略26-36
• 3.1 DC/DC 變換器的 PWM 控制27-31
• 3.1.1 BOOST 電路原理分析27-28
• 3.1.2 最大功率跟蹤的實(shí)現(xiàn)28-30
• 3.1.3 DC/DC 電路直流電壓控制原理30-31
• 3.2 逆變電路的 SVPWM 調(diào)制31-34
• 3.2.1 SVPWM 的原理31-33
• 3.2.2 SVPWM 控制算法的應(yīng)用依據(jù)33-34
• 3.3 VVVF 的原理34-35
• 3.4 本章小結(jié)35-36
• 第4章 1kW 光伏水泵的硬件設(shè)計(jì)36-49
• 4.1 DC/DC 電路的硬件設(shè)計(jì)36-43
• 4.1.1 光伏陣列過壓欠壓保護(hù)電路的設(shè)計(jì)37-38
• 4.1.2 MOSFET 短路保護(hù)的設(shè)計(jì)38-39
• 4.1.3 MOSFET 驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)39-40
• 4.1.4 電路元器件選型40-42
• 4.1.5 DC/DC 電路實(shí)驗(yàn)平臺搭建與調(diào)試42-43
• 4.2 DC/AC 電路的硬件設(shè)計(jì)43-45
• 4.2.1 TMS320F2812 的介紹[28]44
• 4.2.2 基于 PS21865 的三相逆變電路44-45
• 4.3 采樣電路設(shè)計(jì)45-47
• 4.3.1 直流電壓采樣電路45-46
• 4.3.2 交流電流采樣電路46-47
• 4.4 打干保護(hù)的設(shè)計(jì)47
• 4.5 本章小結(jié)47-49
• 第5章 1kW 光伏水泵的軟件設(shè)計(jì)49-59
• 5.1 主程序設(shè)計(jì)49-50
• 5.2 軟件開發(fā)環(huán)境 Keil C51 及 CCS3.3 介紹50-51
• 5.2.1 Keil C51 軟件開發(fā)環(huán)境介紹50
• 5.2.2 CCS3.3 軟件開發(fā)環(huán)境介紹50-51
• 5.3 系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì)51-58
• 5.3.1 最大功率跟蹤的軟件實(shí)現(xiàn)51-53
• 5.3.2 SVPWM 的軟件實(shí)現(xiàn)53-56
• 5.3.3 低日照保護(hù)的實(shí)現(xiàn)56-57
• 5.3.4 打干保護(hù)的實(shí)現(xiàn)57-58
• 5.4 本章小結(jié)58-59
• 第6章 總結(jié)與展望59-61
• 6.1 對本論文的總結(jié)59
• 6.2 對以后工作的展望59-61
• 參考文獻(xiàn)61-64
• 致謝64-65
• 附錄65

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