小型家用光伏水泵揚水系統(tǒng)的研究

【摘要】：如今,能源和環(huán)境問題已經(jīng)成為各國政府關(guān)注的重大問題。作為一種可再生能源太陽能光伏發(fā)電的利用迅速發(fā)展起來。隨著淡水資源的日益匱乏,加上在發(fā)展中國家仍有很多電網(wǎng)覆蓋不到的地區(qū)存在著用電難、用水難的問題,因此對兼具實用價值和社會價值的光伏水泵系統(tǒng)的研究具有重要意義。 本文在分析光伏電池板特性及水泵工作原理的基礎(chǔ)上,研制了一種新型的光伏水泵揚水系統(tǒng),該系統(tǒng)以光伏電池作為系統(tǒng)的供電電源,采用無位置傳感器直流無刷電機作為水泵的驅(qū)動電機,采用PIC16F877A單片機作為系統(tǒng)的主控芯片。為了提高光伏水泵系統(tǒng)的功率和效率,論文重點研究了基于改進變步長導(dǎo)納增量法的最大功率點跟蹤算法及光伏電池的輸出功率和水泵流量之間的關(guān)系。為了使光伏水泵系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行,論文還研究了反電勢過零點檢測、電機的換相以及“三段式”起動方法,采用一種“虛擬中性點”法檢測反電勢過零點。論文采用了軟硬件相結(jié)合的方式實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。 為了驗證系統(tǒng)的性能,對系統(tǒng)進行了理論仿真和實際測試,結(jié)果表明,所研制的光伏水泵系統(tǒng)能夠始終工作于最大功率狀態(tài),系統(tǒng)在晴天和陰天都能平穩(wěn)起動、高效、可靠、穩(wěn)定運行。 【關(guān)鍵詞】：光伏水泵系統(tǒng) 最大功率點跟蹤 虛擬中性點 單片機控制
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TH38
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-14
• 1.1 太陽能光伏利用的發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用前景10-11
• 1.2 光伏水泵系統(tǒng)的組成與研究意義11-13
• 1.3 本課題的研究內(nèi)容13-14
• 第二章 光伏陣列特性與光伏水泵系統(tǒng)最大功率跟蹤14-28
• 2.1 光伏電池的物理基礎(chǔ)14-15
• 2.1.1 光伏效應(yīng)的量子物理基礎(chǔ)14-15
• 2.1.2 pn結(jié)的形成15
• 2.2 光伏電池工作機理與基本特性15-20
• 2.2.1 光伏電池的工作機理15-16
• 2.2.2 光伏電池陣列16
• 2.2.3 光伏電池特性16-20
• 2.3 光伏水泵系統(tǒng)的最大功率跟蹤20-27
• 2.3.1 光伏電池最大功率跟蹤技術(shù)的基本原理20-21
• 2.3.2 基于輸出特性曲線的開環(huán)MPPT方法21-23
• 2.3.3 擾動觀察法23-24
• 2.3.4 導(dǎo)納增量法(INC)24-27
• 2.3.5 本課題所采用的MPPT算法27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 第三章 光伏水泵機泵系統(tǒng)及其控制研究28-51
• 3.1 光伏水泵系統(tǒng)28-36
• 3.1.1 光伏水泵的工作參數(shù)29-30
• 3.1.2 光伏水泵的啟動30-32
• 3.1.3 光伏水泵流量與水壓的關(guān)系32-33
• 3.1.4 光伏水泵的工況點分析及其調(diào)節(jié)33-34
• 3.1.5 本課題水泵的選型34-36
• 3.2 光伏水泵系統(tǒng)用電機研究36-39
• 3.2.1 無位置傳感器永磁直流無刷電機的結(jié)構(gòu)37
• 3.2.2 無位置傳感器永磁直流無刷電動機的運行機理及數(shù)學(xué)模型37-39
• 3.3 直流無刷電機控制策略研究39-50
• 3.3.1 無位置傳感器直流無刷電動機轉(zhuǎn)子檢測方法39-40
• 3.3.2 直流無刷電機的換相控制40-43
• 3.3.3 無位置傳感器直流無刷電機的起動43-45
• 3.3.4 直流無刷電機的轉(zhuǎn)速控制45-50
• 3.3.4.1 參數(shù)自整定模糊PI控制原理46-47
• 3.3.4.2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計47-48
• 3.3.4.3 模糊控制器的設(shè)計48-49
• 3.3.4.4 BLDCM系統(tǒng)仿真結(jié)果及分析49-50
• 3.4 本章小結(jié)50-51
• 第四章 系統(tǒng)硬件實現(xiàn)51-67
• 4.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計51-52
• 4.2 PIC單片機概述52-58
• 4.2.1 輸入/輸出端口53-54
• 4.2.2 定時器TMR254-55
• 4.2.3 ADC模塊55-56
• 4.2.4 CCP模塊中的PWM模式56-58
• 4.3 功率調(diào)節(jié)電路的設(shè)計58-60
• 4.4 系統(tǒng)檢測電路設(shè)計60-61
• 4.4.1 電壓檢測電路60-61
• 4.4.2 電流檢測電路61
• 4.5 主電路功率器件介紹及驅(qū)動電路設(shè)計61-62
• 4.6 三相逆變橋設(shè)計62-63
• 4.7 反電勢檢測電路設(shè)計63-65
• 4.8 保護電路設(shè)計65-66
• 4.8.1 過流保護65-66
• 4.8.2 低日照保護66
• 4.8.3 打干保護66
• 4.9 本章小結(jié)66-67
• 第五章 系統(tǒng)軟件實現(xiàn)67-77
• 5.1 軟件開發(fā)環(huán)境67-68
• 5.2 系統(tǒng)主程序流程68-69
• 5.3 系統(tǒng)子程序流程69-76
• 5.3.1 PWM中斷子程序69-70
• 5.3.2 RB口電平跳變中斷子程序70-71
• 5.3.3 TMR2中斷子程序71-73
• 5.3.4 MPPT算法子程序73-74
• 5.3.5 保護子程序74-76
• 5.4 本章小結(jié)76-77
• 第六章 實驗結(jié)果與展望77-85
• 6.1 實驗波形及結(jié)果分析77-83
• 6.2 本系統(tǒng)需要完善之處83
• 6.3 工作總結(jié)與展望83-85
• 參考文獻85-88
• 致謝88-89
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文89

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