全自动太阳能扬水系统的开发

【摘要】：随着社会的发展、常规能源的不断消耗,替代能源的开发和利用逐渐获得了广泛的关注和重视,尤其是清洁的、可以持续利用的太阳能。在太阳能的各种利用方式中,太阳能发电技术已成为太阳能应用的主要研究方向,而太阳能最大功率点追踪问题则是太阳能发电技术的研究重点。本课题的研究方向是全自动太阳能扬水系统的开发。 结合太阳能扬水系统中的水泵电机的负载特性和运行特点,在众多交流异步电机调速方法中,选取变压变频(VVVF)控制方法及准优化PWM技术实现对水泵电机变频控制。 本文提出的太阳能最大功率点追踪控制算法由两部分组成:1)最大功率点追踪(MPPT)算法:给定频率f变化方向;2)基于太阳能电池阵列电压的变步长算法:给定频率f变化大小。在经典太阳能最大功率点追踪算法运用于太阳能扬水系统经验基础上,提出并设计了两种最大功率点追踪算法:多重判据法和混成MPPT算法。多重判据算法属于一阶极值判别法,但在定点MCU的控制系统中具有更高的灵敏度。通过分析扬水系统扰动一般过程提出了混成MPPT算法。使用这种算法的系统通常稳定的运行于常压MPPT算法下,而常压法参考点则是通过多重判据法获得更新的,从而使混成MPPT算法兼具两者的优点。 根据全自动太阳能扬水系统需要完成的特定功能及其自身特点,建立两套全自动太阳能扬水试验系统用于对比试验。在硬件设计方面,重点在于专用变频器的主电路和控制电路的设计。在软件设计上,对太阳能扬水控制系统的软件系统进行功能模块划分和结构化设计。利用两套试验系统,对本文提出的太阳能最大功率追踪算法进行了试验验证。主要通过不同算法间的对比试验来验证步长选择算法、多重判据MPPT算法和混成MPPT算法的性能。试验表明多重判据法和混成MPPT算法均能快速准确地追踪最大功率点,且保证系统均由良好的稳定性,而且采用混成MPPT算法的系统电压扰动明显减小。 【关键词】：太阳能扬水系统 最大功率跟踪 逆变器
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TM615
【目录】：

• 第1章 引言8-15
• 1.1 课题目的和意义8-11
• 1.1.1 中国能源现状与前景8-9
• 1.1.2 太阳能应用现状9-10
• 1.1.3 太阳能发电技术10-11
• 1.2 太阳能光伏发电技术11-14
• 1.2.1 太阳能光伏发电系统基本结构和分类11-12
• 1.2.2 太阳能光伏发电系统控制算法概述12-14
• 1.3 论文各部分的主要内容14-15
• 第2章 交流异步电机控制15-23
• 2.1 交流异步电机调速方法和负载特性15-17
• 2.1.1 水泵负载的转矩特性15-16
• 2.1.2 交流异步电机调速方法16-17
• 2.2 交流电机的变频控制方法17-22
• 2.2.1 太阳能扬水系统中水泵电机运行特点17-18
• 2.2.2 变压变频(VVVF)控制原理18-20
• 2.2.3 准优化PWM 技术20-21
• 2.2.4 电机变频控制的基本构成21-22
• 2.3 本章小结22-23
• 第3章 太阳能最大功率追踪控制23-46
• 3.1 太阳能电池阵列23-28
• 3.1.1 太阳能电池特性23-27
• 3.1.2 太阳能电池倾角与位置27-28
• 3.2 多重判据 MPPT 控制28-38
• 3.2.1 经典最大功率跟踪控制方法的应用28-30
• 3.2.2 多重判据MPPT 控制的基本原理30-31
• 3.2.3 多重判据算法实现31-36
• 3.2.4 多重判据算法的评估36-38
• 3.3 混成MPPT 控制38-44
• 3.3.1 系统扰动的分析38-40
• 3.3.2 混成MPPT 控制的基本原理40-42
• 3.3.3 混成MPPT 算法实现42-43
• 3.3.4 混成MPPT 算法的评估43-44
• 3.4 步长选择算法44-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第4章 试验系统硬件与软件结构46-61
• 4.1 试验系统总体结构46-48
• 4.1.1 太阳能电池阵列46-47
• 4.1.2 专用变频器47-48
• 4.1.3 负载水泵48
• 4.2 专用变频器硬件结构48-52
• 4.2.1 系统主回路49-50
• 4.2.2 系统控制回路50-52
• 4.3 试验系统软件结构52-60
• 4.3.1 数据管理模块54-55
• 4.3.2 MPPT 控制模块55-56
• 4.3.3 任务分类和优先级56-57
• 4.3.4 自动起停功能57-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第5章 太阳能扬水系统试验61-74
• 5.1 步长选择算法试验62-63
• 5.2 多重判据算法试验63-69
• 5.3 混成MPPT 算法试验69-73
• 5.4 本章小结73-74
• 第6章 结论74-75
• 参考文献75-77
• 致谢与声明77-78
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果78

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