小型家用光伏水泵扬水系统的研究

【摘要】：如今,能源和环境问题已经成为各国政府关注的重大问题。作为一种可再生能源太阳能光伏发电的利用迅速发展起来。随着淡水资源的日益匮乏,加上在发展中国家仍有很多电网覆盖不到的地区存在着用电难、用水难的问题,因此对兼具实用价值和社会价值的光伏水泵系统的研究具有重要意义。 本文在分析光伏电池板特性及水泵工作原理的基础上,研制了一种新型的光伏水泵扬水系统,该系统以光伏电池作为系统的供电电源,采用无位置传感器直流无刷电机作为水泵的驱动电机,采用PIC16F877A单片机作为系统的主控芯片。为了提高光伏水泵系统的功率和效率,论文重点研究了基于改进变步长导纳增量法的最大功率点跟踪算法及光伏电池的输出功率和水泵流量之间的关系。为了使光伏水泵系统稳定可靠运行,论文还研究了反电势过零点检测、电机的换相以及“三段式”起动方法,采用一种“虚拟中性点”法检测反电势过零点。论文采用了软硬件相结合的方式实现对系统的控制。 为了验证系统的性能,对系统进行了理论仿真和实际测试,结果表明,所研制的光伏水泵系统能够始终工作于最大功率状态,系统在晴天和阴天都能平稳起动、高效、可靠、稳定运行。 【关键词】：光伏水泵系统 最大功率点跟踪 虚拟中性点 单片机控制
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH38
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 太阳能光伏利用的发展现状与应用前景10-11
• 1.2 光伏水泵系统的组成与研究意义11-13
• 1.3 本课题的研究内容13-14
• 第二章 光伏阵列特性与光伏水泵系统最大功率跟踪14-28
• 2.1 光伏电池的物理基础14-15
• 2.1.1 光伏效应的量子物理基础14-15
• 2.1.2 pn结的形成15
• 2.2 光伏电池工作机理与基本特性15-20
• 2.2.1 光伏电池的工作机理15-16
• 2.2.2 光伏电池阵列16
• 2.2.3 光伏电池特性16-20
• 2.3 光伏水泵系统的最大功率跟踪20-27
• 2.3.1 光伏电池最大功率跟踪技术的基本原理20-21
• 2.3.2 基于输出特性曲线的开环MPPT方法21-23
• 2.3.3 扰动观察法23-24
• 2.3.4 导纳增量法(INC)24-27
• 2.3.5 本课题所采用的MPPT算法27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 光伏水泵机泵系统及其控制研究28-51
• 3.1 光伏水泵系统28-36
• 3.1.1 光伏水泵的工作参数29-30
• 3.1.2 光伏水泵的启动30-32
• 3.1.3 光伏水泵流量与水压的关系32-33
• 3.1.4 光伏水泵的工况点分析及其调节33-34
• 3.1.5 本课题水泵的选型34-36
• 3.2 光伏水泵系统用电机研究36-39
• 3.2.1 无位置传感器永磁直流无刷电机的结构37
• 3.2.2 无位置传感器永磁直流无刷电动机的运行机理及数学模型37-39
• 3.3 直流无刷电机控制策略研究39-50
• 3.3.1 无位置传感器直流无刷电动机转子检测方法39-40
• 3.3.2 直流无刷电机的换相控制40-43
• 3.3.3 无位置传感器直流无刷电机的起动43-45
• 3.3.4 直流无刷电机的转速控制45-50
• 3.3.4.1 参数自整定模糊PI控制原理46-47
• 3.3.4.2 控制系统结构总体设计47-48
• 3.3.4.3 模糊控制器的设计48-49
• 3.3.4.4 BLDCM系统仿真结果及分析49-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第四章 系统硬件实现51-67
• 4.1 系统总体结构设计51-52
• 4.2 PIC单片机概述52-58
• 4.2.1 输入/输出端口53-54
• 4.2.2 定时器TMR254-55
• 4.2.3 ADC模块55-56
• 4.2.4 CCP模块中的PWM模式56-58
• 4.3 功率调节电路的设计58-60
• 4.4 系统检测电路设计60-61
• 4.4.1 电压检测电路60-61
• 4.4.2 电流检测电路61
• 4.5 主电路功率器件介绍及驱动电路设计61-62
• 4.6 三相逆变桥设计62-63
• 4.7 反电势检测电路设计63-65
• 4.8 保护电路设计65-66
• 4.8.1 过流保护65-66
• 4.8.2 低日照保护66
• 4.8.3 打干保护66
• 4.9 本章小结66-67
• 第五章 系统软件实现67-77
• 5.1 软件开发环境67-68
• 5.2 系统主程序流程68-69
• 5.3 系统子程序流程69-76
• 5.3.1 PWM中断子程序69-70
• 5.3.2 RB口电平跳变中断子程序70-71
• 5.3.3 TMR2中断子程序71-73
• 5.3.4 MPPT算法子程序73-74
• 5.3.5 保护子程序74-76
• 5.4 本章小结76-77
• 第六章 实验结果与展望77-85
• 6.1 实验波形及结果分析77-83
• 6.2 本系统需要完善之处83
• 6.3 工作总结与展望83-85
• 参考文献85-88
• 致谢88-89
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文89

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