光伏发电的水泵控制系统设计(附件)【字数：5770】
当今在缺电无电的偏远地区，大都是阳光丰富地区。只有太阳能是随处可取、取之不竭的资源。依靠太阳能作为能源去驱动水泵的输水手段非常具有吸引力，课题研究与设计了基于光伏发电的水泵控制系统，其主要目的是为了解决地表水匮乏地区、边远地区、贫困地区的农业用水和生活用水问题与基于自动灌溉技术的环保型智能农业发展。不仅需要完成基本的提水功能，还需要进一步提高效率、可靠性、稳定性、通用性和供电方式管理等。在详细分析了功能、性能的需求后，本文在深入研究了光伏水泵系统结构的基础上，还完成了光伏水泵控制系统的样机制作。论文对系统设计过程中所涉及的关键技术问题及相关理论，进行了详细的理论分析和仿真。
引言 1
一、光伏水泵系统概述 2
（一）光伏电池的工作原理 2
（二）光伏发电系统分类 2
（三）光伏水泵控制系统的基本组成 4
二、独立光伏直流供电系统 5
（一）供电方式的选择 5
（二）充电模块设计 6
（三）蓄电池充电策略 7
三、光伏水泵控制系统设计 8
（一）光伏水泵控制系统硬件设计 8
（二）光伏水泵控制系统软件设计 9
（三）实验验证 11
总结 13
谢辞 14
参考文献 15
引言
在当今世界，电网已成为人们生活中最常见的电力来源。但是，众所周知，偏远地区往往是国家电网建设的一个空白点。
无论是对于小型的手动式水泵系统，还是在大型的水力发电系统中，光伏发电的应用增长都很快。在需要使用高可靠性、长寿命以及高自由度的能源供应的偏远地区，光伏发电由于具有比风力发电以及柴油系统发电的能源供应方式更为突出的优势而逐渐流行。光伏发电系统具有可维护性低、清洁、使用安装方便、可靠性高、使用寿命长、无需人员操作等诸多优良特性。并且可以容易地应用于各种需求。
本课题研究与设计的基于光伏发电的水泵控制系统，主要功能包括以下几个方面：
（1）光伏水泵系统的基本抽水功能应从技术水平、效率、高可靠性和易操作性等方面进一步提高。
（2）智能供电模式选择功能，即电池和光伏电池条件下的自动供电模 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
式选择和电池充电管理。
（3）遵循光伏水泵的最大功率点，光伏水泵系统的最佳工作模式必须是最大化系统的输出功率，即水泵的出水量和扬程最高。
基于上述功能要求，本文提出了相应的系统设计方案，同时完成了试验样机的制作。具体工作包括以下几个方面：
（1）简述了光伏水泵系统的基本组成，并简析各部分的作用。设计了一种带有光伏、蓄电池两种供电的水泵系统，用STM32控制器对传感器的信号进行处理，进而达到智能控制水泵系统的运行。
（2）分析智能供电管理的具体方法以及研究蓄电池高效充电的方法，提出了智能选择供电方式的实现方案，蓄电池充电采用带有最大功率点跟踪的三阶段充电法，此方法能使蓄电池的充电始终处于最佳状态，保证在光照充足、光伏电池组件光电转换率较高时蓄电池能快速充满电。
（3）完成简易样机的制作与调试。用程控电源模拟光伏电池进行了蓄电池的充电试验。
一、光伏水泵系统概述
（一）光伏电池的工作原理
太阳能是一种必须借助能量转换成电能才能够供人类使用的辐射能。光伏电池就是可以把光能转化成电能的能量转换器。如图11所示。
图11 光伏电池发电原理图
（二）光伏发电系统分类
（1）独立光伏发电系统：不依赖电网，光伏阵列是主要的发电来源。独立光伏发电系统得到无电地区家庭的青睐。其结构示意图如图12所示。
图12 独立光伏系统原理示意图
（2）并网光伏发电系统的结构示意图如图13所示。
图13 并网光伏系统原理示意图
图14为光伏并网发电示意图。其中，标号15分别是太阳电池组件、保护设备、线缆、并网逆变器、用电及发电计量智能电能表。
/
图14 光伏并网发电示意图
（3）互补型发电系统：它是将光伏发电系统与风力、燃料电池、生物质能、水能、潮汐能、热能等其他发电系统组成的多能源发电系统。根据不同地区盛产的能源不同，选择当地最丰富的、最容易获取的能源搭配光伏发电组成互补型发电系统，发挥各自的优点，弥补各自的缺点，提高了能源的综合使用效率。图15为风能作为光伏发电互补发电系统的结构示意图。
图15 风光互补系统原理示意图
本设计主要针对缺电无电的偏远但阳光丰富地区，故选择独立光伏水泵系统，选择直流水泵一个原因是直流系统不需要逆变器。电能从蓄电池组中直接流到工作负荷，于是能降低系统的造价，因为在逆变器上会有较大的成本付出。不使用逆变器的另一个原因是效率。大多数离网型系统的逆变器的效率约为90%95%。也就是说，它们把直流转换成交流以及升压的时候，要消耗一些能量5%10%。用直流电路旁路掉逆变器直接给水泵供电，就会减少这种损失。长期看来，旁路掉逆变器能节约很多电。水泵通常不需要很多电，除非在给草地或大花园浇水或者给牲畜喂水。
（三）光伏水泵控制系统的基本组成
光伏水泵控制系统的主要作用是利用光伏板把太阳能直接转化成供各种泵驱动器所需的电能，然后驱动泵从水源进行提水。其基本的结构如图 16 所示。
/
图 16 光伏水泵控制系统结构图
光伏板由太阳能电池串、并联组成,直接把太阳能转换为直流电能, 给水泵供电或给蓄电池充电。
蓄电池采用铅酸蓄电池,用以储存日照强烈时过剩的能量以及白天水泵不工作时光伏阵列产生的能量,确保阴雨天阳光不足或夜晚水泵能继续工作，克服了“日出而作，日落而息”的运作模式。由光伏电池和蓄电池组成的智能供电模式选择功能，即在有蓄电池和有光伏电池的情况下，自动选择供电方式以及对蓄电池进行充电管理。
引言 1
一、光伏水泵系统概述 2
（一）光伏电池的工作原理 2
（二）光伏发电系统分类 2
（三）光伏水泵控制系统的基本组成 4
二、独立光伏直流供电系统 5
（一）供电方式的选择 5
（二）充电模块设计 6
（三）蓄电池充电策略 7
三、光伏水泵控制系统设计 8
（一）光伏水泵控制系统硬件设计 8
（二）光伏水泵控制系统软件设计 9
（三）实验验证 11
总结 13
谢辞 14
参考文献 15
引言
在当今世界，电网已成为人们生活中最常见的电力来源。但是，众所周知，偏远地区往往是国家电网建设的一个空白点。
无论是对于小型的手动式水泵系统，还是在大型的水力发电系统中，光伏发电的应用增长都很快。在需要使用高可靠性、长寿命以及高自由度的能源供应的偏远地区，光伏发电由于具有比风力发电以及柴油系统发电的能源供应方式更为突出的优势而逐渐流行。光伏发电系统具有可维护性低、清洁、使用安装方便、可靠性高、使用寿命长、无需人员操作等诸多优良特性。并且可以容易地应用于各种需求。
本课题研究与设计的基于光伏发电的水泵控制系统，主要功能包括以下几个方面：
（1）光伏水泵系统的基本抽水功能应从技术水平、效率、高可靠性和易操作性等方面进一步提高。
（2）智能供电模式选择功能，即电池和光伏电池条件下的自动供电模 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
式选择和电池充电管理。
（3）遵循光伏水泵的最大功率点，光伏水泵系统的最佳工作模式必须是最大化系统的输出功率，即水泵的出水量和扬程最高。
基于上述功能要求，本文提出了相应的系统设计方案，同时完成了试验样机的制作。具体工作包括以下几个方面：
（1）简述了光伏水泵系统的基本组成，并简析各部分的作用。设计了一种带有光伏、蓄电池两种供电的水泵系统，用STM32控制器对传感器的信号进行处理，进而达到智能控制水泵系统的运行。
（2）分析智能供电管理的具体方法以及研究蓄电池高效充电的方法，提出了智能选择供电方式的实现方案，蓄电池充电采用带有最大功率点跟踪的三阶段充电法，此方法能使蓄电池的充电始终处于最佳状态，保证在光照充足、光伏电池组件光电转换率较高时蓄电池能快速充满电。
（3）完成简易样机的制作与调试。用程控电源模拟光伏电池进行了蓄电池的充电试验。
一、光伏水泵系统概述
（一）光伏电池的工作原理
太阳能是一种必须借助能量转换成电能才能够供人类使用的辐射能。光伏电池就是可以把光能转化成电能的能量转换器。如图11所示。
图11 光伏电池发电原理图
（二）光伏发电系统分类
（1）独立光伏发电系统：不依赖电网，光伏阵列是主要的发电来源。独立光伏发电系统得到无电地区家庭的青睐。其结构示意图如图12所示。
图12 独立光伏系统原理示意图
（2）并网光伏发电系统的结构示意图如图13所示。
图13 并网光伏系统原理示意图
图14为光伏并网发电示意图。其中，标号15分别是太阳电池组件、保护设备、线缆、并网逆变器、用电及发电计量智能电能表。
/
图14 光伏并网发电示意图
（3）互补型发电系统：它是将光伏发电系统与风力、燃料电池、生物质能、水能、潮汐能、热能等其他发电系统组成的多能源发电系统。根据不同地区盛产的能源不同，选择当地最丰富的、最容易获取的能源搭配光伏发电组成互补型发电系统，发挥各自的优点，弥补各自的缺点，提高了能源的综合使用效率。图15为风能作为光伏发电互补发电系统的结构示意图。
图15 风光互补系统原理示意图
本设计主要针对缺电无电的偏远但阳光丰富地区，故选择独立光伏水泵系统，选择直流水泵一个原因是直流系统不需要逆变器。电能从蓄电池组中直接流到工作负荷，于是能降低系统的造价，因为在逆变器上会有较大的成本付出。不使用逆变器的另一个原因是效率。大多数离网型系统的逆变器的效率约为90%95%。也就是说，它们把直流转换成交流以及升压的时候，要消耗一些能量5%10%。用直流电路旁路掉逆变器直接给水泵供电，就会减少这种损失。长期看来，旁路掉逆变器能节约很多电。水泵通常不需要很多电，除非在给草地或大花园浇水或者给牲畜喂水。
（三）光伏水泵控制系统的基本组成
光伏水泵控制系统的主要作用是利用光伏板把太阳能直接转化成供各种泵驱动器所需的电能，然后驱动泵从水源进行提水。其基本的结构如图 16 所示。
/
图 16 光伏水泵控制系统结构图
光伏板由太阳能电池串、并联组成,直接把太阳能转换为直流电能, 给水泵供电或给蓄电池充电。
蓄电池采用铅酸蓄电池,用以储存日照强烈时过剩的能量以及白天水泵不工作时光伏阵列产生的能量,确保阴雨天阳光不足或夜晚水泵能继续工作，克服了“日出而作，日落而息”的运作模式。由光伏电池和蓄电池组成的智能供电模式选择功能，即在有蓄电池和有光伏电池的情况下，自动选择供电方式以及对蓄电池进行充电管理。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/1312.html
