具有TMPPT功能的数字式光伏水泵系统的设计
光伏水泵设计方案
光伏水泵设计方案1. 引言光伏水泵是一种利用太阳能驱动的水泵系统，通过将光能转化为电能，驱动水泵进行水的抽取、输送和排放。
光伏水泵系统具有可再生能源、无污染和低维护等优点，在农业灌溉、农村生活用水和荒漠绿化等领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍光伏水泵的设计方案，包括系统组成、关键技术和性能要求等内容。
2. 系统组成光伏水泵系统主要由光伏发电系统、电控系统和水泵组成。
2.1 光伏发电系统光伏发电系统是光伏水泵系统的核心部分，用于将太阳能转化为电能。
典型的光伏发电系统由太阳能电池板、光伏逆变器、电池组和电线等组成。
太阳能电池板负责将太阳能辐射转化为直流电能，光伏逆变器则将直流电能转化为交流电能，供给水泵使用。
电池组可以存储多余的电能，以便在夜晚或阴天继续驱动水泵。
2.2 电控系统电控系统主要负责控制光伏发电系统的运行状态和水泵的运转。
典型的电控系统由充电控制器、逆变控制器和水泵控制器组成。
充电控制器用于监测电池组的电荷状态，逆变控制器负责控制光伏逆变器的工作模式，水泵控制器用于控制水泵的启动、停止和运行时间等。
2.3 水泵水泵是光伏水泵系统的核心设备，用于抽取和输送水源。
根据具体的应用需求，可以选择不同类型的水泵，包括离心泵、柱塞泵和潜水泵等。
水泵的性能参数需要根据实际情况进行选定，包括流量、扬程和效率等。
3. 关键技术光伏水泵系统设计中的关键技术主要包括光伏发电系统设计、电控系统设计和水泵选择。
3.1 光伏发电系统设计光伏发电系统设计需要考虑太阳能电池板的类型和数量、光伏逆变器的容量和电池组的容量等。
合理的系统设计可以提高光伏发电系统的效率和可靠性。
3.2 电控系统设计电控系统设计需要考虑充电控制器、逆变控制器和水泵控制器的选择和配置。
合理的电控系统设计可以提高光伏水泵系统的性能稳定性和操作便捷性。
3.3 水泵选择水泵的选择要根据具体的抽水需求和地理条件进行，包括抽水量、扬程和水质要求等。
合适的水泵选择可以提高光伏水泵系统的抽水效率和可靠性。
光伏水泵系统设计与分析(课程汇报)
类型：课程设计名称：光伏水泵系统设计与分析关键词：光伏水泵；异步电机；最大功率；PI控制器目录第1章前言 (4)1.1发展光伏水泵系统技术的意义......................... 错误!未定义书签。
1.2光伏水泵系统的基本原理及结构 (4)1.2.1光伏阵列 (5)1.2.2控制器 (6)1.2.3电机 (7)1.2.4水泵 (7)1.2.5我国光伏水泵的应用现状 (7)1.3本文的工作及创新点 (7)1.4本章总结 (8)第2章光泵系统的设计 (9)2.1需水量计算 (9)2.2光伏水泵分类....................................... 错误!未定义书签。
2.2.1直流光伏水泵................................. 错误!未定义书签。
2.2.2交流光伏水泵................................. 错误!未定义书签。
2.2 光水泵系统的工作原理.............................. 错误!未定义书签。
2.2.1光伏水泵系统结构图........................... 错误!未定义书签。
2.2.2变频器主电路及硬件构成 (9)2.2.3具有TMPPT能的变频器 (9)2.3光伏水泵系统变频逆变器 (10)2.3.1光伏水泵系统的行为特性 (11)2.3.2发展光伏水泵的若干有用数据 (12)2.4光伏水泵的现状及发展前景 (12)第3章水泵数学模型 (13)3.1泵类选择 (13)3.2离心水泵特性 (13)3.3轴流泵特性 (14)3.4混流泵特性 (14)3.5离网系统直流电压确定 (15)3.6光伏阵列总容量设计 (15)第4章光伏水泵在农业方面的应用 (16)4.1光伏水泵设计 (16)4.1.1光伏水泵的功率 (17)4.1.2光伏水泵最大功率点跟踪器 (17)4.1.3光伏mppt最大功率跟踪算法 (17)4.1.4光伏水泵的扬水系统 (18)4.2光伏水泵优缺点分析 (19)4.3光伏电源的优势 (19)4.4光伏逆变器的选型 (20)4.5蓄电池的容量计算及选型............................. 错误!未定义书签。
光伏水泵系统 完成
光伏水泵系统引言“光伏谁碰水泵系统”亦称“太阳能光电水泵系统”，其基本原理是利用太阳能电池将太阳能直接转换为电能，然后驱动各类电动机带动水泵从深井、江、河、湖、塘等水源提水。
它具有无噪声、全自动（日出而作、日落而停）、高可靠、供水量与蒸发量适配性好（“天大旱，它大干”）等许多优点。
联合国国际开发署（UNDP)、世界银行（WB）、亚太经社会（ESCAP)等伙计组织部先后充分肯定了它的先进性与合理性，目前在这些国际组织的支持下，全世界已有数万台不同规格的光伏水泵在不同地区和国家运行，特别是在亚、非、拉及中东等发展中国家，已为许多贫困地区的人民带来相当可观的经济效益，加速了这些地区的脱贫步伐。
由于光伏水泵系统从技术上说是一个比较典型的“光、机、电一体化”系统，它涉及太阳能的采集、变换及电力电子、电机、水机、计算机控制等多个学科的最新技术，因此已被许多国家列为优先发展的高新技术和进一步发展的方向，中东、非洲有不少国家更是期望依藉太阳能水泵及省水微灌、现代化农业等新技术在地下水资源比较充裕的干旱地区把家园改造为绿洲。
光伏水泵与柴油机水泵相比具有相当良好的经济性。
世界银行在盛产石油的中东地区（如阿拉酋、约旦等国）作出了具有明确结论的经济性比较，就其每立方米的水价而言，光伏水泵的水价与柴油机水泵水价持平的系统功率约为40kw，由于近几年太阳能电池及其它电子控制器件的降价，两者水价持平的功率约在75kw左右。
如果太阳能电池的价格下降至3美元/wp，两者水价持平的功率在150kw—200kw左右。
德国西门子公司基于近年在世界各地安装、试验、销售各种规格光伏水泵经验的基础上，得出的结论是：柴油机水泵初期投资低是其优点，但随着运行年数的增加，其运行维护费用将不断增加，每立方米的成本将因此而逐年增长。
光伏水泵的初期投资偏大是其缺点，但此后由于它的运行费用低和少维护或免维护等特点，其水的成本上升很缓慢，十年以后，柴油机水泵的成本将是光伏水泵成本的两倍还多，两者的盈亏平衡点约在三年左右。
光伏水泵系统
光伏水泵系统具有MPPT控制策略的光伏水泵系统(stand-alone photovoltaic pumping system with MPPP)的主要目标是在不同的光照和温度条件下，最大限度的提高系统的输出功率，仁解决光伏阵列与异步电机水泵这两个具有非线性性质电源和负载之间的配合问题，采用了一种简化的MPPT控制策略使整个系统上作在高输出功率点附近。
本节中介绍了系统的电路构成、控制器结构以及控制策略实现力一式。
其中，控制器的核心芯片为MC68HC908G32微处理器。
1.光伏水泵系统构成从电路角度来看，该光伏水泵系统的基本结构可以分为四部分:光伏阵列、最大功率点跟踪器、电力电子逆变器和电机水泵。
其中，光伏阵列是由众多的光伏电池串并联构成，其作用是直接将太阳能转换为直流形式的电能。
该系统中采用的是单晶硅光伏电池，其伏安特性必须加以调节和控制才能被优化使用:最大功率点跟踪器是整个系统的核心，它的作用就是使整个系统始终上作在最佳工作点上，在不同太阳光照条件下，使太阳能尽量多的转化为电能，使电源和负载之间能达到和谐、高效和稳定的工作状态;电力电子逆变器是最大功率点跟踪器的功率执行单元，它根据最大功率点跟踪器的控制信号，发出不同频率的PWM电压波形，带动电机水泵工作，同时又具有相应的保护功能;电机水泵是该系统的最终执行单元，完成稳定、可靠的出水。
该系统中的电机水泵是根据用户对扬程和出水量的要求，兼顾光伏阵列的电压和功率等级的要求而设计的。
其中，异步电机是根据变频调速条件下而设计的高效异步电机，在前面第7章有详细的描述。
具有MPPT功能的光伏水泵系统控制器是此系统中的重要环节，通常它是指最大功率点跟踪器和电力电了逆变器的总和。
2.光伏水泵系统主电路结构(1)光伏水泵系统的主要参数和功能2001年6月，在新疆和田地区奥村成功地安装5kw,.光伏水泵系统.根据对当地的地理、水文和人口分布情况的考查.该系统的卞要性能指标。
一种光伏水泵系统
一种光伏水泵系统作者：吕忠明刘峰林平来源：《科学与财富》2020年第21期摘要：光伏水泵系统是太阳能电池应用的一个重要分支，它的巨大社会和经济效益越来越受到广泛关注。
光伏水泵系统由太阳能电池阵列、功率跟踪器、逆变器和电机水泵总成组成。
若采用直流水泵电机，可省略逆变器。
本文结合自身工作经验重点针对光伏水泵系统的关键技术进行了探究。
关键词：光伏水泵系统;太阳能电池;技术1引言在我国，光伏水泵系统的应用刚起步，市场占有额及市场占有量均较低，应用面不廣，采用太阳光伏系统供电提水设备解决这些无电地区的人畜饮水和灌溉问题，是最理想的方式之一。
一方面，中国西部边远地区太阳能资源丰富;另一方面，光伏提水设备无污染、无噪声，可靠性高，维护工作量极小。
而其可靠性远超过风力提水，随着太阳电池价格的下降，光伏提水应用前景更加广阔。
2光伏水泵系统概述“光伏水泵系统”也称之为“太阳能光电水泵系统”，利用太阳能电池阵列将太阳能直接转变成电能，通过控制装置，驱动电机而带动水泵进行提水。
光伏水泵系统是集光伏技术、微机控制技术、现代控制理论以及电机、水机、电力电子应用为一体的高技术产品。
为使光伏水泵工作在最优状态，即有用功率最大输出，光伏水泵的控制单元必须能够对太阳能电池的直流输出和水泵进行合理控制，使两者工作状态相匹配，进而达到最优输出。
3光伏水泵系统的主要研究内容3.1;;;; 最大功率点跟踪技术光伏水泵控制系统分成光伏阵列控制和水泵电机控制两部分：利用DC/DC 变换器和最大功率追踪（MPPT）算法来控制光伏阵列，使其始终工作在相应的最大功率输出状态;水泵电机控制则根据前级输出功率和水泵自身的特性，实时调整其输出电压和频率，实现系统的最佳运行。
MPPT 控制的目的在于，通过跟踪并使光伏方阵工作在最大功率点上，充分利用太阳能电池的输出能量。
MPPT 模块包括：1.V/I 采样模块，为下位机提供太阳能电池组的电压、电流实时值，用以判断最大功率点;2.下位机，根据太阳能电池组的电压、电流实测值判断最大功率点，并控制信号驱动器的输出;3.主功率器件，根据下位机指令，为 DC/DC 转换器提供驱动信号;4.DC/DC 转换，根据信号驱动器的输入占空比，调整负载阻抗到相应值;5.直流供电，由于太阳能电池组的输出电压变化范围较大，因此从 DC/DC 转换器后端采出直流信号，为下位机等控制模块供电。
7有TMPPT功能的数字式光伏水泵系统的设计
第５期郑诗程等：具有ＴＭＰＰＴ功能的数字式光伏水泵系统的设计２７３按照此思想设计的光伏水泵系统在硬件上可节省一个霍尔传感器和一个电流检测通道。
省却了功率Ｐ的检测和运算，控制搜索实现方便。
最大功率搜索部分实时搜索出在当前日照和温度下最大功率点处的电压值Ｕｓｒ。
以作为ＣＶＴ环节的给定电压，ＣＶＴ环节构成系统电压内环，通过ＰＩ调节使太阳电池的工作电压始终跟踪给定电压Ｕｓｒ。
，系统反馈量取ｄ厂／ｄｆ，其工作原理如下：在固定时间＆内，读取当前频率＾，并减去上次值＾，如果差值大于给定上限值，则滞环比较器输出ｚ１一＋１，此时，ｚ３一＋１，系统继续按原方向搜索，并置，，一＾；如果差值小于给定下限值，则ｚ１一一１，此时，ｚ３一一１，系统按反方向搜索，并置厂１一＾；如果差值在上下限值之间，则系统仍按原方向搜索，但舍去／ｊ值。
图７为ＴＭＰＰＴ的最大功率点跟踪控制过程，在最大功率点搜索开始时，其搜索起始点应在接近阵列开路电压处，首先不断减小Ｕ。
，。
以确定ｄ厂／ｄｆ的极性，Ｕｓｒ。
一直变化搜索到ＶｒＭＡ。
附近，当Ｕｓｒ’减小至处于ＶｒＭＡＸ左侧时，ｄ∥ｄ￡极性发生变化，Ｕｓｒ。
开始反方向搜索。
Ｐ（ｎ搜索摆动幅度图７ＴＭＰＰＴ最大功率点跟踪控制过程Ｐｉｇ．７Ｃｏｎｔｒ０１ｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｒｕｅｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔｔｒａｃｋｉｎｇ根据上述ＴＭＰＰＴ的控制原理和结构分析可知，该控制系统是一个非线性控制系统，在稳定工作时，光伏阵列的工作电压应在最大功率点电压处摆动，摆动的幅度越小，系统ＴＭＰＰＴ的跟踪精度就越高；然而，为了保证ＴＭＰＰＴ控制系统的稳定性，要在控制策略上有效地识别ｄ厂／ｄｆ，摆动的幅度又不能太小，综合以上分析，本文采取了逐次累加方式，通过累加前后几次搜索的频率变化结果，有效解决了ｄ厂／ｄ≠识别和搜索步长之间的矛盾。
同时，软件中设置了搜索限幅值，使系统的工作可靠性进一步提高，长时间运行实践证明，即使日照变化如何剧烈，系统也不会因为误判而崩溃。
太阳能光伏水泵系统组成及工作原理
光伏水泵系统组成及工作原理光伏水泵系统组成及工作原理系统组成及工作原理1．1 光伏水泵系统的结构图由图1可知，系统利用太阳电池阵列将太阳能直接转变成电能。
经过DC／DC升压，和具有TMPPT功能的变频器后输出三相交流电压驱动交流异步电机和水泵负载，完成向水塔储水功能。
其中主要包括4部分：太阳电池阵列；具有TMPPT功能的变频器；水泵负载；储水装置。
1．2 变频器主电路及硬件构成本系统所采用的主电路及硬件控制框图如图2所示。
主电路DC／DC部分采用性能优越的推挽正激式电路进行升压；DC／AC部分采用三相桥式逆变电路。
主功率器件采用ASIPM(一体化智能功率模块)PS12036，系统控制核心由16位数字信号控制器dsPIC30F2010构成。
外围控制电路包括阵列母线电压检测和水位打干检测电路。
系统首先通过初始设置的工作方式和PI参数工作，然后由MPPT子程序实时搜索出的电压值作为内环CVT的给定，通过PI调节得到工作频率值，计算出PWM信号的占空比，实现光伏阵列的真正最大功率跟踪(TMPPT)，并保持异步电机的V／f比为恒值。
系统将MPPT 和逆变器相结合，利用ASIPM模块自带的故障检测功能进行检测和保护，结构简单，控制方便。
1．2．1 DC／DC升压电路简述1．2．1．1主电路选择对于中小功率的光伏水泵来说，光伏阵列电压大都是低压(24v、36v、48V)，对于升压主电路的选择，人们一般选择推挽电路，因为推挽电路变压器原边工作电压就是直流侧输入电压，同时驱动不需隔离，因此比较适合输入电压较低的场合。
但是偏磁问题是制约其应用的一大不利因素，功率管的参数差异和变压器的绕制工艺都有可能使推挽电路工作在一种不稳定状态。
基于诸多因素的考虑，本系统采用了结构新颖的推挽正激电路，此电路拓扑不仅克服了偏磁问题，而且闭环控制也比较容易(二阶系统)。
1．2.l.2推挽正激电路简单分析推挽正激电路如图2所示，由功率管S1及S2，电容C8和变压器T组成，变压器T 原边绕组N1及N2具有相同的匝数，同名端如图2所示。
基于25W光伏水泵监控系统的设计与应用
基于25W光伏水泵监控系统的设计与应用光伏水泵系统是一种利用太阳能光伏电池板发电，驱动水泵工作的环保型系统，广泛应用于农村地区灌溉、家庭供水、农田排灌等领域。
为了保证光伏水泵系统的可靠性和高效性，对其进行监控和管理尤为重要。
因此，设计一个基于25W光伏水泵监控系统是十分必要的。
一、系统组成1.光伏电池板：光伏电池板作为系统的发电设备，将太阳能转化为电能，供给水泵工作。
2.逆变器：将直流电能转化为交流电能，使其适应水泵的工作需求。
3.控制器：监控光伏发电系统的运行状态，管理电能的分配和使用。
4.水泵：负责水的抽取、输送或排放。
5.传感器：监测系统的工作状态、环境温湿度等参数。
6.数据采集与处理模块：收集传感器获取的数据，进行分析处理并反馈给控制器。
7.仪表显示系统：显示系统的各种数据和参数。
8.电池：储存光伏系统产生的电能，以备不时之需。
二、系统功能1.监控功能：实时监测光伏电池板、逆变器、水泵等设备的运行状态，及时发现异常情况并报警。
2.控制功能：控制光伏电池板的输出功率，调节水泵速度，使系统运行在最佳状态。
3.数据采集与处理功能：采集系统各个参数的数据，通过数据处理模块进行分析，提供给使用者参考。
4. 远程监控功能：用户可以通过手机App或者网页端远程监控系统的运行状态，方便及时调整系统工作模式。
5.节能功能：根据光照强度自动调节光伏电池板输出功率，提高系统效率，节约能源。
6.防护功能：在遇到异常情况时，系统能够及时做出保护处理，延长设备寿命。
三、系统应用1.农田灌溉：光伏水泵系统可以根据农田的需水量和光照条件，智能灌溉，提高灌溉效率，减少能源消耗。
2.家庭供水：将光伏水泵系统与家庭水池或井相连接，实现家庭自给水源，减少对传统电力的依赖。
3.农村农业排灌：应用于农村地区的农业排灌系统，提高农田水利设施的自动控制水平，降低运行成本。
4.生态环境保护：光伏水泵系统对环境无污染，降低化石燃料的使用，有利于生态环境的保护和气候变暖的缓解。
光伏水泵系统设计与应用
光伏水泵系统设计与应用光伏水泵系统是一种利用太阳能光伏板发电的系统，将太阳能转化为电能，驱动水泵进行水的输送和灌溉。
随着节能环保理念的不断普及，光伏水泵系统在农业灌溉、城市供水、农村饮水等领域的应用越来越广泛。
本文将对光伏水泵系统的设计及其应用进行详细介绍。
一、光伏水泵系统的设计1.光伏板选择光伏板是光伏水泵系统的核心部件，其性能直接影响系统的发电效率和稳定性。
在选择光伏板时，需要考虑光伏板的功率、转换效率、寿命和成本等因素。
通常情况下，多晶硅光伏板是较为常见的选择，其成本适中、性能稳定。
2.逆变器选择逆变器是将光伏板产生的直流电转变为交流电的设备，用于驱动水泵正常运行。
在选择逆变器时，需要考虑其输出功率、波形纹波、效率和稳定性等因素。
同时，还需考虑逆变器的负载容量和连接方式，以确保系统的正常工作。
3.水泵选择水泵是光伏水泵系统中的关键部件，其性能直接影响系统的水泵效率和水的输送效果。
在选择水泵时，需要考虑水源的深度、水质、输水量、输送距离、泵的耐久性和可靠性等因素。
常见的水泵类型包括离心泵、深井泵、螺杆泵等，具体选择需根据实际需求来确定。
4.支架选择支架是支撑光伏板的重要组成部分，其稳固性和安全性直接关系到光伏水泵系统的使用寿命和安全性。
在选择支架时，需要考虑其材质、结构、安装方式等因素，以确保系统正常运行并获得最大的光伏发电效率。
二、光伏水泵系统的应用1.农业灌溉光伏水泵系统在农业灌溉领域的应用越来越广泛。
通过利用太阳能发电，驱动水泵进行灌溉，可以实现远程控制、自动化运行，减少能源消耗和运行成本。
同时，光伏水泵系统还能够提高农业生产效率，改善农田灌溉条件，促进农业可持续发展。
2.城市供水3.农村饮水在农村地区，由于电网建设不便、用电成本高昂等因素，传统的电动水泵供水方式存在一些问题。
而光伏水泵系统可以充分利用太阳能资源，降低供水成本，提高供水可靠性，为农村居民提供安全饮水保障，促进农村社会经济的发展。
光伏水泵系统设计与试验研究的开题报告
光伏水泵系统设计与试验研究的开题报告开题报告题目：光伏水泵系统设计与试验研究一、选题背景及意义随着能源需求不断增长和传统能源的日益紧缺，可再生能源逐渐得到人们的关注和重视。
太阳能是一种最为广泛应用的可再生能源之一，而光伏水泵系统能够将太阳能转化为电能，用于给水泵供电，从而实现水的输送和利用。
我国农村地区普遍存在水源匮乏的问题，而传统的水泵系统往往需要使用燃油或者电网电力，成本较高，广泛应用有一定的难度。
而光伏水泵系统则可以利用自然光源，减少能源成本，提高水泵使用的效率。
因此，本课题旨在以普及、提高光伏水泵技术为目的，探究其在农村地区的应用，同时研究并优化其设计和试验方案，为我国可持续发展做出贡献。
二、研究目的1.设计和优化光伏水泵系统的结构和控制方式，提高其效率和性能。
2.对系统中太阳能电池板、水泵和电控部分进行选择和调试，保证其稳定工作和高效率。
3.进行实验测试，获取系统的基本参数和运行状态数据，验证其可靠性和有效性，为后续的应用提供参考。
三、研究内容1.光伏水泵系统的结构设计，包括太阳能电池板、变流器、水泵、控制器等部分的选型和布置方式。
2.控制策略的优化，研究不同的控制方式对系统性能的影响，如最大功率点跟踪控制、时序控制、定时控制等。
3.测试实验的设计和实施，对系统的各项参数进行监测和分析，如输出功率、水流量、能量利用率等。
四、研究方案和进度安排1.方案设计:根据研究内容，确定研究方案和技术路线，明确设计和试验方案。
2.系统结构设计:选取光伏电池板、变流器、水泵及控制器的类型和参数。
设计系统的布置方式和组成。
3.控制器优化设计:研究不同控制策略对系统性能的影响，优化光伏水泵控制器的设计。
4.实验测试的具体实施:进行系统参数的测试、数据采集和分析，总结优缺点。
5.论文撰写:根据实验结果，撰写光伏水泵系统设计与试验研究论文。
6.进度安排：第一年：系统结构设计和控制器优化设计、论文框架和基础写作。
光伏水泵系统设计
3.2.1 常规恒定电压跟踪(CVT)方式的特点与不足
CVT方式可以近似获得太阳电池的最大功率输出，软件上处理比较简单。但实际上日照强度和温度是时刻变化的，尤其是在西部地区，同一天中的不同时段，温度和日照强度变化都相当大，这些都会引起太阳电池阵列最大功率点电压的偏移，其中尤以温度的变化影响最大。在这种情况下，采用CVT方式就不能很好地跟踪最大点。
2.3光伏水泵的意义
21世纪中国经济建设的战略重点将移向大西北，不仅矿产等原材料和煤、石油、天然气等能源生产基地将移向西北地区，农业、牧业也将把西北地区作为俦发展地区。
西北地区大部分是我国的边远地区和少数民族聚居地区。由于自然条件差，历史上汉族与少数民族之间的不平等，西北地区的社会发展一直落后于东部地区，加快发展西北地区的经济，消除贫困，对于稳定和平衡发展具有重要意义。
3.1.3 DC／DC升压电路简述
对于中小功率的光伏水泵来说，光伏阵列电压大都是低压(24v、36v、48V)，对于升压主电路的选择，人们一般选择推挽电路，因为推挽电路变压器原边工作电压就是直流侧输入电压，同时驱动不需隔离，因此比较适合输入电压较低的场合。但是偏磁问题是制约其应用的一大不利因素，功率管的参数差异和变压器的绕制工艺都有可能使推挽电路工作在一种不稳定状态。基于诸多因素的考虑，本系统采用了结构新颖的推挽正激电路，此电路拓扑不仅克服了偏磁问题，而且闭环控制也比较容易(二阶系统)。
（3）光伏水泵的设计方案，包括日照数据处理、光伏组件的特性分析计算、电流电压的大小确定等。
在设计一个光伏水泵系统时有两个很重要的原则，一是选用最合适的系统配件，二是系统配件间达到最佳匹配。
【关键词】光伏水泵；性能参数；扬程
太阳能光伏驱动水泵系统设计与实现
太阳能光伏驱动水泵系统设计与实现一、介绍随着全球能源需求的快速增长，传统化石能源逐渐面临着枯竭的风险。
而太阳能作为一种可再生的清洁能源，正逐渐成为人们的首选。
在许多领域中，太阳能系统已经得到了广泛应用，尤其是在农业领域中，太阳能驱动的水泵系统已经成为供水的主要来源，而且其效率和可靠性已经远远超过了传统的供水方式。
本文将简要介绍太阳能光伏驱动水泵系统设计与实现的方法和原理。
我们将通过对太阳能的光伏发电原理和水泵系统的原理分析，为使用太阳能驱动水泵系统的用户提供设计和构建参考。
二、光伏发电原理光伏（Photovoltaic，简称PV）发电是一种直接将太阳能转换为电能的技术。
光伏发电的核心部件是太阳能电池板，而电池板上由许多结晶硅组成。
当光照到电池板上时，结晶硅吸收太阳辐射并向外释放电子，形成电流，从而完成了光伏发电。
光伏组件通常由多个太阳能电池板组成，而太阳能电池板的数量取决于所需电流的大小。
大多数太阳能电池板的输出电流通常只有几毫安，但是多个太阳能电池板组合在一起可以获得更大的电流输出。
太阳能电池板的输出电压通常在12伏特左右，这意味着需要使用电子元件来更好地控制和调节电流和电压。
三、水泵系统基础原理水泵系统是一种将水从低处抽取到高处的机械装置，其基本原理是利用泵的吸力将水吸入设备，然后通过设备的推力将水送到需要的位置。
水泵系统通常需要涉及到大量的机械、电子元件和控制系统。
而且水泵系统的设计必须满足一定的要求，例如需要满足实际使用要求和使用环境要求，避免过度或者不足的用水量等问题。
四、太阳能光伏驱动水泵系统设计与构建在设计太阳能光伏驱动水泵系统时，需要考虑多个方面的因素，例如：太阳能电池板的选择、电池板与水泵系统之间的连接、水泵系统的选择和控制等。
首先，需要选择适合自己需求的太阳能电池板。
通常情况下，我们可以根据所需电流和电压来选择电池板的数量和类型。
一般来说，一些小型太阳能电池板可以用于满足小型水泵系统的使用需求，而大型电池板可以用于满足大型水泵系统的使用需求。
光伏水泵工程方案
光伏水泵工程方案1. 简介光伏水泵是利用太阳能光伏电池板将光能转换为电能，通过控制器和水泵将电能转换为机械能，以实现水泵的工作。
与传统的水泵相比，光伏水泵具有环保、节能、可靠性高等优势，因此在农村、荒漠地区、无电区域等地有着广泛的应用前景。
本文档将介绍光伏水泵工程的方案设计和实施流程。
2. 设计方案2.1 太阳能光伏电池板光伏水泵工程的核心是太阳能光伏电池板，它将太阳光转化为电能。
在设计中，需要考虑以下几个关键参数：•光伏电池板容量：根据实际用水需求和太阳辐射强度等因素确定光伏电池板的容量。
过小的容量会导致不能满足用水需求，过大的容量则会造成浪费。
•光伏电池板类型：常见的光伏电池板类型有单晶硅、多晶硅和非晶硅等，根据实际情况选择合适的类型。
•光伏电池板布局：要充分利用可用的阳光资源，需要合理布局光伏电池板。
一般采用倾斜角度可调整的支架，以便在不同季节和时间段上获得最佳太阳辐射。
2.2 控制器和逆变器光伏电池板通过充电控制器将电能储存在电池中，再通过逆变器将电能转换为交流电，供给水泵驱动器使用。
•充电控制器：充电控制器负责将光伏电池板输出的直流电能进行充电管理，保证电池的安全和寿命。
•逆变器：逆变器将电池输出的直流电转换为交流电，以便供给水泵驱动器使用。
同时，逆变器还需要具备过载、过压、欠压等保护功能。
2.3 水泵驱动器水泵驱动器是光伏水泵系统的关键部分，负责将电能转换为机械能，实现水泵的工作。
•驱动器类型：根据所需要的流量和扬程等要求，选择合适的水泵驱动器类型。
常见的有离心泵、深井泵、直流泵等。
•驱动器控制：通过控制器对水泵驱动器进行控制，实现启动、停止、定时等操作。
同时，控制器还可以根据光伏电池板输出的电量情况进行智能控制，使得系统能够稳定运行。
2.4 其他部分光伏水泵工程还需要考虑以下几个方面：•水池和输水管道：合理设计水池和输水管道，以有效储存和输送水资源。
•系统排水和排气：通过排水和排气系统，避免水泵驱动器和管道因水气积聚而损坏。
光伏水泵设计方案
光伏水泵设计方案
光伏水泵是一种利用太阳能发电来驱动水泵工作的装置，它具有清洁、环保、经济等优点，因此在农村地区和偏远山区广泛应用。
以下是一个针对光伏水泵的设计方案。
首先，光伏板的选择非常重要。
光伏板的质量和效率直接影响到光伏水泵系统的工作效果。
因此，选择高效率的单晶硅太阳能电池板是首要任务。
同时，在光伏板的固定上要使其能够自由转向，最大程度地吸收太阳能。
其次，选用合适的水泵。
根据实际需要，选择适合的水泵类型和工作方式。
常见的水泵有离心泵和轴流泵两种，根据所需水流量和扬程进行选择。
水泵选择时要考虑到水质、用途以及使用寿命等因素。
第三，设计和安装电引线和控制器。
光伏水泵系统需要设计合理的电引线连接电池板和水泵，以确保电力传输的稳定和高效。
电控器的设计和安装则起到监控和保护光伏水泵系统的作用，可对充电状态、过流和反向保护等进行监测和维护。
第四，储能装置的选择。
由于太阳能发电存在间歇性，光伏水泵系统需要一个储能装置来存储多余的电能以供不足时使用。
可以选择深循环蓄电池或存储能量更高的锂电池来满足需求。
最后，需要进行系统的监测和维护。
光伏水泵系统需要定期维护，保持电池板的清洁和水泵的正常运行。
定期检查电池组和控制器的状态，以及数据记录和故障排除是必不可少的。
总之，光伏水泵设计方案的关键在于选材、设计和安装的合理性。
合理的光伏水泵系统能够满足水源需求，并具有清洁、环保和高效利用太阳能的特点。
因此，在设计光伏水泵系统时需要充分考虑各种因素，从而实现系统的稳定运行和长期使用。
光伏水泵系统设计
毕业设计（论文）题目光伏水泵系统设计摘要地球环境由于燃烧大量矿物能源已经产生了明显的变化，人类的生存环境正在逐渐恶化。
减少传统能源的消耗、减少温室气体的排放和保护环境已经迫在眉睫。
太阳能是一种无污染、有极强的经济性的新能源。
由于太阳能能有效的解决资源和环境问题，其应用和普及越来越受到人们的重视。
光伏水泵技术是太阳能技术的一部分，由于其清洁无污染，不消耗燃料的特点，在人民生活供水和干旱地区农田灌溉方面有广阔的应用前景。
光伏水泵系统是直接利用太阳电池光生伏特效应发电，通过光伏阵列、控制器、电机、水泵等控制及执行环节来提水的系统。
本文论文的主要工作如下：(1) 了解光伏发电的基本原理，分析光伏水泵系统的原理与特性(2) 对光伏阵列进行建模与分析(3) 对最大功率跟踪方法进行详细的叙述，判断其优缺点，并利用MATLAB进行建模与仿真(4) 对光伏水泵系统进行分析和选型(5) 研究无刷直流电机的PWM控制、预定位起动方式。
关键词：光伏水泵系统最大功率跟踪无刷直流电机脉冲宽度调制(PWM)The design of solar Photovoltaic pump systemAbstractDue to the burning of fossil energy，the earth's environment has produced significant changes. The environment of human being is gradually deteriorated. Reducing tradition energy consumption，greenhouse gas emissions and protecting the environment have been imminent.Solar energy is a kind of new energy which has characteristic of no pollution and economy. Because of solar power can effectively solve the problem of resources and environment，people more and more get the attention of their application and popularize.Photovoltaic pump technology is a part of the solar technology.Owing to the feature of no pollution and no fuel consumption. Solar photovoltaic pump system has broad application prospects in the field of people's life for irrigation water and dry areas.The photovoltaic pump system uses photovoltaic panels which produce electricity directly from sunlight using silicon ceil and drive the pump through a series of new technologies such as photovoltaic array，control units，electronics，motors and different modern devices to bring up the water. This topic research of photovoltaic pump system drove by Brushless Direct Current Motor (BLDC).The main content in this paper is:(1)Learning the basic principles of photovoltaic energy generation. Analys- ing the principles and the characteristics of photovoltaic pump system.(2) Modeling and analysing the characteristics for photovoltaic array.(3) Accounting of the maximum power point tracking in detail and judging their's advantages and disadvantages .Using MATLAB software to modeling and simulation.(4) Analysis and selection the photovoltaic water pump system(5) Studying the brushless dc motor PWM control and Pre-setting startingThe key words Photovoltaic pump system maximum power point tracking Brushless Direct Current Motor Pulse Width Modulation(PWM)目录第一章绪论 (1)1.1 太阳能光伏发电发展现状 (1)1.2 光伏水泵系统的概况 (1)1.3 本论文的主要研究内容 (2)第二章光伏水泵系统的原理 (3)2.1 光伏水泵各组成部件 (3)2.2 太阳能电池阵列 (4)2.2.1 太阳电池分类 (4)2.2.2 太阳电池工作原理 (5)2.2.3 太阳电池的等效电路 (5)2.2.4 太阳电池的特性曲线 (6)2.2.5 太阳能电池的输出特性 (6)2.3 光伏水泵系统的最大功率跟踪控制(MPPT) (8)2.3.1 阵列的构成和搭建 (9)2.3.2 最大功率跟踪的意义及其实现方法 (10)2.4 光伏水泵系统电机研究 (12)2.4.1 电机的选择 (12)2.4.2 无刷直流电机结构 (13)2.5 光伏水泵 (13)2.5.1 光伏水泵的构成 (13)2.5.2 光伏水泵系统的配置估算 (16)2.6 光伏水泵系统的选型 (17)2.6.1 光伏水泵系统特点 (18)2.6.2 系统设计方案及报价 (19)2.6.3 设备选型 (19)第三章太阳能光伏水泵系统的控制 (24)3.1 光伏阵列控制的硬件电路 (24)3.2 无刷直流电机控制策略 (27)3.2.1 无位置传感器的无刷直流电机的转子位置检测 (27)3.2.2 无位置传感器的无刷直流电机的起动 (28)3.2.3 无刷直流电机的 PWM 控制策略 (28)第四章光伏水泵系统的仿真 (31)4.1 太阳能光伏阵列的仿真 (31)4.2 基于扰动观察法的光伏阵列仿真 (33)第五章结束语与展望 (36)5.1 总结及有待完善的问题 (36)5.2 对未来的展望 (36)参考文献： (37)致谢 (39)第一章绪论21世纪以来，能源与环境已经成为了人类面临的两大难题。
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第20卷第5期2004年9月农业工程学报T ransacti ons of the CSA E V o l .20 N o.5Sep t . 2004具有TM PPT 功能的数字式光伏水泵系统的设计郑诗程,苏建徽,沈玉粱,余世杰(合肥工业大学教育部光伏系统工程研究中心,合肥230009)摘 要:设计了一种基于16位微处理器结构的简单全数字式光伏水泵系统。
系统采用频率微分逼近法实现了太阳电池的真正最大功率跟踪(TM PPT )功能,运行结果证明系统运行稳定可靠,效率高于传统恒压跟踪(CV T )方式;系统具有完善的保护功能,可以实现无人值守工作。
关键词:光伏水泵系统;真正最大功率跟踪(TM PPT );恒压跟踪(CV T );频率微分中图分类号:T K 51 文献标识码:A 文章编号:100226819(2004)0520270205收稿日期:2003210209 修订日期:2004204220作者简介:郑诗程(1972-),男,安徽合肥人,博士生,从事光伏系统技术研究。
合肥 合肥工业大学能源研究所,2300090 引 言目前,在中国西北、西藏和内蒙古等远离电网的偏远农村地区,生活用水和农业用水比较困难,而这些地区同时又是太阳能资源非常丰富的地区,因此,在这些地区利用丰富的太阳能资源,发展光伏水泵技术以解决生活用水和农业用水问题,是提高西部贫困地区人民的生活水平,加速西部农业开发,实现沙漠绿洲化的有效途径。
光伏水泵技术的核心是专用变频器的控制,然而,目前市场上所售的多为普通变频器,不能直接和太阳电池阵列相匹配,更不具备太阳电池的最大功率点跟踪以及光伏水泵系统特有的各种保护功能。
由于太阳电池价格较高,在整个系统成本中所占份额较大,因此,在太阳电池容量一定的情况下,尽可能提高光伏阵列的效率对提高整个系统的性能价格比具有非常重要的经济意义。
为了提高光伏阵列的效率,在太阳电池效率没有根本性突破的条件下,一个有效的方法就是采用太阳电池的最大功率跟踪技术。
其中,CV T 方式即恒压跟踪控制方式(Con stan t V o ltage T rack ing )是最常采用的方式[1-4],它是根据光伏阵列在不同日照强度下最大功率点电压基本不变的原理,采用P I 调节使光伏阵列的工作电压稳定在最大功率点电压处,近似实现太阳电池的最大功率跟踪。
然而,即使在同一天,日照强度和太阳电池温度也是时刻变化的,因而光伏阵列的最大功率点电压并不非恒定不变,因此,采用CV T 方式的光伏阵列并不是时刻工作在最大功率点处,造成了太阳电池容量的浪费。
基于此,本文采用了16位微处理器80C 196M C [5]构成了一种简单的数字式光伏变频调速系统;同时,根据太阳电池的功率-伏特(P -V )特性曲线以及负载的工作特性,采用频率微分逼近法实现了太阳电池真正的最大功率跟踪(TM PPT )功能,提高了系统的性价比;因此在负载一定时,可以减少太阳电池的数量,从而降低整个系统的成本。
1 系统组成及工作原理1.1 光伏水泵系统结构图由图1可知,系统利用太阳电池阵列将太阳能直接转变成电能,通过具有TM PPT 功能的光伏水泵系统专用逆变器输出三相交流电压驱动交流异步电机和水泵负载,其中主要包括三部分:太阳电池阵列、具有TM PPT 功能的逆变器和机泵负载。
图1 系统结构图F ig .1 B lock diagram of the system compo siti on1.2 逆变器主电路及硬件构成本系统所采用的主电路及硬件控制框图如图2所示,主电路采用三相桥式逆变电路,主功率器件采用智能功率模块IPM 75R SA 060,由16位微处理器80C 196M C 构成系统控制核心,外围控制电路包括阵列母线电压检测和母线短路电流检测、两相交流电流检测及键盘监控与显示电路等,系统首先通过键盘显示部分设置工作方式和P I 参数,然后由TM PPT 子程序实时图2 主电路及硬件结构F ig .2 B lock diagram of m ain circuit and hardw are72搜索出的电压值作为内环CV T的给定值,通过P I调节得到工作频率值,最后从E2ROM28C64中取出预先存入的正弦值,计算出PWM信号的占空比,实现光伏阵列的真正最大功率跟踪(TM PPT)并保持异步电机的v f比为恒值。
系统将M PPT和逆变器相结合,结构简单,控制方便。
1.3 逆变器SPWM控制策略普通的SPWM方式其直流电压最大利用率仅为0.866,因而在输出电压一定的情况下,就需要更多组太阳电池串联,增加了系统成本,本系统采用了三次谐波注入方式即TH IPWM,在普通SPWM基础上叠加三次谐波分量以提高直流电压利用率。
由于系统无中线,三次谐波电流互相抵消,故叠加后不会增加系统的谐波含量,系统相电压波形为马鞍型,线电流波形为正弦型。
叠加后波形最大值(取正半周)为60°和120°两点处的值,即Sin60°=Sin120°=0.866设波形叠加前的调制深度M=1,则由M1 Sin60°=1可得 M1=1 0.866=1.15即采用3次谐波注入方式后,系统的调制深度提高了约15%,增加了直流电压的利用率,在输出电压上限值一定的情况下,就可以减少太阳电池串联数;系统光伏阵列在一定的情况下,能够使v f比值在更宽的直流母线电压范围内保持为恒值。
设直流侧电压值为U d,当调制深度为M时,则逆变器输出电压的基波有效值为v=M U d2(1)又设v f=c,则由式(1)可得M U d2=c f(2)即M=2c fU d(3)式中 c——常数;f——电机的工作频率。
在光伏水泵系统控制中,为了保持交流异步电机气隙磁通5m不变,充分利用电机铁芯,最大限度发挥电机产生转矩的能力[6,7],应在改变定子工作频率的同时,相应改变定子电压,即保持v f值恒定。
由于系统工作时的直流侧电压值U d会随太阳电池最大功率点电压的搜索时刻变化,并非始终为恒值,因此由式(3)计算出的值并不能保证v f=c,应进行实时补偿。
系统通过实时检测直流侧电压值U d进行在线补偿,则由补偿算法可得补偿后的调制深度为M=2c fU dU ref(4)式中 U ref——参考电压值。
2 太阳电池阵列的M PPT原理及实现2.1 CV T方式的M PPT原理及实现由太阳电池的P-V特性曲线(图3)可知[8],在一定的温度和不同日照下,太阳电池的最大功率点所对应的电压值变化不是很大,可以采用简单的恒压跟踪控制方式(Con stan t V o ltage T rack ing)即CV T方式近似获得太阳电池的最大功率输出,其跟踪控制框图见图4。
图3 太阳电池的特性曲线F ig.3 Characteristic curve of so lar cell图4中U SP3为太阳电池阵列工作的指令电压,U SP 为太阳电池阵列工作的实际反馈电压。
在CV T方式的M PPT控制中,U SP3给定值可以根据太阳电池阵列的特性和日照条件现场确定,P I调节器根据给定和反馈之间的误差计算出相应的电机工作频率(f),再由式(4)求出调制深度(M),调节逆变器的输出电压,维持v f=c,系统通过对U SP电压的负反馈闭环控制,使得太阳电池稳定工作在给定电压处,这样即可近似获得太阳电池的最大功率输出。
图4 CV T型最大功率点跟踪控制框图F ig.4 CV T type m axi m um pow er po int track ing contro l diagram2.2 TM PPT原理虽然在日照强度和温度变化范围不大的情况下,采用CV T方式可以近似获得太阳电池的最大功率输出。
然而,实际上日照强度和温度是时刻变化的,尤其是在是西部地区,不同季节甚至是一天中的不同时段,温度变化都相当大,日照强度变化有时也比较剧烈,这些都会引起太阳电池阵列最大功率点电压的偏移,其中尤以温度的变化影响最大。
理论分析和实地运行数据均表172 第5期郑诗程等:具有TM PPT功能的数字式光伏水泵系统的设计明:当环境温度从-20℃变化到+40℃时,其最大功率点处电压的偏移可达V OC (太阳电池开路电压)值的30%,甚至更多。
在这种情况下采用CV T 电压闭环控制方式以实现太阳电池阵列的M PPT 跟踪,无论如何折衷选择太阳电池阵列给定工作电压U SP 3值,太阳电池阵列输出功率的损失仍将会超过20%[9]。
为克服这一弊端,通常只能在特定时间现场调整U SP 3值,这很不方便。
而TM PPT (T rue M ax i m um Pow er Po in t T rack 2ing )与CV T 型的M PPT 概念不同[10],其意思是“真正的最大功率跟踪”控制,即保证系统不论在何种日照及温度条件下,始终使太阳电池工作在最大功率点处。
由于逆变器采用恒v f 控制,故水泵电机的转速与其输入电压成正比,而采用的离心式水泵其输出功率和转速三次方成正比,因此,调节逆变器的输出电压,就等于调节了负载电机的输出功率。
本系统中水泵电机的调速采用SPWM 方式,直流母线输入电压为太阳电池阵列电压。
太阳电池阵列的输出负荷匹配可以直接通过水泵电机的转速变化来调整,亦即可以凭借SPWM 控制技术直接调整太阳电池阵列的输出负荷,并使太阳电池阵列的输出功率始终跟踪当前日照和环境温度变化而时刻达到其最大输出值,此时,太阳电池阵列的工作电压始终处在最大功率点处。
由太阳电池阵列的P -V 特性曲线(图3)可知,在最大功率点处,d P d V =0,在最大功率点的左侧,当d P d V >0时,P 呈增加趋势,d P d V <0时,P 呈减少趋势;但在最大功率点的右侧,当d P d V >0时,P 呈减少趋势,d P d V <0时,P 呈增加趋势。
据此可在实际运行时根据P -V 的变化关系确定最大功率点。
图5为基于d P d V 反馈的TM PPT 型最大功率跟踪控制框图,其工作原理如下:系统的输入指令值为0,反馈值为d P d V ,假定Z 3状态为+1,则U SP 3指令电压增加,经CV T 环节调整,系统输出电压V 跟踪U SP 3增加,采样输出电流I ,经功率运算和功率微分环节,获得d P d V 值,如d P d V >0,则Z 1为+1,Z 2为+1,Z 3为+1,U SP 3指令电压继续增加。
如d P d V <0,则Z 1为-1,Z 2为-1,Z 3为-1,U SP 3指令电压开始减小。
图5 基于d Pd V反馈的TM PPT 型最大功率点跟踪控制框图F ig .5 D iagram of true m axi m um pow er po int track ing contro l based on po sitive feedback ofd P d V2.3 TM PPT 的工程实现从图3可以看出,太阳电池在不同日照度下,均有一个最大输出功率点(A 、B 、C 、D 、E 点),因此,只要设法使负载的特性曲线和太阳电池的特性曲线交于此点,就可以使太阳电池输出最大功率。