一种高效全自动光伏水泵系统技术方案

一种高效全自动光伏水泵系统，其特征在于：所述光伏水泵系统由光伏阵列、DC/DC变换器、DC/AC变换器、无刷直流电机、蓄电池、反电势检测电路、隔离电路、驱动电路、Atmega128控制器、光伏水泵和液位传感器组成，光伏阵列的输出端子连接DC/DC变换器的输入端，?DC/DC电路输出端连接蓄电池和DC/AC变换器的输入端；Atmega128控制器的输出端接入隔离电路，隔离电路的输出端接驱动电路的输入端，驱动电路的输出端接DC/AC变换器输入端，DC/AC变换器的输出端分别接无刷直流电机、反电势检测电路的输入端，反电势检测电路的输出端接Atmega128控制器，无刷直流电机的输出端接光伏水泵，进行深井抽水，液位传感器的输出端接Atmega128控制器，将当前液位传给控制器，实现对液位的实时检测。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】<b />本技术涉及太阳能光伏水泵，具体涉及一种高效全自动光伏水泵系统，所述系统由光伏阵列、DC/DC变换器、DC/AC变换器、无刷直流电机、蓄电池、反电势检测电路、隔离电路、驱动电路、Atmega128控制器、光伏水泵和液位传感器组成，光伏阵列的输出端子连接DC/DC变换器的输入端，DC/DC电路输出端连接蓄电池和DC/AC变换器的输入端；Atmega128控制器的输出端接入隔离电路，隔离电路的输出端接驱动电路的输入端，驱动电路的输出端接DC/AC变换器输入端，DC/AC变换器的输出端分别接无刷直流电机、反电势检测电路的输入端，反电势检测电路的输出端接Atmega128控制器，无刷直流电机的输出端接光伏水泵，液位传感器的输出端接Atmega128控制器。该系统功能齐全，具有自适应、稳定性、低成本和高效率的特点。【专利说明】一种高效全自动光伏水泵系统
本技术涉及太阳能光伏水泵，具体涉及一种基于智能控制算法实现MPPT的高效全自动光伏水泵系统，涉及到太阳能的采集、变换及电力电子、电机、水泵、计算机控制、检测技术与自动化装置等多个学科的最新技术问题。
技术介绍
光伏水泵系统，具有无污染、全自动、运行成本低等优点，其基本工作原理是利用太阳能电池将太阳能直接转化为电能，然后通过控制器驱动电机带动水泵运行，特别适用于无电地区经济作物灌溉、温棚作物的种植；我国是农业大国，对灌溉的需求量比较大，光伏水泵可以满足国内干旱地区灌溉的要求，同时也是解决供水、饮水、荒山绿化、水土流失最佳方案，具有巨大的经济效益和环境效益。国内对光伏水泵的研究起步较晚。到90年代左右，由于国家的优惠政策和扶持措施，国内涌现了一批致力于光伏系统的研究单位，其中主要有:合肥工业大学的教育部光伏技术中心、北京太阳能研究所等；部分国内研究者已研究了独立光伏水泵系统配置的方法，探索了软件实现最大功率跟踪的途径，并完成全数字式的光伏水泵系统控制器的样机设计，分别在青海的海西州都兰县巴隆乡、新疆石河子市北泉镇等地建立起了数个光伏水泵系统的试验点，经过较长时间的观察测试，系统基本运行稳定，能初步解决当地的农业灌溉或饮水问题，显示了巨大的和广阔的应用前景。虽然光伏水泵系统已得到初步的发展，但是还存在如下的问题。1.目前，市场上的光伏水泵样机都是基于扰动观察法实现太阳能电池的最大功率工作点的跟踪，该方法在到达最大功率点附近之后，存在左右振荡的现象，造成能量损耗。尤其在气候条件变化频繁时，情况更为严重，会存在跟踪误判的现象，不能实现对光伏阵列最大功率点快速、准确跟踪，系统效率低，不能充分利用太阳能。2.普通光伏水泵系统大多由光伏电池厂家提供，所选叶片泵扬程较低，不能符合部分地区高扬程要求，且泵的效率一般较低；另外，选用通用的电机和水泵，在运行中经常因匹配性不好而出现各种故障。因此，亟待开发能够新型高效全自动水泵系统，克服上述缺点；一方面，要研究自适应MPPT算法，使之完成对光伏阵列最大功率点的快速稳定的跟踪；另一方面，有针对性对水泵的负载特性进行专门的研究，开发出小功率、高扬程、高效率的专用水泵，使之在不同环境下，仍具有较高的扬程和系统效率。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有光伏MPPT控制器不能实时准确跟踪最大功率工作点和光伏水泵效率低等缺陷，公开了一种带智能电压预测器的高效全自动光伏水泵系统。本技术采用如下技术方案:一种高效全自动光伏水泵系统，由光伏阵列、DC/DC变换器、DC/AC变换器、无刷直流电机、蓄电池、反电势检测电路、隔离电路、驱动电路、Atmegal28控制器、光伏水泵和液位传感器组成，光伏阵列的输出端子连接DC/DC变换器的输入端，DC/DC电路输出端连接蓄电池和DC/AC变换器的输入端；Atmegal28控制器的输出端接入隔离电路，隔离电路的输出端接驱动电路的输入端，驱动电路的输出端接DC/AC变换器输入端，DC/AC变换器的输出端分别接无刷直流电机、反电势检测电路的输入端，反电势检测电路的输出端接Atmegal28控制器，无刷直流电机的输出端接光伏水泵，进行深井抽水，液位传感器的输出端接Atmegal28控制器,将当前液位传给控制器,实现对液位的实时检测。Atmegal28控制器要实现的功能主要有:智能电压预测器神经网络的MPPT算法的实施、PID控制、PWM信号产生、无刷直流电机控制、反电势检测、电流电压检测、水位打干检测和显示操作模块。较常规的光伏水泵系统，该系统功能较为齐全，具有自适应、稳定性、低成本和高效率的特点。本技术的技术解决方案是:(I)开发了基于人工神经网络算法的智能光伏电压预测器以调节功率，提高光伏水泵系统的自适应性，能适应天气变化频繁的场合；采用单体光伏电池光照强度和表面温度作为影响光伏最大功率跟踪功率点神经网络工作电压的有效参数，并建立预测光伏组件的最大功率点电压的模型，通过神经网络预测器可以得到最大功率点工作电压，然后通过PID闭环反馈到DC/DC，调整实际输出电压，实现输出电压快速稳定地逼近最大功率点电压。(2)采用了 ATmegal28控制器作为主控芯片，系统性能可靠且成本较低；ATmegal28控制器是ATMEL公司的8位系列单片机的最高配置的一款单片机,较普通8位单片机具有高性能、资源丰富、低功耗的特点，较DSP芯片具有成本低的特点；系统控制器需实现最大功率跟踪控制和无刷直流电机的控制。当然为了整个系统的优化，还需要进行系统保护设计和其他辅助硬件设计，包括电流电压检测、水位打干和显示操作模块。总之，本系统是自适应性较强，功能较齐的新型高效全自动光伏水泵系统，能够实现水泵、光伏阵列、电机的三者最佳匹配，性价比较高，实现了廉价和高效的兼顾，系统的最大效率将达到75%以上，较普通水泵，具有更好的市场竞争力，这样的系统是国内的空白，会促进国内光伏水泵行业的发展。【专利附图】【附图说明】图1 一种带智能电压预测器的高效全自动光伏水泵系统硬件结构示意图；图2 —种带智能电压预测器的高效全自动光伏水泵系统控制框图。【具体实施方式】下面结合附图对本技术系统作进一步说明。图1是一种带智能电压预测器的高效全自动光伏水泵系统的硬件结构示意图，由光伏阵列1、DC/DC变换器2、DC/AC变换器3、无刷直流电机4、Atmegal28控制器5、隔离电路6、驱动电路7、蓄电池8、光伏水泵9、反电势检测电路10和液位传感器11构成。光伏阵列I的输出端连接DC/DC变换器2的输入端，DC/DC电路2输出端连接蓄电池8和DC/AC变换器3的输入端，控制器5的输出端接入隔离电路6的输入端，隔离电路6的输出端接驱动电路7的输入端，驱动电路7的输出端接DC/AC变换器3输入端，变换器3的输出端分别接无刷直流电机4、反电势检测电路10的输入端，无刷直流电机4的输出端接光伏水泵9，从而进行深井抽水，液位传感器11将当前液位传给控制器5。光伏阵列I由太阳能电池串、并联组成，收集太阳光的辐射能量，并将该能量转换成电能。DC/DC变换器2采用升降压式转换电路，该电路主要由场效应管、电感、电容和二极管构成，另外在场效应管的源漏两端跨接两个电容以达到为输入端滤波的作用，可保证光伏阵列能在任本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效全自动光伏水泵系统，其特征在于：所述光伏水泵系统由光伏阵列、DC/DC变换器、DC/AC变换器、无刷直流电机、蓄电池、反电势检测电路、隔离电路、驱动电路、Atmega128控制器、光伏水泵和液位传感器组成，光伏阵列的输出端子连接DC/DC变换器的输入端，?DC/DC电路输出端连接蓄电池和DC/AC变换器的输入端；Atmega128控制器的输出端接入隔离电路，隔离电路的输出端接驱动电路的输入端，驱动电路的输出端接DC/AC变换器输入端，DC/AC变换器的输出端分别接无刷直流电机、反电势检测电路的输入端，反电势检测电路的输出端接Atmega128控制器，无刷直流电机的输出端接光伏水泵，进行深井抽水，液位传感器的输出端接Atmega128控制器，将当前液位传给控制器，实现对液位的实时检测。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：施爱平，高顺标，施健，施允洋，叶丽华，
申请(专利权)人：江苏永兴集团，江苏大学，
类型：实用新型
国别省市：