[发明专利]一种高效全自动光伏水泵系统及其控制方法

权利要求书

1.一种高效全自动光伏水泵系统，其特征在于：所述系统由光伏阵列、DC/DC变换器、DC/AC逆变桥、直流无刷电机、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逆变桥的输入端；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逆变桥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，直流无刷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。

2.如权利要求1所述的一种高效全自动光伏水泵系统的控制方法，其特征在于按照如下步骤进行：

（1）Atmega128控制器完成初始化后,依次对水泵的输出端的电流值、电压值进行采样，判断电压、电流参数是否正常，若参数不正常，对系统实行停止的操作；

（2）若参数正常，控制器调用基于神经网络的光伏MPPT预测控制算法，通过神经网络模型训练光伏阵列的光强、温度的样本数据，训练完成后的数据就是所预测的光伏阵列的最大电压工作电压Uom；

（3）将实际输出电压Udc与最大功率点工作电压Uom的比较值输入到Atmega128控制器的PID调节器，改变控制器的内部定时器生成的PWM波的占空比，从而对DC/DC变换器进行直流斩波，调整实际输出电压Udc，使光伏阵列工作在最大功率点；

（4）Atmega128控制器控制直流无刷电机启动，控制器发送电机的开环步进编码，实现直流无刷电机的步进启动，当电机步进启动成功后，控制器将电机自动切换到自同步运行阶段，从直流无刷电机的定子端引出的三相绕组的端电压信号，经过反电势检测电路输出到过零比较器，控制器分析过零比较器的状态，从中检测出直流无刷电机的过零点，并采用查表法从控制器的EPROM中直接读取出相应的控制字编码，通过控制器的I/O经过隔离电路与驱动电路，以导通或关断相应的DC/AC逆变桥功率管，从而触发无刷直流电机正确换相；

（5）DC/AC逆变桥采用两两导通方式，每隔1/6周期(60o电角度)绕组换相一次，按依次导通的规律循环，无刷直流电机将产生连续转矩从而带动水泵的运行，水井的液位传感器实时检测水位，当水位低于最低水位时，控制器将发出控制指令使水泵停止打水，系统运行过程中，控制器的显示与操作模块可以通过通信程序实现对系统的操作以及参数的显示。

3.如权利要求1所述的一种高效全自动光伏水泵系统的控制方法，其特征在于：所述基于神经网络的光伏MPPT预测算法的建立过程：

（1）确定BP神经网络为3-5-1的3层的网络结构：网络由3个输入神经元、5个隐藏神经元和1个输出神经元构成，3个输入神经元分别为光伏阵列的光强、温度以及时间参数，光伏阵列的最大功率点电压作为输出神经元的预测输出值；（2）选取阀值函数f：神经网络的隐藏神经元的传递函数采用S型正切函数，输出神经元的传递函数采用S型对数函数；（3）对样本数据的选取和预处理：在某一天，采取等时间间隔抽样的方法对光伏阵列的光照强度和温度进行数据采集，继而对输入的光强、温度、时间三种样本数据进行归一化预处理，从而克服权值调节过程缓慢和不收敛的现象；用一个线性变换，把它们的数值依次归一化到[-1,1]之间，归一化的数学公式为：Xi =(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)，（i=1~n），其中，X为光强或温度的原始样本数据，Xmax和Xmin 分别为X中的最大值和最小值，Xi为第i组光强或温度的样本归一化后的样本数据，输入的神经网络进行训练和预测的样本均需经上述归一化处理；（4）训练BP神经网络：训练的算法采取TRAINLM，采用神经网络模型训练完成后的数据，进行预测光伏组件的最大电压。