[发明专利]一种太阳能喷灌机取水加压控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于园林灌溉领域，尤其涉及一种太阳能喷灌机取水加压控制系统及控制方法。

背景技术

目前，园林灌溉历史悠久，随着生活水平的提高，人们对于园林灌溉的质量要求都有很大的提高。园林灌溉技术在现在和未来都有一定的发展空间。产品市场的现状和未来在国内和国际上都有飞跃发展的趋势。国际中都有比较完善的园林滴灌系统。园林灌溉的方式也正朝着多样化的方向发展。

在实际的计算机控制应用中，有时CMOS配置变动导致计算机无法正常启动，需要做清CMOS动作。对于手动清CMOS来说，喷灌机取水加压现场不方便拆开机箱，清完CMOS后还需要重新进行BIOS(BasicInput/OutputSystem，基本输入/输出系统)设置。有时客户不知道这类异常可以通过清CMOS来解决，会误判断为主板故障而需要计算机厂商的技术支持。但客户往往不知道可以手动清CMOS让计算机正常启动，常常误报计算机故障，增加计算机厂商的客服成本。另外，工业计算机在工业现场不易拆装，清完CMOS后又需要重新设置CMOS参数，导致手动清CMOS的方式既不方便，操作起来又比较复杂，影响了喷灌机取水加压的正常工作。

太阳能并网系统的介绍：光伏运行用两种方式：独立运行和并网运行。利用太阳能发电，将产生的直流电，通过逆变，滤波，得到50hz，220v的工频电压。然后将得到电能在两方电压相位相等时合闸，即为并网运行方式。独立运行时，光伏发电无需和配电网并网，独立给当地负载供电，这样就不存在同相同频的的问题。国外光伏研究动向，当诸如石油、煤、天然气等不可再生能源日益成为限制全球经济社会发展的主因时，各国都在努力寻求新替代能源，纷纷开发绿色能源。欧洲一些高水平的核研究机构也开始转向可再生能源。在国际市场的积极调动下，各个国家为了在市场上抢占先机，纷纷投入了相当大的资产去发展光伏产业。全球已经有136个国家加入了光伏产业发展的热潮中，与此同时，有95个国家投入了极大的人力和物力去研究和开发光伏产品。可以提供光伏产品的厂家已经有近4600家了。为了应对能源危机，许多国家都已经把光伏产业作为主要的能源产业，政府在政策上给予了相当大的支持。为了节约不可再生能源，发展可再生能源，美国政府将相当大的一部分城市的路灯换成了太阳能电池，以此来节约能源，日本人也采取了相关的措施，推出了他们国家的光伏发展计划。全球太阳能光伏产业能够快速发展正是由于这些发达国家为推广和普及太阳能应用而推出的“太阳能工程”计划的大力推动。目前，正是得益于各国利用太阳能的决心，全球太阳能电池行业不断地发展，并且每年的增幅达到了15％。日本产业技术综合研究所研制出目前世界上太阳能转换率最高的有机薄膜太阳能电池，其转换率已到达当前有机薄膜太阳能电池的四倍。南非媒体曾报道，约翰内斯堡大学教授维维安·艾伯特发明了一种新型太阳能电池板，比普通太阳能电池板更薄，且价格低廉。美国德州仪器公司和SCE公司宣布，他们开发出一种新的太阳能电池，每一单元是直径不到1mm的小珠，他们密密麻麻地、规则地分布在柔软的铝箔上，在大约50平方厘米的面积上便分布有1700个这样的单元。这种新电池的特点是虽然转换效率只有8％～10％，但价格便宜。荷兰规模最大的太阳能电池生产商SollandSolar将凭借其新型电池，让太阳能行业向前迈出重要一步。这种新型电池是将电池正面收集的能量通过电池再转移至电池背面，电池表面就有更大面积来采集阳光并将其转化为电能，每块电池的输出效率可提高2％，再经过处理并与一个太阳能电池组件相连接，所得的输出效率甚至能提高9％。国内光伏研究动向，中国在光伏发电系统方面的研究落后与发达国家很多年，更加让人难以接受的是，比印度还要落后。我们国家于二十世纪六十年代开始了光伏电池的研究项目，到七十年代首次将光伏电池成功地应用在我国第一代卫星——东方红二号上。在863计划等科研计划的支持下，我国的光伏发电技术得到空前的发展，与国际先进水平的差距也大大缩小了。并且培养了一大批像无锡尚德这样具有较强科研实力的大型企业。二十世纪初年，我们国家为了解决西部省份部分地区没用通电的问题，特别启动了“西部省区无电通电计划”，这个计划的主要任务就是利用太阳能和风能等可再生能源建立小型发电厂以解决西部部分省无电区的用电问题。为了推进光伏发电技术的发展与应用，国家发改委和科技部在2003年10月制定了光伏发展的宏伟蓝图。国内太阳能生产企业有洛阳单晶硅厂、河北宁晋单晶硅基地等，河北宁晋单晶硅基地目前是世界上最大的太阳能单晶硅生产基地，占世界太阳能单晶硅市场份额的25％左右。中国在光伏产业上的发展上了一个全新的台阶，年增长量惊人，而且相关的技术也在突飞猛进的发展。从很落后的国家一跃成为了全球发展最快的国家。光照强度和工作温度是影响太阳能电池输出功率的关键因素。它们对光伏阵列的短路电流和开路电压有很大的影响，这就使得太阳能的功率输出变得不确定。由此系统的工作点也不确定。几种常用的最大功率跟踪控制算法的介绍和比较；对于最大功率跟踪控制，国内外有很多的专家对其进行了探讨和研究，常用的最大功率跟踪控制算法可以分为以下几类：直线近似法，功率回授法，实际测量法，扰动观察法等。1)直线近似法这种控制算法是目前来说比较新型的一种控制算法。它的控制原理是根据太阳能电池的输出功率特性表达式，利用数学逻辑表达式。直线近似法是运用光伏电池精确的数学模型，然后根据数学模型来推导最大功率跟踪点的工作直线。由此可见，这种控制方法对光伏电池的数学模型以及光伏电池的一些工作参数有很强的依赖性。2)恒定电压法。恒定电压的跟踪方式其实不是真正意义上的最大功率跟踪控制方法，实际上是一种曲线拟合。我们可以从光伏电池的工作曲线看出，电池的最大功率一般在0.75～0.9VOC或者是0.85～0.95ISC之间。这与光伏电池的制造工艺以及设计的结构有相当大的关系。也就是说当一个光伏电池的结构等确定以后，它的开路电压就确定了，电池的最大功率工作点就可以确定了。只要将电池的输出电压控制在这个工作点上，就大致可以保证电池的输出功率为最大输出功率。这就是恒定电压发这种最大功率跟踪控制法的理论依据。恒定电压控制方式控制简单，稳定性能好，可靠性高，较容易实现等优势，比不加控制的光伏系统可以获得的电能多20％，比起不带这种控制的直接耦合方式要有利得多。但是这种控制方式没有考虑温度对太阳能序列的开路电压造成的影响。拿单晶硅太阳能电池来说，当工作温度升高1℃时，电池的开路电压就下降0.35％-0.45％。这就表明随着工作温度的变化，太阳能序列的最大功率对应的电压也会变化。因此对于四季温差较大或者日温差别大的地区不适合使用恒定电压控制这种方法来实现最大功率跟踪。由于恒定电压控制方法控制简单，稳定性能好，可靠性高，较容易实现等优势，目前在光伏系统中的应用比较普遍。但是随着数字信号处理技术的发展，这种电压控制方式将逐渐被其他的方式取代。3)增量电导法是根据太阳能电池阵列P-U曲线为一阶连续的可导单峰的曲线特点，利用一阶的导数求极值方法，即可以对P＝UI求导数，就可以得到；此方法就是通过分析比较输出的电导变化量以及瞬时的电导值的大小，这样来决定参考的电压的变化方向。4)干扰控制法是目前比较常用的最大功率跟踪控制方法之一。它的工作原理是在每个相同的时间间隔，增加或者减少输出电压，这样就可以通过观察输出功率的变化，确定下一步输出电压的变化。这种控制算法应用的是功率反馈这种方法。就是用传感器将太阳能电池的输出电压及输出电流进行采样，这样就可以计算获得此时的输出功率。这种控制方法虽然比较简单，且易于用软件来进行实现，但是响应比较缓慢，因此只适合用于那个环境温度以及光照强度变化缓慢的地区，而且在稳态的情况下，功率会在最大功率周围出现小幅震荡，这样就造成了能量的损失，而且在环境变化较快的场合，有可能会出现功率变化方向判断错误，这样这种控制方法就失效了。5)基于模糊控制的MPPT由于日照强度，光伏电池的工作温度，负载的情况这些因素都是不确定的，还有光伏序列工作特性的非线性等特性，决定了要实现光伏电池的最大功率跟踪要考虑很多的因素，针对这样的一个非线性系统，应用模糊逻辑进行控制，可以达到比较好的效果。这种控制方法有较好的动态特性以及鲁棒性，能够达到比较好的控制精度。但是它的模糊控制的权值必须在训练之前进行确定，因此只能对特定的光伏系统进行控制，系统的自适应能力不强。