太陽(yáng)能增氧機(jī)動(dòng)力供給系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、近年來(lái)國(guó)際社會(huì)普遍關(guān)注對(duì)太陽(yáng)能、風(fēng)能、海洋能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉吹拈_發(fā)應(yīng)用，其中太陽(yáng)能發(fā)電由于具有取之不盡、用之不竭、清潔無(wú)污染的特點(diǎn)更是備受關(guān)注。目前，太陽(yáng)能電源技術(shù)研究的熱點(diǎn)依然是提高系統(tǒng)效率，降低系統(tǒng)成本。高額的造價(jià)仍然是制約太陽(yáng)能普及的瓶頸，所以太陽(yáng)能增氧機(jī)主要用于為景觀水域中的魚類供氧，而鮮有應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域。然而，我國(guó)作為世界養(yǎng)殖大國(guó)，養(yǎng)殖水面巨大，所需漁機(jī)數(shù)量龐大，每年消耗的電能相當(dāng)可觀，所以在能源枯竭與環(huán)境污染問(wèn)題日益

2、嚴(yán)重的今天，對(duì)于太陽(yáng)能增氧機(jī)動(dòng)力供給系統(tǒng)的研究不僅是將太陽(yáng)能應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域的一種嘗試，更是關(guān)系到可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能減排的百年大計(jì)。
　　 增氧機(jī)作為一種普遍應(yīng)用的漁業(yè)機(jī)械與其它漁機(jī)設(shè)備如投餌機(jī)等有很多相同之處，根據(jù)漁業(yè)養(yǎng)殖的特性無(wú)論是喂食還是增氧基本都是有一定的時(shí)間要求，不需要24小時(shí)連續(xù)開機(jī)，且一次開機(jī)時(shí)間不長(zhǎng)，所以本文在分析了光伏供電的基本原理之后，研究了光伏系統(tǒng)電源配置過(guò)程中配置原則、主要部件的作用和技術(shù)性能。并在此基礎(chǔ)

3、上探討了光伏供電在漁業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用，漁機(jī)設(shè)備進(jìn)行電源配置需考慮的因素，包括光伏方陣設(shè)計(jì)，蓄電池容量，光伏方陣在安放時(shí)的角度要求如方位角和傾斜角以及逆變器選用。并舉例分析了光伏增氧機(jī)的電源配置，提出了光伏供電在漁業(yè)機(jī)械上應(yīng)用的前景。
　　 研究光伏系統(tǒng)的重點(diǎn)是它的最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)，由太陽(yáng)電池的伏安特性可知，光伏電池具有強(qiáng)烈的非線性，是一種時(shí)變的直流電源。太陽(yáng)電池的輸出功率隨光照強(qiáng)度和溫度等因素時(shí)刻變化，所以為了達(dá)到提高能量利用率

4、的目的，我們需要經(jīng)常改變負(fù)載的工作功率點(diǎn)來(lái)適應(yīng)太陽(yáng)電池輸出特性的變化，達(dá)到輸出功率最大。這對(duì)于造價(jià)昂貴的光伏發(fā)電系統(tǒng)尤為重要。最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)(Max PowerPoint Tracker,MPPT)，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)自尋優(yōu)的過(guò)程。主要包括固定電壓法、擾動(dòng)觀察法、增量電導(dǎo)法、智能控制法等。本文在分析了以上幾種控制方法的基礎(chǔ)上，提出了一種PID參數(shù)模糊自整定的控制方法，它結(jié)合了PID精確控制和模糊控制自整定占空比的優(yōu)點(diǎn)，能夠合理地處理好控制

5、精度和速度這一對(duì)矛盾，使光伏電池在所處環(huán)境發(fā)生變化時(shí)可快速跟蹤最大功率點(diǎn)的變化，使光伏系統(tǒng)始終輸出最大功率，并有效消除了系統(tǒng)在最大功率點(diǎn)附近存在的振蕩現(xiàn)象，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并結(jié)合MATLAB仿真將本控制方法與模糊控制比較，證明其優(yōu)越性；利用光伏系統(tǒng)的仿真驗(yàn)證所提出控制方法的有效性。
　　 為了進(jìn)一步驗(yàn)證控制算法的有效性，本文利用飛思卡爾公司生產(chǎn)的MC9S12XS128單片機(jī)為核心，采用直流電源和滑動(dòng)變阻器在實(shí)驗(yàn)室中模擬太陽(yáng)能方

6、陣，選用MOTOROLA公司生產(chǎn)的H橋式直流驅(qū)動(dòng)芯片MC33886作為驅(qū)動(dòng)IGBT的集成驅(qū)動(dòng)，它具有輸出電流大，輸入電壓范圍寬泛，輸出電阻小，輸入電阻大等優(yōu)點(diǎn)。利用目前廣泛應(yīng)用的一種檢測(cè)MPPT控制器有效性的實(shí)驗(yàn)室替代實(shí)驗(yàn)進(jìn)行軟件編程和硬件電路搭建，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所采用的MPPT控制器對(duì)于最大功率點(diǎn)跟蹤的有效性。
　　 本論文以太陽(yáng)能增氧機(jī)為研究對(duì)象，探討其獨(dú)立光伏發(fā)電電源配置方法，提高能量轉(zhuǎn)換效率的最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)，以及蓄電

7、池和逆變器的匹配策略。主要研究如下：
　　 1、綜述國(guó)內(nèi)外獨(dú)立光伏系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀，以及光伏電源的結(jié)構(gòu)組成；
　　 2、介紹國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能增氧機(jī)的種類結(jié)構(gòu)及研究現(xiàn)狀；
　　 3、從獨(dú)立光伏電源利用方面研究了光伏電池基本的發(fā)電原理和輸出特性；
　　 4、探討?yīng)毩⒐夥鲅鯔C(jī)電源配置，包括蓄電池選用及容量計(jì)算，光伏電池組件串并聯(lián)設(shè)計(jì)，光伏方陣角度的設(shè)計(jì)，以及逆變器的選用和配置策略；
　　 5、針對(duì)光照強(qiáng)度變化

8、的不確定性、光伏電池陣列溫度變化、負(fù)載變化和光伏電池強(qiáng)非線性，使光伏電池陣列的最大功率點(diǎn)變化的情況，提出一種采用模糊控制自整定PID比例、積分、微分控制，實(shí)現(xiàn)光伏系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)控制的方法。在綜合比較，分析各種變換器拓?fù)涞幕A(chǔ)上，本文以BOOST電路作為MPPT控制器的主電路。MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法能夠快速、準(zhǔn)確地跟蹤光伏電池的最大功率點(diǎn)，避免在最大功率點(diǎn)的振蕩，提高能量轉(zhuǎn)換效率；
　　 6、基于飛思卡