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若干年來無刷直流電動(dòng)機(jī)開始在光伏水泵系統(tǒng)中被用作驅(qū)動(dòng)電機(jī)間,這是由于該種電機(jī)具有一般交流電動(dòng)機(jī)所不易達(dá)到的,它可望在較大幅度上減少目前還相對(duì)昂貴的太陽電池的用量,具有顯著的經(jīng)濟(jì)性。但是,由于光伏水泵通常要求電機(jī)潛入水中運(yùn)行,因此本文的研究工作除需要解決常規(guī)的直流無刷電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行驅(qū)動(dòng)技術(shù)外,還要求電機(jī)能適應(yīng)潛水的要求,也就是必須同時(shí)解決繞組的可靠絕緣問題。從機(jī)械密封的角度想方設(shè)法去解決潛水電機(jī)的密封問題固然是一種思路,但是甚難克服其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、相應(yīng)的機(jī)械損耗偏大的問題。
提取地下水的關(guān)鍵是動(dòng)力,可是在電網(wǎng)未及的大西北邊遠(yuǎn)農(nóng)村,動(dòng)力正是首缺,我國目前還有將近8000萬人口居住在新疆、青海、西藏、甘肅、內(nèi)蒙等省份的邊遠(yuǎn)無電或嚴(yán)重缺電的干旱地區(qū),這些地區(qū)的共同特點(diǎn)是人口密度低、居住分散、交通不便、氣溫偏低但太陽能資源豐富,有些地區(qū)還具有相當(dāng)豐富的地下水資源。那里的人民渴望能用上電以解決他們的照明、潔凈人畜飲水和農(nóng)牧區(qū)灌溉、通訊、小家電甚至小規(guī)模的農(nóng)產(chǎn)品加工問題。35VK供電線路的造價(jià)超過80,000元/公里,這種小負(fù)荷、長距離的輸電方式顯然是不經(jīng)濟(jì)的。
通過對(duì)光伏水泵系統(tǒng)功率輸出特點(diǎn)的分析,找到影響功率輸出的影響因素,通過進(jìn)一步對(duì)光伏輸出I-V 曲線和P-U 曲線分析,提出了一種對(duì)功率點(diǎn)跟蹤(MPPT) 擾動(dòng)觀察法的優(yōu)化算法和實(shí)現(xiàn)方法,解決了MPPT 擾動(dòng)觀察法在功率點(diǎn)附近震蕩的問題。光伏組件是光伏水泵系統(tǒng)的能量來源,光伏組件的輸出功率受外部環(huán)境影響較大,如光照強(qiáng)度、溫度變化等;即使在外部環(huán)境參數(shù)穩(wěn)定時(shí),其輸出功率還會(huì)受所連接的負(fù)載的影響,研究表明,只有當(dāng)連接的負(fù)載為某一恒定值時(shí),即所謂的阻抗匹配,光伏組件輸出功率才達(dá)到值,此時(shí)光伏組件所輸出的功率為功率點(diǎn)。
為了發(fā)揮光伏組件的效率,在外部環(huán)境和負(fù)載變化的情況下使光伏組件仍保持功率的輸出,就需要不斷調(diào)節(jié)光伏組件的工作電壓,使其輸出功率化,這個(gè)功率調(diào)節(jié)過程被稱為功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)。通過對(duì)這些曲線分析可知,除了在 Pa、Pb、Pc 點(diǎn)阻抗達(dá)到了阻抗匹配外,其他點(diǎn)都未能實(shí)現(xiàn)阻抗匹配,即輸出功率未達(dá)到點(diǎn),這說明采用光伏組件直接與水泵電機(jī)耦合會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)功率不能充分發(fā)揮,即總效率欠佳。因此,若想充分發(fā)揮光伏組件的效率,化提高瞬時(shí)功率,就需對(duì)功率點(diǎn)進(jìn)行跟蹤。