可控微环境气雾立体栽培供电系统设计及电能管理

发布时间：2020-07-02 12:41

【摘要】：本文以山西省重点研发计划农业类项目“水肥一体化气雾立体栽培智能监控系统关键技术的研究与应用”(项目编号:201803D221028-2)为支撑。极地科学考察的后勤保障中,新鲜蔬菜是很重要的营养物。可正是这样重要的必需品,供应却成了难题。首先在南极恶劣的环境无法实施种植作业,其次冷藏运输的蔬菜营养物大量流失,腐败变质还会产生有害物。为此,应用于极地的可控微环境气雾立体栽培技术得以展开研究,该技术无需土壤,整套种植设备相配合可实现高效种植。从目前南极科考站的供电情况来看,继续利用柴油发电为这一整套种植设施供电弊处很多,不但会加重供电系统负担,严重时还会影响关键科研设备的使用和队员生产生活用电。为此,本文从南极中山站的地理环境、气候特点角度出发,展开可控微环境气雾立体栽培装置风光互补供电系统及其电能管理研究。本文系统地阐述了可控微环境气雾立体栽培装置风光互补供电系统的总体方案。对中山站的气候条件展开分析得到了风光资源在站区的分布情况;分析了供电对象的用电特性;给出了供电系统的电气设计方案;对风、光、储的容量进行了科学的配置并完成了关键设备的选型。本着提高能量获取效率的原则,借助Matlab仿真软件研究了供电系统的发电侧控制算法。详细分析了垂直轴风力发电机与光伏电池的功率输出特性,选择了它们各自适用的MPPT算法。对供电系统的储能侧和负载侧的控制算法展开了研究。分析了储能铅酸蓄电池的充电特性和充放电方法,选择了储能侧的充放电电路和充放电控制算法,应用Matlab软件实现储能侧放电和三段式充电控制;阐述了负载侧逆变器的工作原理与控制算法,仿真实现了负载扰动下和输入电压波动下的稳定供电。在此基础上,为了能够更好地协调发电、储能和用电的平衡,保障供电系统在极地极端环境下可靠工作并为可控微环境气雾立体栽培装置稳定供电,本文研究了供电系统的电能管理策略。分析了供电系统可能面临的各种影响因素,为电能管理策略的制定提出了相关指标;针对供电系统在极夜期和非极夜期的不同运行状态进行了研究,分析了各种情况下系统各部分应该采取的控制决策;提出了基于功率平衡的电能管理策略,并详细描述了策略的细节。在理论分析和仿真实验的基础上,设计了可控微环境气雾立体栽培装置风光互补供电系统控制器的硬件和软件。以STC8A8K64S4A12为主控芯片,设计了供电系统的功率电路、控制电路、信号采集调理电路、隔离驱动电路以及辅助电源电路;软件包括系统初始化程序、主程序以及中断程序,在中断程序中包含ADC采集控制程序、风机光伏控制程序、蓄电池充放电控制程序、卸荷控制程序以及串口-PC通讯程序。完成了系统的软、硬件调试及实验。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S318;TP273

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本文编号：2738208