【摘要】：本文以山西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃農(nóng)業(yè)類項(xiàng)目“水肥一體化氣霧立體栽培智能監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用”(項(xiàng)目編號(hào):201803D221028-2)為支撐。極地科學(xué)考察的后勤保障中,新鮮蔬菜是很重要的營(yíng)養(yǎng)物�？烧沁@樣重要的必需品,供應(yīng)卻成了難題。首先在南極惡劣的環(huán)境無(wú)法實(shí)施種植作業(yè),其次冷藏運(yùn)輸?shù)氖卟藸I(yíng)養(yǎng)物大量流失,腐敗變質(zhì)還會(huì)產(chǎn)生有害物。為此,應(yīng)用于極地的可控微環(huán)境氣霧立體栽培技術(shù)得以展開(kāi)研究,該技術(shù)無(wú)需土壤,整套種植設(shè)備相配合可實(shí)現(xiàn)高效種植。從目前南極科考站的供電情況來(lái)看,繼續(xù)利用柴油發(fā)電為這一整套種植設(shè)施供電弊處很多,不但會(huì)加重供電系統(tǒng)負(fù)擔(dān),嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響關(guān)鍵科研設(shè)備的使用和隊(duì)員生產(chǎn)生活用電。為此,本文從南極中山站的地理環(huán)境、氣候特點(diǎn)角度出發(fā),展開(kāi)可控微環(huán)境氣霧立體栽培裝置風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)及其電能管理研究。本文系統(tǒng)地闡述了可控微環(huán)境氣霧立體栽培裝置風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)的總體方案。對(duì)中山站的氣候條件展開(kāi)分析得到了風(fēng)光資源在站區(qū)的分布情況;分析了供電對(duì)象的用電特性;給出了供電系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)方案;對(duì)風(fēng)、光、儲(chǔ)的容量進(jìn)行了科學(xué)的配置并完成了關(guān)鍵設(shè)備的選型。本著提高能量獲取效率的原則,借助Matlab仿真軟件研究了供電系統(tǒng)的發(fā)電側(cè)控制算法。詳細(xì)分析了垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)與光伏電池的功率輸出特性,選擇了它們各自適用的MPPT算法。對(duì)供電系統(tǒng)的儲(chǔ)能側(cè)和負(fù)載側(cè)的控制算法展開(kāi)了研究。分析了儲(chǔ)能鉛酸蓄電池的充電特性和充放電方法,選擇了儲(chǔ)能側(cè)的充放電電路和充放電控制算法,應(yīng)用Matlab軟件實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能側(cè)放電和三段式充電控制;闡述了負(fù)載側(cè)逆變器的工作原理與控制算法,仿真實(shí)現(xiàn)了負(fù)載擾動(dòng)下和輸入電壓波動(dòng)下的穩(wěn)定供電。在此基礎(chǔ)上,為了能夠更好地協(xié)調(diào)發(fā)電、儲(chǔ)能和用電的平衡,保障供電系統(tǒng)在極地極端環(huán)境下可靠工作并為可控微環(huán)境氣霧立體栽培裝置穩(wěn)定供電,本文研究了供電系統(tǒng)的電能管理策略。分析了供電系統(tǒng)可能面臨的各種影響因素,為電能管理策略的制定提出了相關(guān)指標(biāo);針對(duì)供電系統(tǒng)在極夜期和非極夜期的不同運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了研究,分析了各種情況下系統(tǒng)各部分應(yīng)該采取的控制決策;提出了基于功率平衡的電能管理策略,并詳細(xì)描述了策略的細(xì)節(jié)。在理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了可控微環(huán)境氣霧立體栽培裝置風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)控制器的硬件和軟件。以STC8A8K64S4A12為主控芯片,設(shè)計(jì)了供電系統(tǒng)的功率電路、控制電路、信號(hào)采集調(diào)理電路、隔離驅(qū)動(dòng)電路以及輔助電源電路;軟件包括系統(tǒng)初始化程序、主程序以及中斷程序,在中斷程序中包含ADC采集控制程序、風(fēng)機(jī)光伏控制程序、蓄電池充放電控制程序、卸荷控制程序以及串口-PC通訊程序。完成了系統(tǒng)的軟、硬件調(diào)試及實(shí)驗(yàn)。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S318;TP273

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本文編號(hào)：2738208