68、农业用独立光伏 - 电池抽水系统的优化控制能量管理策略

农业用独立光伏 - 电池抽水系统的优化控制能量管理策略

在偏远或干旱地区，由于没有电网供电，采用多能源抽水成为供应饮用水的理想解决方案。本文将为大家介绍一种用于农业应用的独立光伏 - 电池抽水系统的有效控制和能量管理策略。

1. 背景与研究动机

传统的抽水方式依赖于化石能源，如柴油发电机、丙烷等。这些能源不仅需要昂贵的燃料，还会产生噪音和空气污染，并且维护成本高。为了减少对这些资源的依赖，可再生能源受到了广泛关注，其中风力发电机和光伏（PV）系统是近年来应用较为广泛的能源。

将可再生能源与电池和超级电容器等储能系统相结合，在无电网的偏远地区进行农业或生活用水抽水方面受到了大量关注。这些混合系统环保、维护成本低且无需燃料成本，能在负载和天气条件变化时提供持续能源。然而，为了满足负载需求、管理功率流并确保各能源系统高效运行，需要一套有效的管理策略。

2. 系统介绍与建模

2.1 系统结构

该系统主要由光伏发电机、DC - DC 转换器、铅酸电池、双向转换器、逆变器以及电机 - 泵组成。光伏发电机通过 DC - DC 转换器连接，该转换器由改进的扰动观察（MP&O）算法控制，以提取光伏面板的最大功率。铅酸电池通过双向转换器连接，可根据用户能源需求和气象条件进行充放电。逆变器作为中间环节，连接前两个组件和电机 - 泵，电机通过电子换向控制，使其在额定容量下运行。系统由一个智能算法管理，该算法依赖三个开关（K1、K2 和 K3）的状态。

2.2 光伏面板建模

为了描述光伏发电机的非线性行为和运行，采用了特定的数学模型。在标准运行条件（1000 w/m²，25°C）下，光伏电池的输出电流（Ip