风光互补发电系统中混合储能单元的容量优化

通过配置容量合适的蓄电池-超级电容器混合储能单元,可以提高风光互补发电系统供电的连续性和可靠性。该文在风力发电、光伏发电、蓄电池和超级电容器的稳态模型基础上,建立了蓄电池-超级电容器混合储能系统的容量优化模型,提出了混合储能单元的多目标优化函数,并对各种约束条件进行了探讨,采用遗传算法对目标函数进行了求解。通过对算例系统的求解,证明了该文所建模型和算法的正确性。结果表明,该文提出的方法可为风光互补发电系统中混合储能单元的容量优化提供参考。     

具有最大功率点跟踪功能的户用光伏充电系统的研究

从提高户用光伏系统蓄电池寿命和系统性能出发，设计出一个户用光伏充电系统。在这个充电系统中，提出了采用具有太阳能电池最大功率点跟踪(MPPT)功能和蓄电池充电电压温度补偿功能相结合的充电控制方法。实验和模拟仿真证明，系统实现了对太阳能电池的MPPT控制和对蓄电池充电的温度补偿。     

户用光伏发电系统设计与研究

针对目前我国新农村建设过程中的实际情况,为使太阳能这一新能源更好的服务于农村电气化建设,以沈阳农村地区为例,根据当地的气象、环境状况及具体负荷情况,进行户用独立光伏发电系统设计,对系统的光伏倾角、光伏电池板、蓄电池、控制器及逆变器等进行了优化的设计与选择,在满足用户供电需求下,尽量减少初始投资,同时归纳了设计过程中应注意的事项。用专业的光伏系统设计软件PVSYST对设计方案进行仿真,对其用户满足率、能量利用率、蓄电池工作状态、经济效益及环境效益进行了详细的分析,验证了设计方案的可行性。     

基于浮标原理的原位高频检测电导率变送仪设计

为了实时监测水域盐度的变化及动态分析其盐度值常年分布规律,该文设计了一种基于浮标原理原位高频检测电导率的变送装置。所设计变送器选用低功耗的MSP430F149微处理器,通过SIM300的GPRS通讯模块,在河流、湖泊和水产养殖场等水域实现了GPRS网络覆盖区域内的远程数据采集。系统选用线性插值的方法对其中的温度电导率传感器进行了温度补偿,补偿精度为±5%FSC。该研究成果可为野外水域水质在线监测提供一种有效的解决方法。     

农村环境质量监测与综合评价方法研究

对我国农村环境监测、环境质量评价现状作了简要的分析,探讨了农村环境质量指数的计算及综合评价方法,提出了农村环境质量监测布点及监测指标选择的优化原则。同时,选择生态型农村——湖南省郴州市宜章县上寮村作为典型案例进行研究,对其进行环境质量基础调查与监测,根据对上寮村的环境质量监测结果、指数的计算、综合评价方法及目前农村村庄分类情况,得出上寮村环境质量好、适合居住,与将其划为生态型农村相符。农村环境质量监测布点及监测指标选择的优化原则与指数的计算及综合评价方法的提出,对加强农村环境管理、保护和改善农村环境质量具有十分重要的意义。     

设施农业用槽式太阳能聚光电热联供系统性能分析与试验

该文针对在设施农业中棚顶安装的光伏组件挡光导致棚间距离增加,提出一种可以用在设施农业中的槽式太阳能聚光电热联供系统,通过减少输出额定电功率所需光伏组件的数量以提高设施农业经济性,同时还可以在寒冷季节为作物生长提供热能。该文介绍了该聚光电热联供系统的工作原理,利用光学仿真软件对聚光器的聚光性能进行了仿真计算,搭建了聚光电热联供系统性能测试台,将电热联供系统组件与平板光伏组件工作温度进行了对比,通过改变换热介质流量,分析了系统综合性能效率随换热介质流量变化的规律。结果表明,在约2倍聚光条件下,换热介质质量流量为2.41 g/s,室外平均气温为2℃时,槽式聚光电热联供系统的输出电功率约是平板光伏组件的2倍,系统综合性能效率为69.88%,系统输出水温约为20℃左右。该研究可以为设施农业与太阳能光伏利用技术的高效耦合提供了参考。     

太阳能园艺拖拉机驱动系统匹配设计与性能分析

针对太阳能园艺拖拉机驱动系统的独特需求,提出了一种太阳能园艺拖拉机驱动系统匹配设计方法,包括总体方案设计和主要参数的理论计算,并提出以全天累计作业时间为太阳能拖拉机作业能力评价指标,结合南京地区气象逐时变化,预测晴朗天气下所选用的光伏电池不同季节日发电量。以所设计太阳能园艺拖拉机为例,得到不同作业工况下拖拉机行驶速度与全天累计作业时间的关系,随着作业速度的提高,全天累计作业时间呈缩短的趋势;相同工况下,夏季全天累计作业时间长于冬季;速度为3 km/h时,有太阳能时拖拉机水平割草作业与坡道割草作业的全天累计作业时间均为无太阳能时的1.5倍。研究表明光伏电池作为园艺拖拉机能源是可行的,能够满足园艺作业的需求。以上研究结果可用于太阳能园艺拖拉机驱动系统方案设计和优化,为太阳能园艺拖拉机的发展提供依据。     

车路沟流域坝系水资源优化配置研究

根据车路沟流域的特点,设置GDP最大为经济目标、粮食产量增加为社会目标、水土流失最少为环境目标,在此基础上筛选决策变量,以经济条件、水土流失、水平衡、投资和农业生产水平作为约束条件,选择合适的决策变量,运用大系统多目标规划理论,建立了车路沟流域坝系水资源优化配置模型。模型计算表明,优化的水资源配置可使全流域经济目标增加,粮食产量明显提高,水土流失大幅减少。与实际情况对比,模型的相对误差较小、可靠度较高。     

复杂天气状况下的太阳能混合跟踪系统及控制判据

为了解决传统太阳能混合跟踪控制判据范围宽泛,不能准确识别天气情况的问题,该研究设计了一种复杂天气状况下的太阳能混合跟踪系统。通过分析非聚光与聚光条件下系统运行在不同跟踪策略下的跟踪特性,结合天气特征,提出以辐照度识别天气状况的多阈值控制判据。控制判据将天气划分为辐照度波动天气、高辐照度天气、低辐照度天气与辐照度极低天气,装置可根据外界气象变化自动调整光电跟踪、视日运动轨迹跟踪或固定倾角控制模式。该系统搭建Node-Red总控平台,采用并行控制,优化混合跟踪策略,控制信号稳定输出。试验结果表明：应用该判据的混合跟踪系统工作性能优良,非聚光条件下系统平均发电功率分别高出光电跟踪与视日运动轨迹跟踪0.03和0.16 W,聚光条件下系统平均发电功率达到0.81 W,高出光电跟踪0.03 W,高出视日运动轨迹跟踪0.55 W,由此可知,该系统能够提升光伏发电的输出电能,为太阳能混合跟踪系统的跟踪方式切换提供了理论依据。     

山地果园蓄电池驱动单轨运输机传动系统设计

为解决将传统的蜗轮蜗杆传动机构应用于山地果园蓄电池驱动单轨运输机所带来的机械效率低的问题,该文设计了一种基于蜗轮蜗杆的双路传动链传动系统,该系统采用电动机为动力源,通过蜗轮蜗杆传动链和链条传动链两路并联传动链传递动力;两路传动链之间相互独立,根据运输机的运动状态,运用STM32内嵌控制程序对电磁离合器状态进行切换.文中分析了该系统的传动原理、关键零部件设计及机械传动效率,设计输出转速为44~131.18 r/min.采用尤奈特MY1020ZXF-75048 V电机作为动力源,4个12V40AH天能蓄电池串联作为能源,由NMRV040减速器(海格尔控股有限公司)、超越离合器与各型链轮组成双路并联传动链,并运用功率流分析法得出该系统平地与上坡运行状态下输出扭矩为44.352 N·m、输出转速为86.318 r/min、输出功率为609.31 W;下坡与反向运行状态下输出扭矩为105.760 N?m、输出转速为28.953 r/min,输出功率为487.342 W.结果表明,该系统结合了链传动的高效性与蜗轮蜗杆传动的自锁优势,在平地与上坡运行中理论机械效率为81.2%,下坡与反向运行中理论机械效率为60.5%.该研究可为山地果园蓄电池驱动单轨运输机提升机械效率提供参考.     

基于储能水平控制的微电网能量优化调度

为了充分发挥微电网中储能单元能量存储与搬移的作用,该文提出了以储能单元储能水平为微电网日前计划与实时计划之间联系纽带的多时间尺度能量优化调度方案,以及以储能水平为控制变量的日前计划优化模型。该优化模型以各可控型微电源出力、储能单元储能水平以及微网与主网交互功率均在限值之内和微网内功率平衡为约束条件,以可再生能源发电利用率最高、日供电成本最小为目标函数,通过满足"等效净负荷"需求达到可再生能源发电利用率最高的目标。采用基于矩阵实数编码的遗传算法求解该动态优化模型,算例验证了并网双向功率流动、并网单向功率流动2种模式下模型和方法的有效性。研究结果可为微电网能量优化调度决策方案提供参考。     

基于EWT-KMPMR组合模型的光伏电站短期功率预测

为提高光伏电站短期功率预测的精度,提出一种基于经验小波变换(empirical wavelet transform,EWT))和核最小最大概率回归机(kernel mini max probability machine regression,KMPMR)的组合预测模型,对晴天、阴天和雨天3种天气类型下的光伏电站出力分别进行了预测分析。该文首先采用EWT将相似日光伏功率序列分解为具有特征差异的AM-FM分量,然后根据各AM-FM分量的变化特点建立相应的KMPMR预测模型分别进行预测并叠加得到最终预测结果。试验结果表明,相比SVM方法,该文方法在晴天、阴天和雨天可提高预测精度(MAE)分别为56.19%、54.15%和76.33%;相比EMD-KMPMR方法,在降低近一半左右计算规模的同时,可提高预测精度(MAE)分别为9.42%、38.74%和64.52%。以阿克苏地区光伏电站实际运行数据进行试验验证表明,该文方法在3种天气类型下均可取得较高的预测精度。     

激光诱导荧光水体叶绿素a浓度监测仪器研制

叶绿素a浓度是反映水质的重要参数之一，常作为水产养殖、渔场预测、环境保护等领域的重要评价指标。针对现有叶绿素a监测仪器实时性差、自动化程度低、环境干扰严重等问题，该研究以实时监测叶绿素a浓度为主要目标，提出了环境光校正算法和数据处理算法，设计了一种基于激光诱导荧光技术的水体叶绿素a浓度监测装置。该装置可向水体发射波长440 nm的激光，诱导激发叶绿素a产生中心波长680 nm的荧光，利用可见光传感器获取叶绿素a受激产生的680 nm荧光强度，即可实现对叶绿素a浓度的监测。以绿藻门小球藻和蓝藻门铜绿微囊藻为对象，利用680 nm荧光值和叶绿素a浓度的线性关系建立拟合模型，模型决定系数R²为0.99；基于统计分析法设计的数据处理可有效剔除误差数据，提高测量结果的稳定性；利用环境光校正算法可有效降低环境光对测量结果的干扰。在仪器稳定性试验中，通过测量激光模块的供电电流和光谱模块的440 nm通道光强值，4 min后两者的标准差系数均为0.001，皮尔逊相关系数为0.84，表明可通过控制电流强度控制激光输出。在性能验证试验中，2组不同光照强度和6组不同藻种的待测水样的平均测量误差在5.48%以内。研究结果可为水质监测领域提供设备支持。     

基于储能Soc日前计划的微电网实时能量优化调度方法

针对微电网实时优化调度计算的工程需要,提出了一种遵循储能Soc日前计划的基于网流模型的微电网实时能量优化调度方法。该方法以尽量遵循储能Soc日前计划为前提,首先建立以"等效供电成本"最小为目标函数,以分布式电源出力、储能单元储能水平以及微网与主网交互功率均在限值之内和微网内功率平衡为约束条件的实时优化数学模型;随后提出将该非线性优化模型转换为最小费用最大流网流模型进行线性化求解的方法。算例表明,遵循储能Soc日前计划的实时调度计划能够对上级电网起到削峰填谷的作用,无论在并网运行还是孤岛运行模式下能够有效降低微电网供电成本,日供电成本降低达30%以上,该方法能够足实时优化调度计算的工程要求。     

农村微电网优化调度模型的建立

为了提高微电网内新能源发电的整体效益,同时保证微电网的稳定安全运行,该文基于直流汇流微电网,以可再生能源最大发电量为最优控制目标,建立了实时优化调度数学模型,并提出了2段式的求解方法。最后,结合具体实例验证了该调度优化模型能够起到增加可再生能源输出量、改善蓄电池运行状况和优化系统内部分工的作用。     

太阳能驱动喷灌机组行走动力和光伏功率匹配设计与试验

为明晰太阳能驱动喷灌机组动力匹配设计理论和方法,促进太阳能喷灌机组推广应用,解决能源短缺地区的灌溉动力问题.文章以课题组研发的太阳能驱动喷灌机组为平台,通过对机组工作方式和行走驱动理论进行分析,构建了一种太阳能驱动喷灌机组动力需求与光伏功率匹配设计方法.通过试验对机组行走驱动需求功率计算理论进行了验证,并以夏季典型晴天下机组累积最大工作时长和设计日标准工作时间为标准,分别从纵向和横向上对机组日工作能力和光伏系统供电性能进行了分析.结果表明:喷灌机组行走驱动功率实测值与理论计算值基本吻合,最大相对误差为7.3％,进一步验证了行走驱动功率理论计算的可靠性;夏季典型晴天下,机组累积最大工作时间随机组喷灌功率和运行速度减小而变长,以试验当天为例,当机组以最大设计流量、最大运行速度处于最大负荷工况下时,最大工作时间接近20 h,表明机组工作能力较强;以机组设计日8h工作时间为准,在2016年7月进行了为期一个月的光伏供电监测,从横向上对系统供电能力进行分析,结果显示在为期一个月的检测过程中系统总缺电时数8.75 h,占系统总供电时长的3.5％,表明光伏供电系统可靠性较高.该研究为实现太阳能与农业机械相结合、太阳能喷灌机组驱动系统方案设计与优化,促进太阳能驱动喷灌机组在实际工程中的推广应用,解决能源短缺地区灌溉动力问题提供了参考.     

太阳能供电的土壤剖面水分动态原位自动监测系统的研制

目前,商业化的土壤水分传感器在野外观测土壤剖面含水率时仍然存在测量深度不可调节、多传感器探头之间的互换误差、野外长期监测供电困难、成本较高等问题。为此,该研究设计并研制了一种太阳能供电的可实现野外长期工作的介电管式土壤剖面水分原位自动监测系统。该系统组成包括:传感器模块、主控模块、太阳能供电模块和参数设置软件。测量时,先将PVC管垂直安装至待测土壤中,安装过程不扰动土壤结构,主控与存储模块控制土壤含水率传感器在PVC管中上下移动测量土壤含水率,并同步记录土壤深度。此外,该系统可以根据实际需求通过PC机参数设置软件进行灵活设定测量参数(传感器测量深度、测量深度间隔和测量周期)。针对该系统的性能与测量精度开展了相关测试与观测试验,功耗测试结果表明该系统待机功率为0.35 W,工作功率为1.4 W,太阳能电池板最大输出功率为5W,太阳能电池板和锂电池配合供电的情况下能实现长时间续航;土壤含水率传感器在砂土和粉壤土中的标定试验表明:该系统测量结果与实际土壤体积含水率高度吻合,标定曲线决定系数R~2均大于0.99;经过校正后,该系统探头深度定位的标准偏差在0.2 cm以内。在两种质地土壤的滴灌试验结果表明:该系统分别在6和15 mL/min两种滴水速率下均能准确获取土壤剖面含水率的动态变化过程,为观测作物生长状态和根区水分变化、制定合理的灌溉策略以及研究并检验土壤入渗水动态模型提供了可靠的技术支持和保障。     

农村水能与太阳能混合发电系统的设计与应用

针对农村水能和太阳能2种可再生能源混合发电创新模式,该文设计了一种互补型的混合发电系统。在系统特点分析的基础上,构架了总体设计方案。在混合发电系统的设计过程中重点应用了混合直流系统构建技术、光伏谐波抑制与无功补偿技术、共享型微机监控技术等关键技术。核心技术的应用使光伏电站可为水电站提供直流电源和无功补偿、为电网提供谐波抑制;同时通过共享型微机监控技术使水电站和光伏电站共享现有控制单元、数据通讯网络、工作站及服务器,节约了投资成本。实践和计算表明,农村水能与太阳能混合发电系统的设计能够节约一次性投资成本超过50%,并产生长期的谐波抑制和无功补偿效益;每1kW电量能节约0.4kg标准煤,减少0.997kg二氧化碳(CO2);同时具有保护大坝和节约国土资源等社会效益。     

修正内梅罗指数法和模糊综合评判法在凤凰镇地下水水质评价中的应用

[目的]采用不同的评价方法,评价陕西省南部凤凰镇地下水水质,为该古镇水土保持工作的进一步开展提供科学依据。[方法]以凤凰镇2015年10月枯水期水质监测数据为基础,选取总硬度和硫酸盐等11个水质评价指标,分别采用单指标评价法、综合指标评价法、常规及修正内梅罗污染指数法及模糊综合评判法进行地下水水质评价。[结果]对各种评判方法的具体运用过程进行了全面介绍。结果显示,5种方法评价的水质类型有一定的出入,但通过对比分析认为常规、修正内梅罗水污染指数法和糊综合评判法在凤凰镇水质评价中具有较好的适用性。[结论]模糊综合评判法评价结果更加真实可靠,更能准确评价凤凰镇地下水水质。