入接口连接，电流传感器和电压传感器分别用于采集DC-DC电路输入接口的电流Ii,电压U in，嵌入式微控制器A用于进行光伏最大功率跟踪控制，输出时变控制信号到DC-DC电路的控制信号接口。所述取水泵用于原水的汲取，所述高压泵用于原水的增压；所述直流电机组包括取水泵与高压泵的配用电机，用于泵水以及原水的输运和增压；所述预处理组包括过滤器、加药箱和清洗水箱，分别用于对原水的过滤、加药、以及杀菌等预处理，具体可根据原水水质进行选取。所述反渗透膜组包括压力容器和若干支反渗透膜，用于将原水淡化产生淡水，其中压力容器用于安装反渗透膜，反渗透膜的数量根据期望产水回收率选取，一般在合理的设计中，所期望产水回收率越高，所选取的反渗透膜数量越多。所述流体控制系统包括流量传感器、压力传感器和嵌入式微控制器B，流量传感器安装于原水管道和淡水管道中，压力传感器安装于原水管道和浓缩海水管道中，嵌入式微控制器B与嵌入式微控制器A、流量传感器、压力传感器和电控阀门连接；流量传感器或压力传感器采集反渗透膜组的原水流量Qf或原水压力P f、反渗透膜组的浓缩海水流出压力P。或反渗透膜组的淡水流量Q p，嵌入式微控制器B与嵌入式微控制器A时间同步并共享传感器数据，进行产水回收率控制，输出时变控制信号到电控阀门的电接口 ；所述电控阀门用于将流体控制系统的控制信号转变为阀门开度的相应改变。
[0024]实施例1和实施例2中所述的光伏最大功率跟踪控制，是根据所述的1&和U ^计算当前功率pin，基于导纳微分法和卡尔曼滤波估计法，完成对含噪声信号Iin、uin和P in的滤波估计，并根据去噪后的信号实时产生控制信号，输出到DC-DC电路的控制端，调整DC-DC电路驱动信号的占空比，从而调整等效的DC-DC转换后的直流电信号，使得去噪后的Pin尽最大可能最大化，完成最大功率控制。
[0025]实施例2中所述的产水回收率控制，是根据所述的Qf、pf、p。和Qp，按照回收率标准公式计算瞬时产水回收率Y，结合预期的产水回收率目标值Y、基于人工智能决策策法和经典控制方法，产生实时控制信号输出到电控阀门，通过调整电控阀门的开度而调节流体系统参数Qf、Pf、P。和Q p，间接调整瞬时产水回收率Y，最终使得Y等于预期的产水回收率目标值完成产水回收率控制。其中Ylr的取值根据使用需求选取，其值直接影响到系统的产水率和反渗透膜组的损耗，其值越大，产水率越高但反渗透膜组的损耗越大，可以选取一个折中的取值，介于5%?65%之间。
[0026]作为优化方案，实施例1和实施例2所述的电源控制系统还包括与太阳能光伏板相连的光伏板跟踪驱动机构；光伏板跟踪驱动机构包括太阳方位传感器和电控转动执行机构，嵌入式微控制器A分别与太阳方位传感器和电控转动执行机构连接，其中，太阳方位传感器用于实时测量太阳方位，产生太阳方位的测量信号，输出到嵌入式微处理器A ;嵌入式微控制器A与光伏板跟踪驱动机构连接，接收太阳方位测量信号，产生转动控制信号；电控转动执行机构用于将接收到的转动控制信号转换为相应转动的执行，完成光伏板对太阳方位的主动追踪。太阳方位传感器采用常规的太阳敏感器和天空偏振探测仪器，满足小于0.05°的方位测量误差，电控转动执行机构采用常规步进电机与机械结构连接组成。
[0027]下面以原水含盐度为32500mg/L，采用本发明所述装置进行海水淡化处理，太阳能光伏板功率选取为500W，DC-DC电路基于buck原理设计制造，电流传感器和电压传感器采用常用的商用12位ADC芯片实现，流量传感器和压力传感器分别采用常用的商用流量计和压力表实现，嵌入式微处理器A和B均采用商用计算芯片PIC24实现，里面分别编程为电源控制系统和流体控制系统的程序指令；取水泵采用常规不锈钢水泵，高压泵采用承压55bar以上的商用高压不锈钢水泵，预处理组采用常规的水预处理过滤器及滤料实现，电控阀门采用电流驱动的常规电控阀门；使用该装置在太阳辐照变化为图5所示的夏季24小时内(有云天气)，产水流量从O?0.18mVh变化，24小时内总产水量为1.09m3。
[0028]暂且抛开已有技术装置的其他不足，下面以太阳能光伏板输出功率Ppv为基准100%,对比本发明与两种旧有技术方案中输入到电机组功率值Pn1:
[0029]本发明中上二卩^—^^其中nmpptS最大功率跟踪效率，ndc;d。为dc-dc电路转换效率；
[0030]已有技术方案I为依赖蓄电池的直流电机组，如图1所示，Pffl=Ppv.nfflPPt.nb，其中nb为蓄电池充放电效率；
[0031]已有技术方案2为依赖逆变器的交流电机组，如图2所示，Pni= P Ρν.nmppt.n dcac,其中ndc;a。为逆变器的转换效率；
[0032]具体举一个实例来说，如果nmpp产 98%，n dcdc^97%, n 85%，n dcac=90%,那么根据三种方案下的Pni计算公式计算可以得到，本发明中PniW 95%，旧有技术方案I中Pm^ 83%，旧有技术方案2中Pm^ 88%。
[0033]可以看到，本发明提高了能量利用率；与此同时值得注意的是，本发明也解决了已有技术装置的其他不足。
【主权项】
1.一种太阳能光伏直驱海水反渗透淡化装置，包括太阳能光伏板、电源控制系统、取水泵、反渗透膜组件，其特征在于:该装置还包括DC-DC电路，直流电机组、和电控阀门；所述太阳能光伏板与DC-DC电路的电输入接口连接；DC-DC电路的电输出接口直接与直流电机组的电输入接口连接，取水泵的水输出口与反渗透膜组件的进水口相连，反渗透膜组件的浓缩海水出口管道连接有电控阀门，电源控制系统控制信号输出接口分别与DC-DC电路的控制信号接口、电控阀门电连接。直流电机组与取水泵、高压泵通过联轴器相连。
2.根据权利要求1所述的太阳能光伏直驱海水反渗透淡化装置，其特征在于，所述装置还包括连接在取水泵水进口的预处理组件，用以对原水进行过滤、灭菌的预处理。
3.根据权利要求1所述的太阳能光伏直驱海水反渗透淡化装置，其特征在于，所述装置还包括连接在取水泵的水输出口与反渗透膜组件的进水口之间的高压泵，用于提高进水压力。
4.根据权利要求1所述的太阳能光伏直驱海水反渗透淡化装置，其特征在于，所述装置还包括连接在电源控制系统与电控阀门之间的流体控制系统。
5.根据权利要求1所述的太阳能光伏直驱海水反渗透淡化装置，其特征在于，所述电源控制系统包括电流传感器、电压传感器和嵌入式微控制器A，其中，太阳能光伏板的输出端依次连接电流传感器和电压传感器，电流传感器、电压传感器的输出端与嵌入式微控制器A的输入接口连接，电流传感器和电压传感器分别用于采集DC-DC电路的电流和电压，嵌入式微控制器A用于进行光伏最大功率跟踪控制，输出时变控制信号到DC-DC电路的控制信号接口，同时输出不变的固定信号到电控阀门电接口。
6.根据权利要求5所述的太阳能光伏直驱海水反渗透淡化装置，其特征在于，所述的电源控制系统还包括与太阳能光伏板相连的光伏板跟踪驱动机构；光伏板跟踪驱动机构包括太阳方位传感器和电控转动执行机构，该嵌入式微控制器A分别与太阳方位传感器和电控转动执行机构连接，其中，太阳方位传感器用于实时测量太阳方位，产生太阳方位的测量信号，输出到嵌入式微处理器A ;嵌入式微控制器A与光伏板跟踪驱动机构连接，接收太阳方位测量信号，产生转动控制信号；电控转动执行机构用于将接收到的转动控制信号转换为相应转动的执行，完成光伏板对太阳方位的主动追踪。
7.根据权利要求6所述的太阳能光伏直驱海水反渗透淡化装置，其特征在于，所述装置还包括连接在电源控制系统与电控阀门之间的流体控制系统，所述的流体控制系统包括流量传感器或压力传感器和嵌入式微控制器B，流量传感器安装于原水管道和淡水管道中，压力传感器安装于原水管道和浓缩海水管道中，嵌入式微控制器B与嵌入式微控制器A、流量传感器、压力传感器和电控阀门连接；流量传感器或压力传感器采集流量或压力信号，嵌入式微控制器B根据得到的流量或压力信号，按照期望控制目标产生控制信号，嵌入式微控制器B的控制信号输出接口与所述电控阀门的控制信号接口连接。
【专利摘要】本发明涉及太阳能光伏直驱海水反渗透淡化装置，属于海水淡化技术领域，包括太阳能光伏板、电源控制系统、取水泵、反渗透膜组件，还包括DC-DC电路，直流电机组、和电控阀门；太阳能光伏板与DC-DC电路的电输入接口连接；DC-DC电路的电输出直接与直流电机组的电输入连接，取水泵的水输出与反渗透膜组件的进水口相连，反渗透膜组件的浓缩海水出口管道连接有电控阀门，电源控制系统控制信号输出接口分别与DC-DC电路的控制信号接口、电控阀门电连接。直流电机组与取水泵、高压泵通过联轴器相连。本装置无需蓄电池和逆变器，减小了能耗、体积和成本，能够响应太阳辐照的变化调节工作参数，保证反渗透膜组件的高效正常运行。
【IPC分类】C02F103-08, C02F1-44
【公开号】CN104528883
【申请号】CN201410838630
【发明人】王晓初, 金兰, 程振华
【申请人】王晓初, 金兰, 程振华
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月30日