本文的研究是在国家重点研发计划（2016YFC0400202）和江苏省农业重点研发计划（BE2017356）的资助下开展的。随着能源短缺问题的逐渐突出以及生态文明建设的迫切需要,太阳能得到了越来越广泛的应用。光伏水泵系统是太阳能的一种典型应用,广泛应用于农业灌溉、城市水景和草原畜牧等领域,具有节能环保、维护成本低和与农作物适配性好等优点。但光伏水泵系统运行特性受外界环境因素影响较大,导致系统运行具有极大的不稳定性。为了探究光伏水泵系统的动态运行特性,本文采用试验测试、仿真计算和数值模拟相结合的方法对光伏水泵系统的动态性能进行深入研究。主要工作和研究成果如下:1.介绍了光伏水泵系统的使用环境及特点,较为系统地总结了光伏水泵系统在结构、性能以及优化等方面的国内外研究现状。2.搭建了光伏水泵系统性能测试试验台,研究了光伏阵列容量和阀门开度等试验系统部件最优配置的确定方法,并在试验系统最优配置下测试了太阳辐射强度瞬变下的系统动态特性;同时基于试验数据和相似定律建立了出水量预测模型。结果表明:（1）随着太阳辐射强度的增大,瞬态变化的动态响应时间逐渐减小,且太阳辐射强度瞬态升高时系统的响应时间低于瞬态降低时的响应时间。（2）随着瞬态变化梯度的增加,系统响应时间逐渐增加。（3）太阳辐射强度从饱和值开始发生瞬变时,瞬变初始发生后系统运行稳定性较差,响应时间相对于瞬态升高时较长,增长了约2s。（4）无论太阳辐射强度是平缓变化还是剧烈变化,建立的出水量预测模型均具有较高准确度。3.建立了光伏水泵系统的各个组件的Matlab/Simulink仿真建模,对瞬变太阳辐射强度条件下的系统特性进行仿真以得到瞬态条件下系统转速和流量变化曲线,并以仿真结果作为光伏水泵内流CFD模拟的边界条件,首次采用数值模拟对太阳辐射强度瞬变下泵运行特性进行了研究。研究发现:（1）建立的动态条件下光伏水泵内流数值模拟计算方法可靠性较高。（2）随着太阳辐射强度的升高叶轮轴向力逐渐增大,在较低的太阳辐射强度下,叶轮轴向力的变化较为明显,波动幅度最大约为2.5N。（3）在较高太阳辐射强度下发生瞬变时,流道内压力脉动波动幅度较大,约为10kPa。4.以叶片出口安放角β₂、叶片出口宽度b₂、叶片数z、叶轮后盖板直径D_2min为优化变量,采用正交试验建立优化样本,应用数值模拟计算方法对优化样本进行优化求解,从而建立光伏水泵性能优化方法。结果表明:相同太阳辐射强度下,优化后系统的流量和扬程均有所提高;太阳辐射强度稳态变化和瞬态变化条件下,系统日均出水量提高了0.88m³¹.36m³。