交流光伏水泵驱动控制系统设计

【摘要】：光伏水泵系统因其具有无污染、环境友好、无人值守和可持续发展等优点,已成为太阳能应用领域的一个重要分支。大力发展光伏提水技术,能有效缓解干旱、偏远无电山区的农业灌溉和生活生产用水问题,提高人民的生活水平和生活质量,因此光伏水泵系统潜在巨大的社会效益和经济效益。随着电力电子技术、微处理器技术和电机控制技术的快速发展,光伏提水系统的性能和光伏利用效率日益提高。本课题根据项目的实际需求,设计开发小型户用、低成本、高性能和结构简单的光伏交流水泵控制系统,以适应市场的需要。本文主要研究内容主要包括:(1)分析市面上常见光伏水泵系统的拓扑结构及工作原理,对几种常见的光伏阵列最大功率点跟踪控制方法及其实现进行了详细的分析,选择和优化适合本文的跟踪方法。(2)完成系统整体方案的设计、元器件参数的确定和基本模块电路的验证,包括系统供电和充电管理策略的选择;系统保护模块;信号检测电路等。(3)分析了三相交流电机SVPWM控制方法和主电路设计,对比分离式原件搭建的升压逆变电路和智能功率模块IPM之间的特点和优势,选择了应用广泛且技术成熟的智能功率模块。(4)对异步电机几种启动模型做了对比分析,并利用Matlab/Simulink做了仿真,为电机启动控制方案提供理论技术支持。(5)论文最后完成了软件主程序和各个模块程序设计和编写工作,并通过实际运行和测试,实验测试结果表明本系统达到了用户的预期设计要求。 【关键词】：推挽逆变 供电策略 SVPWM 电压空间矢量 智能功率模块
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S277.9;S214
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-15
• 1.1 光伏发电技术的应用概况11-13
• 1.1.1 光伏在国内外的发展状况11-12
• 1.1.2 光伏提水技术的发展12-13
• 1.1.3 异步电机控制技术的发展13
• 1.2 本课题的研究内容与意义13-14
• 1.3 本文的总体结构14-15
• 第二章 光伏水泵的系统组成与电机工作原理15-20
• 2.1 系统的结构组成15-19
• 2.1.1 光伏电池工作原理分析16-17
• 2.1.2 交流异步电机工作原理分析17-19
• 2.1.3 电机控制的关键技术19
• 2.2 本章小结19-20
• 第三章 交流水泵系统电机控制和启动策略20-36
• 3.1 异步电机特性20-23
• 3.2 交流水泵电机控制23-29
• 3.2.1 电压空间矢量24-26
• 3.2.2 SVPWM控制算法26-29
• 3.2.3 SVPWM调制优势29
• 3.3 最大功率点（MPPT）跟踪29-32
• 3.3.1 恒定电压法30
• 3.3.2 扰动观察法30-31
• 3.3.3 增量电导法31-32
• 3.4 交流异步电机启动方案32-35
• 3.4.1 全电压直接启动32
• 3.4.2 转子串电阻启动32-33
• 3.4.3 电流滞环分段启动33-35
• 3.5 本章小结35-36
• 第四章 系统供电充电管理策略36-43
• 4.1 辅助电源电路设计36-37
• 4.2 供电方式的选择37-38
• 4.3 蓄电池充电模块38-39
• 4.4 蓄电池充电管理策略研究39-42
• 4.4.1 恒流充电法39-40
• 4.4.2 恒压充电法40
• 4.4.3 均衡充电法40
• 4.4.4 两阶段和三阶段充电法40-41
• 4.4.5 四段式充电法41-42
• 4.5 本章小结42-43
• 第五章 系统主电路设计43-51
• 5.1 变频逆变控制模块设计43-45
• 5.1.1 储能电容选择43
• 5.1.2 功率模块的选择43-44
• 5.1.3 驱动电路44-45
• 5.2 信号检测电路45-47
• 5.2.1 电压检测电路45-46
• 5.2.2 电流检测电路46-47
• 5.3 硬件保护电路设计47-50
• 5.3.1 过压欠压保护47-48
• 5.3.2 打干溢出保护48
• 5.3.3 温度保护电路48-49
• 5.3.4 防反接防雷击保护49-50
• 5.4 本章小结50-51
• 第六章 系统软件设计51-59
• 6.1 STM32主控制器51
• 6.2 系统程序设计51-53
• 6.2.1 主程序设计52
• 6.2.2 中断服务程序设计52-53
• 6.3 主要控制子程序设计53-57
• 6.3.1 MPPT最大功率跟踪实现53-55
• 6.3.2 SVPWM软件实现55-56
• 6.3.3 电机启动实现56-57
• 6.4 软件异常监测57-58
• 6.5 本章小结58-59
• 第七章 系统仿真与调试测试59-67
• 7.1 脉宽调制与矢量控制技术数字实现59-62
• 7.2 系统调试和测试62-66
• 7.2.1 实验硬件62-63
• 7.2.2 实验数据和测试结果63-66
• 7.3 本章小结66-67
• 第八章 总结和展望67-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-72
• 硕士期间取得的研究成果72-73

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