光伏水泵系统控制策略研究

【摘要】： 光伏水泵系统全自动地日出而作,日落而歇,维护简单方便,是理想的集经济性、可靠性和环保效益为一体的绿色能源产品。目前商品化光伏水泵的机泵系统效率相差很大,高至60%左右,低至10%左右。因此为提高光伏水泵系统扬水效率,使光伏阵列输出功率接近最大功率,使电机能根据光强的变化调节水泵转速,本文针对异步电机驱动的户用光伏水泵系统的应用特点,结合电机的矢量控制理论和TMPPT/PID双模控制算法,对该新型变频调速控制策略进行了理论分析和仿真及实验研究。本文的主要内容如下: 1.研究了光伏水泵系统结构、性能和应用特点,确定了以TMPPT/PID双模控制算法和矢量控制为核心的新型变频调速控制策略。 2.重点分析了矢量控制和电压空间矢量脉宽调制的基本原理、控制算法及TMS320LF2407A DSP的实现方法,基于此绘制出光伏水泵变频调速系统的矢量控制框图。 3.研究分析了光伏水泵系统各种最大功率跟踪控制算法的优缺点,提出了TMPPT/PID双模控制算法,并对该算法的可行性进行了仿真验证。 4.根据光伏水泵系统的应用特点,确定了主电路的结构,DC/DC部分采用推挽升压电路,DC/AC部分以IPM模块为核心。合理设计了以TMS320LF2407A DSP为控制核心的控制电路、光伏水泵特有的低速和打干保护电路。 5.对光伏水泵变频调速控制策略进行了仿真分析和实验研究,实验结果表明水泵能根据光强变化实现实时最大功率点跟踪和快速变频调速,调速过程有良好的动态性能。 【关键词】：光伏水泵 电压空间矢量 最大功率跟踪 矢量控制 TMPPT
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM615
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-17
• 1.1 课题研究背景和意义11-13
• 1.2 变频调速技术的发展13-15
• 1.3 本文的主要工作15-17
• 2 光伏水泵系统结构与工作原理17-25
• 2.1 常规光伏水泵系统结构的分析与比较18-20
• 2.2 本文采用的光伏水泵系统结构20-22
• 2.3 光伏水泵系统配置的估算方法22-23
• 2.3.1 峰值日射小时数的折算22
• 2.3.2 流量的估算22
• 2.3.3 光伏阵列组件的估算22-23
• 2.3.4 电机输出功率的估算23
• 2.4 本章小结23-25
• 3 光伏水泵系统最大功率跟踪控制技术的研究25-37
• 3.1 太阳能电池特性分析25-27
• 3.1.1 太阳能电池工作原理分析25
• 3.1.2 太阳能电池的电路特性25-26
• 3.1.3 影响太阳能电池特性的因素26-27
• 3.2 最大功率点跟踪原理27-29
• 3.3 最大功率点跟踪控制方法的研究29-31
• 3.4 TMPPT/PID 双模控制策略研究31-36
• 3.4.1 TMPPT 控制算法31-32
• 3.4.2 TMPPT/PID 双模控制算法32-33
• 3.4.3 TMPPT/PID 双模控制算法仿真分析33-36
• 3.5 本章小结36-37
• 4 光伏水泵系统变频调速控制策略研究37-55
• 4.1 光伏水泵系统变频调速原理分析37-38
• 4.2 变频逆变器输出 V-f 关系的优化控制38-42
• 4.2.1 常规 V / f= const 控制法38-40
• 4.2.2 V-f 优化曲线的实现40-41
• 4.2.3 V-f 优化直线的近似实现41-42
• 4.3 空间电压矢量调制原理42-48
• 4.4 光伏水泵异步电机的矢量控制方案48-53
• 4.4.1 坐标变换48-50
• 4.4.2 矢量控制系统常用方案50-51
• 4.4.3 异步电机的转子磁场定向矢量控制方案51-52
• 4.4.4 光伏水泵异步电机变频矢量控制研究52-53
• 4.5 本章小结53-55
• 5 光伏水泵系统硬件电路的设计55-67
• 5.1 主电路的结构55
• 5.2 DC/DC 推挽升压电路55-61
• 5.2.1 推挽升压电路结构56-57
• 5.2.2 DC/DC 变换器各元件参数计算57-60
• 5.2.3 推挽变换器控制电路的设计60-61
• 5.3 DC/DA 变换器的设计61-63
• 5.3.1 逆变器核心芯片选型61-62
• 5.3.2 光伏水泵变频逆变器的结构62-63
• 5.4 控制器核心 DSP 的选型63-64
• 5.5 辅助电源设计64
• 5.6 采样电路设计64-66
• 5.6.1 光伏阵列电压采样电路64-65
• 5.6.2 光伏阵列电流采样电路65
• 5.6.3 水井水位检测电路65-66
• 5.7 本章小结66-67
• 6 光伏水泵系统的软件设计和实验结果分析67-89
• 6.1 光伏水泵系统控制策略67
• 6.2 光伏水泵系统的软件设计67-73
• 6.2.1 系统主程序67-68
• 6.2.2 TMPPT/PID 最大功率点跟踪子程序68-69
• 6.2.3 转子磁链位置的计算69-70
• 6.2.4 SVPWM 中断程序70-72
• 6.2.5 光伏水泵保护子程序72-73
• 6.3 光伏水泵系统矢量控制仿真73-83
• 6.4 光伏水泵系统变频调速控制策略的仿真83-85
• 6.5 实验结果分析85-86
• 6.6 本章小结86-89
• 7 结论与工作展望89-91
• 7.1 结论89
• 7.2 进一步工作展望89-91
• 参考文献91-95
• 附录Ⅰ光伏阵列伏安特性测量数据95-96
• 附录Ⅱ光伏阵列仿真 M 函数96-97
• 作者简历97-98
• 学位论文数据集98

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