1.5kW交流光伏水泵系统的研究

【摘要】：本文以三相交流光伏水泵为研究对象，对光伏系统数学模型、最大功率点跟踪方法、三相逆变电压调制策略、光伏水泵系统拓扑结构与控制策略、光伏水泵控制器软硬件设计等问题进行了深入研究。在异步电机的稳态数学模型的基础上，建立光伏系统各模块的数学模型，提出了一种简化的光伏水泵模型，为进一步提高光伏水泵系统的性能，以及系统结构到控制策略、降低成本、提高效率、最大功率追踪等方面提供有效的理论支撑。深入研究了光伏水泵的控制策略，提出了一种基于单片机的直接数字合成的分段同电压空间矢量脉冲宽度调制算法。为了提高异步电动机的效率，结合离心水泵的特点，推导出了不同电源频率时电动机最大效率所对应的转差率，由此给出电动机效率最优化的电源电压与频率的关系，还提出了可分段恒压频比曲线去拟合最优化曲线的工程方法方便获得电动机的最大效率。采用恒定直流电压的方法实现最大功率点跟踪，就电压闭环控制中PI控制器给出通用的设计方法。研究和设计了一套1.5kW的异步三相电机的光伏水泵控制系统，提出了相应的控制方法。为了提高系统的可靠性，逆变主电路采用了三菱公司的IPM（智能功率模块）模块，并设计了经济可靠的驱动和保护电路。控制保护核心芯片采用了凌阳公司生产的SPMC75F2413A单片机，设计完善的可靠、高效的软件算法流程。对光伏水泵系统进行实地测试，验证算法合理性和系统的可靠性，并给出了实验数据和波形。 【关键词】：光伏水泵 最大功率追踪 空间电压矢量 最优化
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH38;TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 研究现状和关键技术问题10-12
• 1.3 论文的主要工作12-13
• 第二章 交流光伏水泵系统建模与分析13-33
• 2.1 交流光伏水泵系统基本结构13-15
• 2.2 光伏阵列工作特性15-22
• 2.2.1 光伏电池工作原理15-16
• 2.2.2 光伏阵列数学模型16-18
• 2.2.3 最大功率跟踪18-22
• 2.3 水泵数学模型22-27
• 2.3.1 泵类选择22-23
• 2.3.2 离心水泵特性23-26
• 2.3.3 离心水泵数学模型26-27
• 2.4 三相异步电机特性27-31
• 2.5 本章小结31-33
• 第三章 光伏水泵系统控制策略33-50
• 3.1 电压空间矢量调制技术33-37
• 3.2 直接数字合成的电压空间矢量37-39
• 3.3 基于异步电机稳态模型的 VVVF 控制39-44
• 3.4 直流电压控制44-48
• 3.4.1 直流电压控制原理44-47
• 3.4.2 仿真结果47-48
• 3.5 本章小结48-50
• 第四章 光伏水泵控制器硬件设计50-60
• 4.1 总体硬件电路结构50
• 4.2 变频逆变设计50-54
• 4.2.1 储能电容选择50-51
• 4.2.2 智能功率模块的三相逆变51-54
• 4.2.3 主控制电路54
• 4.3 采样保护电路设计54-57
• 4.3.1 直流电压采样电路54-55
• 4.3.2 直流电流采样电路55-56
• 4.3.3 交流电流采样电路56
• 4.3.4 IPM 温度采样电路56
• 4.3.5 水位检测电路56-57
• 4.4 反激拓扑辅助电源57-58
• 4.5 人机交互界面58-59
• 4.6 本章小结59-60
• 第五章 光伏水泵系统软件设计60-69
• 5.1 系统主程序设计60-62
• 5.2 控制保护程序62-66
• 5.2.1 数字 PI 控制处理62-64
• 5.2.2 分段同步 SVPWM 控制64-66
• 5.2.3 系统保护66
• 5.3 通信程序66-67
• 5.4 人机交互界面程序67-68
• 5.5 本章小结68-69
• 第六章 实验结果69-76
• 6.1 实验结果69-75
• 6.2 本章小结75-76
• 总结与展望76-77
• 参考文献77-81
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果81-82
• 致谢82-83
• 答辩委员会对论文的评定意见83

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