具有光伏水泵控制功能的通用变频装置研制

【摘要】： 光伏水泵系统经过几十年的发展，已经成为太阳能光伏应用领域的一个重要分支，其具有的巨大社会效益和经济效益受到社会越来越多的关注。但是目前，光伏水泵系统中用到的变换器以专用、小功率为主，这些专用、小功率变换器功能单一，市场占有率低，成本较高，势必会影响光伏水泵系统的发展。占中、小功率绝大部分市场的通用变频器虽然技术成熟、工艺先进、成本低且可靠性高，产品也实现了系列化，但是不能直接应用于光伏水泵系统。本文针对光伏水泵系统应用特点，结合通用变频原理，研制了一台具有光伏水泵控制功能的通用变频装置。具体讲，本文的主要内容如下： 1．通过对通用变频器和光伏水泵系统的结构和应用特点的研究，设计了具有光伏水泵控制功能的通用变频装置的实现方案，确定了系统的功能、性能指标和主电路、控制电路结构。 2．详细分析了电压空间矢量(SVPWM)的基本原理和算法，并采用优化分段同步调制技术对该算法进行了软件实现； 3．根据光伏水泵系统的应用特点，详细分析了CVT(Constant Voltage Tacking)和TMPPT(True Maximum Power Point Tracking)这两种光伏阵列最大功率点跟踪方法的原理和优缺点，并深入探讨了这两种方法在通用变频装置中的实现。 4．综合通用变频系统和光伏水泵系统的应用特点，确定了系统的控制结构，采用模块化设计思想，对系统各功能模块进行了软件实现； 5．制作了容量为5.7KVA实验样机，给出了实验结果与分析，验证了设计方案的合理性和正确性。 【关键词】：通用变频器 电压空间矢量 恒压频比控制 光伏水泵 最大功率点跟踪 模块化设计
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TM921.51
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-7
• 致谢7-8
• 目录8-10
• 插图清单10-12
• 图表清单12-13
• 第一章 绪论13-16
• 1.1 课题研究背景和意义13
• 1.2 变频调速技术的发展13-15
• 1.3 本文主要工作15-16
• 第二章 通用变频器理论16-25
• 2.1 通用变频器特点16-17
• 2.2 通用变频器结构17-18
• 2.2.1 主电路17-18
• 2.2.2 控制电路18
• 2.3 通用变频器控制方式18-20
• 2.3.1 V/F控制原理19
• 2.3.2 V/F控制特点19-20
• 2.4 通用变频器脉宽调制方式20-25
• 2.4.1 SVPWM磁通正弦基本原理20-22
• 2.4.2 SVPWM算法分析22-24
• 2.4.3 SVPWM和SPWM调制方法比较24-25
• 第三章 通用变频器中光伏水泵控制功能的实现25-35
• 3.1 光伏水泵系统基本理论25-28
• 3.1.1 光伏水泵系统的组成25
• 3.1.2 光伏阵列特性25-26
• 3.1.3 光伏变换器主电路拓扑结构26
• 3.1.4 光伏阵列的最大功率点跟踪26-28
• 3.2 通用变频器中光伏水泵控制功能的实现28-32
• 3.2.1 CVT方式的实现28-29
• 3.2.2 TMPPT方式的实现29-31
• 3.2.3 打干和低日照保护的实现31-32
• 3.3 光伏水泵系统工程设计32-35
• 3.3.1 峰值日射小时数的折算32-33
• 3.3.2 流量的估算33
• 3.3.3 电机输出功率的估算33
• 3.3.4 阵列组件配置估算33-34
• 3.3.5 变频器容量选择34-35
• 第四章 系统硬件和软件设计35-48
• 4.1 系统基本结构35
• 4.2 主电路设计35-39
• 4.2.1 主电路形式及其工作原理35-36
• 4.2.2 主电路元器件及其参数选择36-39
• 4.3 控制电路设计39-42
• 4.3.1 DSP选型及其电源电路设计39-40
• 4.3.2 采样电路设计40-41
• 4.3.3 通信电路设计41-42
• 4.4 监控系统介绍42-44
• 4.4.1 监控系统的硬件结构42-43
• 4.4.2 监控系统主程序结构43
• 4.4.3 系统与监控系统间的通信协议43-44
• 4.5 本系统控制结构和软件设计44-48
• 4.5.1 系统控制框图44
• 4.5.2 系统主程序和中断程序设计44-45
• 4.5.3 SVPWM算法实现45-48
• 第五章 主要功能实现48-54
• 5.1 过载保护48-49
• 5.2 防失速保护49-50
• 5.3 内置数字PID调节器的实现50-53
• 5.4 直流制动功能的实现53-54
• 第六章 实验结果和展望54-63
• 6.1 实验用设备及主要设备参数55-56
• 6.2 通用变频控制实验56-59
• 6.3 光伏水泵控制实验59-62
• 6.4 进一步工作展望62-63
• 参考文献63-64

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