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 VoltageTacking)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.

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致谢

第一章绪论

1.1课题研究背景和意义

1.2变频调速技术的发展

1.3本文主要工作

第二章通用变频器理论

2.1通用变频器特点

2.2通用变频器结构

2.2.1主电路

2.2.2控制电路

2.3通用变频器控制方式

2.3.1 V/F控制原理

2.3.2 V/F控制特点

2.4通用变频器脉宽调制方式

2.4.1 SVPWM磁通正弦基本原理

2.4.2 SVPWM算法分析

2.4.3 SVPWM和SPWM调制方法比较

第三章通用变频器中光伏水泵控制功能的实现

3.1光伏水泵系统基本理论

3.1.1光伏水泵系统的组成

3.1.2光伏阵列特性

3.1.3光伏变换器主电路拓扑结构

3.1.4光伏阵列的最大功率点跟踪

3.2通用变频器中光伏水泵控制功能的实现

3.2.1 CVT方式的实现

3.2.2 TMPPT方式的实现

3.2.3打干和低日照保护的实现

3.3光伏水泵系统工程设计

3.3.1峰值日射小时数的折算

3.3.2流量的估算

3.3.3电机输出功率的估算

3.3.4阵列组件配置估算

3.3.5变频器容量选择

第四章系统硬件和软件设计

4.1系统基本结构

4.2主电路设计

4.2.1主电路形式及其工作原理

4.2.2主电路元器件及其参数选择

4.3控制电路设计

4.3.1 DSP选型及其电源电路设计

4.3.2采样电路设计

4.3.3通信电路设计

4.4监控系统介绍

4.4.1监控系统的硬件结构

4.4.2监控系统主程序结构

4.4.3系统与监控系统间的通信协议

4.5本系统控制结构和软件设计

4.5.1系统控制框图

4.5.2系统主程序和中断程序设计

4.5.3 SVPWM算法实现

第五章主要功能实现

5.1过载保护

5.2防失速保护

5.3内置数字PID调节器的实现

5.4直流制动功能的实现

第六章实验结果和展望

6.1实验用设备及主要设备参数

6.2通用变频控制实验

6.3光伏水泵控制实验

6.4进一步工作展望

参考文献