光伏水泵系统及其控制的研究

【摘要】： 光伏水泵系统是直接利用太阳电池光生伏打效应发电，之后通过一系列电力电子、电机、水机等控制及执行环节从而在江河湖泊或深井中实现提水的系统，该系统是光、机、电、控制技术等多学科交叉、结合的体现。随着太阳电池及电力电子技术的不断进步，全球光伏水泵的技术及应用也突飞猛进地在发展。本文着重在光伏水泵系统的构成、驱动方式、太阳电池阵列的最大功率跟踪、群控及优化控制、系统仿真等方面做了较为详细的理论分析和实验研究，并对光伏水泵系统的应用及今后拟进一步研究发展的方向作出了总结和展望。本文主要的研究内容如下： 1． 分析并比较了各种类型光伏水泵系统的结构、性能和特点。 2． 新型高效光伏水泵用驱动电机的控制研究。研究了适于直流、无刷、永磁、无位置传感器电机转子位置的检测方法；采用单片机实现了该种电机的运行控制，提高了系统在PWM调制时位置检测换相控制过程的抗干扰能力。 3．研究了直流无刷电机驱动之光伏水泵系统中最大功率跟踪过程的控制方式，探讨了系统运行的稳定性并采用单片机实现了经优化的最大功率跟踪控制。 4．研究了交流变频电机驱动之光伏水泵系统的拓朴结构、控制策略和方法，发展了SPWM变频控制的幅值补偿方法，产业化地实现了CVT和TMPPT控制以及系统必备的各种保护功能，进行了系统的稳定性分析。 5．提出了光伏水泵系统的群控概念及其相应的拓朴结构，研究了相应的优化控制策略，设计并实现了现场总线通讯技术，进一步提高了群控系统的灵活性及提水效率。 6．提出了光伏水泵系统的仿真方法、相应的程序及研究结果，对于不同光伏水泵系统的合理配置和优化运行具有良好的参考及指导作用。 7．研究了光伏水泵系统的多种智能保护措施并予实现，其中含井水打干自动识别保护系统；低速、过载、欠压保护系统；防雷保护系统等。 【关键词】：光伏水泵 直流永磁无刷无位置传感器电机 最大功率跟踪控制 群控系统 系统仿真 SPWM变频调速
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：TM61
【目录】：

• 英文摘要8-9
• 中文摘要9-10
• 致谢10-13
• 插图清单13-17
• 表格清单17-18
• 第一章 前言18-30
• 1.1 发展光伏水泵系统技术的意义19-20
• 1.2 光伏水泵系统的基本原理及结构20-22
• 1.3 光伏水泵系统的社会和经济效益22-26
• 1.4 本文的工作及创新点26-30
• 第二章 光伏水泵系统各组成部件30-49
• 2.1 光伏并网发电系统的分类30-38
• 2.2 系统的试验结果38-42
• 2.3 逆变器的主电路拓朴结构及调速方式42-44
• 2.4 光伏水泵系统的工作状况44-49
• 第三章 最大功率点跟踪控制技术的研究49-59
• 3.1 太阳电池阵列的伏安特性49-51
• 3.2 CVT式光伏水泵最大功率跟踪控制51-53
• 3.3 TMPPT光伏水泵最大功率点跟踪控制53-59
• 第四章 交流异步电机驱动的光伏水泵系统研究59-72
• 4.1 交流异步电机驱动之光伏水泵系统的构成方式59
• 4.2 高性能SPWM变频调速方式59-60
• 4.3 CVT及TMPPT最大功率点跟踪程序结构设计60-64
• 4.4 系统主电路的结构及参数64-66
• 4.5 系统的程序结构66-72
• 第五章 直流永磁无刷电机驱动之光伏水泵的研究72-95
• 5.1 直流无刷电机的工作原理及特点72-74
• 5.2 虚拟中点法直流无刷电机的反电势位置检测74-78
• 5.3 电子换相中的数字滤波和相位锁定78-83
• 5.4 电机的启动与同步运行83-85
• 5.5 80C196KC单片机控制系统硬件功能与程序结构的研究85-95
• 第六章 光伏水泵的集中群控系统95-106
• 6.1 群控系统的拓朴结构95-99
• 6.2 群控系统的控制原理99-106
• 第七章 光伏水泵系统的仿真与优化106-145
• 7.1 系统建模106-135
• 7.2 光伏水泵系统的优化配置135-145
• 第八章 结束语及今后工作展望145-158
• 8.1 系统的实验结果145-154
• 8.2 仿真结果与试验结果的比较154-156
• 8.3 今后进一步努力的设想156-158
• 作者在攻读博士学位期间发表的论文158

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