基于SVPWM光伏水泵控制系统的研究与设计

【摘要】：面对日益紧张的能源和生态环境问题，大力开拓可再生新能源势在必行。太阳能以其清洁安全、开发前景广泛等优点，成为各国研究的焦点。光伏水泵系统作为太阳能应用的重要领域，具有不消耗燃料、无污染、全自动以及可靠性高等许多优点，对节约能源有很大的意义。因此研究光伏水泵系统，具有社会、经济以及生态环境等多方面的重要意义。 本文以光伏水泵控制系统为研究对象，通过研究其基本原理和结构，提出系统的控制策略并仿真验证，同时对系统的软硬件设计实现，最后研制一台实验样机，通过实验分析验证了系统设计的正确与合理性。 首先介绍了光伏水泵系统的原理和机构，然后基于光伏阵列的特性分析建立了其仿真模型，并对比分析光伏水泵系统最大功率跟踪的常用控制方法，提出本系统采取的变步长控制算法，建立了系统MPPT控制器的仿真模型。同时为提高系统的能量转换效率，对系统输出的V-f曲线关系进行了优化和实现，使之与水泵特性曲线相适应。利用直接数字合成技术提出了一种适用于单片机的SVPWM工程算法，实现水泵电机的变压变频（VVVF）控制。 接着设计并实现了光伏水泵控制系统的整体硬件结构，系统采用三相异步电机作为水泵驱动电机，以高性能的SPMC75F2413A为主控制单元。详细介绍了DC-DC推挽升压部分的硬件参数设计和选择方法，设计了DC-AC的硬件结构，并介绍了相应采样保护的电路原理。最后分析系统的控制策略，编写了系统控制的软件代码，包括SVPWM中断程序、MPPT算法程序、PI调节的频率给定实现以及保护程序等，并研制了一台实验样机进行实验结果分析，验证了所设计系统具有良好的控制性能和稳定性。 论文最后对本课题的研究进行了总结，指出了其中的不足并对以后的研究工作做了进一步展望。 【关键词】：光伏水泵 SVPWM 最大功率跟踪 变压变频
【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
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 本课题研究的背景及其意义10-11
• 1.2 光伏水泵系统的基本原理及结构11-12
• 1.3 本课题研究的主要内容12-14
• 第二章 光伏水泵系统的最大功率跟踪14-27
• 2.1 光伏阵列输出特性分析与仿真模型14-19
• 2.1.1 太阳电池的工作原理及等效电路14-15
• 2.1.2 光伏阵列特性分析15-17
• 2.1.3 光伏阵列的通用仿真模型17-19
• 2.2 最大功率点跟踪原理及常用算法19-21
• 2.3 本课题采取的 MPPT 控制算法21-24
• 2.4 MPPT 仿真分析24-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 光伏水泵系统的变频调速控制研究27-45
• 3.1 变频逆变器输出 V-f 关系的优化控制27-31
• 3.1.1 异步电机的变频调速27-29
• 3.1.2 逆变器输出 V-f 曲线的优化实现29-31
• 3.2 空间矢量 SVPWM 的原理与实现31-42
• 3.2.1 SVPWM 的技术原理31-33
• 3.2.2 电压空间矢量 SVPWM 的实现33-37
• 3.2.3 SVPWM 实现的仿真模型37-41
• 3.2.4 SVPWM 仿真分析41-42
• 3.3 基于 DDS 技术的 SVPWM 控制策略42-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第四章 光伏水泵控制系统硬件实现45-61
• 4.1 系统硬件总体结构设计45
• 4.2 控制核心介绍45-46
• 4.3 DC-DC 变换器电路设计46-53
• 4.3.1 DC-DC 变换器主电路46-47
• 4.3.2 DC-DC 变换器各参数计算47-52
• 4.3.3 控制电路设计52-53
• 4.4 DC-AC 逆变部分53-56
• 4.4.1 逆变主电路结构选择54-55
• 4.4.2 智能功率模块简介及硬件结构图55-56
• 4.5 采样检测和保护电路设计56-59
• 4.6 辅助电源设计59-60
• 4.7 本章小结60-61
• 第五章 系统控制结构及软件实现61-71
• 5.1 光伏水泵系统控制策略61-62
• 5.2 系统的软件实现62-70
• 5.2.1 系统主程序设计62-63
• 5.2.2 SVPWM 中断程序63-65
• 5.2.3 MPPT 算法程序65-66
• 5.2.4 数字 PI 控制器的实现66-67
• 5.2.5 系统保护功能的实现67-70
• 5.3 本章小结70-71
• 第六章 实验结果与工作展望71-76
• 6.1 实验结果与分析72-75
• 6.2 总结与展望75-76
• 参考文献76-81
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果81-82
• 致谢82-83
• 附件83

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