基于DSP的光伏水泵系统研究

【摘要】：面对日益紧张的能源问题,发展新能源,实现经济可持续发展,已成为世界各国的共识。我国西北地区,太阳充足,但地下水资源得不到充分利用,这严重影响了该地区人们的生活质量。而光伏水泵的开发与使用是光能有效利用的一种方式,同时也能解决该地区人们的饮水问题。目前光伏水泵系统应用的瓶颈是效率太低,因此研究提高光伏水泵系统效率的控制策略显的很有必要。基于此,本文主要研究具有最大功率跟踪(MPPT)和变压变频(VVVF)功能的便携式小功率光伏水泵控制系统。 本文主要介绍了全桥高频升压整流电路、IPM逆变电路、以IR2100S为核心的驱动电路、以TMS320F2812为核心的控制电路。该系统采用基于空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)的变压变频(VVVF)控制,实现三相异步电机高性能运转、全数字控制。本文主要研究工作如下： 1、分析和比较了光伏水泵系统组成结构,确定了光伏水泵主电路结构。 2、详细分析了光伏水泵控制系统硬件设计以及元件参数选择。 3、深入研究了SVPWM调制原理和算法以及VVVF控制。VVVF主要是用来调速,目的是为了使得水泵运行在高效率下,并使得水泵的抽水流量更大。 4、深入研究了太阳能电池的输出特性,分析比较了几种常用的MPPT算法,结合其优缺点,提出了一种改进的定步长MPPT算法,使得光伏阵列输出最大功率,使得水泵电机获得更多的能量。 5、设计出一台容量为180W的样机,并进行实验验证,给出了实验波形。实验结果表明系统能够满足设计要求。 【关键词】：光伏水泵 最大功率跟踪 空间电压矢量脉宽调制 变压变频
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH38;TM615;TM343.2
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-8
• 第一章 绪论8-11
• 1.1 课题研究背景和意义8-9
• 1.2 课题研究现状及发展趋势9-10
• 1.3 课题研究主要内容10-11
• 第二章 光伏水泵系统结构与原理11-17
• 2.1 光伏水泵系统基本结构介绍11-12
• 2.2 光伏阵列输出特性12-15
• 2.2.1 太阳能电池的简化数学模型12-13
• 2.2.2 光伏阵列输出的伏安特性13-15
• 2.3 光伏水泵主电路结构分析与比较15-17
• 第三章 光伏水泵控制系统方案及策略17-32
• 3.1 控制系统整体方案17-18
• 3.2 DC/DC全桥变换器的PWM调制方式18-20
• 3.3 DC/AC逆变器的SVPWM调制方式20-25
• 3.3.1 磁通原理21
• 3.3.2 SVPWM生成原理21-25
• 3.3.3 SVPWM的优点25
• 3.4 VVVF原理及其控制介绍25-26
• 3.5 光伏水泵系统最大功率跟踪(MPPT)算法研究26-32
• 3.5.1 几种常用的最大功率跟踪算法26-29
• 3.5.2 本课题使用MPPT算法29-30
• 3.5.3 系统变压变频控制框图30-32
• 第四章 光伏水泵控制系统硬件电路设计32-46
• 4.1 光伏水泵控制系统硬件结构设计32
• 4.2 TMS320F2812介绍32-34
• 4.3 DC/DC电路设计34-36
• 4.3.1 DC/DC硬件电路介绍34
• 4.3.2 元器件选型34-36
• 4.4 功率驱动电路设计36-37
• 4.5 DC/AC电路设计37-39
• 4.6 母线电压电流检测电路设计39-40
• 4.7 IPM输入电压电流检测电路设计40-41
• 4.8 水位打干电路设计41-42
• 4.9 辅助电源设计42-45
• 4.10 继电器电路45-46
• 第五章 光伏水泵控制系统软件设计46-53
• 5.1 软件开发环境CCS3.3介绍46-47
• 5.2 主程序设计47-48
• 5.3 MPPT算法子程序48-50
• 5.4 SVPWM算法程序50-51
• 5.5 其他部分子程序51-53
• 第六章 实验结果及工作展望53-60
• 6.1 实验结果分析53-58
• 6.2 工作总结及展望58-60
• 参考文献60-64
• 致谢64-65
• 发表论文和科研情况说明65-66

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