光伏水泵控制系统及最大功率跟踪研究

【摘要】： 水资源和电力资源是制约发展中国家农村和偏远干旱地区发展的重要因素,而这些地区往往拥有丰富的太阳能资源,因此,发展光伏技术并将其用于水泵系统,合理地开发地下水资源,将给这些地区带来巨大生态和经济效益。 本文在现有研究成果基础上,设计了一种基于数字信号处理器DSP56F8037的光伏水泵控制系统,该系统具备一定的智能保护功能。本文给出了光伏水泵控制系统的硬件电路,并提出了一种改进的无位置传感器无刷直流电机控制方法。文中根据DC/DC拓扑结构,提出一种改进的干扰观察法,使水泵系统与太阳能电池匹配,实现了光伏水泵系统的最大功率点跟踪。主要研究内容如下: 1、研究了传统的最大功率点跟踪算法和复杂的控制算法,分析比较了几种常用的最大功率点跟踪方法。 2、提出了整个系统的控制方案,重点讨论光伏水泵系统的最大功率点实现和无刷直流电机换相策略。 3、设计了光伏水泵控制系统的硬件电路及软件编程;完成了元件参数的选择、电路板的制作、元件的焊接及所有调试工作。 4、通过IR2130控制三相逆变电路驱动电机,着重研究反电动势过零点检测及校正;分析及其补偿了无位置传感器无刷直流电机的转子位置检测误差。 5、对样机实验测试,控制器能够实现无刷直流电机的准确换相,电机起动平稳,带动水泵正常运行。 6、通过实验研究,总结光伏水泵调速等相关问题,并对未来工作进行了展望。 【关键词】：光伏水泵 最大功率点跟踪 无刷直流电机 反电势检测
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 背景知识综述10
• 1.2 光伏系统的研究现状及发展趋势10-12
• 1.3 论文的研究意义12-13
• 1.4 本课题研究任务13-14
• 1.4.1 课题研究目标13
• 1.4.2 课题研究内容13-14
• 第二章 光伏水泵结构与原理14-21
• 2.1 光伏水泵基本结构与工作参数14-15
• 2.2 无刷直流电机工作原理与数学模型15-18
• 2.2.1 无刷直流电机工作原理15-17
• 2.2.2 无刷直流电机的数学模型17-18
• 2.3 光伏阵列输出特性18-21
• 2.3.1 太阳能电池的简化数学模型18-19
• 2.3.2 光伏阵列输出的伏安特性19
• 2.3.3 影响光伏阵列输出特性的因素19-21
• 第三章 光伏水泵控制系统方案及策略21-41
• 3.1 控制系统整体方案21
• 3.2 光伏阵列控制及最大功率点跟踪21-31
• 3.2.1 常见几种MPPT 算法22-27
• 3.2.2 本课题使用MPPT 算法27-29
• 3.2.3 光伏阵列控制的硬件电路29-31
• 3.3 无刷直流电机控制策略31-41
• 3.3.1 无位置传感器的无刷直流电机的转子位置检测31-33
• 3.3.2 反电势过零点检测的滞后移相角33-34
• 3.3.3 无位置传感器的无刷直流电机的起动34-36
• 3.3.4 无刷直流电机的PWM 控制策略36-39
• 3.3.5 无刷直流电机的转速控制39-41
• 第四章 光伏水泵控制系统硬件实现41-53
• 4.1 光伏水泵控制系统总体结构设计41-42
• 4.2 主控制单元DSP56F8037 介绍42-43
• 4.3 开关电源设计43-45
• 4.3.1 变压器原副边匝数45
• 4.3.2 变压器的绕制及气隙影响45
• 4.4 DC/DC 电路设计45-46
• 4.5 功率驱动电路设计46-47
• 4.6 三相逆变桥设计47-48
• 4.7 缓冲隔离器设计48-49
• 4.8 母线电流检测电路设计49-50
• 4.9 过零比较电路设计50-51
• 4.10 水位打干检测电路设计51-53
• 第五章 光伏水泵控制系统软件设计53-65
• 5.1 软件开发环境CodeWarrior 介绍53
• 5.2 主程序设计53-56
• 5.3 电机起动子程序56-57
• 5.4 电机转子切换与PWM 调制子程序57-60
• 5.5 过零点判断、滞后补偿子程序60
• 5.6 MPPT 算法子程序60-63
• 5.7 其他部分子程序63-65
• 第六章 实验结果及工作展望65-74
• 6.1 实验结果及分析65-71
• 6.2 总结与工作展望71-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-79
• 作者攻读硕士期间发表的文章79

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