基于數(shù)字信號(hào)控制器(DSC)光伏水泵變頻器的研究

設(shè)計(jì)了一種基于數(shù)字信號(hào)控制器(DSC)結(jié)構(gòu)的光伏水泵系統(tǒng)。系統(tǒng)以Mimochip公司最新推出的dsPIC30F2010芯片為核心，采用一種實(shí)用的最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)控制方式,實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)電池的真正的最大功率跟蹤(TMPPT)功能；系統(tǒng)主電路DC／DC部分采用結(jié)構(gòu)新穎的推挽正激電路,DC／AC部分采用具有完善保護(hù)功能的一體化智能功率模塊(ASIPM)。實(shí)踐證明該系統(tǒng)具有體積小,重量輕，運(yùn)行可靠穩(wěn)定等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：變頻器；太陽(yáng)能光伏陣列；推挽正激；恒定電壓跟蹤；最大功率點(diǎn)跟蹤：光伏水泵

0 引言
我國(guó)西部偏遠(yuǎn)地區(qū)仍有上百萬(wàn)農(nóng)牧民無(wú)電力供應(yīng)，而且該地區(qū)氣候干旱，土地荒漠化，草原退化情況越來(lái)越嚴(yán)重，采用光伏水泵系統(tǒng)合理地開(kāi)發(fā)地下水資源，對(duì)于解決該地區(qū)的飲水和農(nóng)業(yè)用水問(wèn)題，改善生態(tài)環(huán)境，具有重要意義。而光伏水泵技術(shù)的核心是專用變頻器的設(shè)計(jì)，如何設(shè)計(jì)和太陽(yáng)電池陣列相匹配，具備太陽(yáng)電池最大功率點(diǎn)跟蹤及光伏水泵系統(tǒng)特有的各種保護(hù)功能的變頻器，是本文重點(diǎn)。

1 系統(tǒng)組成及工作原理
1．1 光伏水泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖
由圖1可知，系統(tǒng)利用太陽(yáng)電池陣列將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)變成電能。經(jīng)過(guò)DC／DC升壓，和具有TMPPT功能的變頻器后輸出三相交流電壓驅(qū)動(dòng)交流異步電機(jī)和水泵負(fù)載，完成向水塔儲(chǔ)水功能。其中主要包括4部分：太陽(yáng)電池陣列；具有TMPPT功能的變頻器；水泵負(fù)載；儲(chǔ)水裝置。

1．2 變頻器主電路及硬件構(gòu)成
本系統(tǒng)所采用的主電路及硬件控制框圖如圖2所示。主電路DC／DC部分采用性能優(yōu)越的推挽正激式電路進(jìn)行升壓；DC／AC部分采用三相橋式逆變電路。主功率器件采用ASIPM(一體化智能功率模塊)PS12036，系統(tǒng)控制核心由16位數(shù)字信號(hào)控制器dsPIC30F2010構(gòu)成。外圍控制電路包括陣列母線電壓檢測(cè)和水位打干檢測(cè)電路。系統(tǒng)首先通過(guò)初始設(shè)置的工作方式和PI參數(shù)工作，然后由MPPT子程序?qū)崟r(shí)搜索出的電壓值作為內(nèi)環(huán)CVT的給定，通過(guò)PI調(diào)節(jié)得到工作頻率值，計(jì)算出PWM信號(hào)的占空比，實(shí)現(xiàn)光伏陣列的真正最大功率跟蹤(TMPPT)，并保持異步電機(jī)的V／f比為恒值。系統(tǒng)將MPPT和逆變器相結(jié)合，利用ASIPM模塊自帶的故障檢測(cè)功能進(jìn)行檢測(cè)和保護(hù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便。