具有光伏水泵控制功能通用变频器的研制

　　1　引言

　　随着社会经济的发展，我国面临着严峻的能源问题，新能源利用成为热点课题，而作为洁净的光能得到了广泛关注与应用。光伏水泵的开发与使用是光能有效利用的一种方式。但是光伏水泵系统的使用面临一些问题，主要是太阳电池造价昂贵，电池转换的效率较低，提高系统效率是研究工作的重点。采用直流电动机驱动光伏水泵可使系统效率得到提高，并改善水泵的启动性能，但直流电动机造价较贵，维护困难，难以在光伏水泵系统中推广应用。交流电动机具有可靠、简单、廉价等优点。然而，目前市场上所售的多为普通通用变频器，若直接把其用于光伏水泵系统中，不能很好地实现各种保护功能，同时也不具备太阳电池的最大功率点跟踪功能，造成太阳能电池容量和通用变频器内部资源的巨大浪费。本文在充分利用通用变频器内部资源的基础上，对普通通用变频器进行改进，实现了具有光伏水泵系统控制功能的通用变频器。实验表明，改进后的即通用变频器即可以实现普通通用变频器的通用功能，又能实现光伏水泵系统控制功能，同时降低了光伏水泵使用成本和维护费用。

　　2　系统基本结构

　　变频器系统的硬件电路一般分为两大模块:功率主电路和控制电路[1]。根据系统要求，综合考虑各种方案并结合实际情况，本系统采用了如图1所示的基本结构。

　　图1　具有光伏水泵控制功能的通用变频系统的基本结构

　　从图1可以看出，系统有四部分组成，分别是:光伏阵列、主电路模块、控制电路模块和水泵。与通用变频器结构相比，主电路模块结构区别在于输入电源有两种——交流电源和光伏阵列输出的直流电源;控制电路模块采用tms320lf2406a dsp数字信号处理器，和一般通用变频器控制电路类似。在外围控制电路上，除了pwm信号驱动，电压、电流等模拟信号采样电路外，增加了直流母线电流检测。在光伏水泵变频调速系统中，为了防止水位下降，引起光伏水泵系统“机–泵总成”部件干磨擦而遭致损坏，因此，具有光伏水泵控制功能的通用变频系统除了具有一般通用变频器保护功能外，还需要水位打干检测保护功能。常用检测方法有水位传感器识别和自动识别[2]，本文根据通用变频器具有输出电流采样功能，采用了自动识别水位过低而避免打干。

　　3　光伏水泵控制功能在通用变频器中的实现

　　通用变频器突出特点是功能齐全、通用性好，为了方便构成闭环控制，现代的通用变频器都内置了pi数字调节器，利用通用变频器内置的pi数字调节器，可以方便的实现光伏阵列的最大功率点跟踪。