基于數字信號控制器(DSC)光伏水泵變頻器的研究

0 引言

我國西部偏遠地區仍有上百萬農牧民無電力供應，而且該地區氣候干旱，土地荒漠化，草原退化情況越來越嚴重，采用光伏水泵系統合理地開發地下水資源，對于解決該地區的飲水和農業用水問題，改善生態環境，具有重要意義。而光伏水泵技術的核心是專用變頻器的設計，如何設計和太陽電池陣列相匹配，具備太陽電池最大功率點跟蹤及光伏水泵系統特有的各種保護功能的變頻器，是本文重點。

1 系統組成及工作原理

1.1 光伏水泵系統的結構圖

由圖1可知，系統利用太陽電池陣列將太陽能直接轉變成電能。經過DC/DC升壓，和具有TMPPT功能的變頻器后輸出三相交流電壓驅動交流異步電機和水泵負載，完成向水塔儲水功能。其中主要包括4部分：太陽電池陣列;具有TMPPT功能的變頻器;水泵負載;儲水裝置。

1.2 變頻器主電路及硬件構成

本系統所采用的主電路及硬件控制框圖如圖2所示。主電路DC/DC部分采用性能優越的推挽正激式電路進行升壓;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，系統控制核心由16位數字信號控制器dsPIC30F2010構成。外圍控制電路包括陣列母線電壓檢測和水位打干檢測電路。系統首先通過初始設置的工作方式和PI參數工作，然后由MPPT子程序實時搜索出的電壓值作為內環CVT的給定，通過PI調節得到工作頻率值，計算出PWM信號的占空比，實現光伏陣列的真正最大功率跟蹤(TMPPT)，并保持異步電機的V/f比為恒值。系統將MPPT和逆變器相結合，利用ASIPM模塊自帶的故障檢測功能進行檢測和保護，結構簡單，控制方便。