專利名稱：用于太陽能光伏水泵的變頻器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種變頻器，特別是一種涉及用于太陽能光伏水泵的變頻器。
背景技術：
因受技術、經濟條件制約致使常規電網無法到達的沙漠、海島、偏遠山區等地區， 居民和牲畜的日常飲用水、灌溉用水的提取相當困難。而太陽能光伏水泵的出現和推廣應 用為該問題的解決提供了一條很好的途徑。但由于目前的光伏水泵通常是基于直流系統 的，需要設計專用的直流無刷電機及相應的專用直流控制器，成本相對較高。已經問世的光 伏水泵技術瓶頸較為明顯，其技術相對傳統交流無刷水泵相當落后，實踐表明這些產品在 實際應用中具有很大的缺陷，其對水質的要求也很高，無法應用于沙漠農業和高原地區水 質。同時其價格昂貴，很難在農業生產和生活中推廣。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題在于，提供一種實現對光伏陣列的最大功率點跟 蹤(MPPT)的控制、同時實現在不同日照條件下的光伏水泵的變頻調速功能、解決日照強度 突變情況下的系統穩定運行控制問題用于太陽能光伏水泵的變頻器。為解決上述技術問題，本實用新型采用以下技術方案一種用于太陽能光伏水泵 的變頻器，包括有數據運算模塊，其特征是還包括有MPPT控制模塊、變頻調速控制模塊，所 述MPPT控制模塊控制光伏陣列在任何日照條件和溫度條件下始終以最大功率輸出，所述 變頻調速控制模塊根據MPPT控制模塊的頻率輸出完成對交流異步電機的調速控制，所述 變頻調速控制模塊中對日照強度上升和日照強度下降時分別采用不同的比例系數和積分 系數，并對誤差采取限幅控制。做為一種改進，包括有打干保護模塊。做為一種改進，將打干保護模塊啟動次數設定大于5次，每兩次重啟的時間間隔 按啟動次數依次增加。做為一種改進，將打干保護模塊啟動次數設定為7次，每兩次重啟的時間間隔按 啟動次數的順序設定為5分鐘、10分鐘、15分鐘、30分鐘、1小時、2小時、3小時。本實用新型用于太陽能光伏水泵的變頻器包括MPPT控制模塊、變頻調速控制模 塊，MPPT控制模塊主要完成對光伏陣列的最大功率點跟蹤(MPPT)的控制，保證光伏陣列始 終可以輸出其最大功率；變頻調速控制模塊根據在不同日照能量條件下光伏陣列輸出能量 的不同完成對交流異步電機的變頻調速控制，同時保證在日照強度突變情況下的系統穩定 性。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步的描述。
圖1為本實用新型用于太陽能光伏水泵的變頻器的系統結構示意圖；[0011]圖2為本實用新型部件變頻調速控制模塊控制原理結構示意圖；圖3為本實用新型部件打干保護模塊的邏輯示意圖。
具體實施方式
如圖1、圖2、圖3所示，一種用于太陽能光伏水泵的變頻器的具體實施方式
，包括 有數據運算模塊1、MPPT控制模塊2、變頻調速控制模塊3。數據運算模塊1包括CPU單元、 A/D轉換單元、數據存儲單元、實時時鐘單元。CPU單元主要完成對數據的運算、外圍接口設 備的控制；A/D轉換單元負責將采樣電路采集到的交、直流電壓、電流等模擬量轉換為數字 量；存儲單元完成對系統運行過程中的重要參數和信息的存儲；實時單元為系統提供正確 的時間、日歷功能。還包括有其它的變頻器配套使用的模塊，都是公知技術，不再敘述。對常規電網供電的交流異步電機來說，當負載越大時，其所需要的供電電流越大， 這是由于電機的輸出轉矩要保持與負載轉矩的平衡。對于太陽能光伏水泵系統，當其可為 電機提供的交流電流越大時，其帶負載的能力也就越強。而光伏陣列的最大功率點也就對 應于其所能驅動的最大負載，同時也就對應于此時電機工作的最大交流電流。根據這一思 想，只要實時的檢測交流電流的大小，并通過對直流母線電壓給定值的不斷擾動，判斷交流 電流的變化即可完成對光伏陣列的MPPT控制，這種MPPT實現方式只需檢測一個參量，降低 了檢測參量的復雜程度，使得控制簡單高效。MPPT控制模塊2就是在這種設計思想的指導 下產生的，MPPT控制模塊2根據系統采集到的模擬量經過運算、判斷、并通過相應的硬件電 路執行等操作控制系統的直流電壓，使其工作于光伏陣列的最大功率點處，保證光伏陣列 在任何日照條件和溫度條件下始終以最大功率輸出。由于交流異步電機轉速滿足下式n=60f (I-S) /p(1)式中，ρ為異步電機極對數；S為異步電機轉差率。對于水泵類負載，轉差率s可由 下式計算S=Sn (f/fn)(2)式中，fn為異步電機的額定轉速；Sn為異步電機在額定負載下的轉差率。由于異 步電機在額定負載運行時轉差率不超過5%，又有f < fn，故S 0，因此異步電機轉速η與 其頻率f之間可近似為線性比例關系。由于在不同日照條件下，MPPT控制單元輸出的頻率 f是變化的，從而完成對交流異步電機的調速控制。變頻調速控制模塊先3計算由MPPT控 制模塊設定的直流母線電壓給定值與采樣得到的直流母線電壓的實際值之間的誤差Δ E， 經過PI (比例-積分)控制器得到電機的運行頻率f，再經過f-Μ轉換得到調制度M，最后 通過SVPWM算法計算各功率器件對應的PWM的大小，經過驅動模塊后控制功率模塊單元工 作，從而驅動電機運行。電機水泵系統是一個高階慣性系統，當日照變化緩慢時，由于系統 慣性環節的時間常數與日照變化的時間相比可以忽略，所以系統可平穩運行。但如有烏云 飄過或鳥群飛過等原因造成日照能量驟變時，則慣性環節的時間常數已不可忽略，此時若 系統響應過慢，輕則造成電機的震蕩運行、重則直接停機，如電機長時間在此狀態下運行， 勢必造成設備的損壞。本實用新型中為解決此問題，根據日照突變方向的不同采用了對PI 控制器進行了優化，對日照強度上升和日照強度下降時分別采用不同的比例系數Kp和積 分系數Ki，并根據日照突升變化范圍大小的不同，采取了對誤差Δ E的限幅控制，這樣就有效地避免了因日照驟然突升，定子頻率上升過快造成的定、轉子轉差過大，導致定子電流過 大，最終導致光伏陣列的輸出功率無法滿足此時的負載功率造成系統崩潰停機的狀況。 打干保護通常采用的是一種bang-bang控制方式，即在低水位點時，水泵停止運 行；高水位點時，水泵開始運行。傳統的打干保護需要三個液位傳感器及一套硬件電路共同 完成，這樣勢必增加系統的硬件成本。本實用新型中的打干保護模塊4優化控制過程，減少 硬件設施的投入，如圖3所示。具體思想是 首先，測出水泵在空載運行時的交流電流大小。其次，根據水泵在打干時為空載運行狀態，轉速最大(f ^ fn)、電機運行電流小 (lac ^ Iac_空載)這兩個條件去判斷系統是否已處于打干狀態。如符合條件，則需執行打 干停機保護，否則將繼續運行。最后，由于系統無液位傳感器，所以對液位恢復的判斷需要通過間隔一段時間后 再次啟動電機來進行。為防止水泵因在打干狀態下頻繁啟動造成過早磨損，同時又為了避 免因水位恢復未及時探知造成太陽能資源的浪費，打干保護模塊4啟動次數設定大于5次， 每兩次重啟的時間間隔按啟動次數依次增加。更佳的，將打干保護模塊4啟動次數設定為7次，每兩次重啟的時間間隔按啟動次 數的順序設定為5分鐘、10分鐘、15分鐘、30分鐘、1小時、2小時、3小時。同時加入晝夜 判斷單元，一旦判斷進入黑夜后，則不再重新啟動進行打干判斷，直至次日白天。
權利要求1.一種用于太陽能光伏水泵的變頻器，包括有數據運算模塊(1)，其特征是還包括有 MPPT控制模塊(2 )、變頻調速控制模塊(3 )，所述MPPT控制模塊(2 )控制太陽能光伏陣列在 任何日照條件和溫度條件下始終以最大功率輸出，所述變頻調速控制模塊(3)根據MPPT控 制模塊(2)的頻率輸出完成對交流異步電機的調速控制，所述變頻調速控制模塊(3)中對 日照強度上升和日照強度下降時分別采用不同的比例系數(Kp)和積分系數(Ki)，并對誤 差(ΔΕ)采取限幅控制。
2.根據權利要求1所述的用于太陽能光伏水泵的變頻器，其特征是還包括有打干保護 模塊(4)。
3.根據權利要求1或2所述的用于太陽能光伏水泵的變頻器，其特征是將打干保護模 塊(4)啟動次數設定大于5次，每兩次重啟的時間間隔按啟動次數依次增加。
4.根據權利要求3所述的用于太陽能光伏水泵的變頻器，其特征是將打干保護模塊 (4)啟動次數設定為7次，每兩次重啟的時間間隔按啟動次數的順序設定為5分鐘、10分 鐘、15分鐘、30分鐘、1小時、2小時、3小時。
5.根據權利要求2所述的用于太陽能光伏水泵的變頻器，其特征是所述打干保護模塊 (4)設置有晝夜判斷單元。
6.根據權利要求3所述的用于太陽能光伏水泵的變頻器，其特征是所述打干保護模塊 (4)設置有晝夜判斷單元。
7.根據權利要求4所述的用于太陽能光伏水泵的變頻器，其特征是所述打干保護模塊 (4)設置有晝夜判斷單元。
專利摘要本實用新型涉及一種用于太陽能光伏水泵的變頻器，包括有數據運算模塊、MPPT控制模塊、變頻調速控制模塊，MPPT控制模塊控制光伏陣列在任何日照條件和溫度條件下始終以最大功率輸出，變頻調速控制模塊根據MPPT控制模塊的頻率輸出完成對交流異步電機的調速控制，變頻調速控制模塊中對日照強度上升和日照強度下降時分別采用不同的比例系數和積分系數，并對誤差采取限幅控制，能根據在不同日照能量條件下光伏陣列輸出能量的不同完成對交流異步電機的變頻調速控制，同時保證在日照強度突變情況下的系統穩定性。
文檔編號G05F1/67GK201910767SQ20112000088
公開日2011年7月27日 申請日期2011年1月4日 優先權日2011年1月4日
發明者謝磊 申請人:浙江埃菲生能源科技有限公司