具有光伏水泵控制功能的新型变频调速系统研究

论文摘要

光伏水泵系统是太阳能光伏应用领域的一个重要分支,它巨大的社会效益和经济效益越来越多地受到社会的关注。目前,光伏水泵系统中用到的变换器功能单一,市场占有率低,成本较高,这影响了光伏水泵系统的发展。本文针对光伏水泵系统的应用特点,结合电压空间矢量PWM技术(以下简称SVPWM)和感应电机转子磁场定向矢量控制系统原理,对一种调速性能好、具有光伏水泵控制功能的新型变频调速系统进行了研究。SVPWM技术将逆变器和感应电机视为一体。采用SVPWM技术的变频器具有输出转矩脉动量低、直流电压利用率高、开关损耗小、高速调速性能好等优点,适用于高性能电机调速系统。首先,本文从研究SVPWM优化调制方法出发,总结出了三种开关损耗小、适用于高频化逆变器的优化开关模式。其次,本文对SVPWM电压源逆变器应用于感应电机矢量控制系统进行探讨,实现了一种算法简单、应用方便的SVPWM电压源供电型感应电机转子磁场定向矢量控制方案。然后,根据光伏水泵系统的应用特点,详细分析了CVT(Constant Voltage Tracking)和TMPPT(True Maximum Power Point Tracking)两种光伏阵列最大功率点跟踪方法的原理和优缺点,并深入探讨了这两种方法在感应电机转子磁场定向矢量控制系统中的具体实现方法。最后,本文综合SVPWM电压源型感应电机转子磁场定向矢量控制系统和光伏水泵系统的应用特点,设计了一种具有光伏水泵控制功能的新型变频调速系统的控制方案,并对系统进行了空载和负载仿真实验。仿真实验表明:采用本文所提的控制方案,CVT最大功率工作点电压调节快,稳定无震荡,具有较好的动态响应性能和带负载能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 变频调速技术的发展现状
• 1.2.1 电力电子变换器的发展现状
• 1.2.2 数字控制技术的发展现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 通用变频器理论及优化SVPWM 开关模式
• 2.1 通用变频器结构
• 2.1.1 主电路
• 2.1.2 控制电路
• 2.2 通用变频器控制方式
• 2.3 通用变频器脉宽调制方式
• 2.4 电压空间矢量PWM 调制技术及其优化开关模式
• 2.4.1 SVPWM 调制的基本原理
• 2.4.2 SVPWM 的优化开关模式
• 第3章 基于改进SVPWM 技术的感应电机矢量控制方案
• 3.1 感应电机的恒压频比控制及其改进措施
• 3.2 感应电机的矢量控制方案
• 3.2.1 感应电机的矢量控制
• 3.2.2 感应电机转子磁场定向原则
• 3.2.3 电压源逆变器供电的感应电机转子磁场定向控制研究现状
• 3.2.4 一种简易的感应电机转子磁场定向控制系统
• 第4章 变频调速系统中光伏水泵控制功能的实现
• 4.1 光伏水泵系统基本理论
• 4.1.1 光伏水泵系统的组成
• 4.1.2 光伏阵列特性
• 4.1.3 光伏变换器主电路拓扑结构
• 4.1.4 光伏阵列的最大功率点跟踪
• 4.2 变频调速系统中光伏水泵控制功能的实现
• 4.2.1 CVT 方式的实现
• 4.2.2 TMPPT 方式的实现
• 4.2.3 打干和低日照保护的实现
• 4.3 光伏水泵系统工程设计
• 4.3.1 峰值日射小时数的折算
• 4.3.2 流量的估算
• 4.3.3 电机输出功率的估算
• 4.3.4 阵列组件配置估算
• 4.3.5 变频器容量选择
• 第5章 系统结构及主要功能实现
• 5.1 系统基本结构
• 5.2 主电路设计
• 5.2.1 主电路形式及其工作原理
• 5.2.2 主电路元器件及其参数选择
• 5.3 控制电路设计
• 5.3.1 DSP 选型及其电源电路设计
• 5.3.2 采样电路设计
• 5.3.3 通信电路设计
• 5.4 监控系统介绍
• 5.4.1 监控系统的硬件结构
• 5.4.2 监控系统主程序结构
• 5.4.3 系统与监控系统间的通信协议
• 5.5 系统控制结构和软件设计
• 5.5.1 系统控制框图
• 5.5.2 系统主程序和中断程序设计
• 5.5.3 感应电机转子磁通矢量控制系统的软件实现
• 5.5.4 SVPWM 算法实现
• 5.6 主要功能实现
• 5.6.1 过载保护
• 5.6.2 防失速保护
• 5.6.3 内置数字PID 调节器的实现
• 5.6.4 直流制动功能的实现
• 第6章 系统仿真
• 6.1 转速指令给定的转子磁链定向矢量控制系统仿真
• 6.2 具有太阳能CVT 跟踪控制功能的转子磁链定向矢量控制系统仿真
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录