1　引言

　　交流電動(dòng)機(jī)具有可靠、簡(jiǎn)單、廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。然而，目前市場(chǎng)上所售的多為普通通用變頻器，若直接把其用于光伏水泵系統(tǒng)中，不能很好地實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)功能，同時(shí)也不具備太陽電池的最大功率點(diǎn)跟蹤功能，造成太陽能電池容量和通用變頻器內(nèi)部資源的巨大浪費(fèi)。本文在充分利用通用變頻器內(nèi)部資源的基礎(chǔ)上，對(duì)普通通用變頻器進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了具有光伏水泵系統(tǒng)控制功能的通用變頻器。實(shí)驗(yàn)表明，改進(jìn)后的即通用變頻器即可以實(shí)現(xiàn)普通通用變頻器的通用功能，又能實(shí)現(xiàn)光伏水泵系統(tǒng)控制功能，同時(shí)降低了光伏水泵使用成本和維護(hù)費(fèi)用。

2　系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

　　變頻器系統(tǒng)的硬件電路一般分為兩大模塊:功率主電路和控制電路[1]。根據(jù)系統(tǒng)要求，綜合考慮各種方案并結(jié)合實(shí)際情況，本系統(tǒng)采用了如圖1所示的基本結(jié)構(gòu)。

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　　圖1　具有光伏水泵控制功能的通用變頻系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

　　從圖1可以看出，系統(tǒng)有四部分組成，分別是:光伏陣列、主電路模塊、控制電路模塊和水泵。與通用變頻器結(jié)構(gòu)相比，主電路模塊結(jié)構(gòu)區(qū)別在于輸入電源有兩種——交流電源和光伏陣列輸出的直流電源;控制電路模塊采用tms320lf2406a dsp數(shù)字信號(hào)處理器，和一般通用變頻器控制電路類似。在外圍控制電路上，除了pwm信號(hào)驅(qū)動(dòng)，電壓、電流等模擬信號(hào)采樣電路外，增加了直流母線電流檢測(cè)。在光伏水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)中，為了防止水位下降，引起光伏水泵系統(tǒng)“機(jī)–泵總成”部件干磨擦而遭致?lián)p壞，因此，具有光伏水泵控制功能的通用變頻系統(tǒng)除了具有一般通用變頻器保護(hù)功能外，還需要水位打干檢測(cè)保護(hù)功能。常用檢測(cè)方法有水位傳感器識(shí)別和自動(dòng)識(shí)別[2]，本文根據(jù)通用變頻器具有輸出電流采樣功能，采用了自動(dòng)識(shí)別水位過低而避免打干。

　　3　光伏水泵控制功能在通用變頻器中的實(shí)現(xiàn)

　　通用變頻器突出特點(diǎn)是功能齊全、通用性好，為了方便構(gòu)成閉環(huán)控制，現(xiàn)代的通用變頻器都內(nèi)置了pi數(shù)字調(diào)節(jié)器，利用通用變頻器內(nèi)置的pi數(shù)字調(diào)節(jié)器，可以方便的實(shí)現(xiàn)光伏陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤。

　　把光伏陣列引出線接在系統(tǒng)直流輸入端，如圖1所示連接，系統(tǒng)直流母線電壓即是光伏陣列輸出端電壓。對(duì)于光伏水泵系統(tǒng)，因水泵電機(jī)的輸出功率和轉(zhuǎn)速的三次方成正比，因此，光伏陣列的輸出負(fù)荷匹配可以直接通過改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)，即憑借pwm控制技術(shù)就可以直接調(diào)整太陽電池陣列的輸出功率，使光伏陣列的輸出功率始終跟蹤當(dāng)前日照和環(huán)境溫度下的最大值。

　　3.1　光伏陣列特性

　　在光伏水泵系統(tǒng)中，把太陽能光伏陣列輸出的直流電作為系統(tǒng)電源供給。太陽能光伏陣列電源有別于普通的直流電源，它具有較強(qiáng)的非線性特征，輸出最大功率受日照和環(huán)境溫度等氣象條件影響比較大。圖2給出了不同日照強(qiáng)度下，太陽能光伏陣列的i-v特性曲線和p-v特性曲線。圖2中s為日照強(qiáng)度，單位為瓦特每平米(w/ m2)。從光伏陣列的特性曲線可以看出光伏陣列既非恒壓源又非恒流源，而且不能給負(fù)載提供任意大的功率，是一種非線性直流電源。光伏陣列特性決定了應(yīng)用光伏陣列時(shí)的特殊控制要求——最大功率點(diǎn)跟蹤。

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　　圖2　不同日照強(qiáng)度下的i-v和p-v特性曲線