基于SVPWM光伏水泵控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計

【摘要】：面對日益緊張的能源和生態(tài)環(huán)境問題，大力開拓可再生新能源勢在必行。太陽能以其清潔安全、開發(fā)前景廣泛等優(yōu)點(diǎn)，成為各國研究的焦點(diǎn)。光伏水泵系統(tǒng)作為太陽能應(yīng)用的重要領(lǐng)域，具有不消耗燃料、無污染、全自動以及可靠性高等許多優(yōu)點(diǎn)，對節(jié)約能源有很大的意義。因此研究光伏水泵系統(tǒng)，具有社會、經(jīng)濟(jì)以及生態(tài)環(huán)境等多方面的重要意義。 本文以光伏水泵控制系統(tǒng)為研究對象，通過研究其基本原理和結(jié)構(gòu)，提出系統(tǒng)的控制策略并仿真驗(yàn)證，同時對系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計實(shí)現(xiàn)，最后研制一臺實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，通過實(shí)驗(yàn)分析驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計的正確與合理性。 首先介紹了光伏水泵系統(tǒng)的原理和機(jī)構(gòu)，然后基于光伏陣列的特性分析建立了其仿真模型，并對比分析光伏水泵系統(tǒng)最大功率跟蹤的常用控制方法，提出本系統(tǒng)采取的變步長控制算法，建立了系統(tǒng)MPPT控制器的仿真模型。同時為提高系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率，對系統(tǒng)輸出的V-f曲線關(guān)系進(jìn)行了優(yōu)化和實(shí)現(xiàn)，使之與水泵特性曲線相適應(yīng)。利用直接數(shù)字合成技術(shù)提出了一種適用于單片機(jī)的SVPWM工程算法，實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)的變壓變頻（VVVF）控制。 接著設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了光伏水泵控制系統(tǒng)的整體硬件結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)采用三相異步電機(jī)作為水泵驅(qū)動電機(jī)，以高性能的SPMC75F2413A為主控制單元。詳細(xì)介紹了DC-DC推挽升壓部分的硬件參數(shù)設(shè)計和選擇方法，設(shè)計了DC-AC的硬件結(jié)構(gòu)，并介紹了相應(yīng)采樣保護(hù)的電路原理。最后分析系統(tǒng)的控制策略，編寫了系統(tǒng)控制的軟件代碼，包括SVPWM中斷程序、MPPT算法程序、PI調(diào)節(jié)的頻率給定實(shí)現(xiàn)以及保護(hù)程序等，并研制了一臺實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，驗(yàn)證了所設(shè)計系統(tǒng)具有良好的控制性能和穩(wěn)定性。 論文最后對本課題的研究進(jìn)行了總結(jié)，指出了其中的不足并對以后的研究工作做了進(jìn)一步展望。 【關(guān)鍵詞】：光伏水泵 SVPWM 最大功率跟蹤 變壓變頻
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TH38;TM615
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-14
• 1.1 本課題研究的背景及其意義10-11
• 1.2 光伏水泵系統(tǒng)的基本原理及結(jié)構(gòu)11-12
• 1.3 本課題研究的主要內(nèi)容12-14
• 第二章 光伏水泵系統(tǒng)的最大功率跟蹤14-27
• 2.1 光伏陣列輸出特性分析與仿真模型14-19
• 2.1.1 太陽電池的工作原理及等效電路14-15
• 2.1.2 光伏陣列特性分析15-17
• 2.1.3 光伏陣列的通用仿真模型17-19
• 2.2 最大功率點(diǎn)跟蹤原理及常用算法19-21
• 2.3 本課題采取的 MPPT 控制算法21-24
• 2.4 MPPT 仿真分析24-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 第三章 光伏水泵系統(tǒng)的變頻調(diào)速控制研究27-45
• 3.1 變頻逆變器輸出 V-f 關(guān)系的優(yōu)化控制27-31
• 3.1.1 異步電機(jī)的變頻調(diào)速27-29
• 3.1.2 逆變器輸出 V-f 曲線的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)29-31
• 3.2 空間矢量 SVPWM 的原理與實(shí)現(xiàn)31-42
• 3.2.1 SVPWM 的技術(shù)原理31-33
• 3.2.2 電壓空間矢量 SVPWM 的實(shí)現(xiàn)33-37
• 3.2.3 SVPWM 實(shí)現(xiàn)的仿真模型37-41
• 3.2.4 SVPWM 仿真分析41-42
• 3.3 基于 DDS 技術(shù)的 SVPWM 控制策略42-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 第四章 光伏水泵控制系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)45-61
• 4.1 系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計45
• 4.2 控制核心介紹45-46
• 4.3 DC-DC 變換器電路設(shè)計46-53
• 4.3.1 DC-DC 變換器主電路46-47
• 4.3.2 DC-DC 變換器各參數(shù)計算47-52
• 4.3.3 控制電路設(shè)計52-53
• 4.4 DC-AC 逆變部分53-56
• 4.4.1 逆變主電路結(jié)構(gòu)選擇54-55
• 4.4.2 智能功率模塊簡介及硬件結(jié)構(gòu)圖55-56
• 4.5 采樣檢測和保護(hù)電路設(shè)計56-59
• 4.6 輔助電源設(shè)計59-60
• 4.7 本章小結(jié)60-61
• 第五章 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)及軟件實(shí)現(xiàn)61-71
• 5.1 光伏水泵系統(tǒng)控制策略61-62
• 5.2 系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)62-70
• 5.2.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計62-63
• 5.2.2 SVPWM 中斷程序63-65
• 5.2.3 MPPT 算法程序65-66
• 5.2.4 數(shù)字 PI 控制器的實(shí)現(xiàn)66-67
• 5.2.5 系統(tǒng)保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)67-70
• 5.3 本章小結(jié)70-71
• 第六章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與工作展望71-76
• 6.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析72-75
• 6.2 總結(jié)與展望75-76
• 參考文獻(xiàn)76-81
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果81-82
• 致謝82-83
• 附件83

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