通用变频器在光伏水泵系统中的应用

　　1 引言

　　“光伏水泵系统”亦称“太阳能光电水泵系统”，其基本原理是利用半导体太阳能电池将太阳能直接转换为电能，然后驱动各类马达带动水泵从深井、江、河、湖、塘等水源提水。在一些中小功率的光伏水泵系统中，多采用直流无刷电动机作为驱动马达，但在一些较大功率的光伏水泵系统中亦不乏采用交流异步电动机作为驱动马达。在交流异步电动机作为驱动马达的场合，通常采用光伏水泵专用变频控制器进行控制。在利用光伏水泵专用型变频控制器时存在以下一些限制：用途比较单一、不是一种成型产品，制造工艺得不到保证、维修不方便等。这些限制都不利于光伏水泵的推广应用。为此，我们设计了一种以通用变频器代替光伏水泵专用变频控制器的光伏水泵控制系统。

　　2 光伏水泵系统的组成

　　光伏水泵系统通常由太阳能光伏阵列(以下简称光伏阵列)、水泵变频控制器和机泵组成， 其结构框图如图1所示。

　　与我们常见的以交流市电作为电源水泵系统不同的是，光伏水泵系统是以太阳能光伏阵列输出的直流电作为系统的电源供给。太阳能光伏阵列的输出是一种强烈非线性的直流电源，受日照、环境温度等气象条件影响很大。要想光伏水泵系统在任何日照、环境温度等条件下都能发挥当前光伏阵列输出功率的最大潜力，就需要一个能使电源和负载之间达到和谐、高效、稳定的工作状态的控制器。图1中的变频器即是实现该功能的，主要是实现mppt(最大功率点跟踪)、逆变和一些保护功能。机泵为系统的执行机构， 包括驱动电机和水泵，通过调节机泵的转速即可调整系统负载的大小。

　　3 系统的工作原理

　　太阳能光伏阵列是一种非线性的直流电源，它既非恒流源，也非恒压源，也不能为负载提供任意大的功率。但在日照一定的前提下，光伏阵列有一个最大输出功率点，如果系统工作时光伏阵列输出功率为该点对应的功率值，则系统此时工作在最佳状态。图2给出了不同日照强度s下太阳能光伏阵列的i-v曲线。

　　图2中：s为日照强度，单位为w/m2。a、b、c、d、e为对应的日照强度下光伏阵列的最大输出功率点。

　　在cvt式的mppt中，工程上可以近似认为不同日照强度下的最大输出功率点(如图2中的a、b、c、d、e点)逼近一条直线u=u*=const。也就是说只要光伏水泵系统运行过程中光伏阵列一直保持其输出电压为u*=const，就可以保证光伏阵列一直具有在当前日照下的最大功率输出。