独立太阳能扬水系统专用变频器的开发

    3.4 控制电路的设计
    控制电路以富士通90f462控制芯片为核心，主要具备下列控制功能：
    （1）逆变控制功能。采用两相脉宽调制，在保证输出正弦波电流的同时，减小开关损耗。载波频率可调，出厂设置5khz。
    （2）最大功率点跟踪控制功能。根据实测的系统响应特性，为了保证最大功率跟踪功能的正常运行，同时使系统具有尽可能高的响应速度，合理的控制周期为数十毫秒。
    （3）全自动运行功能。根据太阳能电池阵列的电压，自动启动或停止系统运行，优化的启动控制减少了重复启动次数。
    （4）运行数据存储功能。为了便于对无人值守系统运行状态的监管，控制电路中设有日历和存储芯片，可以保存长达8年的运行数据，并通过操作面板或通讯端口调阅。
    （5）水位监控功能。设有多个水位传感器接口，监控蓄水池及深井水位，既防止蓄水池溢出，又防止水泵因空抽运行而过热损坏。
    （6）齐全的保护功能。包括欠压保护、过压保护、过流保护和模块过热保护等。 

4、实验系统及结果

    2004年7月，在清华大学深圳研究生院校园内建成两套完全相同的系统（图4）。每套系统的太阳能电池阵列的峰值功率2200w；变频器额定功率1500w,最高输出频率50hz；三相220v潜水泵的额定输入频率50hz，功率1500w，流量/扬程14（m3/h）/20m；设置4个高度（6、11、16、19m）的出水口用于对比实验。 
    图5为变频器的输出电流波形，5khz的开关频率保证了输出电流具有良好的正弦波形。
    图6为确认多重判据法跟踪特性的实验结果，输出功率曲线与光照强度曲线非常吻合，表明系统具有出色的跟踪特性。
    图7为采用混成最大功率跟踪控制的实验结果，在不同的天气状况下均表现良好，尤其在光照强度快速变化时，能够及时调整输出频率，有效控制直流电压，保证系统稳定运行。
    经2005年全年运行实验，变频器工作稳定，关键器件的温升均在允许范围内，每套系统全年累计发电1940kw·h，扬水15600m3（扬程11m）。
 

 

图4 独立太阳能扬水实验系统

 

 

图5 变频器输出电流波形

 

 

图6 多重判据法跟踪特性

 

 

图7 不同天气条件下的输出曲线

5、结束语

    开发的太阳能扬水专用变频器，性能稳定，可靠性高。采用混成最大功率点跟踪控制，能够满足无蓄电池独立太阳能扬水系统对动态控制特性的要求；全自动运行和数据存储功能，适用于偏远地区无人值守系统的运行与管理；良好的防护结构，保证在恶劣环境中正常使用。系列产品的额定功率从400w至11kw，将组织批量生产和市场推广。

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