, ） ./’&",=0*=)= 简单介绍 (>?@A?B>C 公 司 通 过 在 )- 位 单 片 机 内 巧 妙 地 添 加 !%’
功能， 使 (>?@A?B>C 的 ./’&",+0 系列数字信号控制器 （ !%"） 同 时 具 有 单 片 机（ ("D ） 的 控 制 功 能 以 及 数 字 信 号 处 理 器 （ !%’） 的计算能力和数据处理能力。因为它具有 !%’ 的功 能， 同时具有单片机的体积和价格， 所以本系统采用此芯片作
（ :33L.0CB.1A=-3?0.J.0=6AB?LL.G?AB= (1P?/= ’14DL? ） %&2?=/?5DLB= 3/1K?5=B2CB= B2?= 5<5B?M= 2C5=B2?= 02C/C0B?/.5B.05=1J= 5MCLL=K1LDM? ， L.G2B=
P?.G2B ，/DAA.AG=5BCN.L.B<=CA4=0/?4.N.L.B<% =&>?,*:( 6AK?/B?/ (21B1K1LBC.0=C//C< (D52+3DLL= 91/PC/4 &’((& (21B1K1LBC.0=3DM3
.#!!. 方式使太阳电池尽可能工作在最大功率点处，为负载
提供最大的能量。
56!2-:8=>878 对于提高系 统 运 行 速 度 ，改 善 系 统 性 能 起 着
重要作用。总之， 基于上述结构的光伏水泵控制器， 无论在结
%
系统的保护功能设计 过流和短路保护功能：由于 1%2!# 的下臂 234. 母线上
!
引言 我国西部偏远地区气候干旱，和水泵负载，完成向水 塔输水功能。
越来越严重， 采用光伏水泵系统合理地开发地下水资源， 对于 解决该地区的饮水和农业用水问题， 改善生态环境， 具有重要 意义。而光伏水泵技术的核心是专用变频器的设计， 如何设计 和太阳电池阵列相匹配， 具备太阳电池最大功率点跟踪及光伏 水泵系统特有的各种保护功能的变频器， 是我们研究的重点。
图* 主电路及硬件构成
为控制器。 其主要特点： 64! 采 样 速 度 快 且 多 通 道 可 以 同 时 采 样 ， 个独立、 互补、 中心对齐、 边 沿 对 齐 的 ’3( ， * 个可变成的死
阳光能源 !""# 年 $! 月刊
区， 在噪声环境下 E2 电源可正常工作， 最低工作电压 ,2， 64! 采样和 ’3(F 同期同步。
技术交流
地球
地球太阳能
弦， !"#$ 技术得到不断完善。空间电压矢量调制算法是利用 磁通正弦原理的一种 !"# 方法，与常规 !"# 相比直流电 压利用率有很大提高， 还减少了电流谐波失真， 并更易于数字 化实现。 电压空间矢量 !"# 技术是一种磁链轨迹法，是从电 机 的角度出发， 目的在于使交流电机产生圆形磁场。它是以三相 对称正弦波电源供电时交流电机产生的理想磁链圆为基准， 通过选择功率器件的不同开关模式，使电机的实际磁链尽可 能逼近理想磁链圆， 从而生成 %!"# 波。通过理论分析可以 得 到 ：空 间 电 压 矢 量 算 法 %&!"# 与 传 统 的 %!"# 控 制 相 对于光伏水泵而言， 比， 其直流电压的利用率提高了 ’()*+, ， 由于太阳能的利用本来就低， 效率的提高显得尤为重要。
&’((& 光伏水泵
$%& ’&(&)*+% ,- .%,/,0,1/)2+ .345267 860&*/&* 9)(&:
;<=>?=@?ABC1" ，-D=E.CA2D.=CA4=F2CAG=HD1/1AG ;<(/*)+/ @?=4?5.GA?4=C=I.A4=1J=321B1K1LBC.0=3DM3.AG=5<5B?M= NC5?=1A=4.G.BCL=5.GACL=01AB/1LL?/（ )-*） %&2?=5<5B?M= D5?5=B2?=
串有采样电阻， 所以通过检测母线电流可以实现保护功能。当 检测电流值超过给定值时，被认为过流或短路，此时下桥臂 同时输出故障信号， 234. 门电路被关断， 56!2- 检测到此信号 时封锁 !"# 脉冲进一步保护后级电路。 欠压保护功能： 1%2!# 通过检测下桥臂的控制电源电压， 如果电源电压连续低于给定 电 压 789%，则 下 桥 臂 各 相 234. 均被关断， 同时输出故障信号， 在故障期间， 下桥臂 : 相 234. 的门极均不接受外来信号。
&
结束语 本 系 统 ;-< ;- 环 节 采 用 的 推 挽 正 激 式 电 路 在 性 能 、 经
济 等 方 面 优 于 传 统 的 拓 扑 结 构 ，非 常 适 用 于 光 伏 水 泵 系 统 。 提高 ;-< 1- 环 节 采 用 最 新 的 1%2!# 模 块 大 大 简 化 了 电 路 ， 了系统的可靠性。控制策略上采用了空间电压矢量算法和 提高了系统效率、 简化了系统 .# !!. 最 大 功 率 点 跟 踪 控 制 ， 结构，同时本系统还采用了数字信号控制器 （ ;%-）
但驱动复杂而且成本也较高， 推挽电路驱动不需隔离， 原边工 作电压就是直流侧输入电压，因此比较适合输入电压较低的 场合， 但是偏磁问题又是无法回避的， 功率管的参数差异和变 压器的绕制工艺都有可能使推挽电路工作在一种不稳定状 态。基于诸多因素的考虑， 本系统采用了结构新颖的推挽正激 式电路， 此电路拓扑不仅克服了偏磁问题， 而且闭环控制也比 较容易 （ 二阶系统） 。
C=5.M3L?= 3/C0B.0CL=01AB/1L= M?B214= 1J= 51LC/=C//C<=MCO.MDM= 02.3=1J= 45(6*789,8!8=B2CB= B2?= 01M3CA<=1J= ’.0/102.3= /?L?C5?4=LCB?L< ， 31P?/= 31.AB= B/C0I.AG=.5=C413B?4 ， 51=B2CB= B2?= MCO.MDM= 31P?/= 31.AB= B/C0I.AG=01AB/1L= 1J= B2?= 5<5B?M= .5=/?CL.Q?4%= &2?=5<5B?M= MC.A= 0./0D.B= )*+)*= 3C/B= D5?5= C= A1K?L= (D52+3DLL= 91/PC/4= 0./0D.B ， )*+:*= 3C/B= C413B5= B2?= :-6(’= P.B2= 3?/J?0B= 3/1B?0B.1A= JDA0B.1A %
!%, !%,%!
变频器主电路及硬件构成及设计 变频器的主电路及硬件构成
本系统所采用的主电路及硬件控制框图如图 , 所示， 主
" !%!
系统组成及工作原理 光伏水泵系统的结构图 光伏水泵系统由四部分组成： 太阳电池阵列、 具有最大功
率跟踪 （ 以 下 简 称 &’((&）功 能 的 变 频 器 、 机泵负载和储水 装置 （ 如图 ! ）。 由图 ! 可知，系统利用太阳电池阵列将太阳能直接转变 成电能， 经 过 )*+)* 升 压 ， 和 具 有 &’((& 功 能 的 变 频 器 后
!"#!" 升压电路简述
) ）主电路选择
对于中小功率的光伏水泵来说，太阳能电池阵列电压大 都是低压 （ *:2、 对于升压主电路的选择， 传统上 ,-2、 :;2）， 人们选择推挽电路， 因为原边电压比较低， 如用半桥或全桥不
"/ 放电， <) 下正上负，此时的工作相当于两个正激变换器的
并联。 同理， 当 %* 开通 %) 关断时也相当于两个正激变换器的 并联。 经过理论分析， 推挽正激电路是一个二阶系统， 因此闭环 控制简单， 同时输出滤波电感和电容大大减小。
!
光伏水泵 "#$$" 设计
-&. 方式可以近似获得太阳电池的最大功率输出，软件
上处理比较简单。但实际上日照强度和温度是时刻变化的， 尤 其是在西部地区， 同一天中的不同时段， 温度和日照强度变化 都相当大，这些都会引起太阳电池阵列最大功率点电压的偏 移， 其中尤以温度的变化影响最大。 在这种情况下采用 -&. 方 式就不能很好的跟踪最大点， 为克服这一弊端， 提出了 .#!!. 概念， 即保证系统不论在何种日照及温度条件下， 始终使太阳 故水 电池工作在最大功率点处。由于逆变器采用恒 &/0 控制， 泵电机的转速与其输入电压成正比， 因此， 调节逆变器的输出 电压，就等于调 节 了 负 载 电 机 的 输 出 功 率 。故 本 系 统 采 用
过热保护功能： 热 1%2!# 内置检测基板温度的热敏电阻， 敏电阻的阻值被直接输出， 56!2- 通过检测其阻值可以完成过 热保护功能。 以上保护是利用了 1%2!# 自身带有的功能， 无需外加电 路， 进一步简化了硬件电路设计。系统除了具有上述保护功能 外， 还具有光伏水泵系统特有的低频、 日照低、 打干 （ 自动和手 动打干） 等保护功能。 对于泵类负载， 当转速低于下限值时， 太 阳能电池阵列所提供的能量绝大部分都转化为损耗，长期低 速运行， 会引起发热并影响水泵使用寿命， 因此， 本系统设计了 低频保护， 对水泵来说， 当液面低于水泵进水口时， 水泵处于空 载状态， 若不采取措施， 长时间运行则会损坏润滑轴承， 而本系 统为户外无人值守工作方式，故系统为了增加检测可靠性， 采 用了自动打干和手动打干两种识别方式。其中， 自动打干是根 据系统输出功率和电机工作频率来进行判别；手动打干则是 通过水位传感器识别当前水位高低来实现的。由于低频、 日照 低、 打干等功能都是由软件来完成， 不需增加硬件电路， 故系统 结构简单， 且不增加额外成本。