基于MPPT的直流无刷电机光伏水泵控制系统.pdf

电 网 DOI 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 9 9 4 9 2 2 0 1 6 0 2 0 2 1 基于 MP P T的直流无刷电机光伏水泵控制系统 陈国荣 张京玲 王天雷 高 骏 I 广东瑞荣泵业有限公司 广东江f 1 5 2 9 0 0 0 2 五邑大学 信息X 程学院 广东江门 5 2 9 0 0 0 摘 要 设计和实现 具 有改进的频 率扰动 MI l r 法直 流无刷 电机 的儿伙水泵控制 系统 改进的频率扰 动 M 1 钟 法把 j I U 压法 变步 长 与扰 动 观察法 卡 l 1 结 合 把 电机 驱动 和 MP P T 法 合计 为 一体 文 脱最 1人功 率点 踪 M a x i w r l J Iti n t I c k i ig MP P T 介绍 r系统硬件 和软件 的设 最后实验证 明该 系统能仃效快 速响应光照强度变化 实小 匕 伙水 系统 久J J J 牛 t 稳 定远 彳 关键词 匕 伙水泉 最大功率跟踪 流无刷电机 中图分类号 T M3 3 文献标识码 A 文章编号 J 0 0 9 9 4 9 2f 2 0 l 6 0 2 0 0 9 0 0 3 The BLDC Pho t o v o l t a i c W a t e r Pumpi ng Co nt r o l S ys t e m Bas e d o n M PPT C HEN Gu o r o n g Z HANG J i n g l i n g W ANG T i a n l e i GA J u 1 Gu a n g h mg I u i l o n g P u mp I n d u s t r y C o L i d J i a f 1 g l e n 5 2 9 0 O O C h i n a 2 C o l l e g e o t I ma t i m t n g i n l i l g Wu y i Un i v e r s i l Y J i a n g I n 5 2 9 0 0 0 Ch i n a Ab s t r a c t F I ie Bl I C P h o t v o l a wa t e r p umpi n g c o n t r o l y s t e m wi t h MP I wa n d e s i g n e d Il f l j r e a l i z e d l 1 L h e r l 2 mb i n i n g I O I I MH I I I v o ha g e O l l l l I l I V t l y i n g v i e a n d t r r v a t i o u I h e mo d i f i e d f r e qu e n c y d i s h I I b a n e MPP T a l g o r i t h m P o L l S I l r o p o s J l t s s h w I l t u n d h m h v a r r d e s i g n a r e 1 o d u e e d Ex p mi me n t r e s u l t s s h w t h a t t h e i n t e l l i g e n t I l t t o l s y s t e m t n 1 l fn t i v e l y l r a c k t l 1 t h a n g I J r I I p h o t o v o h a i o u t p ut e n e r g y a n d s t a i d e t p P r H t i o n Ke y wo r ds p ho t o v o h a i wa l e r p u mp i n g M P PT BI I C 0引言 光伏 水泵是 1 再 生能源 的一种 美妙 的应用 它实现了农作物需水量和 日照提供能量之问的和 谐配合 节 省常规能源 无污染且 叮以为边远地 区居民带来健康币 1 l 经济利益 I 光伏水泵系统控制 的核心技术足最大功率点跟踪技术 为能充分利 用太 阳能 提 高光伏阵列效率 根据基于直流尢 刷 电机 的光伏水 泵的特点 把固定 电压法 变步 长与扰动观察法相结合 i 得到有效的改进的频率 扰 动 MP P T算法 并且 使用这种改进 的频率扰 动 MP P T 算法设计和实现了一套基于直流无刷电机的 光伏水泵控制系统 1 基于直流无刷 电机 的光伏水泵控 制 系统 1 1 光伏水泵控制系统 系统框图 从公式 1 中可知水泵 的功率是与转速呈j 收稿 日驯 2 1 1 5 次方关系 改变带动水 I l勺 电机 的转述 u 土 就 I l J 以 改变光伏电池阵列 的等效负裁 州 L O L 的转迎 使光伏 电池输 最人功率点 Mt P 此 f i J 以把 电机 驱动和 MP P r r 算法 合并 体进 仃 计翻I 现 M n l n I J 其 1 1 为水泵的功率 I I 为水 的年 0 述 木文基 r直流无刷 电 PT L i t 1 4 时 电压 以一 个 较大 的步长 1 8 1 4 的扰 动频率量 增 加 电压 当工 作 点 位 于最 大 功 率 点 附近 时 I 一 u 0 I 1 4 时 电压 以一个较 大 步长 1 8 1 4 的 扰 动频 率 量 减 小 电 压 从而实现太 阳能最大功率点 的跟踪 图4 所 示为复合频率扰动 MP P T 算法的流程图 图3 复合 M P P T 算法流程图 电网 3系统性 能测试 试 验采用太 阳能 电池阵列 的峰值功 率为 1 2 k W MP P电压 1 3 0 V 电流 9 2 A 水泵额定功率 7 5 0 W 额定 电压 1 1 0 V 额定 转速 3 1 0 0 r m i n 流量 扬程 2 m h 1 1 0 0 i n 为 了验 证 这 种 改 进 的频 率 扰 动 MP P T复 合 算 法 的 控 制 效 果 做 了 比较 实 验 没 有 M P P T的控制系统 采用扰动观察 M P P T的控 一 一 斟 豸 爨 一 一 瓣 霹 解 一 客 一 褂 器 田 瓣 9 0 0 1 0 0 0 1 1 O 0 1 2 0 0 1 3 0 0 1 4 0 0 1 5 0 0 1 6 0 0 时 间 图4 没有MP P T控制系统输出功率 9 00 i 0 0 0 1 l O 0 1 2 0 0 1 3 o 0 l 4 0 0 l 5 o 0 1 6 0 时阒 图5 扰动观察MP P T 控制系统输出功率 制系统 采用改进 的频率扰动 MP P F 复合算 法 的控制系统 从 图4 可以看 f 没有 MP P T控制系统 光照 较弱或者光照突然 降低时 由 r没有 藩电池对 l 流 电压起支撑作用 导致水泵欠 保护 f q L 4 能有效地利 用太 阳能资源 特别足在弱光的环境 下 从 图 5中可 以看 采川扰 动观察 MP P T控 制系统具有通用性好 在光照强度较稳定的情 况 下能保证系统最大功率跟踪等优点 缺点足 光照强度快 速变化时 系统跟踪较迟缓 H 系 统可能选择错误 的调速方向 导敛系统频繁 1 与启动 从 图 6中可 以看 采 川改 进 的顺 半 扰 动 MP P T复合算法的控制系统可以快速响应光照强度 变化 实现光伏水泵系统在最大功率点稳定运行 4结语 本 文 设 计 和 实 现 了 具有 改 进 的 频 率 扰 动 MP P T算法直流无刷电机的光伏水泵控制系统 能 有效快速 响应光照强度 变化 实现光伏水采系统 在最大功率点稳定运行 参考文献 1 M A b d o l z a d e h M Am e i h n p r o v i n g t h l i v t f a ph o t o v o l t a i e wa t e r pu mp i n g s y s l em b y s p r a yi n g wa l e l o v e r t h e f r o n t o f p h o t o v o h a i c e e l I s IJ l1 S o l id S l a t I 一 t r o n i c s 2 0 0 9 3 4 91 9 6 2 张京玲 王天雷 吕秋霞 具有最大功率跟踪控制的 太阳能 L E D路 灯智能控制 系统 1 光电子技 术 2 01 4 3 4 1 3 3 3 5 3 赵亮 光伏水 泵的 MP P T及弱光环境优化控制研 究 D 哈 尔滨 哈 尔滨工业大学 2 0 1 4 4 朱亦丹 B L D C光伏水泵系统的 I s P I C控制研究 j 合肥 合肥 工业大学 2 0 1 0 5 徐政 何少强