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1、本科毕业设计（论文） 题目：光伏水泵控制系统设计院 系：工学院电气与电子工程系 专 业：电气工程及其自动化 班 级：电气工程1104 姓 名：xx 学 号：201102011133 指导教师：xx xxxx学院教务处二一五年五月xxxx学院毕业设计（论文）原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 年 月 日xxxx学院关于毕业设计（论文）使用授权
2、的说明本人完全了解xxxx学院有关保留、使用学士学位论文的规定，即：学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅，学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印或其他复制手段保存论文。指导教师签名： 论文作者签名： 年 月 日 年 月 日第 I 页 II 页xxxx学院本科设计（论文）光伏水泵控制系统设计摘要本设计研究了光伏水泵系统结构，进行了工作原理分析，其动力电源由太阳能电池组提供。DC/DC部分采用boost升压电路，将太阳能电池输出的低电压升为高电压；DC/AC部分选用电压型三相桥式逆变器电路，完成机泵的变频驱动和输入电压的稳定控制。本文分析了太阳能电池的工作原理，提出了系统控制策略
3、，采用最大功率跟踪，采用恒压式CVT法实现。用PI调节，PWM输出，不同的负载用不同的PWM脉冲宽度，主要对光伏水泵系统进行硬件设计。选用TI公司生产的专用电机控制的、高性能的32位DSPTMS32042406。采用B00stst 电路图外，进行了电路参数的选择。变频系统逆变单元采用智能控制模块。选用三夌公司的PM50RSA120模块。本文对系统软件进行设计，主要设计了主程序和中断服务程序。并绘制了流程图。 关键词： 光伏水泵系统 光伏电池板 最大功率点跟踪 三相逆变器xxxx学院本科设计（论文）THE DESIGN OF PHOTOVOLTAIC WATER-PUMP CONTROL SYS
4、TEM ABSTRACTThis paper studies the structure of photovoltaic pumping systems, power supply is provided by a solar battery; DC / DC boost booster circuit part, the low voltage of the solar cell output of promoted high voltage; DC / AC part of the selection voltage three-phase bridge reverse variable
5、circuit, complete stability control and input voltage variable frequency drive pump of.This paper analyzes the solar cell works proposed control strategy, using the maximum power point tracking, to achieve constant pressure type CVT method. With PI regulator, PWM output and different loads with diff
6、erent PWM pulse width, mainly photovoltaic pumping system hardware design. Selection of TIs motor control of the production of special, high-performance 32-bit DSPTMS32042406. B00stst circuit diagram using external, carried out the selection circuit parameters.Inverter system inverter unit using int
7、elligent control module. Lings PM50RSA120 choose three modules.In this paper, the system software design, the main design of the program and interrupt service routine. And draw a flow chart. Keywords: PV pumping system Solar array MPPT Three phase inventor 目录第1章 绪论11.1 光伏水泵系统的影响及意义11.2 光伏水泵系统的结构和原理1
8、1.2.1 光伏阵列11.2.2 变频器21.2.3 电机及水泵31.3 光伏水泵系统的发展前景31.4 本文研究的主要内容4第2章 光伏水泵系统的基本原理52.1 光伏水泵系统的拓扑结构52.2 太阳能电池板特性62.3 系统控制策略82.3.1 最大功率点跟踪82.3.2 控制策略的实现102.4 光伏水泵控制的集中结构形式12第3章 光伏水泵系统硬件的设计143.1 系统硬件总体结构设计143.1.1 DC/DC boost升压电路143.1.2 DC/AC逆变器的设计163.1.3 DSP芯片选型及电源电路的设计173.2 采样电路设计18第4章 光伏水泵系统软件设计20结论22致谢2
9、3参考文献24附录I 光伏水泵控制系统结构框图26附录II 三相逆变桥原理图27附录III DSP及周边电路接线图28附录IV 程序清单29第 29 页xxxx学院本科设计（论文）第1章 绪论 1.1 光伏水泵系统的影响及意义近些年来，伴随着全球“粮食问题”、“能源问题”等一些问题的恶劣化，光伏产业逐步的发展成熟，越来越被一些发达国家所看好，被誉为用清洁能源替代化石能源的最为有效的产业整合产品。由此，大力发展光伏技术，并将其用于水泵系统，合理而有效地开发地下水资源，将给偏远干旱地区带来巨大生态和经济效益，水力资源和电力资源的缺乏严重制约着发展中国家农村和偏远干旱地区发展，但是这些地区拥有丰富的
10、太阳能资源，如何利用好这些地区的一级能源，是我们现在要重点研究的问题1。光伏水泵技术具有如下优点：不消耗化石燃料和其他有机能源、无污染，对环境的保护和能源的节约都十分的有利，太阳能电池不仅使用寿命长，而且维修费用较低，使用这一技术使得生活供水和干旱地区灌溉等方面的应用都有很大程度的改善。特别是我国的西部地区以及西亚等地区气候十分干燥，常年干旱且少雨，这些地区极度的缺水，是当今世界急于解决几大难题之一。由于极度缺乏水，导致土地的沙漠化速度加快，生态环境也日益恶化，沙漠正在和人类打一场持久仗。在一些极度干旱地带，甚至连饮用水问题都得不到解决，严重影响了当地的经济建设和社会发展。值得庆喜的是，根据相
11、关水资源资料，在这些地区蕴藏着非常丰富的地下水资源，如果我们能很好的将干旱地区的地下水资源与光伏水泵技术进行结合，合理的开发利用，定能带动当地的经济建设，其带来的好处也是不可比拟的2。1.2 光伏水泵系统的结构和原理光伏水泵系统大致由四部分组成（光伏水泵控制系统结构图见附录I）： （1）光伏阵列 （2）变频逆变器 （3）电机 （4）水泵1.2.1 光伏阵列光伏阵列由大多数的太阳电池串、并联构成，它的作用是直接把太阳能转换为直流形式的电能，他能够利用逆变器将直流电转成交流电以供使用。太阳能电池按结晶状态可分为单结晶形和多结晶形的结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式两大类，按材料可将其分为硅薄膜形、化合物
12、半导体薄膜形和有机膜形，而化合物半导体薄膜形又分为非结晶形、V族、族和磷化锌等3。太阳能电池可以根据所用材料的不同，可分为：单晶硅太阳能电池、多晶体薄膜太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池、塑料太阳能电池等，其中单晶硅太阳能电池的发展已将比较成熟，在实际当中大量被应用，已居主导地位4。(1) 单晶硅太阳能电池硅太阳能电池分为： （1）单晶硅太阳能电池 （2）多晶硅薄膜太阳能电池 （3）非晶硅薄膜太阳能电池三种。(2) 多晶体薄膜电池多晶体薄膜电池当中，硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率相对于非晶硅薄膜太阳能电池来说，效率高，成本也较单晶硅电池低，并且可用于大规模生产，但由于镉含有剧毒，会
13、对环境造成严重的污染。因此，用它做太阳能电池并不是一种很好的方案，需要慎重利用2。(3) 纳米晶电池纳米晶体化学能太阳能电池是是一种新型的太阳能电池，它具有廉价的成本、简单的工艺及稳定的性能的优点，是一种很有应用前景的太阳能电池。这种电池的研究起步较晚，正处于开发阶段，相信在不久的将来，它就可以批量上市了。1.2.2 变频器(1) 逆变器的作用逆变器的主要功能是如表1.1所示：表1.1 逆变器的功能（1）直流与交流相互转换的功能。（2）逆变器的直流侧可能存在两种电源形式为直流电压和直流电流；（3）可以完成直流电流变换的是电流型逆变器，而可以完成直流电压变换的是电压型逆变器(2) 逆变器的分类逆
14、变器的类型种类繁多，但主要可按以下进行分类如表1.1所示：表1.2 逆变器的分类（1） 电压型逆变器和电流型逆变器是按直流侧储能元件的性质分为。（2）逆变器按功率电路的功率器件的不同可分为半控型逆变器和全控型逆变器。（3）逆变器按输出频率的不同可分为工频逆变器、中频逆变器以及高频逆变器。（4）逆变器按输出电平的不同可分为两电平逆变器和多电平逆变器。1.2.3 电机及水泵光伏水泵系统只要充分利用太阳能，就可以完成对农田的灌溉等。除此之外，国外对这种技术的推崇，可以充分表明，光伏水泵系统技术的具有非常广阔的发展前景。光伏水泵系统技术的起步相对来说较晚，结合我国的国情，这种技术可以在我国西部及干旱地
15、带得到充分的利用，必将带动这些地区的经济发展。以这些条件为前提，一般的光伏水泵系统按照日出而作，日入而息的工作特点，想要使光伏水泵的利用率达到最高，我们需要考虑更多的东西，它不象普通电动机那样可以认为是一直由恒定的电压电源来带动它工作的。光伏水泵系统中水泵的选择与设计也甚有特点。根据不同用户对流量、扬程的不同要求，按经济性、可靠性大致可按表1.3选择泵型：表1.3 泵型选择（1）容积式水泵适用于流量小、扬程高的用户。（2）潜水式电泵适用于流量较大，且扬程也较高的用户。（3）自吸式水泵一般适用于流量较大，但扬程却较低的用户。1.3 光伏水泵系统的发展前景光伏水泵系统技术的先进性和合理性已经得到了
16、联合国国际开发署(UNDP)、世界银行(WB)、亚太经社会(ESCAP)等国际组织部的充分肯定7,在这些国际组织的大力支持下,数万台不同规格的光伏水泵已在不同地区和国家运行，并且起到了关键性的作用,尤其是在中东、非洲等一些发展中国家,已为许多贫困、干旱地区的人民带来相当可观的经济效益,帮助了这些地区加快了脱贫步伐。因此许多发达国家看中了光伏水泵系统的应用前景，已优先着手于发展光伏水泵系统控制技术。在中东、非洲及不少缺水严重国家更是注意到了这项技术所带来的巨大好处，也在纷纷研究和改善这项技术，希望通过此种技术来改善干旱地带的缺水状况，拉动当地的经济建设，提高人民的生活质量，从根本上解决吃水难的问
17、题。光伏水泵具有诸多的优点，如无噪声、全自动(日出而作，日落而停)、高可靠、供水量与蒸发量适配性好等。1958年，我国开始研究太阳能电池的研制；在1971年首次成功地将太阳能电池应用于发射的东方红2号卫星上8；1973年以后用于地面，太阳电池开始仅用于小功率电源系统，如航标灯及铁路信号、高山气象站仪器信号等，功率都一般都较小，随着国家对光伏产业及光伏市场发展的大力支持，太阳能电池更加广泛地被应用于各个行业，解决目前越来越严重的能源危机。1.4 本文研究的主要内容 （1）设计出系统的整体拓扑结构，选取主电路拓扑。 （2）了解太阳能电池板特性，根据光伏水泵系统的应用特点来探讨了恒定电压法、电导增量
18、法等一些最大功率点跟踪方法的原理和特点9。 （3）详细设计控制策略。 （4）基于DSPTMS320LF2406A芯片进行硬件部分的设计，选出boost电路及主电路的器件型号，设计采样电路使之符合要求。 （5）画出程序流程框图。第2章 光伏水泵系统的基本原理光伏水泵系统直接利用太阳电池阵列将太阳能直接转变成电能，通过光伏水泵控制器驱动电机和水泵负载，完成抽水功能10。本章将对光伏水泵系统结构、光伏阵列输出特性及光伏水泵最大功率跟踪控制策略进行讨论。2.1 光伏水泵系统的拓扑结构一般地，光伏水泵系统由光伏阵列、变频逆变器、电动机和水泵构成。如图2.1所示： 图2.1 光伏水泵基本结构图其中光伏阵列
19、将太阳能转变为电能，输送给逆变器；逆变器将此电能转换成适当的形式输送给电机；电动机一般采用异步电机、直流电机、永磁同步电机等，将电能转变为机械能；水泵把电机输出的机械能转变为泵内工作体的运动，使流体能量增加，以达到提升、输送和增压的目的11。本文研究的光伏水泵系统结构如图2.2所示，动力电源由太阳能电池组提供；DC/DC部分采用boost升压电路，将光伏水泵系统的太阳能电池输出的低电压升为高电压；电压型三相桥式逆变器电路主要用于DC/AC部分，完成光伏水泵的变频驱动和输入电压的稳定控制。 图2.2 光伏水泵系统结构2.2 太阳能电池板特性 （1）太阳电池工作原理太阳电池工作原理的基础，是半导体
20、PN结的光生伏打效应。因为太阳能电池可直接将光能转换成电能，图2.2所示即为太阳能电池的等效电路。图中，为光伏电池输出的负载电流；为通过P-N结的总扩散电流；为PN结电容；为串联电阻，主要由电池的体电阻、表面电阻、电极导体电阻和电极与硅表面间接触电阻等组成；为旁路电阻，主要由硅片的边缘 不清洁或体内的缺陷引起12。图2.2 光照时太阳能电池的等效电路太阳能电池是一种具有强烈非线性的直流电源，理想的太阳能电池的I-V关系式如下式表示： (2.1)其中I为PN结的电流(A)；为反向饱和电流(A)；V为外加电压(V)：q是电子电荷(1. 6C)；K是玻耳兹曼常数(138JK)；T是绝对温度(K)。（
21、2）光伏阵列输出特性曲线太阳电池的I-U特性是指在某一确定的日照强度和温度下，如图2.3中实线所示是太阳电池的输出电压和输出电流之间的关系。此外，利用I-U特性曲线数据通过计算后可以做出P-U特性曲线，如图2.3中虚线所示。图2.3 太阳电池I-U和P-U特性曲线从I-U特性曲线可以看出日照强度和稳定确定的条件下，太阳能输出电流随电压变化不是特别明显，而电压在一定范围类恒定，一旦超过这个范围。它的输出电流会随着电压的增大而减小。在给定日照情况下，太阳电池短路时，即U=0，此时电流最大，称为短路电流；太阳电池开路时，即I=0，此时电压最大，称为开路电压。电池输出功率最大的点称为最大功率点Pm；该
22、点所对应的电压，称为最大功率点电压；该点所对应的电流，称为最大功率点电流。太阳能光伏电池特性受温度和日照强度影响。温度与照度每时每刻都在改变，因此只有对其外接负载做出适当地控制，才能得到最大的输出功率，否则太阳能光伏电池将可能会因大气变化而无法提供足够的能量给负载，甚至导致其崩溃并造成应用上的缺失2.3 系统控制策略2.3.1 最大功率点跟踪光伏阵列的输出受日照强度、环境温度和负载情况等条件影响，具有非线性特征。并且其为了提高光伏阵列的利用效率，要求光伏阵列在任何日照下都工作在最大功率点处13。目前常用的最大功率点跟踪控制方法有： （1）恒压式CVT （2）电导增量法 （3）干扰观察法 （4）
23、功率回授法 （5）真正最大功率点跟踪等。 （a）CVT法具体的CVT法如表2.2所示：表2.1 CVT法（1）光伏阵列在光照强度不同的情况下最大功率输出点几乎落在同一根垂直线的两侧附近时要忽略温度效应，这表明最大功率点总是近似在某一个恒定的电压值附近，把最大功率点跟踪简化为稳压控制，这就是CVT控制的理论依据18。（2）CVT法的优点是：（1）控制简单（2）可靠性高（3）稳定性好。（b）电导增量法由太阳能电池的PV曲线可以看出，在最大功率点处有=0，由于P=IV，通过简单的数学推导可以得出在最大功率点处有以下式子成立 （2.2）因此导纳的增量可以决定是否已经达到最大功率点，从而在该点处停止对工
24、作点的干扰。这就避免了在最大功率点左右振荡，且能做到快速跟踪14。如果条件不成立，MPPT工作点扰动方向可以通过和的关系来计算。导纳增量法的数学依据是在最大功率点处功率对电压的导数为0。由于PV曲线为一单峰曲线，因此采用导纳增量法进行最大功率跟踪时并无原理性误差，是个理想的MPPT跟踪方法16。电导增量法流程图如图2.4所示：图2.4 电导增量法流程图 （c）扰动观察法（P&Q）电导增量法与扰动观察法殊途同归，差别仅在于逻辑判断式与测量参数的取舍。虽然电导增量法仍然是以改变光伏电池输出电压来达到最大功率点，但是接着修改逻辑判断式来减少在最大功率点附近的振荡现象，使其更能适应日照强度和温度瞬息变
25、化的气候条件。 （d）功率回授法由于恒定电压法无法随环境条件的改变自动跟踪到最大功率点，在此基础上加入输出功率对电压变化率的判断，以适应天气的变化，从而达到最大功率点跟踪，即改变输出功率，判断是否等于0，当=0时即工作在最大功率点19。 （e）最优梯度法最优梯度法是一种以梯度算法为基础的多位无约束最优化问题的数值计算法。最优梯度法保留了扰动观察法的各种优点，同时藉由一个类似动态的扰动量来改变在太阳能输出功率曲线上电压的收敛速度。 （f）TMPPT法具体的TMPPT法如表2.3所示7：表2.3 TMPPT法（1）由光伏阵列伏安特性曲线可知，当环境温度发生变化时，相应于同一辐照度的最大功率点位置也
26、将变化，光伏阵列在不同太阳辐照度下输出最大功率点位置不同7。（2）鉴于CVT控制的局限性，它只能是一定环境条件下的最大功率点跟踪，在不同条件下仍有功率损失。（3）CVT控制方式和其他控制方式都有各自的特点，应根据实际情况采取合理的控制方式。本系统设计采用了CVT控制方式。由于太阳电池的伏安特性曲线在最大功率点左侧变化很大，负载电流的微小扰动都会使阵列电压有较大的波动，因此，对系统的稳定性极为不利，在进行最大功率点追踪的过程中，电压闭环控制系统设计时要求系统有较快的响应速度，使系统处于恒电压区域以内进行追踪21。2.3.2 控制策略的实现 （a）DC/DC控制原理图如图2.5所示：图2.5 DC
27、/DC原理图Boost电路的MPPT控制框图如图2.6所示：图2.6 Boost电路MPPT控制框图为最大功率跟踪的给定电压值，为光伏阵列输出的反馈电压，和的误差经PI调节后控制变频逆变器的PWM脉冲生成，从而起到改变机泵负载特性的作用。MPPT模块内部结构图如图2.7所示：图2.7 MPPT模块内部结构图 （b）DC/AC控制在光伏水泵中实现CVT式最大功率点跟踪的原理框图如图2.5所示。图中是经最大功率点跟踪后的boost输出电压，是boost电路中电容的电压值。输出的电压和实际反馈电压比较后产生误差电压，经过PI调节器后输出给定频率f，再通过V/F控制输出控制电压u，调节逆变输出电压的频
28、率与幅值，从而改变光伏阵列的负载阻抗。不同的PWM脉宽对应不同的负载阻抗。图2.8 CVT式最大功率点跟踪原理框图当时，PI调节器输出给定频率增加，电机转速升高，负载增大，光伏阵列输出电流增加，从而使光伏阵列反馈电压减小，向给定电压以靠近；当时，PI调节器输出给定频率减小，电机转速下降，负载减小，光伏阵列输出电流减小，从而使光伏阵列反馈电压增大，向给定电压靠近。2.4 光伏水泵控制的集中结构形式 图2.9所示是适合小型供水场合，是专门用于供水的无人值守交流光伏水泵系统。图2.9 微型供水系统图2.10所示是具有多种用途，性能价格比较优越，可以满足无电用户的用电要求的供水系统。图2.10 多种用
29、途供水系统第3章 光伏水泵系统硬件的设计3.1 系统硬件总体结构设计如图3.1所示是光伏系统的硬件设计，主要包括DC/DC升压电路变换部分和DC/AC变频逆变部分，DC/DC升压部分采用boost升压电路；DC/AC逆变部分采用电压型三相桥式逆变电路22（原理图见附录II）本设计以10kW三相光伏水泵装置为设计目标，假设太阳能电池输出电压=300V进行设计，交流侧线电压=380V，可以由公式3.1计算出逆变器直流输入侧的电压。 （3.1） 其中M为调制度，取0.8，代入数据可以算出=800V图3.1 光伏水泵系统硬件设计图3.1.1 DC/DC boost升压电路Boost升压器的设计主要是确
30、定关键元件，即输出滤波电容C、储能电感L、开关管VT以及二极管VD，由于电感L中流过直流电流，它必须设计在最大的负载电流下不饱和9。如图3.2所示为boost电路。图3.2 Boost电路拓扑 （a）电容C的选择稳压电源达到稳态后，输出电压稳定在所需的恒定值，只要适当选择电容C，输出纹波可做得足够小，当要求纹波为，直流输出电流为时，由于在管子导通期间全部负载由C供电，因此选择C取决于下式： （3.2）式中为开关管的导通时间，代入上式中可得： （3.3）由，f=20K，=800V，纹波取0.1，可计算得 C=3910 （b）电感L的选择电感电流包括直流平均值及纹波分量两部分。假定忽略其电路的内部
31、损耗，则，其中是从电源取出的平均电流，也是流入电感的平均电流，故有： （3.4）选择值，应使电感的峰值电流不大于最大平均直流电流的20%，这样可以防止电感饱和，也减小了VT中的峰值电流、电压和损耗。选择纹波分量: （3.5）则电感L为： （3.6）代入数据可计算得L=0.7mH （c）晶体管的选择晶体管VT上承受的最大电压是，选择管子的集电极电压额定值应留有一定的裕量，通常取晶体管额定电压为实际工作电压的1.52倍。晶体管VT在期间流过电流就是该期间内电感流过的电流，也就是输入电流，假定电路内部没有损耗， ，流过VT的电流峰值为，据此来选择晶体管的集电极电流。由上述依据应选取的晶体管U=120
32、0V，I=40A，选用IHW40T120（1200V/40A），英飞凌，To-247封装。 （d）二极管的选择在晶体管VT导通期间，二极管VD截止，这时VD上承受的电压为，选择二极管的额定电压时，通常取二极管额定电压为实际工作电压的1.52倍9。在晶体管VT截止期间，二极管VD导通，VD中流过的电流为输出电流与电容C充电之和，也就是期间电感L中流过的电流，即输入电流，流过VD的电流峰值为，据此来选择二极管的额定电流9。由上述可选二极管的额定电压U=1200V，额定电流I=1.2=1.233.3=40A。3.1.2 DC/AC逆变器的设计逆变回路中常用的开关元件主要包括：功率MOSFET、智能功
33、率模块IPM（Intelligent Power Module）和IGBT等。功率MOSFET是一种电压型开关器件，其开关频率高、导通压降小、价格低廉且驱动电路较为简单，现已广泛应用于中小型开关电源和汽车电子中。但是由于设计工艺的原因，很难设计出既能承受高电压又能承受大电流的功率MOSFET，而且由于MOSFET的正温度系数特性，当MOSFET承受电压增大时，其导通电阻也相应增加，应用优势逐渐减弱。很多中小功率通用变频系统的逆变单元都采用智能功率IPM(Intelligent Power Module)模块。IPM模块具有以下特点：体积小，功能多，使用方便。根据设计容量的要求，IPM模块选用三
34、菱公司的PM50RSA120。IPM模块与IGBT及其驱动电路的组件相比，它们的显著特点如表3.1所示23：表3.1 IGBT的特点（1）其中含有驱动电路。设定了最佳的IGBT驱动条件，驱动电路与IGBT间的距离很短，输出阻抗很低，因此，不需要加反向偏压。（2）其中包括电流保护和短路保护。（3） 采用陶瓷绝缘结构，可直接装在散热器上，散热效果好。3.1.3 DSP芯片选型及电源电路的设计 （a）芯片DSP TMS320LF2406A简介（原理图见附录III）DSPTMS320LF2406A是TI公司生产的专门用于电机控制的高性能32位DSP。其主要特点如表3.2所示：图3.2 DSP芯片的特点
35、（1）要使得芯片供电电压为3.3V，减小控制器的功耗就应该采用高性能静态CMOS工艺。（2）为了提高了控制器的实时控制能力，可以把40MHz的执行速度使得指令周期缩短到25ns24。 （b）DSP电源设计DSP2406A的工作电源是3.3V，它对电源的可靠性要求较高。系统辅助电源模块提供的最低电压是5V，所以要进行电压转换。如图3.3所示: 图3.3 DSP电源稳压TPS73XX是一款电压调节器，它的输出电压可以是固定的，也可以是可调的。本系统采用5V转3.3V专用芯片TPS7333。3.2 采样电路设计 (a)本系统直流母线电压采样电路如图3.4所示：图3.4 直流母线电压采样电路工作原理为
36、：光耦OP1A工作在线性放大状态，对电压进行隔离，运放A1B和光耦OP1B形成了一个电压负反馈，当A1A的3脚电压高于2脚电压时，l脚输出电压升高，使光耦OP1B的输出电流增加，A1A的2脚电压升高，最终使运放A1A的3脚和2脚电压相等，以保证输出和输入成线性关系。选取电阻R63与R66相等，且因两光耦为同类型，所以。由于电压较高，忽略光耦的压降，于是可得输入输出电压比为： (3.7)适当地选择R64、R6l和R62就能选择合适的反馈电压。 （b）交流输出电流采样如图3.5所示：霍尔电流传感器选用HNC161 ，输出电流范围为：125mA0.5%图3.5 交流电流输出采样令R305=R306，
37、从电流采样电路可知： （3.8）要使输出电压在03.3V之间就要适当选择R300、R302和R303。 （c）温度采样如图3.6所示：温度采样用温度传感器TC1047实现。TC1047的温度测量范围是，输出电压是l 00mV175V。采样电路如图，采样电路输入输出关系是： 图3.6 温度采样电路第4章 光伏水泵系统软件设计系统程序主要由主程序和中断子程序组成，主程序要完成系统的初始化，然后打开中断，进入主循环，等待中断事件发生。定时器上溢中断程序完成电路的各种电压、电流和温度采样，进行MPPT跟踪，DC/DC控制和DC/AC控制，由V/F算出输出电压，并对脉宽的计算调制。其主程序及中断子程序如
38、图4.1和图4.2所示。开始 程序初始化开中断检查保护运行否封锁PWM N Y开机停机显示通讯 图4.1 主程序框图 定时器上溢中断时基设定电流母线电压采样交流侧电流采样温度采样 MPPT跟踪DC/DC控制DC/AC逆变器控制 由V/F算出输出电压计算脉宽中断返回 图4.2 中断子程序框图结论本设计内容主要包括光伏水泵系统的构成、太阳电池阵列的最大功率跟踪及优化控制、系统硬件部分和软件部分设计。在系统设计时通过要充分考虑系统的各个相关参数的匹配并要获取实际运行数据，也具有良好的示范效果，达到了设计要求，但是系统还是需要进行长期的经济性分析，进一步优化系统设计，并能通过使用获取更多的数据，来改进
39、设计软件，提高系统设计准确性和便捷性。 提出了系统控制策略，采用最大功率跟踪，采用恒压式CVT法实现。用PI调节，PWM输出，不同的负载用不同的PWM脉冲宽度。硬件设计选用TI公司生产的专用电机控制的、高性能的32位DSPTMS32042406。设计了B00stst 电路图，进行了电路参数的选择，数据合理。变频系统逆变单元采用智能控制模块，选用三夌公司的PM50RSA120模块。本文对系统软件进行设计，主要设计了主程序和中断服务程序。并绘制了流程图。并讨论了一些最大功率点跟踪算法，对比了它们各自的优缺点，设计出可实行的控制策略，来对太阳能电池板进行最大功率的输出。整体上完成了该课题的任务要求。
40、本文未尽之处，如光电水泵坏了之后的替换等。希望其他同学能在研究过程中继续深入和改进。致谢本文是在导师xx教授的悉心指导下完成的。在书写论文中，刘老师都能及时回应我所提出的问题，并能给出独到的见解与意见，使我受益匪浅。论文研究期间，刘老师倾注了大量的心血，多次对论文进行审阅，给予了我很多帮助与鼓励，令我终生难忘。在论文完成之际，请允许我向尊敬的导师刘老师表示最诚挚的谢意。在这里，我还要感谢xxxx学院及工学院的所有老师、同学，感谢家人、朋友的鼓励和支持。最后，感谢家人在我学习期间对我不懈的支持，感谢所有在我人生路上给与我帮助的同学老师。也感谢在百忙之中参与我论文评审的专家老师，在此深表敬意！参考
41、文献1李维斌，曹洁，吴鹏川，张云凤.太阳能光伏水泵控制系统研究J.工业安全与环保，2010,36（6）:46-51.2陈珂.砷化镓纳米线太阳能电池研究D.杭州：浙江大学，2012.3许伟民，何湘鄂，赵红兵，冯秋红.太阳能电池的原理及种类J.发电设备，2011,25（2）：137-140.4盛男. 交流异步电机光伏水泵控制系统研究D.合肥：合肥工业大学，2010.5陈建华. 具有光伏水泵控制功能的新型变频调速系统研究D.长沙：湖南大学，2008.6刘程. 基于MPPT的户用光伏水泵变频控制器的研制D.合肥：合肥工业大学，2009.7吴华波.基于扰动观察法的最大功率跟踪的实现J.电测与仪表，201
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