光伏水泵系統(tǒng)的最大功率跟蹤與U-f曲線自尋優(yōu)結(jié)合的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光伏水栗系統(tǒng)的控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光伏水栗系統(tǒng)的最大功 率跟蹤與u-f曲線自尋優(yōu)結(jié)合的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水是人類生存必不可少的資源，人類的日常飲水、灌溉都需要大量的水，然而我們 所需要的淡水資源大量儲藏于地下，即所謂的地下水，以及少量的地上水，即江河湖泊中的 水，然而由于人類社會的發(fā)展，大量的城市和人口都遠離江河湖泊，還有部分偏遠的山區(qū)沒 有電網(wǎng)接入同時缺少地表水，這些場合都需要抽水滿足飲水和灌溉的需要，所以就需要采 用電機水栗進行抽水。
[0003] 傳統(tǒng)的抽水方式通常是采用異步電機帶水栗直接加電網(wǎng)的工頻的50Hz交流電進 行驅(qū)動，這樣的工作方式雖然可以達到抽水的目的，但是其出水的流速、揚程等都不可調(diào)， 被公認為是不節(jié)能環(huán)保的抽水方式。所以，交流調(diào)速系統(tǒng)中常用的變頻器因為其輸出頻率 可調(diào)，可以大量節(jié)約電能，而被大量應(yīng)用于水栗抽水領(lǐng)域。最初的變頻器通常采用進行恒轉(zhuǎn) 矩負載變頻調(diào)速的恒壓-頻比U-f曲線進行調(diào)速，該方法雖然可以達到變頻調(diào)速的性能， 但是由于風(fēng)機栗類負載的負載曲線為二次方曲線，其負載轉(zhuǎn)矩與電機的輸出轉(zhuǎn)速成平方關(guān) 系，對其進行變頻調(diào)速時，如果采用恒壓-頻比U-f曲線進行調(diào)速，就相當(dāng)于小馬拉大車，會 由于增大了勵磁而增大損耗。所以，目前對于變頻器帶風(fēng)機栗類的二次方負載時，通常采用 二次方的U-f曲線，如圖1所示，但是由于不同的電機、水栗的性能參數(shù)各不相同，那么其二 次方曲線也并不一致。所以有必要進行精確的U-f曲線測定。
[0004] 對于光伏水栗系統(tǒng)，為了提高發(fā)電效率，節(jié)約成本，獲得最大的出水量，就必須進 行最大功率跟蹤。目前交流光伏水栗系統(tǒng)中，常用的最大功率跟蹤方法都是基于對變頻器 輸出頻率的調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)輸出功率進行最大功率跟蹤的，該方法在較低頻時效果較好，因為 其在較低頻時單位步長的頻率對應(yīng)的輸出功率變化較小，跟蹤控制較為精確，而在較高頻 時，由于單位步長的頻率對應(yīng)的輸出功率變化較大，就會對控制的精度帶來不利的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種光伏水栗系統(tǒng)的最大功率跟蹤與U-f曲線自尋優(yōu)結(jié)合 的方法，可以提高光伏水栗系統(tǒng)的效率，并且可以提高控制的精度。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，光伏水栗系統(tǒng)的最大功率跟蹤與U-f曲線自尋優(yōu)結(jié) 合的方法，在較低頻率時，采用變頻器輸出頻率f控制輸出功率P ni，在較高頻率時，采用變頻 器輸出電壓幅值U控制輸出功率Pni，其單位幅值對應(yīng)的功率變化相對較小，就可以將變頻器 的輸出功率控制的更加精細；直至使水栗跟蹤到光伏板輸出的最大功率。
[0007] 本發(fā)明的特點還在于：
[0008] 采用變頻器輸出頻率控制輸出功率，控制的關(guān)系式為：
[0009]
[0010] 其中，Pni為電機的輸出功率，Ap為轉(zhuǎn)矩系數(shù)，η為電機轉(zhuǎn)速，變頻器輸出頻率f的值 等于電機轉(zhuǎn)速η的值。
[0011] 變頻器輸出電壓幅值U控制輸出功率Pni為：
[0012] 首先根據(jù)二次方U-f曲線中變頻器輸出電壓幅值U對變頻器輸出頻率f進行控 制，得到的變頻器輸出頻率f再對輸出功率PJi行控制，控制的關(guān)系式為：
[0013]
[0014] 其中，Pni為電機的輸出功率，Ap為轉(zhuǎn)矩系數(shù)，η為電機轉(zhuǎn)速，變頻器輸出頻率f的值 等于電機轉(zhuǎn)速η的值。
[0015] 控制關(guān)系式4 的計算過程為：
[0016] 由電機學(xué)原理知，在電機帶風(fēng)機栗類負載時，電機的負載轉(zhuǎn)矩IY與電機角速度ω ^ 的平方成正比：
[0017] Tl - Ap · (〇： ' 1 )
[0018] 其中，Ap為轉(zhuǎn)矩系數(shù)；
[0019] 由于
[0020] (2)
[0021] 其中，η為電機轉(zhuǎn)速；[0022] 貝 Ij
_] r3)
[0024] _ ⑷
[0026] 電機的輸出功率Pni與轉(zhuǎn)子的角速度ω ^以及電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系如下：
[0027]
( 5 )
[0028] 貝丨J
[0029] Pn= Te · ωΓ (6)
[0030] 當(dāng)電動機穩(wěn)定運行時，負載轉(zhuǎn)矩IY與電磁轉(zhuǎn)矩?\相等，那么結(jié)合⑷、（6)式可得：
[0031]
(7)
[0032] 在結(jié)合（3)、（7)式，可以得到：
[0_
(8)0
[0034] 二次方U_f曲線的擬合過程為：
[0035] 步驟1、固定變頻器輸出頻率f ;
[0036] 步驟2、對變頻器輸出電壓幅值U進行擾動；
[0037] 步驟3、檢測變頻器三相輸出電流IA、IB、Ic的值，經(jīng)過3s/2r變換后得到有功分量 Id和無功分量I q，求出功率因數(shù)^ ;
[0038] 步驟4、多次改變變頻器輸出電壓U幅值得出不同的λ值，進行比較找出最大λ 值；
[0039] 步驟5、保存變頻器輸出頻率f及最大λ值所對應(yīng)的變頻器輸出電壓幅值U ;
[0040] 步驟6、判斷變頻器輸出頻率f是否大于50Hz，如果沒有，則頻率增加，轉(zhuǎn)到步驟2， 如果變頻器輸出頻率f大于50Hz，則結(jié)束。
[0041] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明光伏水栗系統(tǒng)的最大功率跟蹤與u-f曲線自尋優(yōu)結(jié) 合的方法中，對u-f曲線的擬合，使變頻器在帶風(fēng)機栗類負載時具有最小的損耗，獲得最高 的輸出功率，實現(xiàn)節(jié)能，并且將該二次方u-f曲線與光伏水栗系統(tǒng)的最大功率跟蹤控制相 結(jié)合，提高控制的精度，提高發(fā)電效率。
【附圖說明】
[0042] 圖1是最大功率跟蹤控制頻率電壓變化圖；
[0043] 圖2是本發(fā)明中風(fēng)機栗類負載的負載轉(zhuǎn)矩IY與電機轉(zhuǎn)速η的示意圖；
[0044] 圖3是本發(fā)明中電機轉(zhuǎn)速η與電機的輸出功率Pni的示意圖；
[0045] 圖4是本發(fā)明中擬合二次方U-f曲線的流程圖；
[0046] 圖5是本發(fā)明中變頻器輸出頻率f固定時功率因數(shù)λ與變頻器輸出電壓幅值U 的不意圖；
[0047] 圖6是本發(fā)明中擬合出的二次方U-f曲線圖；
[0048] 圖7是本發(fā)明二次方U-f曲線和最大功率跟蹤控制相結(jié)合的曲線圖。
【具體實施方式】
[0049] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0050] 本發(fā)明光伏水栗系統(tǒng)的最大功率跟蹤與U-f曲線自尋優(yōu)結(jié)合的方法，在較低頻率 時，采用變頻器輸出頻率f控制輸出功率P ni,在較高頻率時，采用變頻器輸出電壓幅值U控 制輸出功率Pni，其單位幅值對應(yīng)的功率變化相對較小，就可以將變頻器的輸出功率控制的 更加精細；直至使水栗跟蹤到光伏板輸出的最大功率。
[0051] 注：其中本發(fā)