2 光伏水泵最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)設(shè)計(jì)
2．1 常規(guī)恒定電壓跟蹤(CVT)方式的特點(diǎn)與不足
CVT方式可以近似獲得太陽(yáng)電池的最大功率輸出，軟件上處理比較簡(jiǎn)單。但實(shí)際上日照強(qiáng)度和溫度是時(shí)刻變化的，尤其是在西部地區(qū)，同一天中的不同時(shí)段，溫度和日照強(qiáng)度變化都相當(dāng)大，這些都會(huì)引起太陽(yáng)電池陣列最大功率點(diǎn)電壓的偏移，其中尤以溫度的變化影響最大。在這種情況下，采用CVT方式就不能很好地跟蹤最大點(diǎn)。

2．2 TMPPT的原理與實(shí)現(xiàn)
為克服CVT方式弊端，提出了TMPPT(TrueMaximum Power Point Tracking)概念，其意思是“真正的最大功率跟蹤”控制，即保證系統(tǒng)不論在何種日照及溫度條件下，始終使太陽(yáng)電池工作在最大功率點(diǎn)處。由于逆變器采用恒V／f控制，故水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速與其輸入電壓成正比，因此，調(diào)節(jié)逆變器的輸出電壓，就等于調(diào)節(jié)了負(fù)載電機(jī)的輸出功率。故本系統(tǒng)采用TMPPT方式使太陽(yáng)電池盡可能工作在最大功率點(diǎn)處，為負(fù)載提供最大的能量。

由太陽(yáng)電池陣列的特性曲線(見(jiàn)圖4)可知，

在最大功率點(diǎn)處，dP／dv=O，在最大功率點(diǎn)的左側(cè)，當(dāng)dP／dV>O時(shí)，P呈增加趨勢(shì)，dP／dVO時(shí)，P呈減少趨勢(shì)；但在最大功率點(diǎn)的右側(cè)，當(dāng)dP／dv>O時(shí)，P呈減少趨勢(shì)，dP／d vO時(shí)，P呈增加趨勢(shì)。據(jù)此可在實(shí)際運(yùn)行時(shí)根據(jù)P-V的變化關(guān)系確定最大功率點(diǎn)。

圖5為TMPPT型最大功率點(diǎn)跟蹤控制框圖。系統(tǒng)的輸入指令值為0，反饋值為dP／dV，假定Z3狀態(tài)為+1，則Usp*指令電壓增加，經(jīng)CVT環(huán)節(jié)調(diào)整，系統(tǒng)的輸出電壓V跟蹤Usp*增加，采樣輸出電流I，經(jīng)功率運(yùn)算環(huán)節(jié)和功率微分環(huán)節(jié)，獲得dP／dV值，如dP／dV>0，則Z1為+1，Z2為+1，Z3為+l，Usp*指令電壓繼續(xù)增加。如dP／dVO，則Z1為-l，Z2為-1，Z3為-1，Usp*指令電壓開(kāi)始減小。穩(wěn)定工作時(shí)，系統(tǒng)在最大功率點(diǎn)附近擺動(dòng)，如果擺動(dòng)幅度越小，則精度越高。在具體工作時(shí)，為了防止搜索方向的誤判斷，軟件中設(shè)置了搜索限幅值，使系統(tǒng)的工作可靠性進(jìn)一步提高。由于本系統(tǒng)中采用的ASIPM模塊帶有電流檢測(cè)功能，故在硬件設(shè)計(jì)上可以省去電流檢測(cè)電路，節(jié)約了成本，并進(jìn)一步優(yōu)化了外圍電路。

3 系統(tǒng)的保護(hù)功能設(shè)計(jì)

1)過(guò)流和短路保護(hù)功能 由于ASIPM的下臂IGBT母線上串有采樣電阻，所以通過(guò)檢測(cè)母線電流可以實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。當(dāng)檢測(cè)電流值超過(guò)給定值時(shí)，被認(rèn)為過(guò)流或短路，此時(shí)下橋臂IGBT門電路被關(guān)斷，同時(shí)輸出故障信號(hào)，dsPIC檢測(cè)到此信號(hào)時(shí)封鎖PWM脈沖進(jìn)一步保護(hù)后級(jí)電路。

2)欠壓保護(hù)功能 ASIPM檢測(cè)下橋臂的控制電源電壓，如果電源電壓連續(xù)低于給定電壓1OMs，則下橋臂各相IGBT均被關(guān)斷，同時(shí)輸出故障信號(hào)，在故障期間，下橋臂三相IGBT的門極均不接受外來(lái)信號(hào)。

3)過(guò)熱保護(hù)功能 ASIPM內(nèi)置檢測(cè)基板溫度的熱敏電阻，熱敏電阻的阻值被直接輸出，dsPIC通過(guò)檢測(cè)其阻值可以完成過(guò)熱保護(hù)功能。

以上保護(hù)是利用了ASIPM自身帶有的功能，無(wú)須外加電路，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了硬件電路設(shè)計(jì)。系統(tǒng)除了具有上述保護(hù)功能外，還具有光伏水泵系統(tǒng)特有的低頻、日照低、打干(自動(dòng)和手動(dòng)打干)等保護(hù)功能。對(duì)于泵類負(fù)載，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于下限值時(shí)，光伏陣列所提供的能量絕大部分都轉(zhuǎn)化為損耗，長(zhǎng)期低速運(yùn)行，會(huì)引起發(fā)熱并影響水泵使用壽命，因此，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了低頻保護(hù)，對(duì)水泵來(lái)說(shuō)，當(dāng)液面低于水泵進(jìn)水口時(shí)，水泵處于空載狀態(tài)，若不采取措施，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行則會(huì)損壞潤(rùn)滑軸承，而本系統(tǒng)為戶外無(wú)人值守工作方式，故系統(tǒng)為了增加檢測(cè)可靠性，采用了自動(dòng)打干和手動(dòng)打干兩種識(shí)別方式，其中，自動(dòng)打干是根據(jù)系統(tǒng)輸出功率和電機(jī)工作頻率來(lái)進(jìn)行判別；手動(dòng)打干則是通過(guò)水位傳感器識(shí)別當(dāng)前水位高低來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于低頻、日照低、打干等功能都是由軟件來(lái)完成，不須增加硬件電路，故系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

4 結(jié)語(yǔ)
本系統(tǒng)DC／DC環(huán)節(jié)采用的推挽正激式電路，在性能、經(jīng)濟(jì)等方面優(yōu)于傳統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，非常適用于光伏水泵系統(tǒng)。DC／AC環(huán)節(jié)采用最新的ASIPM模塊大大簡(jiǎn)化了電路，提高了系統(tǒng)的可靠性?？刂撇呗陨喜捎肨MPPT最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，提高了系統(tǒng)效率、簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)本系統(tǒng)還采用了數(shù)字信號(hào)控制器(DSC)dsPIC30F2010對(duì)于提高系統(tǒng)運(yùn)行速度，改善系統(tǒng)性能起著重要作用?？傊?，基于上述結(jié)構(gòu)的光伏水泵控制器，無(wú)論在結(jié)構(gòu)、功能、成本和可靠性等方面都具有明顯的優(yōu)越性和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。