[发明专利]光伏水泵系统的最大功率跟踪与U‑f曲线自寻优结合的方法

说明书

技术领域

本发明属于光伏水泵系统的控制技术领域，具体涉及一种光伏水泵系统的最大功率跟踪与U-f曲线自寻优结合的方法。

背景技术

水是人类生存必不可少的资源，人类的日常饮水、灌溉都需要大量的水，然而我们所需要的淡水资源大量储藏于地下，即所谓的地下水，以及少量的地上水，即江河湖泊中的水，然而由于人类社会的发展，大量的城市和人口都远离江河湖泊，还有部分偏远的山区没有电网接入同时缺少地表水，这些场合都需要抽水满足饮水和灌溉的需要，所以就需要采用电机水泵进行抽水。

传统的抽水方式通常是采用异步电机带水泵直接加电网的工频的50Hz交流电进行驱动，这样的工作方式虽然可以达到抽水的目的，但是其出水的流速、扬程等都不可调，被公认为是不节能环保的抽水方式。所以，交流调速系统中常用的变频器因为其输出频率可调，可以大量节约电能，而被大量应用于水泵抽水领域。最初的变频器通常采用进行恒转矩负载变频调速的恒压-频比U-f曲线进行调速，该方法虽然可以达到变频调速的性能，但是由于风机泵类负载的负载曲线为二次方曲线，其负载转矩与电机的输出转速成平方关系，对其进行变频调速时，如果采用恒压-频比U-f曲线进行调速，就相当于小马拉大车，会由于增大了励磁而增大损耗。所以，目前对于变频器带风机泵类的二次方负载时，通常采用二次方的U-f曲线，如图1所示，但是由于不同的电机、水泵的性能参数各不相同，那么其二次方曲线也并不一致。所以有必要进行精确的U-f曲线测定。

对于光伏水泵系统，为了提高发电效率，节约成本，获得最大的出水量，就必须进行最大功率跟踪。目前交流光伏水泵系统中，常用的最大功率跟踪方法都是基于对变频器输出频率的调节来调节输出功率进行最大功率跟踪的，该方法在较低频时效果较好，因为其在较低频时单位步长的频率对应的输出功率变化较小，跟踪控制较为精确，而在较高频时，由于单位步长的频率对应的输出功率变化较大，就会对控制的精度带来不利的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种光伏水泵系统的最大功率跟踪与U-f曲线自寻优结合的方法，可以提高光伏水泵系统的效率，并且可以提高控制的精度。

本发明所采用的技术方案是，光伏水泵系统的最大功率跟踪与U-f曲线自寻优结合的方法，在较低频率时，采用变频器输出频率f控制输出功率P_m，在较高频率时，采用变频器输出电压幅值U控制输出功率P_m，其单位幅值对应的功率变化相对较小，就可以将变频器的输出功率控制的更加精细；直至使水泵跟踪到光伏板输出的最大功率。

本发明的特点还在于：

采用变频器输出频率控制输出功率，控制的关系式为：

其中，P_m为电机的输出功率，A_P为转矩系数，n为电机转速，变频器输出频率f的值等于电机转速n的值。

变频器输出电压幅值U控制输出功率P_m为：

首先根据二次方U-f曲线中变频器输出电压幅值U对变频器输出频率f进行控制，得到的变频器输出频率f再对输出功率P_m进行控制，控制的关系式为：

其中，P_m为电机的输出功率，A_P为转矩系数，n为电机转速，变频器输出频率f的值等于电机转速n的值。

控制关系式的计算过程为：

由电机学原理知，在电机带风机泵类负载时，电机的负载转矩T_L与电机角速度ω_r的平方成正比：

其中，A_p为转矩系数；

由于

其中，n为电机转速；

则

得：

电机的输出功率P_m与转子的角速度ω_r以及电磁转矩T_e的关系如下：

则

P_m＝T_e·ω_r(6)

当电动机稳定运行时，负载转矩T_L与电磁转矩T_e相等，那么结合(4)、(6)式可得：

在结合(3)、(7)式，可以得到：

二次方U-f曲线的拟合过程为：

步骤1、固定变频器输出频率f；