引言

“光伏水泵系統(tǒng)”亦稱“太陽能光電水泵系統(tǒng)”，其基本原理是利用半導體太陽能電池將太陽能直接轉換為電能，然后驅動各類馬達帶動水泵從深井、江、河、湖、塘等水源提水。在一些中小功率的光伏水泵系統(tǒng)中，多采用直流無刷電動機作為驅動馬達，但在一些較大功率的光伏水泵系統(tǒng)中亦不乏采用交流異步電動機作為驅動馬達。在交流異步電動機作為驅動馬達的場合，通常采用光伏水泵專用變頻控制器進行控制。

光伏水泵系統(tǒng)的組成

　　光伏水泵系統(tǒng)通常由太陽能光伏陣列（以下簡稱光伏陣列）、水泵變頻控制器和機泵組成， 其結構框圖如圖1所示

與我們常見的以交流市電作為電源水泵系統(tǒng)不同的是，光伏水泵系統(tǒng)是以太陽能光伏陣列輸出的直流電作為系統(tǒng)的電源供給。太陽能光伏陣列的輸出是一種強烈非線性的直流電源，受日照、環(huán)境溫度等氣象條件影響很大。要想光伏水泵系統(tǒng)在任何日照、環(huán)境溫度等條件下都能發(fā)揮當前光伏陣列輸出功率的最大潛力，就需要一個能使電源和負載之間達到和諧、高效、穩(wěn)定的工作狀態(tài)的控制器。圖1中的變頻器即是實現(xiàn)該功能的，主要是實現(xiàn)MPPT（最大功率點跟蹤）、逆變和一些保護功能。機泵為系統(tǒng)的執(zhí)行機構，包括驅動電機和水泵，通過調節(jié)機泵的轉速即可調整系統(tǒng)負載的大小。

系統(tǒng)的工作原理

　　太陽能光伏陣列是一種非線性的直流電源，它既非恒流源，也非恒壓源，也不能為負載提供任意大的功率。但在日照一定的前提下，光伏陣列有一個最大輸出功率點，如果系統(tǒng)工作時光伏陣列輸出功率為該點對應的功率值，則系統(tǒng)此時工作在最佳狀態(tài)。圖2給出了不同日照強度s下太陽能光伏陣列的i-v曲線。

　　圖2中：s為日照強度，單位為w/m2。a、b、c、d、e為對應的日照強度下光伏陣列的最大輸出功率點。

　　在CVT式的MPPT中，工程上可以近似認為不同日照強度下的最大輸出功率點（如圖2中的a、b、c、d、e點）逼近一條直線u=u*=const。也就是說只要光伏水泵系統(tǒng)運行過程中光伏陣列一直保持其輸出電壓為u*=const，就可以保證光伏陣列一直具有在當前日照下的最大功率輸出。

　　采用變頻器拖動光伏水泵以實現(xiàn)CVT式MPPT控制實際上是運用反饋控制原理，在不同的日照強度下，通過改變變頻器的輸出頻率來調整電機水泵的轉速（即負載大?。瑥亩_到穩(wěn)定光伏陣列輸出電壓的目的。其控制原理如圖3所示。

　　圖3中：u*為pi調節(jié)器的給定值，亦為CVT給定指令電壓; udc為光伏陣列實際輸出電壓，亦為變頻器的直流側電壓;fset為變頻器頻率給定值; idc為光伏陣列的輸出電流，亦為變頻器的直流側電流。

　　圖3中pi調節(jié)器根據(jù)給定誤差輸出變頻器的頻率給定信號，從而改變水泵驅動電動機的轉速，如此也即改變了系統(tǒng)的負載大小。fset越大，電動機轉速越高，系統(tǒng)負載越大;反之，fset越小，電動機轉速越低，系統(tǒng)負載越小。而系統(tǒng)負載的大小直接影響到變頻器的直流側電流即idc的大小。負載越大，idc越大;負載越小，idc越小。這樣就構成如下所述的系統(tǒng)調節(jié)過程：當檢測到的光伏陣列輸出電壓udc大于指令電壓u*時，變頻器的頻率給定fset上升，機泵的轉速n也上升，負載增加，光伏陣列的輸出電流idc增加，光伏陣列輸出電壓udc下降直到穩(wěn)定在工作點u*;當光伏陣列輸出電壓udc小于指令u*時，變頻器的頻率給定fset下降，機泵的轉速n也下降，負載減小，光伏陣列的輸出電流idc減小，光伏陣列輸出電壓udc增加直到穩(wěn)定在工作點u*。

普傳PI500-S光伏水泵專用變頻器

　　普傳科技PI500-S系列光伏水泵專業(yè)變頻器采用高精度快速MPPT算法，將光伏陣列輸出通過最大功率點追蹤，最大化驅動水泵電機，以滿足各種揚水應用需求。光伏水泵專用變頻器除了支持光伏列陣直流輸入外，還支持交流輸入。當光伏陣列輸出無法驅動電機或者無輸出時，還接受電網(wǎng)交流輸入或者其他交流電機供電，以滿足各種應急需求。

    光伏水泵專用變頻器提供全方位保護，最大化提高電機及水泵使用壽命。系統(tǒng)結構圖如圖4所示。

產(chǎn)品特點：

1：內置高精度光伏陣列最大規(guī)律點跟蹤MPPT算法干運行狀態(tài)監(jiān)測，處理，達到控制最大化；

2：蓄水池水位控制；水位檢測機構將水井和蓄水池的水位信號通過開關觸點信號送入控制板，根據(jù)不同的水位狀態(tài)控制變頻器的起停。

3：兼容直流/交流兩種輸入；2種電流輸入保證系統(tǒng)工作的正常運行；

4：LED顯示實時系統(tǒng)狀態(tài)與參數(shù)；實時控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)，方便操作；

5：基于RS485的實時遠程監(jiān)控系統(tǒng)；

6：快速安裝設計，無需額外維護；

7：內置全方位保護及診斷機制。

結束語

　　光伏水泵系統(tǒng)是目前太陽能光電應用中最具特色的應用領域之一。本文所探討的系統(tǒng)是一種通用變頻器在太陽能光伏水泵系統(tǒng)方面的應用，該系統(tǒng)組成簡單，調試方便，無需專門的采樣單元和保護單元（均由變頻器內部功能來實現(xiàn)），可以實現(xiàn)全自動控制，十分適合于一些邊遠干旱、缺電地區(qū)的使用。該系統(tǒng)已成功地在西藏某地得到應用，效果理想。