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
【技术领域】
[0001] 本发明属于光伏水栗系统的控制技术领域，具体涉及一种光伏水栗系统的最大功 率跟踪与u-f曲线自寻优结合的方法。
【背景技术】
[0002] 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 用电机水栗进行抽水。
[0003] 传统的抽水方式通常是采用异步电机带水栗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，而被大量应用于水栗抽水领域。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， 但是由于风机栗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栗类的二次方负载时，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、水栗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。
[0004] 对于光伏水栗系统，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。目前交流光伏水栗系统中，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】
[0005] 本发明的目的是提供一种光伏水栗系统的最大功率跟踪与U-f曲线自寻优结合 的方法，可以提高光伏水栗系统的效率，并且可以提高控制的精度。
[0006] 本发明所采用的技术方案是，光伏水栗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 ni，在较高频率时，采用变频 器输出电压幅值U控制输出功率Pni，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；直至使水栗跟踪到光伏板输出的最大功率。
[0007] 本发明的特点还在于：
[0008] 采用变频器输出频率控制输出功率，控制的关系式为：
[0009]
[0010] 其中，Pni为电机的输出功率，Ap为转矩系数，η为电机转速，变频器输出频率f的值 等于电机转速η的值。
[0011] 变频器输出电压幅值U控制输出功率Pni为：
[0012] 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PJi行控制，控制的关系式为：
[0013]
[0014] 其中，Pni为电机的输出功率，Ap为转矩系数，η为电机转速，变频器输出频率f的值 等于电机转速η的值。
[0015] 控制关系式4 的计算过程为：
[0016] 由电机学原理知，在电机带风机栗类负载时，电机的负载转矩IY与电机角速度ω ^ 的平方成正比：
[0017] Tl - Ap · (〇： ' 1 )
[0018] 其中，Ap为转矩系数；
[0019] 由于
[0020] (2)
[0021] 其中，η为电机转速；[0022] 贝 Ij
_] r3)
[0024] _ ⑷
[0026] 电机的输出功率Pni与转子的角速度ω ^以及电磁转矩的关系如下：
[0027]
( 5 )
[0028] 贝丨J
[0029] Pn= Te · ωΓ (6)
[0030] 当电动机稳定运行时，负载转矩IY与电磁转矩?\相等，那么结合⑷、（6)式可得：
[0031]
(7)
[0032] 在结合（3)、（7)式，可以得到：
[0_
(8)0
[0034] 二次方U_f曲线的拟合过程为：
[0035] 步骤1、固定变频器输出频率f ;
[0036] 步骤2、对变频器输出电压幅值U进行扰动；
[0037] 步骤3、检测变频器三相输出电流IA、IB、Ic的值，经过3s/2r变换后得到有功分量 Id和无功分量I q，求出功率因数^ ;
[0038] 步骤4、多次改变变频器输出电压U幅值得出不同的λ值，进行比较找出最大λ 值；
[0039] 步骤5、保存变频器输出频率f及最大λ值所对应的变频器输出电压幅值U ;
[0040] 步骤6、判断变频器输出频率f是否大于50Hz，如果没有，则频率增加，转到步骤2， 如果变频器输出频率f大于50Hz，则结束。
[0041] 本发明的有益效果是：本发明光伏水栗系统的最大功率跟踪与u-f曲线自寻优结 合的方法中，对u-f曲线的拟合，使变频器在带风机栗类负载时具有最小的损耗，获得最高 的输出功率，实现节能，并且将该二次方u-f曲线与光伏水栗系统的最大功率跟踪控制相 结合，提高控制的精度，提高发电效率。
【附图说明】
[0042] 图1是最大功率跟踪控制频率电压变化图；
[0043] 图2是本发明中风机栗类负载的负载转矩IY与电机转速η的示意图；
[0044] 图3是本发明中电机转速η与电机的输出功率Pni的示意图；
[0045] 图4是本发明中拟合二次方U-f曲线的流程图；
[0046] 图5是本发明中变频器输出频率f固定时功率因数λ与变频器输出电压幅值U 的不意图；
[0047] 图6是本发明中拟合出的二次方U-f曲线图；
[0048] 图7是本发明二次方U-f曲线和最大功率跟踪控制相结合的曲线图。
【具体实施方式】
[0049] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0050] 本发明光伏水栗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 ni,在较高频率时，采用变频器输出电压幅值U控 制输出功率Pni，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；直至使水栗跟踪到光伏板输出的最大功率。
[0051] 注：其中本发