【摘要】：針對單機光伏水泵系統(tǒng)存在的“揚水闕值”問題,提出了多機并聯(lián)運行的光伏水泵群控系統(tǒng)及其優(yōu)化控制策略。本文主要從群控系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、系統(tǒng)各組成部件的特性和模型、陣列電壓的穩(wěn)定方式以及系統(tǒng)的尋優(yōu)控制策略等方面開展了研究,主要的研究內(nèi)容包括:(1)對多機運行的光伏水泵群控系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了總結(jié)分類,提出了共直流母線式、現(xiàn)場總線式和大型級聯(lián)式光伏水泵群控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)并具體分析比較了三類群控結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點。本文是以現(xiàn)場總線式的光伏水泵群控結(jié)構(gòu)作為研究對象。(2)對現(xiàn)場總線式的光伏水泵群控系統(tǒng)各部件進(jìn)行了介紹,具體分析了光伏陣列的數(shù)學(xué)模型和特性、異步電機的靜態(tài)等效電路和動態(tài)模型、水泵的基本性能和多臺水泵并聯(lián)運行的工作特點,為系統(tǒng)穩(wěn)定性和尋優(yōu)控制策略的研究提供了理論支撐。(3)介紹了異步電機恒壓頻比變頻控制和矢量變頻控制方式,并對矢量控制的控制參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計,理論分析并仿真驗證了矢量控制的穩(wěn)定性。針對多機運行的水泵群控系統(tǒng)采用傳統(tǒng)比例控制時陣列電壓無法保持穩(wěn)定的問題,提出了兩種解決方案。第一:提出了一種基于二次電壓補償?shù)谋壤刂撇呗?通過在中央控制器中加入陣列電壓補償環(huán)節(jié),解決了陣列電壓的穩(wěn)定性;第二:提出了一種適用于光伏水泵群控系統(tǒng)的主從控制策略,選用一臺變頻器作為主機完成了陣列電壓的穩(wěn)定。(4)研究了光伏水泵群控系統(tǒng)的尋優(yōu)控制策略,采用一種恒定電壓啟動的擾動觀測法跟蹤光伏陣列的最大功率點,分析了群控系統(tǒng)最大功率點偏移問題并提出了三種解決方法;研究了水泵功率分配原則,理論證明了多臺水泵功率均分時,系統(tǒng)的總流量最大;為實現(xiàn)并聯(lián)水泵的優(yōu)化調(diào)度,提出一種基于頻率判定的水泵投切方案。(5)搭建了多機運行下光伏水泵群控系統(tǒng)的實驗平臺,具體介紹了中央控制器的功能、軟件設(shè)計和實現(xiàn)方式。通過實驗重點驗證了水泵的功率分配原則、異步電機的恒壓頻比變頻控制和矢量控制的穩(wěn)定性以及基于二次電壓補償?shù)谋壤刂迫嚎夭呗缘葍?nèi)容。
[Abstract]:In order to solve the problem of "raising water threshold" in single machine photovoltaic pump system, a group control system of photovoltaic pump with multi-machine parallel operation and its optimal control strategy are put forward. In this paper, the topological structure of the group control system, the characteristics and models of the components of the system, the stability of the array voltage and the optimal control strategy of the system are studied. The main research contents are as follows: (1) the topology of PV pump group control system is summarized and classified, and the common DC busbar is proposed. The structure of field bus and large cascade PV pump group control system is analyzed and compared. In this paper, the field bus photovoltaic pump group control structure is taken as the research object. (2) the various components of the field bus photovoltaic pump group control system are introduced, and the mathematical model and characteristics of the photovoltaic array are analyzed in detail. The static equivalent circuit and dynamic model of asynchronous motor, the basic performance of water pump and the working characteristics of parallel operation of several pumps, It provides a theoretical support for the study of system stability and optimal control strategy. (3) the constant voltage-frequency ratio frequency conversion control and vector frequency conversion control of asynchronous motor are introduced, and the control parameters of vector control are designed. The stability of vector control is verified by theoretical analysis and simulation. In order to solve the problem that the array voltage can not be kept stable when traditional proportional control is used in multi-machine running water pump group control system, two solutions are proposed. First, a proportional control strategy based on secondary voltage compensation is proposed. The stability of array voltage is solved by adding array voltage compensation to the central controller. Second, a master-slave control strategy suitable for photovoltaic pump group control system is proposed. A inverter is selected as the host to complete the stability of array voltage. (4) the optimal control strategy of photovoltaic pump group control system is studied. The maximum power point of photovoltaic array is tracked by a perturbation observation method with constant voltage start-up, the problem of maximum power point migration in group control system is analyzed and three solutions are proposed, and the principle of pump power distribution is studied. It is proved theoretically that the total flow of the system is the largest when the power of multiple pumps is equal. In order to realize the optimal dispatching of parallel pumps, a water pump switching scheme based on frequency decision is proposed. (5) the experimental platform of PV pump group control system under multi-machine operation is built. The function, software design and implementation of the central controller are introduced in detail. The power distribution principle of the pump, the stability of frequency conversion control and vector control of induction motor and the group control strategy of proportional control based on secondary voltage compensation are verified by experiments.
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH38;TM615

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本文編號：2224372