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一、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成
 
光伏交流提水系統(tǒng)除了包含光伏電池板陣列，蓄電池，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，水泵和水源外，還包含DC-DC推挽升壓模塊和DC-AC逆變調(diào)速部分，圖1表示交流光伏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
 

系統(tǒng)主要包含以下主要幾個(gè)部分：
1、電源部分
本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的供電部分分為直流供電部分和交流供電部分，直流供電由光伏陣列和蓄電池組成；交流供電部分由直流供電部分經(jīng)過DC-DC推挽升壓和DC-AC逆變組成。
 
2、水泵控制部分
這部分是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分，在微控制器的控制下，實(shí)現(xiàn)由電能到廣一管道泵機(jī)械能和勢能的轉(zhuǎn)換，包含了以下幾個(gè)主要部分：
（1）供電系統(tǒng)管理模塊，本模塊是對光伏、蓄電池兩種供電方式進(jìn)行智能管理和選擇，在太陽能比較充足的時(shí)候，選擇光伏電池單獨(dú)供電；當(dāng)光伏較弱的時(shí)候，根據(jù)采取的供電方式進(jìn)行智能選擇；沒有光照或者光照比較弱的時(shí)候，蓄電池單獨(dú)供電；光伏在滿足提水所需能量后，多余的能量給蓄電池充電，就涉及到蓄電池的充電管理，在后續(xù)會(huì)有詳細(xì)的介紹；系統(tǒng)運(yùn)行過程中，最大功率跟蹤的實(shí)現(xiàn)等。
（2）驅(qū)動(dòng)電路模塊，為了加快系統(tǒng)的開發(fā)效率、開發(fā)的速度和成本，在對分離式原件搭建的DC-DC推挽升壓電路和DC-AC逆變電路與智能功率模塊比較后，選擇了應(yīng)用比較廣泛且技術(shù)成熟的智能功率驅(qū)動(dòng)模塊。
 
3、信號采集和保護(hù)模塊
（1）電壓電流采樣模塊，這部分內(nèi)容包含了對光伏電池輸出電流電壓的米樣和電機(jī)運(yùn)行過程的電壓電流進(jìn)行采集。由于光伏電池輸出電壓電流的不穩(wěn)定性，為了提高光伏電池的利用效率，則需要對電壓電流值進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集比較，使得系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)處。交流電壓電流的采集是為了判斷驅(qū)動(dòng)電路運(yùn)行過程中是否發(fā)生了異常行為，如果發(fā)生異常行為，微控制器采取對應(yīng)的保護(hù)行為：關(guān)閉驅(qū)動(dòng)輸出、切斷主電路供電和打開標(biāo)志指示燈等。
（2）保護(hù)模塊，確保系統(tǒng)穩(wěn)定高效的運(yùn)行，保護(hù)模塊在任何一個(gè)系統(tǒng)中，都起著至關(guān)重要的作用。廣一水泵廠的保護(hù)模塊分為過壓欠壓保護(hù)、打干溢出保護(hù)、防反接防雷擊保護(hù)組成的硬件模塊，和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩檢測、電壓電流采集、看門狗等組成的軟件保護(hù)模塊。
 
二、光伏電池工作原理分析
 
光伏電池作為系統(tǒng)供電部分的核心，對于光伏電池特性的分析研究有助于提出針對光伏電池管理策略。根據(jù)電力電子和物理學(xué)的基本知識，理想的光伏板模型可以簡化為一個(gè)理想二極管和一個(gè)電流源并聯(lián)表示。但在實(shí)際工程應(yīng)用中，由于光伏電池自身材料、連接金屬導(dǎo)線和接觸點(diǎn)部件等存在功率損耗，在建立數(shù)學(xué)模型的時(shí)候，通常會(huì)用串聯(lián)電阻和分流電阻來表示這些損耗，可以得到當(dāng)負(fù)載為純電阻時(shí)，其等效電路可以圖2表示。
 


三、電機(jī)控制的關(guān)鍵技術(shù)
 
在對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和異步電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組在磁場的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行了詳細(xì)的分析和研究，但如何才能是電動(dòng)機(jī)快速、高效的運(yùn)作，滿足用戶的實(shí)際要求，廣一水泵廠就設(shè)計(jì)過程中遇到的難點(diǎn)分為以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：
1、電機(jī)啟動(dòng)控制，啟動(dòng)時(shí)如果力矩力量不夠，定子繞組產(chǎn)生的電磁力矩不足以使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)起來，會(huì)嚴(yán)重影響電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間，增加電機(jī)啟動(dòng)失敗的幾率；如果啟動(dòng)過程中力矩過大會(huì)造成轉(zhuǎn)子部件過熱，導(dǎo)致機(jī)械故障的發(fā)生。
2、異步電機(jī)控制方式的選擇，目前對異步電機(jī)的控制有：矢量控制，直接轉(zhuǎn)矩控制，自適應(yīng)控制和無速度傳感器高動(dòng)態(tài)性能控制等主要的控制方式，每種控制方式都是有自己的優(yōu)缺點(diǎn)。選擇與本文配套異步電機(jī)的控制方式，不僅能使廣一管道泵高效的運(yùn)行，還能提高光伏系統(tǒng)的利用率，延長電機(jī)的使用壽命。
3、推挽、逆變器電路拓?fù)涞倪x擇，電路設(shè)計(jì)和元器件選擇的不合理不僅使DC-DC升壓過程比較緩慢或達(dá)不到給定的升壓值，而且異步電機(jī)供電的不穩(wěn)定會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的頻繁啟動(dòng)；供電電源智能選擇和充電策略的選擇。
 
四、小結(jié)
 
本文從交流水泵整體為出發(fā)點(diǎn)，首先介紹了廣一水泵系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)基本模塊組成；然后對交流異步電機(jī)的工作原理，三相轉(zhuǎn)子繞組在電壓矢量空間轉(zhuǎn)動(dòng)過程中磁場分析，為下文電機(jī)的啟動(dòng)和控制提供理論基礎(chǔ)；同時(shí)提出本文控制過程中的一些技術(shù)上的難點(diǎn)。

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