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1、光伏水泵系统实验演示1.实验名称光伏水泵系统实验。2. 实验目的学习和了解离心式水泵变频条件下的扬水特点、光伏阵列特性、光伏水泵系统控制原理等。测试不同扬程条件下，日照变化对流量的影响，及系统最大功率跟踪情况。研究在共用同一光伏阵列条件下，多台机泵的优化群控技术。实验相关原理及理论介绍3.1离心泵的变频扬水特点离心泵性能曲线通常用迪卡尔第一坐标系绘制而成。其横坐标表示泵的流量，纵坐标表示泵的扬程，特定离心泵的流量与扬程曲线是条向下弯曲线，表示其泵扬程减小而其流量增加。在这个坐标中，还有一个功率曲线，其是一根向上的曲线，表示泵的功率随着流量增加而功率增加，扬程减小而功率下降。还有一根效率曲线，其
2、是一根中间高，两边低的曲线，说明其效率中间部分最高，两边部分效率下降。因此，在选择泵型时，要使泵的流量与扬程落在效率曲线最高点附近。NPSH是NetPositiveSuctionHead的缩写，直译为净正吸入水头，我国习惯称为汽蚀余量，它指的是叶轮进口(相对于基准面)液体所具有的超过该温度下液体饱和蒸汽压的能量。它由泵安装条件确定。以水头形式表示。单位为m。对给定的泵，在给定转速和流量下必需的(NPSH)值，由设计制造时给出，称为必需汽蚀余量(NPSH)r，单位为m。在给定流量或扬程下，第一级叶轮内刚好发生汽蚀时的(NPSH)值，称为临界汽蚀余量，(NPSH)c，单位为m。图1为一典型离心泵在
3、固定频率下的特性曲线。对于潜水泵则不考虑NPSH。020406080100120140Q(m3/h)图1离心泵特性曲线离心泵在变频运行时，其转速与流量、扬程、电机轴功率的关系满足公式如下:Qn2=Q1(2)HA2HA1Pm2Pmi式中n为电机转速H为扬程，Pm为电机输出轴功率。由公式可得离心泵在不同频率下近似的特性曲线。不同机泵转速条件下的扬水特性示意如图2所示。O图2离心泵在不同频率下近似的特性曲线3.2光伏水泵控制原理sp光伏水泵系统的基本组成部件有光伏阵列、水泵、电机、电机驱动器、管路等，其系统控制结构示意图如图3所示。MPPT最大功率跟踪程序模块完成系统的最大功率电压点的搜索，输出阵列
4、电压的给定值V/，系统通过调节逆变器输出频率稳定阵列电压，实现水泵稳定扬水功能。图3系统控制结构示意图水泵驱动器的主电路如图4所示。列阵伏光图4水泵驱动器的主电路图3.3实验系统设计该系统由光伏阵列模拟器、离心水泵、水泵驱动器、输水循环管路、水箱和测试传感器仪表等部分组成，实验系统总体架构示意如图5所示。IV模拟器智能仪表储水箱图5实验系统总体架构示意图3.4上位机监控系统设计光伏水泵上位机监控系统如图6所示，PC机通过485总线和变频器、电磁流量计通讯，从压力计、控制阀和IV模拟器采样到的模拟信号量，经过调理板调理后送到采集卡，采集卡和PC机通过PCI总线传递数据。此外，可以通过485通讯接
5、口，实现光伏水泵的多机优化群控实验研究。|111.11.一!1由磁流量；压力计I；控制阀I；IV模拟器、变频器由磁计流量图6上位机监控系统架构图上位机监控系统界面如图7所示：图7上位机监控系统界面上位机监控系统主要功能包括：3. 1、显示各个变频器的当前状态和数据（功率、由流、转速）；2、采样并显示IV模拟器的数据（直流电流、直流电压、功率）；3、显示各管流量、压力；4、实时曲线、历史曲线；5、控制算法；实验演示步骤及波形说明、结论以下实验条件下的扬程是固定的，通过自动调节管路阀门保持水压力不变实现。4.1实验一：单机CVT实验步骤1：给PV阵列模拟器接通电源并打开开关。步骤2：给上位机、压力
6、表、流量计接通电源。步骤3：在操作面板上将逆变器1设置为主机模式并将其设置为CVT模式。运行逆变器1。步骤4：将示波器电压探头接在直流侧，同时改变主机电压给定值，验证电压是否能跟踪至指令值。4.2实验二：单机MPPT实验步骤1：将逆变器1设置为主机模式并将其设置为MPPT模式。步骤2：观察PV模拟器测试软件，验证电压是否跟踪至最大功率点。4.3实验三：单机光照跌落实验在PV模拟器测试软件上减小PV模拟器功率输出，分别为原来的50%，25%，15%，验证此时系统是否能够稳定。4.4实验四：多机光照变化及MPPT实验步骤1：调整PV模拟器功率输出至最初的300%，分别运行逆变器1、逆变器2、逆变器
7、3,观察此时PV模拟器测试软件，验证PV模拟器是否至最大功率点。步骤2：调整PV模拟器功率输出至最初的150%，观察此时的直流电压是否稳定并且PV模拟器在最大功率点，同时观察逆变器3是否停机；同时观察逆变器1、2输出电流，验证逆变器2是否仍然满功率运行，逆变器1输出功率为50%额定功率。步骤3：继续调整PV模拟器功率输出至最初功率的50%，观察逆变器1输出电流，验证其输出功率是否为额定功率50%，同时观察逆变器2,是否停机。步骤4：调整PV模拟器功率输出至最初功率的250%，观察逆变器1是否为额定功率的50%，观察逆变器2、3是否达到额定功率，同时观察阵列模拟器是否达到最大功率点。步骤5：调整
8、PV模拟器功率输出至最初功率的300%，观察逆变器1、2、3是否为满功率输出，同时观察阵列模拟器是否达到最大功率点。4.5实验五：测量频率与流量关系步骤1：将阵列模拟器调整至电压源模式。步骤2：运行逆变器1。步骤3：将逆变器1设置至普通运行模式。步骤4：调整逆变器1给定转速，同时观测流量计，记录电机转速与流量关系。4.6实验六：测量功率与流量关系步骤1：将阵列模拟器调整至IV电源模式。步骤2：运行逆变器1步骤3：改变阵列模拟器输出功率，同时观测流量计，记录阵列输出功率与流量关系。4.7实验七：多机并联优化运行实验步骤1：将阵列模拟器调整至IV电源模式。步骤2：运行逆变器1、2、3。步骤3：将逆
9、变器1设置为主机，2、3设置为从机。步骤4：固定阵列模拟器输出功率，使逆变器1、2、3输出频率相等，观测并记录总流量。步骤5：固定阵列模拟器输出功率，使逆变器1、2、3输出频率不相等，观测并记录总流量。并建立表格记录逆变器1、2、3输出频率与响应水泵流量。4.8实验波形及说明图8记录了稳定条件下直流电压与定子电流波形，可以看出系统此时稳定运行。图9记录了阵列模拟器模拟在电流源区域内功率跌落的状况，可以看出系统在功率跌落后仍然能够稳定运行。图10记录了阵列模拟器模拟在电压源区域内功率跌落的状况，可以看出系统在功率跌落后仍然能够稳定运行。B染000一八C/x)(a)直流电压与定子电流波形(b)阵列
10、模拟器当前状态图8稳定条件下运行状况1KJ0-P-VCurve1320-根根方方Si.oosio峋杪I5.00AQ10k点254V直流电压与定子电流波形298V3012983062.1877月201420：。1：07乍点阵列工SS(b)阵列模拟器当前状态2.23A2.14280H12.79502mJ图9在电流源区域阵列功率跌落时运行状况I200msS.OOAO%5.00k砒41I10k点1.50A.子蟠也：-1MB-趺一g2DO-aV(V)501QGf50P-VCur/flJflGW2CK2Wwov3平均值最小值:零：d)直流电压与定子电流波形77月201415:47:31(b)阵列模拟器当前
11、状态ii持蕾10辩电压源区域阵列功率跌落时运行状况参考文献1关醒凡.现代泵技术手册M.北京：宇航出版社，1998.赵朝光，王洋.潜水电泵试验方法M.北京：标准化出版社,2002.3潘中永，倪永燕，李红，等.离心泵汽蚀特性分析J排灌机械，2008,26(4):35-38.4苏建徽.光伏水泵系统及其控制的研究D.合肥：合肥工业大学，2003.6 5谢磊.光伏水泵系统配置优化的实验及仿真研究J.太阳能学报，2009，30(11):1454-1460黄明玖，罗皓泽，苏建徽.光伏发电系统最大功率跟踪的稳定性研究J.高压电器，2012,48(8)：71-75.7 茆美琴，余世杰，苏建徽.带有MPPT功能的光伏阵列Matlab通用仿真模型J.系统仿真学报2005.17(5)1248-1251.附录图11阵列模拟器图12流量计、压力计及管路图14监控计算机图13光伏逆变器
