摘要：能源是人類經(jīng)濟(jì)及文化活動(dòng)的動(dòng)力來(lái)源，人類不斷從自然界獲取探究適合生存和發(fā)展所需的各種能源，能源的利用水平折射出人類文明的進(jìn)步，同時(shí)不可再生能源面臨著枯竭，因此開(kāi)發(fā)利用可再生能源和太陽(yáng)能技術(shù)，改變能源機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略之一，開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能是人類可持續(xù)發(fā)展必要措施，因?yàn)樗哂袩o(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)：1，能源豐富。取之不盡，用之不竭。2，存在普遍性，3，能源潔凈。4，集成度高。本文以保利變頻器在光伏水泵系統(tǒng)中應(yīng)用為例介紹應(yīng)用的情況。

關(guān)鍵詞：變頻器；光伏電池；蓄電池；綠色能源；光伏水泵

      當(dāng)前經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展伴隨著能源的極大消耗，能源和環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)日益突出，人類文明的高度發(fā)展與地球環(huán)境的快速惡化已經(jīng)形成十分的突出的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)利用清潔的可在生能源已經(jīng)是在必行，太陽(yáng)能是當(dāng)今世界上最清潔同時(shí)具有大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用的前景之一，世界各國(guó)都在積極開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能，光伏發(fā)電是太陽(yáng)能利用的主要形式，太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)自20世紀(jì)80年代以來(lái)持續(xù)高速發(fā)展每年以30%-40%速度增長(zhǎng)，同時(shí)全球光伏電池產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，全球太陽(yáng)能企業(yè)在1995-2002增長(zhǎng)17倍，為了鼓勵(lì)太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)和利用各國(guó)在積極制定各種優(yōu)惠政策來(lái)推動(dòng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的發(fā)展

      并網(wǎng)發(fā)電和離網(wǎng)發(fā)電是當(dāng)今世界太陽(yáng)能發(fā)電的主要發(fā)展方向， 但各國(guó)都在積極研究并網(wǎng)發(fā)電，本文以保利變頻器在光伏離網(wǎng)系統(tǒng)中光伏水泵系統(tǒng)中的應(yīng)用

      光伏水泵系統(tǒng)”亦稱“太陽(yáng)能光電水泵系統(tǒng)”，其基本原理是利用太陽(yáng)電池將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能，然后驅(qū)動(dòng)各類電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水泵從深井、江、河、湖、塘等水源提水。它具有無(wú)噪聲、全自動(dòng)、高可靠、供水量與蒸發(fā)量適配性好（“天大旱，它大干”）等許多優(yōu)點(diǎn)，特別是在亞、非、拉及中東等發(fā)展中國(guó)家，已為許多貧困地區(qū)的人民帶來(lái)相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，加速了這些地區(qū)的脫貧步伐。由于光伏水泵系統(tǒng)從技術(shù)上說(shuō)是一個(gè)比較典型的“光、機(jī)電一體化”系統(tǒng)，它涉及太陽(yáng)能的采集、變換及電力電子、電機(jī)、水泵、計(jì)算機(jī)控制等多個(gè)學(xué)科的最新技術(shù)。光伏水泵系統(tǒng)由光伏電池組件，控制器，蓄電池，變頻器，水泵，等五部分組成。系統(tǒng)圖如下：

圖（一）系統(tǒng)

      水泵（含電機(jī)）目前市場(chǎng)上多使用直流電機(jī)但直流電動(dòng)機(jī)的造價(jià)一般較高，還需要定期維護(hù)或更換其電刷，近若干年來(lái)，由于新型調(diào)速控制理論及功率電子器件、技術(shù)的進(jìn)步，使交流調(diào)速技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，其效率已逐步趕上直流電動(dòng)機(jī)，而其使用的方便性和牢固性卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)直流電動(dòng)機(jī)，因此有刷直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式漸呈被淘汰之勢(shì)，而取而代之的主要是高效率的三相異步電動(dòng)機(jī)或單相電機(jī)也偶有采用永磁同步電動(dòng)機(jī)。后幾種電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)都要靠專用的變頻裝置或相應(yīng)的電力電子驅(qū)動(dòng)電路。為此我司針對(duì)太陽(yáng)能在供水行業(yè)的的特殊工況而研發(fā)的變頻器，系統(tǒng)中變頻器它解決了單一只逆變的的功能也并非AC-AC變頻器的功能，它是DC-AC逆變變頻一體機(jī)，通過(guò)升壓，逆變，變頻，一體化設(shè)計(jì)，通過(guò)蓄電池電壓經(jīng)過(guò)變頻器直接控制電機(jī)，能實(shí)現(xiàn)單一逆變器不能實(shí)現(xiàn)的無(wú)級(jí)調(diào)速，減少?zèng)_擊電流的軟啟動(dòng)，及閉環(huán)控制等等。保護(hù)功能更加齊全，主要有以下特點(diǎn)：

1、具有電機(jī)保護(hù)，過(guò)壓欠壓保護(hù)，瞬時(shí)停電處理及失速防止，頻率檢出，異常復(fù)位，過(guò)力矩輸出，力矩極限，硬件保護(hù)功能及診斷功能，將避免機(jī)器可能發(fā)生的意外損壞。

    2、速度控制精度可達(dá) 12鹵>'> 0.02%，頻率精度可達(dá) 12鹵>'> 0.01%，輸出頻率分辨率可達(dá)0.01HZ。

  3、開(kāi)關(guān)環(huán)磁通矢量控制及開(kāi)，閉環(huán)V/F控制可自由選擇。

   4、超低速高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，低速轉(zhuǎn)矩可達(dá)150%額定轉(zhuǎn)矩（100~300可設(shè)定）。

   5、速度控制范圍可達(dá)1:1000(在閉環(huán)控制模式下)。

   6、加速時(shí)間可設(shè)定0.01秒，動(dòng)態(tài)響應(yīng)良好，負(fù)載適應(yīng)性極強(qiáng)。

   7、具有滑差補(bǔ)償，轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，速度控制（ASR），鍵盤數(shù)據(jù)復(fù)制，自學(xué)習(xí)。

   8、具有多功能輸入，輸出端子功能，多功能模擬輸入，輸出功能及串行通信接口。

   9、具有2種參數(shù)的在線監(jiān)視功能。

   10、硬件保護(hù)功能及診斷功能，將避免機(jī)器可能發(fā)生的意外損壞。

   11、獨(dú)特，先進(jìn)的主回路設(shè)計(jì)及報(bào)警功能，將完全保證整體的高可靠性。

   12、具有中英文顯示，界面友好。

      本變頻器自研發(fā)成功之后在實(shí)際應(yīng)用非常廣泛尤其偏遠(yuǎn)山區(qū) ，新疆，內(nèi)蒙，非洲等國(guó)家受到很好的歡迎，

圖（二）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

      現(xiàn)主要就本司變頻器在光伏水泵系統(tǒng)中恒壓供水系統(tǒng)中應(yīng)用，恒壓供水是指在供水網(wǎng)中用水量發(fā)生變化時(shí)，出口壓力保持不變的供水方式。供水網(wǎng)系出口壓力值是根據(jù)用戶需求確定的。傳統(tǒng)的恒壓供水方式是采用水塔、高位水箱、氣壓罐等設(shè)施實(shí)現(xiàn)的。隨著光伏發(fā)電，變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟和廣泛應(yīng)用，利用光伏電池，變頻器、傳感器等器件的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，實(shí)現(xiàn)綠色能源，節(jié)能，恒壓供水。該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用廣泛

二、光伏水泵變頻恒壓供水系統(tǒng)組成　

      光伏水泵變頻恒壓供水系統(tǒng)通常是由光伏組件、蓄電池，離心泵、壓力傳感器、、變頻器、管網(wǎng)組成。工作流程是利用設(shè)置在管網(wǎng)上的壓力傳感器將管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)因用水量的變化引起的水壓變化，及時(shí)將信號(hào)（4-20mA或0-10V）反饋給變頻器內(nèi)PID調(diào)節(jié)對(duì)比設(shè)定控制壓力進(jìn)行運(yùn)算后給出相應(yīng)的變頻指令，改變水泵的運(yùn)行或轉(zhuǎn)速，使得管網(wǎng)的水壓與控制壓力一致。同時(shí)也經(jīng)過(guò)太陽(yáng)能光伏板獲得直流信號(hào)轉(zhuǎn)變成0-10V 來(lái)控制變頻輸出頻率。不同的光光照輸出不同的功率，實(shí)現(xiàn)最大點(diǎn)跟蹤。系統(tǒng)控制圖如下：

恒壓供水控制系統(tǒng)框圖

光伏水泵系統(tǒng)的變頻恒壓供水主要特點(diǎn)：

1、環(huán)保綠色，利用太陽(yáng)能發(fā)電，無(wú)污染，太陽(yáng)能板使用使用壽命10年，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

2、節(jié)電：變頻恒壓供水系統(tǒng)的最顯著優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)約電能，節(jié)能通常在10-40%。從單臺(tái)水泵的節(jié)能來(lái)看，流量越小，節(jié)能量越大。在滿足工礦的情況下可減少太陽(yáng)能板的用量，從而減少了用地面積。

3.適應(yīng)性廣，山區(qū)，平原，丘陵等地區(qū)都可利用。

4、衛(wèi)生節(jié)水：根據(jù)實(shí)際用水情況設(shè)定管網(wǎng)壓力，自動(dòng)控制水泵出水量，減少了水的跑、漏現(xiàn)象；系統(tǒng)實(shí)行閉環(huán)供水后，用戶的水全部由管道直接供給，取消了水塔、天面水池、氣壓罐等設(shè)施，避免了用水的“二次污染”。

5、控制靈活：自動(dòng)化程度高，功能齊全，定時(shí)供水。

6、自我保護(hù)功能完善，該系統(tǒng)系統(tǒng)具備了過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、欠相、短路保護(hù)、瞬時(shí)停電保護(hù)、過(guò)載、失速保護(hù)、低液位保護(hù)、主泵定時(shí)輪換控制等功能，功能完善，全自動(dòng)控制，自動(dòng)運(yùn)行，泵房不設(shè)崗位，只需派人定期檢查、保養(yǎng)如某臺(tái)泵出現(xiàn)故障，主動(dòng)向上位機(jī)發(fā)出報(bào)警信息，同時(shí)啟動(dòng)備用泵，以維持供水平衡。萬(wàn)一自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，用戶可以直接操作手動(dòng)系統(tǒng)，以保護(hù)供水。

7、可通過(guò)通信控制實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，節(jié)省人力物力。、

      本變頻器不僅能用在在恒壓供水系統(tǒng)。還可用在農(nóng)田灌溉，牧民取水，鍋爐改造等系統(tǒng)中，也可單獨(dú)做離網(wǎng)單相或三相逆變器使用，波形好，諧波含量低。