摘要：能源是人類經(jīng)濟及文化活動的動力來源，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步，同時不可再生能源面臨著枯竭，因此開發(fā)利用可再生能源和太陽能技術(shù)，改變能源機構(gòu)是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略之一，開發(fā)利用太陽能是人類可持續(xù)發(fā)展必要措施，因為它具有無可比擬的優(yōu)點：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

      當前經(jīng)濟的快速發(fā)展伴隨著能源的極大消耗，能源和環(huán)境問題已經(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題，開發(fā)利用清潔的可在生能源已經(jīng)是在必行，太陽能是當今世界上最清潔同時具有大規(guī)模開發(fā)利用的前景之一，世界各國都在積極開發(fā)太陽能，光伏發(fā)電是太陽能利用的主要形式，太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)自20世紀80年代以來持續(xù)高速發(fā)展每年以30%-40%速度增長，同時全球光伏電池產(chǎn)量快速增長，全球太陽能企業(yè)在1995-2002增長17倍，為了鼓勵太陽能開發(fā)和利用各國在積極制定各種優(yōu)惠政策來推動太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展

      并網(wǎng)發(fā)電和離網(wǎng)發(fā)電是當今世界太陽能發(fā)電的主要發(fā)展方向， 但各國都在積極研究并網(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“太陽能光電水泵系統(tǒng)”，其基本原理是利用太陽電池將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能，然后驅(qū)動各類電動機帶動水泵從深井、江、河、湖、塘等水源提水。它具有無噪聲、全自動、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，特別是在亞、非、拉及中東等發(fā)展中國家，已為許多貧困地區(qū)的人民帶來相當可觀的經(jīng)濟效益，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)上說是一個比較典型的“光、機電一體化”系統(tǒng)，它涉及太陽能的采集、變換及電力電子、電機、水泵、計算機控制等多個學(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）目前市場上多使用直流電機但直流電動機的造價一般較高，還需要定期維護或更換其電刷，近若干年來，由于新型調(diào)速控制理論及功率電子器件、技術(shù)的進步，使交流調(diào)速技術(shù)有了長足的發(fā)展，其效率已逐步趕上直流電動機，而其使用的方便性和牢固性卻遠遠超過直流電動機，因此有刷直流電動機的驅(qū)動方式漸呈被淘汰之勢，而取而代之的主要是高效率的三相異步電動機或單相電機也偶有采用永磁同步電動機。后幾種電動機的驅(qū)動都要靠專用的變頻裝置或相應(yīng)的電力電子驅(qū)動電路。為此我司針對太陽能在供水行業(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，通過升壓，逆變，變頻，一體化設(shè)計，通過蓄電池電壓經(jīng)過變頻器直接控制電機，能實現(xiàn)單一逆變器不能實現(xiàn)的無級調(diào)速，減少沖擊電流的軟啟動，及閉環(huán)控制等等。保護功能更加齊全，主要有以下特點：

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

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

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

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

   5、速度控制范圍可達1:1000(在閉環(huán)控制模式下)。

   6、加速時間可設(shè)定0.01秒，動態(tài)響應(yīng)良好，負載適應(yīng)性極強。

   7、具有滑差補償，轉(zhuǎn)矩補償，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、硬件保護功能及診斷功能，將避免機器可能發(fā)生的意外損壞。

   11、獨特，先進的主回路設(shè)計及報警功能，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)成功之后在實際應(yīng)用非常廣泛尤其偏遠山區(qū) ，新疆，內(nèi)蒙，非洲等國家受到很好的歡迎，

圖（二）現(xiàn)場應(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，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結(jié)合，構(gòu)成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，實現(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，及時將信號（4-20mA或0-10V）反饋給變頻器內(nèi)PID調(diào)節(jié)對比設(shè)定控制壓力進行運算后給出相應(yīng)的變頻指令，改變水泵的運行或轉(zhuǎn)速，使得管網(wǎng)的水壓與控制壓力一致。同時也經(jīng)過太陽能光伏板獲得直流信號轉(zhuǎn)變成0-10V 來控制變頻輸出頻率。不同的光光照輸出不同的功率，實現(xiàn)最大點跟蹤。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：

1、環(huán)保綠色，利用太陽能發(fā)電，無污染，太陽能板使用使用壽命10年，經(jīng)濟實惠。

2、節(jié)電：變頻恒壓供水系統(tǒng)的最顯著優(yōu)點就是節(jié)約電能，節(jié)能通常在10-40%。從單臺水泵的節(jié)能來看，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)實際用水情況設(shè)定管網(wǎng)壓力，自動控制水泵出水量，減少了水的跑、漏現(xiàn)象；系統(tǒng)實行閉環(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：自動化程度高，功能齊全，定時供水。

6、自我保護功能完善，該系統(tǒng)系統(tǒng)具備了過流、過壓、欠壓、欠相、短路保護、瞬時停電保護、過載、失速保護、低液位保護、主泵定時輪換控制等功能，功能完善，全自動控制，自動運行，泵房不設(shè)崗位，只需派人定期檢查、保養(yǎng)如某臺泵出現(xiàn)故障，主動向上位機發(fā)出報警信息，同時啟動備用泵，以維持供水平衡。萬一自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，用戶可以直接操作手動系統(tǒng)，以保護供水。

7、可通過通信控制實現(xiàn)遠程控制，可實現(xiàn)無人值守，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，也可單獨做離網(wǎng)單相或三相逆變器使用，波形好，諧波含量低。