光伏水泵系统，是一种离网太阳能电力系统，因具有输出与日照强度一致、系统安全可靠无人值守的特点，特别适合广大农村地区以及城市自然景观区域，将太阳能转换为水资源势能。光伏水泵系统的运行主要取决于系统控制器的两方面功能，一方面是对光伏系统的最大功率跟踪功能，另一方面是对水泵电机的驱动功能。目前主要的控制器是两级电力电子变换结构的光伏水泵控制器，通过直流变换环节和逆变环节实现上述两级变换过程。本文以一个光伏水泵系统设计为依托，结合太阳能水泵运行和光伏系统能量特点，提出了一种单级电力电子变换的最大功率跟踪和驱动控制系统；划分了控制系统的主要结构和功能，并对其中的硬件能量缓冲环节进行了分析。考虑系统最终依靠水泵进行输出，选取频率作为系统控制变量，有效理清了控制载体水泵的控制方式及能量转换之间复杂关系。该方案可以有效降低成本和提升效率。光伏水泵系统的最大功率跟踪控制决定了整个系统的稳定性和运行效率。依据所提出的频率控制方法，对光伏电池部分和水泵系统进行初步的仿真建模。本文的最大功率跟踪算法分两部分：1.频率扰动观察法，考虑系统是泵类负载，功率与转速呈三次方关系，而电机系统中频率与同步转速相关，因此基于频率的扰动进行功率比较确定扰动方向，直至系统工作于最大功率点；2.神经网络的给定方法，利用BP神经网络方法，进行光伏模型的环境条件与给定运行频率非线性关系训练，得出时间和环境条件下系统运行频率的工作值的神经网络关系模型。之后，建立复合控制方法，进一步改善跟踪性能，搭建基于复合控制的跟踪模型。对光伏水泵系统而言，频率控制最大功率跟踪，在电机工作状态上表现为对运行速度进行的变频调速控制。而且对水泵电机的调速控制过程进一步分析中发现，在光伏系统运行早晚时间段的弱光系统轻载状态，电机消耗很大部分集中在系统励磁上，而励磁电能是过量的。为对励磁过程进行节能控制，利用矢量控制将励磁和转矩分量解耦分别控制，以电流跟踪控制实现减小励磁部分电能。通过理论推导以及利用SIMULINK搭建系统的仿真分析，对光伏水泵系统的频率控制的励磁节能功能测试，得到了良好节能效果和稳定的转矩控制特性。最后，将频率控制方法应用于光伏水泵控制器中进行实验验证。通过样机光伏水泵系统实验，验证单级系统的最大功率跟踪控制功能和光伏水泵系统控制器的整机功能。并通过实验总结光伏系统控制系对泵类负载频率电压控制关系。