CN105373064A - 高扬程太阳能光伏提灌系统检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高扬程太阳能光伏提灌系统检测系统及方法，包括太阳能发电系统、环境检测系统、中心监控系统和水泵加压系统；其中，太阳能发电系统的电源输出端口与中心监控系统的直流电源输入端连接，环境检测系统的检测输出端连接至中心控制器的检测信号输入端口，中心监控系统的输出端口连接至水泵加压系统输入端口。本发明所建立的检测平台能够有效的对高扬程太阳能光伏提灌系统的性能进行综合测试，验证其运行参数是否能够达到设计要求，以确保其安全可靠的运行；检测平台具有可视化界面，能够实现可视化操作，便于操作人员操作。

Description

高扬程太阳能光伏提灌系统检测系统及方法

技术领域

本发明属于智能检测领域，特别是高扬程太阳能光伏提灌系统检测系统及方法。

技术背景

目前提灌站多处于偏远地区，而很多偏远地区市电电网并无法涉及，但很多偏远地区却拥有丰富的太阳能资源，光伏发电系统可以将太阳能转化为电能，给提灌系统供电。

太阳能光伏提灌系统将太阳能转化成电能，通过控制平台驱动泵机组进行提灌，可有效解决高山峡谷、贫困落后、偏远无电地区人畜饮水困难及灌溉用水不足的问题，是传统机电提灌的一种有益补充。

目前多采用在施工地点安装完毕后对太阳能光伏提灌系统进行检测，而如果检测不合格，又需要重新安装，对人力物力带来了很多不必要的损失，因此随着太阳能光伏提灌系统建设步伐的逐步加快，覆盖区域的不断扩大，亟需配套的太阳能光伏提灌系统检测平台，尤其是高扬程太阳能光伏提灌系统检测系统。

发明内容

为了克服现有技术方法的不足，本发明的目的在于提供高扬程太阳能光伏提灌系统检测系统及方法，实现对高扬程太阳能光伏提灌系统的有效检测，提高系统的安全可靠运行。

为达到上述目的，本发明采用技术方案是：

高扬程太阳能光伏提灌系统检测系统，包括太阳能发电系统、环境检测系统、中心监控系统和水泵加压系统；所述中心监控系统包括逆变器、电能管理器、PLC控制器、PLC扩展模块和工控机。

其中，所述逆变器，用于将太阳能发电系统输出的直流电转换为水泵加压系统所需的三相交流电，并且检测太阳能发电系统所输出的电压和电流数据给PLC控制器。

所述电能管理器，用于检测外接市电的电压数据和电流数据送入PLC控制器。

所述PLC控制器，用于控制和管理检测系统，由PLC通信端口与逆变器和电能管理器进行通讯，接收逆变器和电能管理器所检测的数据经过分析判断后向逆变器和电能管理器发送控制信号，并控制系统各部分的运行工况。

所述PLC扩展模块，用于接收由水泵加压系统内部所设的检测设备发送的检测信号，并送入PLC控制器进行分析。

所述工控机，与PLC控制器和环境检测系统通信，实现用户交互。

进一步的是，所述太阳能发电系统包括太阳能电池组件、支架、防雷汇流箱，其中，太阳能电池组件放置于支架之上，太阳能电池组件的输出端口连接至防雷汇流箱的输入端，防雷汇流箱的输出端连接至所述中心监控系统的直流电源输入端。

其中太阳能电池组件是根据系统正常运行的电流和电压参数将太阳能电池板进行串并联而形成，支架用于固定支撑太阳能电池组件，防雷汇流箱将太阳能电池组件中各分路汇流后为系统供电。

进一步的是，所述中心监控系统还包括显示器，所述显示器与工控机进行交互通讯，将检测数据通过显示界面展现给用户，还可由用户在显示界面上进行系统操作。

进一步的是，所述逆变器的交流输入端连接市电，所述市电线路还连接至PLC控制器及扩展模块、工控机和显示器的电源端口。

进一步的是，所述环境检测系统采用小型气象站，所述小型气象站可进行气象数据检测，并将检测的气象数据通过RS485通讯送入工控机内部。

小型气象站系统是一种集气象数据采集、存储、传输和管理于一体的无人值守的气象采集系统，由气象传感器、气象数据采集仪两部分组成；主要集成风速、风向、空气温度、空气湿度4种标配传感器，可同时集成土壤温度、土壤湿度、雨量、气压、辐射、照度等诸多气象要素，可通过小型气象站采集温度、湿度、风速和光照辐射度等数据，并将数据送入工控机。

进一步的是，所述水泵加压系统包括水箱、高扬程水泵机组、安装底座、汇水管和回水管，其中所述水箱底部的取水口连接至高扬程水泵机组进水口、高扬程水泵机组出水口连接至汇水管进水口，汇水管出水口连接回水管进水口，回水管出水口连接回水箱回水口，形成循环通路。系统从水箱取水，经高扬程水泵机组加压后，经汇水管和回水管，将水循环抽回水箱；所述水箱上设有注水口，注水口处设置有注水球阀，用于检测过程中向水箱内注水。

进一步的是，所述高扬程水泵机组进水口和出水口的管路上分别设有1#压力传感器和2#压力传感器，所述两个压力传感器的信号输出端口与PLC控制器扩展模块的输入端口相连。通过压力传感器测量系统压力。

进一步的是，所述安装底座设置有可调节卡扣，可安装不同型号的高扬程水泵机组，实现检测平台对不同型号的高扬程水泵机组进行检测，方便操作。

进一步的是，为配合不同型号高扬程水泵机组，对接不同的管径，所述汇水管设有四个进水接口，所述四个进水接口的直径大小不一；所述汇水管设有两个出水口，所述两个出水口分别引出两根支管连接至回水管，且所述两根支管的管径不同；所述两个支管在与汇水管的出水口连接侧上分别设置有1#涡轮流量计和2#涡轮流量计，所述两个支管在与回水管连接侧上设有汇水闸阀；所述涡轮流量计的信号输出端口连接至PLC控制器扩展模块的输入端口，通过涡轮流量计测量系统流量；所述回水管的管路上设有回水闸阀，控制回水管路流量。

另一方面，本发明还提供了高扬程太阳能光伏提灌系统检测方法，步骤包括：

利用所述PLC控制器接收由逆变器检测太阳能发电系统的发电数据，由电能管理器检测的市电数据，以及由水泵加压系统所检测到的高扬程提灌系统的压力数据以及流量数据；由所述PLC控制器对所接收各类检测数据进行分析和判断，判断所检测数据是否满足系统设定条件；利用判断结果向各系统发出控制信号，从而控制系统的启停；同时，由所述工控机记录并向用户展示PLC控制器的检测数据、小型气象站检测的气象数据以及系统工作运行情况，实现用户交互。

本发明是高扬程太阳能光伏提灌系统检测系统及方法，采用本技术方案的有益效果：

建立高扬程太阳能光伏提灌系统检测系统及方法能够有效的对高扬程太阳能光伏提灌系统的性能进行综合测试，验证其运行参数是否能够达到设计要求，以确保其安全可靠的运行；检测平台具有可视化界面，能够实现可视化操作，便于操作人员操作。

附图说明

图1为本发明的提灌系统检测平台结构简图；

图2为本发明的实施例中太阳能电池组件连接关系示意图；

图3为本发明的实施例中系统供电接线示意图；

图4为本发明的实施例中PLC控制器接线端子示意图；

图5为本发明的实施例中提灌系统检测平台结构示意图；

图6为本发明的实施例中PLC控制器的扩展模块的接线端子示意图；

图7为本发明的方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。

参见图1所示，高扬程太阳能光伏提灌系统检测系统，包括太阳能发电系统、环境检测系统、中心监控系统21和水泵加压系统。

其中，太阳能发电系统的电源输出端口与中心监控系统21的直流电源输入端连接，环境检测系统的检测输出端连接至中心控制器21的检测输入端口，中心监控系统21的输出端口连接至水泵加压系统输入端口。

所述太阳能发电系统包括太阳能电池组件、支架、防雷汇流箱2，其中太阳能电池组件放置于支架之上，太阳能电池组件的输出端口连接至防雷汇流箱2的输入端，防雷汇流箱2的输出端连接至所述中心监控系统21的直流电源输入端。

实施例中，如图2所示，根据系统正常运行的电流和电压参数将采用太阳电池组件1为每5块光伏电池板串联为一路，经过80路并联形成太阳能电池组件，输出电压为DC540V-DC600V；防雷汇流箱2采用304不锈钢制作，户外安装，满足防雨防潮要求，汇流太阳电池组件1各路电能，将汇流后的正、负极通过一根铜芯电缆连接至中心监控系统21的直流电源输入端；支架用于固定支撑太阳能电池组件。

所述中心监控系统21包括逆变器、PLC控制器及扩展模块、电能管理器、显示器和工控机，还包括有其它配套电器元件。

其中，如图3所示，逆变器的直流输入端连接所述防雷汇流箱2输出端，逆变器的交流输入端连接市电，逆变器的交流输出端连接水泵加压系统；所述电能管理器位于逆变器的交流输入端至市电的线路上；所述市电线路还连接至PLC控制器及扩展模块、工控机和显示器的电源端口。图3中的电压传感器在太阳能发电系统供电时输入为太阳电池组件1的总输入电压，输出为4-20mA的电流信号，将电流信号输入到逆变器的模拟信号输入端，作为系统电压的反馈信号，利用反馈信号与逆变器内部的设定值进行PID运算后，调整频率输出，从而调整水泵机组的转速，从而调整水泵机组的流量和扬程。

实施例中，将逆变器的直流输入端P1、N1分别与防雷汇流箱2汇流后的正、负极连接；逆变器的交流输入端R、S、T分别与通过电能管理器的市电的A、B、C相电源连接，两种电源通过PLC控制接触器实现相互互锁。

如图3和图4所示，通过工控台面板上的功能转换开关选择太阳能主电或市电主电，进行电源切换，两种电源相互互锁；当选择市电供电时，PLC控制器的I0.0检测到有输入信号，则PLC控制器的Q0.2输出信号，线圈KM1A通电吸合，市电并入为系统供电；当选择太阳能供电时，PLC控制器的I0.1检测到有输入信号，则PLC控制器的Q0.1输出信号，线圈KM1通电吸合，由太阳能发电系统为系统供电；同时，在线圈KM1A的回路中串入KM1的常闭触点，在线圈KM1的回路中串入KM1A的常闭触点，实现两种电源的相互互锁，确保供电的安全可靠。

其中逆变器的控制端口与PLC控制器的PORT0端口相连，进行RS485通讯，交互太阳能供电运行模式下的系统电压、电流数据；电能管理器的控制端口与PLC控制器的PORT1端口相连，进行RS485通讯，交互市电供电运行模式下的系统电压、电流数据，工控机的控制端口与PLC控制器的控制端口相连，显示器的信号接收端与工控机的显示输出端口相连。

中心监控系统21通过对检测信号分析处理，进行记录分析处理后，输出控制信号至水泵加压系统，带动高扬程水泵机组8工作；中心监控系统21还可通过工况机和显示器建立检测平台的可视化界面，实现可视化操作，实现报表生成打印等功能。

所述环境检测系统采用小型气象站3，所述小型气象站3与所述工控机相连。

小型气象站3系统是一种集气象数据采集、存储、传输和管理于一体的无人值守的气象采集系统，由气象传感器、气象数据采集仪两部分组成；主要集成风速、风向、空气温度、空气湿度4种标配传感器，可同时集成土壤温度、土壤湿度、雨量、气压、辐射、照度等诸多气象要素，可通过小型气象站3采集温度、湿度、风速和光照辐射度等数据，并将数据送入工控机。

小型气象站3每天不同时段采集的不同气象数据，通过RS485传输至平台内的工控机，进行RS232转换后进入中心监控系统21进行数据计算、曲线拟合等，在组态监控界面上，通过显示器显示温度、湿度、风速、辐照度值，小型气象站3所需的AC220V电源由市电提供。

如图5所示，所述水泵加压系统包括水箱4、高扬程水泵机组8、安装底座、汇水管10和回水管18，其中所述水箱4底部的取水口6连接至高扬程水泵机组8进水口、高扬程水泵机组8出水口连接至汇水管10进水口，汇水管10出水口连接回水管18进水口，回水管18出水口连接回水箱4回水口20。系统从水箱4取水，经高扬程水泵机组8加压后，经汇水管10和回水管18，将水循环抽回水箱4，形成循环通路。

所述水箱4上设有注水口5，注水口5处设置有注水球阀，用于检测过程中向水箱4内注水。

所述高扬程水泵机组8进水口和出水口的管路上分别设有1#压力传感器7和2#压力传感器9，所述两个压力传感器的信号输出端口与PLC控制器扩展模块的输入端口相连。通过压力传感器测量系统压力。

所述安装底座设置有可调节卡扣，可安装不同型号的高扬程水泵机组8，实现检测平台对不同型号的高扬程水泵机组8进行检测，方便操作。

所述汇水管10，为配合不同型号高扬程水泵机组8，对接不同的管径，设有四个进水接口，所述四个进水接口的；所述汇水管10设有两个出水口，所述两个出水口分别引出两根支管11和12连接至回水管18，且所述两根支管11和12的管径不同；所述两个支管在与汇水管10的出水口连接侧上分别设置有1#涡轮流量计13和2#涡轮流量计14，所述两个支管在与回水管18侧设有汇水闸阀15和16；所述涡轮流量计的信号输出端口连接至PLC控制器扩展模块的输入端口。通过涡轮流量计测量系统流量。

水泵流量采用涡轮流量计进行检测，系统压力采用压力传感器进行检测，检测信号均输出为4～20mA的电流信号，进入中心监控系统21的PLC扩展模块进行数据计算，并与工控机、组态监控软件进行通讯实现曲线显示、拟合等，1#压力传感器7、2#压力传感器9、1#涡轮流量计13、2#涡轮流量计14所需的DC24V电源由市电提供的AC220V电源经过DC24V开关电源转换后提供。

如图6所示，通过所述PLC控制器的扩展模块的1#通道检测1#压力传感器7的压力信号，2#通道检测2#压力传感器9的压力信号，3#通道检测1#涡轮流量计13的流量信号，4#通道检测2#涡轮流量计14的流量信号，并进行数据运算后与工控机上的组态监控软件进行数据交互，在组态监控界面上，通过显示器显示流量、压力值。

所述回水管18的管路上设有回水闸阀17，控制回水管18路流量。

为配合本发明系统的实现，基于相同的发明构思，参见图7所示，本发明还提供了高扬程太阳能光伏提灌系统检测方法，步骤包括：

(1)利用所述PLC控制器接收由逆变器检测太阳能发电系统的发电数据，由电能管理器检测的市电数据，以及由水泵加压系统所检测到的高扬程提灌系统的压力数据以及流量数据。

(2)由所述PLC控制器对所接收各类检测数据进行分析和判断，判断所检测数据是否满足系统设定条件。

(3)利用判断结果向各系统发出控制信号，从而控制系统的启停。

(4)同时，由所述工控机记录并向用户展示PLC控制器的检测数据、小型气象站检测的气象数据以及系统工作运行情况，实现用户交互。

本发明的高扬程太阳能光伏提灌系统检测系统的操作过程如下：

需要运行系统时，将水通过胶管从水箱4顶部的注水球阀注满水箱4，按下中心控制系统面板的“系统运行”按钮，启动高扬程光伏提灌的高扬程水泵机组8，系统从水箱4取水，经高扬程水泵机组8加压后，将水抽至汇水管10，再流向汇水闸阀15和16，根据需要操作打开汇水闸阀15和16，于是水流流至回水闸阀17，根据系统需要打开闸阀至一定开度，水流就循环抽回水箱4。系统运行时，1#压力传感器7测量系统进口压力，2#压力传感器9测量系统出口压力；1#涡轮流量计13测量系统1#管路流量，2#涡轮流量计14测量系统2#管路流量。

需要启动检测时，在中心控制系统面板按下“系统运行”按钮，则PLC控制器的I0.2检测到有输入信号，则PLC控制器的Q0.0有输出，线圈J1通电吸合，逆变器启动投入运行，同时，PLC控制器的Q0.4有输出，系统运行指示灯HL7亮，系统停止指示灯HL6灭；需要停止检测时，在工控机面板按下“系统停止”按钮，则PLC控制器的I0.3检测到有输入信号，则PLC控制器的Q0.0停止输出，线圈J1断电，逆变器停止运行，同时，PLC控制器的Q0.3有输出，系统停止指示灯HL6亮，系统运行指示灯HL7灭。

系统运行后，检测平台中由逆变器采集的太阳能发电系统的电压和电流数据，由电能管理器采集市电侧的电压和电流数据，由小型气象站采集周围环境的风速、风向、空气温度、空气湿度和辐照度等气象数据，由压力传感器采集系统压力数据，由涡轮流量计采集系统流量数据，采集到的数据信号由中心监控系统进行记录分析处理，中心监控系统还可将所检测的太阳能发电系统数据、水泵运行数据、气象数据等信号输送至可视化界面，实现可视化操作，实现报表生成打印等。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点；本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内；本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.高扬程太阳能光伏提灌系统检测系统，其特征在于，包括太阳能发电系统、环境检测系统、中心监控系统和水泵加压系统；所述中心监控系统包括逆变器、电能管理器、PLC控制器、PLC扩展模块和工控机；

其中，所述逆变器，用于将太阳能发电系统输出的直流电转换为水泵加压系统所需的三相交流电，并且检测太阳能发电系统所输出的电压和电流数据给PLC控制器；

所述电能管理器，用于检测外接市电的电压数据和电流数据送入PLC控制器；

所述PLC控制器，用于控制和管理检测系统，由PLC通信端口与逆变器和电能管理器进行通讯，接收逆变器和电能管理器所检测的数据经过分析判断后向逆变器和电能管理器发送控制信号，并控制系统各部分的运行工况；

所述PLC扩展模块，用于接收由水泵加压系统内部所设的检测设备发送的检测信号，并送入PLC控制器进行分析；

所述工控机，与PLC控制器和环境检测系统通信，实现用户交互。

2.根据权利要求1所述的高扬程太阳能光伏提灌系统检测系统，其特征在于，所述太阳能发电系统包括太阳能电池组件、支架、防雷汇流箱，其中，太阳能电池组件放置于支架之上，太阳能电池组件的输出端口连接至防雷汇流箱的输入端，防雷汇流箱的输出端连接至所述中心监控系统的直流电源输入端。

3.根据权利要求2所述的高扬程太阳能光伏提灌系统检测系统，其特征在于，所述中心监控系统还包括显示器，所述显示器与工控机进行交互通讯，将检测数据通过显示界面展现给用户，还可由用户在显示界面上进行系统操作。

4.根据权利要求3所述的高扬程太阳能光伏提灌系统检测平台，其特征在于，所述逆变器的交流输入端连接市电，所述市电线路还连接至PLC控制器及扩展模块、工控机和显示器的电源端口。

5.根据权利要求4所述的高扬程太阳能光伏提灌系统检测系统，其特征在于，所述环境检测系统采用小型气象站，所述小型气象站可进行气象数据检测，并将检测的气象数据通过RS485通讯送入工控机内部。

6.根据权利要求1所述的高扬程太阳能光伏提灌系统检测系统，其特征在于，所述水泵加压系统包括水箱、高扬程水泵机组、安装底座、汇水管和回水管，其中所述水箱底部的取水口连接至高扬程水泵机组进水口、高扬程水泵机组出水口连接至汇水管进水口，汇水管出水口连接回水管进水口，回水管出水口连接回水箱回水口，形成循环通路；所述水箱上设有注水口，注水口处设置有注水球阀。

7.根据权利要求6所述的高扬程太阳能光伏提灌系统检测系统，其特征在于，所述高扬程水泵机组进水口和出水口的管路上分别设有1#压力传感器和2#压力传感器，所述两个压力传感器的信号输出端口与PLC控制器扩展模块的输入端口相连。

8.根据权利要求6所述的高扬程太阳能光伏提灌系统检测系统，其特征在于，所述安装底座设置有可调节卡扣。

9.根据权利要求6所述的高扬程太阳能光伏提灌系统检测系统，其特征在于，所述汇水管设有四个进水接口，所述四个进水接口的直径大小不一；所述汇水管设有两个出水口，所述两个出水口分别引出两根支管连接至回水管，且所述两根支管的管径不同；所述两个支管在与汇水管的出水口连接侧上分别设置有1#涡轮流量计和2#涡轮流量计，所述两个支管在与回水管连接侧设有汇水闸阀；所述涡轮流量计的信号输出端口连接至PLC控制器扩展模块的输入端口；所述回水管的管路上设有回水闸阀。

10.高扬程太阳能光伏提灌系统检测方法，其特征在于，步骤包括：

利用所述PLC控制器接收由逆变器检测太阳能发电系统的发电数据，由电能管理器检测的市电数据，以及由水泵加压系统所检测到的高扬程提灌系统的压力数据以及流量数据；

由所述PLC控制器对所接收各类检测数据进行分析和判断，判断所检测数据是否满足系统设定条件；

利用判断结果向各系统发出控制信号，从而控制系统的启停；

同时，由所述工控机记录并向用户展示PLC控制器的检测数据、小型气象站检测的气象数据以及系统工作运行情况，实现用户交互。