CN108258942A - 一种太阳能光伏驱动的单相水泵的降频启动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能光伏驱动的单相水泵的降频启动方法，其方法通过逆变器来实现，逆变器包括DC/DC模块、储能模块和DC/AC模块，降频启动方法包括以下步骤：S1‑判断输入电压步骤、S2‑电压提升步骤、S3‑降频限流步骤、S4‑判断步骤以及S5‑最大功率跟踪步骤，其特征在于：所述降频启动方法主要在于通过DC/DC模块来提升逆变器的输入电压，同时通过限定逆变器的输出电流及输出频率下调进而将电机启动功率限定在电机的额定功率值±5％范围内。本发明可有效限定启动所需要的功率，最大限度的利用光伏电能，避免了在电机启动时功率需提升至额定功率的3‑7倍的要求，解决了单相交流水泵在中低光照时水泵无法启动的瓶颈，可广泛应用于广大的农村和偏远地区。

Description

一种太阳能光伏驱动的单相水泵的降频启动方法
技术领域
本发明涉及一种单相水泵启动方法，特别是一种太阳能光伏驱动的单相水泵的降频启动方法。
背景技术
由于太阳能水泵系统由于不受化石能源的限制，所以在电网不发达的地区得到了很早的应用。由于直流无刷电机和三相交流异步电机具有良好的启动和调速性能，市面上常见的太阳能水泵系统即是由其构成的。单相交流电机定子绕组为单相绕组，由单电源供电，转子大多为鼠笼式转子。定子中通入单相交流电后，形成脉动磁场，无启动转矩产生。单相交流电机通常在定子上增加启动绕组，启动绕组与主绕组在空间上相差90度，需要串联一个合适容值的电容，使得与主绕组的电流相位相差90度，这样就可以产生一个旋转的磁场，使转子旋转。由此可以看到，启动绕组串联的电容是一个固定值，并且是针对50Hz交流电来设计的，如果变频启动时，当供电频率远低于50Hz时，电机的启动转矩会下降很多，造成电机无法启动。启动后单相电机的转速却会随输入电源频率变化而变化。单相交流电机另外一个特性是启动电流是正常工作电流的3～7倍，意味着启动瞬间需要3～7倍额定功率。光伏组件的最大输出功率在一天中处于不断变化中，一般来说呈抛物线形状，早晨、傍晚低，中午高。输出功率主要跟日照强度及日照射线与组件的角度有关，正午时日照射线与组件垂直，输出功率达到最大，可以达到标称功率的70％-80％，极少数情况下可以达到100％。早上9点左右，输出功率可以达到标称功率的30％-40％。
因单相交流水泵因其固有的特性，不适合频率从零开始的缓启动，启动功率是额定功率的3-7倍。光伏组件的输出功率在一天中随日照情况不断变化，早上9点时输出功率只有额定功率30％，甚至更低，所以不能提供足够的能量来驱动单相泵50Hz启动并正常运转。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种太阳能光伏驱动的单相水泵的降频启动方法，可以在光伏组件输出功率是30％左右额定功率的情况下启动单相交流电机并能正常运转，可广泛应用于广大的农村和偏远地区，解决吃水难的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种太阳能光伏驱动的单相水泵的降频启动方法，其方法通过逆变器来实现，逆变器包括DC/DC模块、储能模块和DC/AC模块，其特征在于：降频启动方法包括以下步骤：
S1、判断逆变器的输入电压是否大于第一设定值U3，如“是”，则逆变器接收太阳能电能板输出的直流电压开始工作并进入S2，如“否”，则延时10min后再进行判断；
S2、通过DC/DC模块提升逆变器的输入电压达到第二设定值U2，此时DC/AC模块开始工作，输出交流电，电机获得启动转矩，使转子开始旋转并逐渐加速；
S3、电机获得启动转矩后，逆变器的输出频率f1随着电机的启动时间同步下降，同时根据逆变器输出电流的大小实时调整输出电压，将输出电流限制在电机的额定电流值±5％范围内；
S4、当逆变器的输出频率f1等于设定频率f0时，判断逆变器的输入电压是否大于开路电压的0.85倍和逆变器的输出电流是否小于电机的额定电流，若两者判断均为“是”，则电机为正常启动，进入S5，若有一者判断为“否”时，则延时10min后再进入S1；
S5、通过MPPT程序来追踪光伏输入的最大功率点，将DC/DC模块的输出电压值调整为电机额定电压值的峰值±5％范围内，启动过程结束。
进一步，所述S1步骤中第一设定值U3的电压为70V。
进一步，所述S2步骤中的第二设定值U2大于电机额定电压值的峰值U1。
进一步，所述S3步骤中逆变器的输出频率f1随着时间变化的关系为
进一步，所述储能模块包括电容C1，所述f1>15Hz时，ΔT按进行计算，其中，P为电机额定功率，C为电容C1的电容量，U为加载在电容C1两端的电压值。
进一步，所述S4步骤中设定频率f0取值范围为15≤f0≤25。
本发明的有益效果是：
本发明实现了太阳能组件可单独为单相交流水泵供电，最大限度的利用光伏电能，避免了在电机启动时功率需提升至额定功率的3-7倍的要求，解决了单相交流水泵在中低光照时水泵无法启动的瓶颈，可广泛应用于广大的农村和偏远地区，解决吃水难的问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的流程示意图；
图2是本发明一种较优实施例的结构示意图。
具体实施方式
参照图1，一种太阳能光伏驱动的单相水泵的降频启动方法，其方法主要通过逆变器来实现，逆变器包括DC/DC模块、储能模块和DC/AC模块，所述DC/DC模块的电输入端和太阳能电池板的输出端连接，用于对所述太阳能电池板输出的直流电压进行最大功率跟踪和电压提升，所述DC/DC模块的电输出端与所述DC/AC模块的电输入端连接，所述DC/AC模块的电输出端与单相交流水泵的电输入端连接，所述电容C1并联在DC/DC模块和DC/AC模块之间，电容C1主要作用在进行储存能量，在升压启动时可以提供更长的放电时间(在同样的放电电流的情况下)，电容C1的两端耐压值取决于启动过程中DC/DC模块所提升至的电压值的大小，其中，所述电容C1的耐压值需大于等于U2。
降频启动方法包括以下步骤：
S1、判断逆变器的输入电压是否大于第一设定值U3，如“是”，则逆变器接收太阳能电能板输出的直流电压开始工作并进入S2，如“否”，则延时10min后再进行判断；
S2、通过DC/DC模块提升逆变器的输入电压达到第二设定值U2，此时DC/AC模块开始工作，输出交流电，电机获得启动转矩，使转子开始旋转并逐渐加速；
S3、电机获得启动转矩后，逆变器的输出频率f1随着电机的启动时间同步下降，同时根据逆变器输出电流的大小实时调整输出电压，将输出电流限制在电机的额定电流值±5％范围内；
S4、当逆变器的输出频率f1等于设定频率f0时，判断逆变器的输入电压是否大于开路电压的0.85倍和逆变器的输出电流是否小于电机的额定电流，若两者判断均为“是”，则电机为正常启动，进入S5，若有一者判断为“否”时，则延时10min后再进入S1；
S5、通过MPPT程序来追踪光伏输入的最大功率点，将DC/DC模块的输出电压值调整为电机额定电压值的峰值±5％范围内，启动过程结束。
进一步，所述S1步骤中第一设定值U3的电压为70V。
进一步，所述S2步骤中的第二设定值U2大于电机额定电压值的峰值U1。在本实施例中，电机额定电压值的峰值为310V，U2选取为430V(±1％)，根据同样的电容电压高的时候储存的能量多，这样在启动时可以提供更长的放电时间(在同样的放电电流的情况下)，当电压提升至U2后，DC/AC模块开始工作，输出交流电，电机获得启动转矩，使转子开始旋转并逐渐加速，伴随启动电流逐渐增大，直流母线电压U2开始逐渐下降，如果不控制输出电流，母线电压将在很短的时间内下降到开关电源的启动阈值，逆变器会失电并停止工作。
进一步，所述S3步骤中逆变器的输出频率f1随着时间变化的关系为
进一步，所述储能模块包括电容C1，所述f1>15Hz时，ΔT按进行计算，其中，P为电机额定功率，C为电容C1的电容量，U为加载在电容C1两端的电压值。
进一步，所述步骤S3在电机刚启动转矩时，因转子转速较低，反电动势会小于U1，随着转速升高，反电动势才会逐步变大。当反电动势小于U1时，电机的输入电流会超过额定电流，此时需根据逆变器输出电流的大小实时调整输出电压，将输出电流限制在电机的额定电流值±5％范围内。
进一步，所述S4步骤中设定频率f0取值范围为15≤f0≤25。
进一步，所述步骤S1、S2、S3、S4和S5可分别简述为判断输入电压步骤、电压提升步骤、降频限流步骤、判断步骤以及最大功率跟踪步骤。
在本实施例中本方法可通过反馈逆变器的输入电压值和逆变器的输出电流值来判断电机是否正常启动，如果已正常启动，调整太阳能电池板的输出直流电压的最大功率点，并调整单相交流水泵的运行频率；如果没有正常启动或判定输入能量过低，则经过延迟一段时间后再次尝试启动，启动方法和过程如上一致，如此循环往复，实现智能逆变和输出，并解决了单相交流水泵在中低光照时水泵无法启动的瓶颈。
以上所述，只是本发明的较佳实施方式而已，但本发明并不限于上述实施例，只要其以任何相同或相似手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种太阳能光伏驱动的单相水泵的降频启动方法，其方法通过逆变器来实现，逆变器包括DC/DC模块、储能模块和DC/AC模块，其特征在于：降频启动方法包括以下步骤：
S1、判断逆变器的输入电压是否大于第一设定值U3，如“是”，则逆变器接收太阳能电能板输出的直流电压开始工作并进入S2，如“否”，则延时10min后再进行判断；
S2、通过DC/DC模块提升逆变器的输入电压达到第二设定值U2，此时DC/AC模块开始工作，输出交流电，电机获得启动转矩，使转子开始旋转并逐渐加速；
S3、电机获得启动转矩后，逆变器的输出频率f1随着电机的启动时间同步下降，同时根据逆变器输出电流的大小实时调整输出电压，将输出电流限制在电机的额定电流值±5％范围内；
S4、当逆变器的输出频率f1等于设定频率f0时，判断逆变器的输入电压是否大于开路电压的0.85倍和逆变器的输出电流是否小于电机的额定电流，若两者判断均为“是”，则电机为正常启动，进入S5，若有一者判断为“否”时，则延时10min后再进入S1；
S5、通过MPPT程序来追踪光伏输入的最大功率点，将DC/DC模块的输出电压值调整为电机额定电压值的峰值±5％范围内，启动过程结束。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏驱动的单相水泵的降频启动方法，其特征在于：所述S1步骤中第一设定值U3的电压为70V。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏驱动的单相水泵的降频启动方法，其特征在于：所述S2步骤中的第二设定值U2大于电机额定电压值的峰值U1。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏驱动的单相水泵的降频启动方法，其特征在于：所述S3步骤中逆变器的输出频率f1随着时间变化的关系为
5.根据权利要求4所述的一种太阳能光伏驱动的单相水泵的降频启动方法，其特征在于：所述储能模块包括电容C1，所述f1>15Hz时，ΔT按进行计算，其中，P为电机额定功率，C为电容C1的电容量，U为加载在电容C1两端的电压值。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏驱动的单相水泵的降频启动方法，其特征在于：所述S4步骤中设定频率f0取值范围为15≤f0≤25。
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