CN108757417A - 一种光伏水泵系统及其控制方法 - Google Patents

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李杰慧
刘祖明
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

本发明公开了一种光伏水泵系统及其控制方法，涉及光伏应用技术领域。所述水泵系统包括水泵模块、控制逆变模块和光伏组件，水泵模块由第一水泵和第二水泵并联构成，第一水泵和第二水泵扬程基本相同且与设计扬程匹配，第二水泵额定流量为第一水泵额定流量的50％～60％，第一水泵和第二水泵分别独立运行，光伏组件输出功率与第一水泵功率相匹配，所述控制逆变模块与光伏组件、水泵模块电连接。在光强弱时，启动第二水泵，随着光强变化调节水泵工作状态使光伏组件工作在其最大功率点，第二水泵满功率稳定运行后，切换运行第一水泵，充分利用强光能量；第一水泵运行达不到出水频率时，切换成第二水泵运行，增大系统在一天中的运行时间，提高系统利用率。

Description

一种光伏水泵系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及光伏应用技术领域，具体涉及一种光伏水泵系统及其控制方法。
背景技术
光伏水泵因其以太阳能为动力源，免去了电网的铺设的投资，易于规划和建设，经济适用，越来越受到市场的认可。常规光伏水泵系统中相对小的系统只驱动一个水泵，尤其是采用多级离心泵，只有扬程达到启动阈值才能正常运行，通常这个阈值对应的光伏发电阈值较高，意味着该光伏水泵系统在正常配置时，需要较强的阳光才能运行，对低于光强阈值的阳光就不能利用，系统的效率较低。目前的解决方案主要是增加光伏组件的量，但这样做导致阳光强的时候多余的电力又用不了，系统效率仍然低，还增加了前期投资。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光伏水泵系统及其控制方法，解决现有光伏水泵系统无法充分利用太阳能、效率低的问题。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：一种光伏水泵系统，其特征在于：包括水泵模块、控制逆变模块和光伏组件，所述水泵模块由第一水泵和第二水泵并联构成，第一水泵和第二水泵扬程基本相同且与设计扬程匹配，第二水泵额定流量为第一水泵额定流量的50％～60％，第一水泵和第二水泵分别独立运行，所述光伏组件输出功率与第一水泵功率相匹配，所述控制逆变模块与光伏组件、水泵模块电连接。
更进一步的技术方案是所述第一水泵和第二水泵出水口处设置有单向阀。
一种光伏水泵系统控制方法，其特征在于：光伏组件输出通过控制逆变模块控制调制为水泵提供电能；控制逆变模块检测光伏组件输出状态，通过接入、切除水泵和频率调制决定水泵模块启动运行状态：
当光伏组件输出功率达到第二水泵工作阈值f2时，第二水泵开始供水，否则停机；
当光伏组件输出功率大于第二水泵额定功率运行时，关闭第二水泵，切换启动第一水泵；
当光伏组件输出功率小于第一水泵工作阈值f1时，关闭第一水泵，切换启动第二水泵。
更进一步的技术方案是所述控制逆变模块对状态的控制运行及切换包含稳定延时设定。
更进一步的技术方案是所述光伏组件输出功率足以使第一水泵达到最低的供水扬程，当光伏组件输出功率达到第一水泵工作频率阈值f1时，第一水泵开始供水；所述光伏组件输出功率达到第二水泵工作阈值f2时，第二水泵开始供水，其中f2＝(26％～30％)f1。
工作原理：在设计光伏水泵系统时，选择与第一水泵功率匹配的光伏组件，同时选择流量为第一水泵50％～60％的第二水泵，同时将第二水泵与第一水泵并联连接组成水泵模块，此时第二水泵启动光强阈值f2为第一水泵工作频率阈值f1的26％～30％，充分利用低辐射照度的太阳能，使系统的效率得到显著提升。
当光伏组件输出功率达到第二水泵工作阈值f2时，第二水泵开始供水，随着光强阈值越来越大，第二水泵满负荷运行后，控制逆变模块控制切换为第一水泵运行，待光强阈值随着时间越来越小后，当光伏组件输出功率小于第一水泵工作阈值f1时，切换启动第二水泵，直至光伏组件输出功率小于第二水泵工作阈值f1时，系统停机。
此水泵系统相对只有第一水泵的原系统，在光强阈值为原系统的26％～30％时即可开启第二水泵，此时水泵系统的供水量为原系统即第一水泵的50％～60％，使系统在光照弱的时候也能运行，系统在一天中的运行时间得到提高，系统利用率得到提高。同时，系统设置有两个水泵，水泵可独立运行，在其中一个水泵出现故障时，另一个水泵也可运行，系统可靠性高。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：在不改变现有光伏组件配置的前提下，通过在第一水泵上并联一个扬程相当、流量为第一水泵50％～60％左右的第二水泵，大幅降低系统启动运行所需光强阈值，在光强弱时，优先启动第二水泵，随着阳光强度变化调节水泵工作状态使光伏组件工作在其最大功率点，第二水泵满功率稳定运行后，控制逆变模块控制第二、第一水泵之间进行切换运行第一水泵，使得强光能量可以充分利用；第一水泵运行达不到出水需求频率时，控制逆变模块控制第一、第二水泵之间进行切换，使得系统在光伏能量小的时候也能运行，增大系统在一天中的运行时间，提高系统利用率；同时系统设置的两个水泵是独立运行的，一个出现故障时，另一个可运行，系统可靠性高。
附图说明
图1为本发明光伏水泵系统的结构示意图。
图2为本发明光伏水泵系统控制方法的流程图。
图中：1-光伏组件，2-控制逆变模块，3-水泵模块，4-第一水泵，5-第二水泵。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
图1示出了：一种光伏水泵系统，其特征在于：包括水泵模块3、控制逆变模块2和光伏组件1，所述水泵模块3由第一水泵4和第二水泵5并联构成，第一水泵4和第二水泵5扬程相同且与设计扬程匹配，第二水泵5额定流量为第一水泵4额定流量的50％～60％，第一水泵4和第二水泵5分别独立运行，所述光伏组件1输出功率与第一水泵4功率相匹配，所述控制逆变模块2与光伏组件1、水泵模块3电连接。在设计光伏水泵系统时，选择与第一水泵4功率匹配的光伏组件1，同时选择流量为第一水泵50％～60％的第二水泵5，同时将第二水泵5与第一水泵4并联连接组成水泵模块3，此时第二水泵5启动光强阈值f2为第一水泵4工作频率阈值f1的26％～30％，充分利用低辐射照度的太阳能，使系统的效率得到显著提升。
下面以一个具体的例子对上述方案进行说明，采用45KW、380V，扬程为100m的第一水泵4，水泵出水频率为40Hz；考虑到水泵的效率配置60KW的光伏电池组，此时第一水泵4启动时需要的太阳辐照度大概为也是第一水泵4的启动光强阈值，所以选择额定流量为第一水泵4额定流量的50％～60％的第二水泵5，如选择30KW、380V，扬程为100m的水泵，此时第二水泵5出水频率仍为40Hz，此时第二水泵5的启动光强阈值为第一水泵4的启动光强阈值的51.2％*51.2％＝26.21％，即在原系统26.21％的光强时，第二水泵5即可启动运行，同时此时效率为原系统的60％，能充分利用充分利用低辐射照度的太阳能，使系统的效率得到显著提升。
实施例2
为进一步优化实施例1中的技术方案，本实施例中所述第一水泵4和第二水泵5出水口处设置有单向阀，避免水经过停止的水泵倒流回去。
实施例3
如图2所示，一种光伏水泵系统控制方法，其特征在于：光伏组件1输出通过控制逆变模块2控制调制为水泵提供电能(如果是直流水泵则不需要逆变)；控制逆变模块2检测光伏组件1输出状态，通过接入、切除水泵和频率调制决定水泵模块3启动运行状态：
当光伏组件1输出功率达到第二水泵5工作阈值f2时，第二水泵5开始供水，否则停机；
当光伏组件1输出功率大于第二水泵5额定功率运行时，关闭第二水泵5，切换启动第一水泵4；
当光伏组件1输出功率小于第一水泵4工作阈值f1时，关闭第一水泵4，切换启动第二水泵5。
控制逆变模块2对光强检测，当光伏组件1输出功率达到第二水泵5工作阈值f2时，第二水泵5开始启动供水；如光强不够，则不启动水泵系统，并持续对光强进行检测。随着光强阈值越来越大，控制逆变模块2检测到第二水泵5满负荷运行后，控制逆变模块2控制切换为第一水泵4运行；持续对光强检测，待光强低于第一水泵4工作阈值f1时，切换运行第二水泵5，否则持续运行第一水泵4。如光强低于第二水泵5工作阈值f2时，关停系统，否则持续运行第二水泵5。直至光伏组件输出功率小于第二水泵工作阈值f1时，系统停机。
此水泵系统相对只有第一水泵的原系统，在光强阈值为原系统的26％～30％时即可开启第二水泵5，此时水泵系统的供水量为原系统即第一水泵4的50％～60％，使系统在光照弱的时候也能运行，系统在一天中的运行时间得到提高，系统利用率得到提高。同时，系统设置有两个水泵，水泵可独立运行，在其中一个水泵出现故障时，另一个水泵也可运行，系统可靠性高。
实施例4
为进一步优化实施例3中的技术方案，本实施例中所述控制逆变模块2对状态的控制运行及切换包含稳定延时设定。在水泵进行切换时，通过稳定延时设定确保水泵安全运行，避免两个水泵间频繁切换，导致水泵寿命短。
实施例5
为进一步优化实施例4中的技术方案，本实施例中5所述光伏组件1输出功率足以使第一水泵4达到最低的供水扬程，当光伏组件1输出功率达到第一水泵4工作频率阈值f1时，第一水泵4开始供水；所述光伏组件1输出功率达到第二水泵5工作阈值f2时，第二水泵5开始供水，其中f2＝(26％～30％)f1。作为在第二水泵5选择时的参考标准。
在上述实施例1～5中，控制逆变模块通过控制调制为水泵提供电能，如果采用的是直流水泵，控制逆变模块的逆变功能则无需运行，可以直接为直流水泵提供电能。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件或布局进行多种变形和改进。除了对组成部件或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (5)

1.一种光伏水泵系统，其特征在于：包括水泵模块(3)、控制逆变模块(2)和光伏组件(1)，所述水泵模块(3)由第一水泵(4)和第二水泵(5)并联构成，第一水泵(4)和第二水泵(5)扬程基本相同且与设计扬程匹配，第二水泵(5)额定流量为第一水泵(4)额定流量的50％～60％，第一水泵(4)和第二水泵(5)分别独立运行，所述光伏组件(1)输出功率与第一水泵(4)功率相匹配，所述控制逆变模块(2)与光伏组件(1)、水泵模块(3)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种光伏水泵系统，其特征在于：所述第一水泵(4)和第二水泵(5)出水口处设置有单向阀。
3.一种光伏水泵系统控制方法，其特征在于：光伏组件(1)输出通过控制逆变模块(2)控制调制为水泵提供电能；控制逆变模块(2)检测光伏组件(1)输出状态，通过接入、切除水泵和频率调制决定水泵模块(3)启动运行状态：
当光伏组件(1)输出功率达到第二水泵(5)工作阈值f2时，第二水泵(5)开始供水，否则停机；
当光伏组件(1)输出功率大于第二水泵(5)额定功率运行时，关闭第二水泵(5)，切换启动第一水泵(4)；
当光伏组件(1)输出功率小于第一水泵(4)工作阈值f1时，关闭第一水泵(4)，切换启动第二水泵(5)。
4.根据权利要求3所述的一种光伏水泵系统控制方法，其特征在于：所述控制逆变模块(2)对状态的控制运行及切换包含稳定延时设定。
5.根据权利要求3所述的一种光伏水泵系统控制方法，其特征在于：所述光伏组件(1)输出功率足以使第一水泵(4)达到最低的供水扬程，当光伏组件(1)输出功率达到第一水泵(4)工作频率阈值f1时，第一水泵(4)开始供水；所述光伏组件(1)输出功率达到第二水泵(5)工作阈值f2时，第二水泵(5)开始供水，其中f2＝(26％～30％)f1。
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