CN110463571A - 一种灌溉供电系统及其故障下的控制方法 - Google Patents

一种灌溉供电系统及其故障下的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种灌溉供电系统，包括四组光伏发电阵列、三台辅泵电机、一台主泵电机、三个单相逆变器、一个三相逆变器、故障检测单元、开关阵列模块和主控制器；本发明的有益技术效果是：提出了一种灌溉供电系统及其故障下的控制方法，该方案可使水泵能在特定故障条件下持续运行，降低故障对相应灌溉区域的影响。

Description

一种灌溉供电系统及其故障下的控制方法
技术领域
本发明涉及一种光伏灌溉技术，尤其涉及一种灌溉供电系统及其故障下的控制方法。
背景技术
随着技术的发展，在靠近水源的沙漠地区种植植被或农作物已成为现实，典型的手段是，采用光伏发电为水泵电机提供电能，然后由水泵将水源处的水输送至种植区进行灌溉；存在的问题是：受限于技术现状，光伏板输出的电能需要经过多个硬件装置（如DC/DC升压变换、DC/AC逆变器、保护开关及相关线路等）才能到达电动机输入端，任一环节出现故障，就会导致灌溉系统瘫痪；由于沙漠地区往往地处偏远，设备检修和零部件更换十分不便，一旦出现灌溉系统瘫痪的情况，恢复运行所需的时间较长，而沙漠地区环境恶劣，灌溉系统瘫痪后，农作物很快就会干枯死亡，造成损失。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提出了一种灌溉供电系统，其创新在于：所述光伏灌溉系统包括四组光伏发电阵列、三台辅泵电机、一台主泵电机、三个单相逆变器、一个三相逆变器、故障检测单元、开关阵列模块和主控制器；与三台辅泵电机和主泵电机匹配的四台水泵分别对应四个灌溉区域；所述辅泵电机为单相电机，所述主泵电机为三相电机；
第一光伏发电阵列的输出端与第一单相逆变器的输入端连接，第二光伏发电阵列的输出端与第二单相逆变器的输入端连接，第三光伏发电阵列的输出端与第三单相逆变器的输入端连接，第四光伏发电阵列的输出端与三相逆变器的输入端连接；
单相逆变器的输出端与开关阵列模块连接，辅泵电机的输入端与开关阵列模块连接，主泵电机的三相输入端与开关阵列模块连接；
三相逆变器的三相输出端与主泵电机的三相输入端连接；
单相逆变器的输出端与故障检测单元连接，三相逆变器的三相输出端与故障检测单元连接；
单相逆变器、三相逆变器、故障检测单元和开关阵列模块均与主控制器连接；
所述主控制器能通过故障检测单元对单相逆变器是否出现失压故障进行检测，同时，主控制器能通过故障检测单元对三相逆变器是否出现缺相故障进行检测；
所述开关阵列模块能在主控制器的控制下，将单个单相逆变器的输出端和某台辅泵电机的输入端选通，或者，将单个单相逆变器的输出端和主泵电机三相输入端的某一相端子选通。
基于前述硬件方案，本发明还提出了一种灌溉供电系统故障下的控制方法，所述灌溉供电系统所包括的硬件如前所述，所述控制方法包括：
单相逆变器和三相逆变器均无故障时，主控制器通过开关阵列模块，使三个单相逆变器的输出端与三台辅泵电机的输入端一一对应地选通；将三个单相逆变器分别记为逆变器一、逆变器二和逆变器三；将三台辅泵电机分别记为电机一、电机二和电机三；设逆变器一与电机一对应，逆变器二与电机二对应，逆变器三与电机三对应；
当主控制器通过故障检测单元检测到逆变器一发生失压故障时，主控制器交替进行周期一和周期二的操作；周期一中，主控制器通过开关阵列模块，使逆变器二与电机一选通；周期二中，主控制器通过开关阵列模块，使逆变器二与电机二选通；
当主控制器通过故障检测单元检测到逆变器一和逆变器二发生失压故障时，主控制器循环进行周期三、周期四和周期五的操作；周期三中，主控制器通过开关阵列模块，使逆变器三与电机一选通；周期四中，主控制器通过开关阵列模块，使逆变器三与电机二选通；周期五中，主控制器通过开关阵列模块，使逆变器三与电机三选通；
三相逆变器出现缺相故障时，将所缺的相记为故障相，主泵电机三相输入端中与故障相对应的端子记为缺相端子；
当主控制器通过故障检测单元检测到三相逆变器出现一个故障相时，主控制器交替进行周期六和周期七的操作；周期六中，主控制器通过开关阵列模块，使逆变器一与电机一选通；周期七中，主控制器先控制逆变器一对故障相对应的电压相位进行锁相操作，锁相操作完成后，主控制器通过开关阵列模块，使逆变器一与缺相端子选通；
当主控制器通过故障检测单元检测到三相逆变器出现两个故障相时，主控制器交替进行周期八和周期九的操作；周期八中，主控制器通过开关阵列模块，使逆变器一与电机一选通、逆变器二与电机二选通；周期九中，主控制器先控制逆变器一和逆变器二分别对两个故障相对应的电压相位进行锁相操作，锁相操作完成后，主控制器通过开关阵列模块，使逆变器一和逆变器二分别与对应的缺相端子选通；
当主控制器通过故障检测单元检测到三相逆变器出现三个故障相时，主控制器交替进行周期十和周期十一的操作；周期十中，主控制器通过开关阵列模块，使逆变器一与电机一选通、逆变器二与电机二选通、逆变器三与电机三选通；周期十一中，主控制器先控制逆变器一、逆变器二和逆变器三分别对三相逆变器三个相的电压相位进行锁相操作，锁相操作完成后，主控制器通过开关阵列模块，将逆变器一、逆变器二和逆变器三分别与主泵电机三相输入端的三个端子选通。
基于现有技术可知，光伏板转换出的电能到达逆变器之前，需要经过多个硬件环节处理，由于这些硬件环节与本发明创新点的关联性不大，故本发明未作详细介绍，相关细节本领域技术人员应参照现有技术来理解本发明；逆变器及其之前的任一处理环节出现故障，都会导致逆变器失压或缺相；采用本发明后，无故障时，三台辅泵电机和主泵电机分别驱动四台水泵对四个灌溉区域进行灌溉，出现本发明方案所描述的相应故障时，故障线路所对应的水泵仍然能间歇性工作，可有效减小对相应灌溉区域的影响；当然，为尽快排除故障，具体实施时，还应使主控制器与后方保持通信，并且主控制器还能在出现故障后，向后方发送故障报警信息。
本发明的有益技术效果是：提出了一种灌溉供电系统及其故障下的控制方法，该方案可使水泵能在特定故障条件下持续运行，降低故障对相应灌溉区域的影响。
附图说明
图1、本发明的原理示意图（为避免图中线条过于复杂，图中未示出主控制器，主控制器与其他装置的连接关系请参照方案中的相关介绍）；
图中各个标记所对应的名称分别为：光伏发电阵列1、辅泵电机2、主泵电机3、单相逆变器4、三相逆变器5、故障检测单元6、开关阵列模块7。
具体实施方式
一种灌溉供电系统，其创新在于：所述光伏灌溉系统包括四组光伏发电阵列1、三台辅泵电机2、一台主泵电机3、三个单相逆变器4、一个三相逆变器5、故障检测单元6、开关阵列模块7和主控制器；与三台辅泵电机2和主泵电机3匹配的四台水泵分别对应四个灌溉区域，具体实施时，每四个灌溉区域就搭建一套灌溉供电系统；所述辅泵电机2为单相电机，所述主泵电机3为三相电机；
第一光伏发电阵列1的输出端与第一单相逆变器4的输入端连接，第二光伏发电阵列1的输出端与第二单相逆变器4的输入端连接，第三光伏发电阵列1的输出端与第三单相逆变器4的输入端连接，第四光伏发电阵列1的输出端与三相逆变器5的输入端连接；
单相逆变器4的输出端与开关阵列模块7连接，辅泵电机2的输入端与开关阵列模块7连接，主泵电机3的三相输入端与开关阵列模块7连接；
三相逆变器5的三相输出端与主泵电机3的三相输入端连接；
单相逆变器4的输出端与故障检测单元6连接，三相逆变器5的三相输出端与故障检测单元6连接；
单相逆变器4、三相逆变器5、故障检测单元6和开关阵列模块7均与主控制器连接；
所述主控制器能通过故障检测单元6对单相逆变器4是否出现失压故障进行检测，同时，主控制器能通过故障检测单元6对三相逆变器5是否出现缺相故障进行检测；
所述开关阵列模块7能在主控制器的控制下，将单个单相逆变器4的输出端和某台辅泵电机2的输入端选通，或者，将单个单相逆变器4的输出端和主泵电机3三相输入端的某一相端子选通。
一种灌溉供电系统故障下的控制方法，所述灌溉供电系统包括四组光伏发电阵列1、三台辅泵电机2、一台主泵电机3、三个单相逆变器4、一个三相逆变器5、故障检测单元6、开关阵列模块7和主控制器；与三台辅泵电机2和主泵电机3匹配的四台水泵分别对应四个灌溉区域；所述辅泵电机2为单相电机，所述主泵电机3为三相电机；
第一光伏发电阵列1的输出端与第一单相逆变器4的输入端连接，第二光伏发电阵列1的输出端与第二单相逆变器4的输入端连接，第三光伏发电阵列1的输出端与第三单相逆变器4的输入端连接，第四光伏发电阵列1的输出端与三相逆变器5的输入端连接；
单相逆变器4的输出端与开关阵列模块7连接，辅泵电机2的输入端与开关阵列模块7连接，主泵电机3的三相输入端与开关阵列模块7连接；
三相逆变器5的三相输出端与主泵电机3的三相输入端连接；
单相逆变器4的输出端与故障检测单元6连接，三相逆变器5的三相输出端与故障检测单元6连接；
单相逆变器4、三相逆变器5、故障检测单元6和开关阵列模块7均与主控制器连接；
所述主控制器能通过故障检测单元6对单相逆变器4是否出现失压故障进行检测，同时，主控制器能通过故障检测单元6对三相逆变器5是否出现缺相故障进行检测；
所述开关阵列模块7能在主控制器的控制下，将单个单相逆变器4的输出端和某台辅泵电机2的输入端选通，或者，将单个单相逆变器4的输出端和主泵电机3三相输入端的某一相端子选通；
其创新在于：所述控制方法包括：
单相逆变器4和三相逆变器5均无故障时，主控制器通过开关阵列模块7，使三个单相逆变器4的输出端与三台辅泵电机2的输入端一一对应地选通；将三个单相逆变器4分别记为逆变器一、逆变器二和逆变器三；将三台辅泵电机2分别记为电机一、电机二和电机三；设逆变器一与电机一对应，逆变器二与电机二对应，逆变器三与电机三对应；
当主控制器通过故障检测单元6检测到逆变器一发生失压故障时，主控制器交替进行周期一和周期二的操作；周期一中，主控制器通过开关阵列模块7，使逆变器二与电机一选通；周期二中，主控制器通过开关阵列模块7，使逆变器二与电机二选通；
当主控制器通过故障检测单元6检测到逆变器一和逆变器二发生失压故障时，主控制器循环进行周期三、周期四和周期五的操作；周期三中，主控制器通过开关阵列模块7，使逆变器三与电机一选通；周期四中，主控制器通过开关阵列模块7，使逆变器三与电机二选通；周期五中，主控制器通过开关阵列模块7，使逆变器三与电机三选通；
三相逆变器5出现缺相故障时，将所缺的相记为故障相，主泵电机3三相输入端中与故障相对应的端子记为缺相端子；
当主控制器通过故障检测单元6检测到三相逆变器5出现一个故障相时，主控制器交替进行周期六和周期七的操作；周期六中，主控制器通过开关阵列模块7，使逆变器一与电机一选通；周期七中，主控制器先控制逆变器一对故障相对应的电压相位进行锁相操作，锁相操作完成后，主控制器通过开关阵列模块7，使逆变器一与缺相端子选通；锁相操作时，主控制器从三相逆变器5获取相应的相位信息，考虑到锁相操作是一种常见技术，其余细节本发明不再赘述；
当主控制器通过故障检测单元6检测到三相逆变器5出现两个故障相时，主控制器交替进行周期八和周期九的操作；周期八中，主控制器通过开关阵列模块7，使逆变器一与电机一选通、逆变器二与电机二选通；周期九中，主控制器先控制逆变器一和逆变器二分别对两个故障相对应的电压相位进行锁相操作，锁相操作完成后，主控制器通过开关阵列模块7，使逆变器一和逆变器二分别与对应的缺相端子选通；
当主控制器通过故障检测单元6检测到三相逆变器5出现三个故障相时，主控制器交替进行周期十和周期十一的操作；周期十中，主控制器通过开关阵列模块7，使逆变器一与电机一选通、逆变器二与电机二选通、逆变器三与电机三选通；周期十一中，主控制器先控制逆变器一、逆变器二和逆变器三分别对三相逆变器5三个相的电压相位进行锁相操作，锁相操作完成后，主控制器通过开关阵列模块7，将逆变器一、逆变器二和逆变器三分别与主泵电机3三相输入端的三个端子选通。

Claims (2)

1.一种灌溉供电系统，其特征在于：所述灌溉供电系统包括四组光伏发电阵列（1）、三台辅泵电机（2）、一台主泵电机（3）、三个单相逆变器（4）、一个三相逆变器（5）、故障检测单元（6）、开关阵列模块（7）和主控制器；与三台辅泵电机（2）和主泵电机（3）匹配的四台水泵分别对应四个灌溉区域；所述辅泵电机（2）为单相电机，所述主泵电机（3）为三相电机；
第一光伏发电阵列（1）的输出端与第一单相逆变器（4）的输入端连接，第二光伏发电阵列（1）的输出端与第二单相逆变器（4）的输入端连接，第三光伏发电阵列（1）的输出端与第三单相逆变器（4）的输入端连接，第四光伏发电阵列（1）的输出端与三相逆变器（5）的输入端连接；
单相逆变器（4）的输出端与开关阵列模块（7）连接，辅泵电机（2）的输入端与开关阵列模块（7）连接，主泵电机（3）的三相输入端与开关阵列模块（7）连接；
三相逆变器（5）的三相输出端与主泵电机（3）的三相输入端连接；
单相逆变器（4）的输出端与故障检测单元（6）连接，三相逆变器（5）的三相输出端与故障检测单元（6）连接；
单相逆变器（4）、三相逆变器（5）、故障检测单元（6）和开关阵列模块（7）均与主控制器连接；
所述主控制器能通过故障检测单元（6）对单相逆变器（4）是否出现失压故障进行检测，同时，主控制器能通过故障检测单元（6）对三相逆变器（5）是否出现缺相故障进行检测；
所述开关阵列模块（7）能在主控制器的控制下，将单个单相逆变器（4）的输出端和某台辅泵电机（2）的输入端选通，或者，将单个单相逆变器（4）的输出端和主泵电机（3）三相输入端的某一相端子选通。
2.一种灌溉供电系统故障下的控制方法，所述灌溉供电系统包括四组光伏发电阵列（1）、三台辅泵电机（2）、一台主泵电机（3）、三个单相逆变器（4）、一个三相逆变器（5）、故障检测单元（6）、开关阵列模块（7）和主控制器；与三台辅泵电机（2）和主泵电机（3）匹配的四台水泵分别对应四个灌溉区域；所述辅泵电机（2）为单相电机，所述主泵电机（3）为三相电机；
第一光伏发电阵列（1）的输出端与第一单相逆变器（4）的输入端连接，第二光伏发电阵列（1）的输出端与第二单相逆变器（4）的输入端连接，第三光伏发电阵列（1）的输出端与第三单相逆变器（4）的输入端连接，第四光伏发电阵列（1）的输出端与三相逆变器（5）的输入端连接；
单相逆变器（4）的输出端与开关阵列模块（7）连接，辅泵电机（2）的输入端与开关阵列模块（7）连接，主泵电机（3）的三相输入端与开关阵列模块（7）连接；
三相逆变器（5）的三相输出端与主泵电机（3）的三相输入端连接；
单相逆变器（4）的输出端与故障检测单元（6）连接，三相逆变器（5）的三相输出端与故障检测单元（6）连接；
单相逆变器（4）、三相逆变器（5）、故障检测单元（6）和开关阵列模块（7）均与主控制器连接；
所述主控制器能通过故障检测单元（6）对单相逆变器（4）是否出现失压故障进行检测，同时，主控制器能通过故障检测单元（6）对三相逆变器（5）是否出现缺相故障进行检测；
所述开关阵列模块（7）能在主控制器的控制下，将单个单相逆变器（4）的输出端和某台辅泵电机（2）的输入端选通，或者，将单个单相逆变器（4）的输出端和主泵电机（3）三相输入端的某一相端子选通；
其特征在于：所述控制方法包括：
单相逆变器（4）和三相逆变器（5）均无故障时，主控制器通过开关阵列模块（7），使三个单相逆变器（4）的输出端与三台辅泵电机（2）的输入端一一对应地选通；将三个单相逆变器（4）分别记为逆变器一、逆变器二和逆变器三；将三台辅泵电机（2）分别记为电机一、电机二和电机三；设逆变器一与电机一对应，逆变器二与电机二对应，逆变器三与电机三对应；
当主控制器通过故障检测单元（6）检测到逆变器一发生失压故障时，主控制器交替进行周期一和周期二的操作；周期一中，主控制器通过开关阵列模块（7），使逆变器二与电机一选通；周期二中，主控制器通过开关阵列模块（7），使逆变器二与电机二选通；
当主控制器通过故障检测单元（6）检测到逆变器一和逆变器二发生失压故障时，主控制器循环进行周期三、周期四和周期五的操作；周期三中，主控制器通过开关阵列模块（7），使逆变器三与电机一选通；周期四中，主控制器通过开关阵列模块（7），使逆变器三与电机二选通；周期五中，主控制器通过开关阵列模块（7），使逆变器三与电机三选通；
三相逆变器（5）出现缺相故障时，将所缺的相记为故障相，主泵电机（3）三相输入端中与故障相对应的端子记为缺相端子；
当主控制器通过故障检测单元（6）检测到三相逆变器（5）出现一个故障相时，主控制器交替进行周期六和周期七的操作；周期六中，主控制器通过开关阵列模块（7），使逆变器一与电机一选通；周期七中，主控制器先控制逆变器一对故障相对应的电压相位进行锁相操作，锁相操作完成后，主控制器通过开关阵列模块（7），使逆变器一与缺相端子选通；
当主控制器通过故障检测单元（6）检测到三相逆变器（5）出现两个故障相时，主控制器交替进行周期八和周期九的操作；周期八中，主控制器通过开关阵列模块（7），使逆变器一与电机一选通、逆变器二与电机二选通；周期九中，主控制器先控制逆变器一和逆变器二分别对两个故障相对应的电压相位进行锁相操作，锁相操作完成后，主控制器通过开关阵列模块（7），使逆变器一和逆变器二分别与对应的缺相端子选通；
当主控制器通过故障检测单元（6）检测到三相逆变器（5）出现三个故障相时，主控制器交替进行周期十和周期十一的操作；周期十中，主控制器通过开关阵列模块（7），使逆变器一与电机一选通、逆变器二与电机二选通、逆变器三与电机三选通；周期十一中，主控制器先控制逆变器一、逆变器二和逆变器三分别对三相逆变器（5）三个相的电压相位进行锁相操作，锁相操作完成后，主控制器通过开关阵列模块（7），将逆变器一、逆变器二和逆变器三分别与主泵电机（3）三相输入端的三个端子选通。
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