CN111949065B - 一种光伏水泵系统及其功率调控方法、装置、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光伏水泵系统及其功率调控方法、装置、控制设备及计算机可读存储介质。该功率调控方法包括：在光伏水泵系统启动后，采样获取母线电压，并根据采样值计算母线电容的充放电功率；维持逆变器输出频率的给定值不变，采样更新获取母线电压并根据更新后的采样值计算母线电容的充放电功率；判断母线电容的充放电功率是否增大；若是，则判定当前系统工作在光伏最大功率点左侧，减小逆变器输出频率的给定值；若否，则判定当前系统工作在光伏最大功率点右侧，增大逆变器输出频率的给定值。本申请以母线电容的充放电功率的变化情况为依据来判断系统的实时工作点，可实现对光伏最大功率点的高效跟踪，并降低设备成本，提高产品经济效益。

Description

一种光伏水泵系统及其功率调控方法、装置、设备及介质

技术领域

本申请涉及电力传动技术领域，特别涉及一种光伏水泵系统及其功率调控方法、装置、控制设备及计算机可读存储介质。

背景技术

光伏水泵系统的基本原理是利用太阳能电池将太阳能直接转换为电能，然后驱动各类电动机，带动水泵从深井、江、河、湖、塘等水源提水。它具有无噪声、全自动(日出而作，日落而停)、高可靠、供水量与蒸发量适配性好等许多优点。

相关技术中典型的光伏水泵系统如图1所示，由光伏阵列即光伏电池板、光伏专用变频器(逆变器及检测驱动电路、控制设备)、电机和水泵组成。光伏阵列的光伏输出功率-电压曲线呈抛物线状，具有极大值点。因此，在实际应用中，为提高输出效率，需要实现对光伏阵列的最大功率点跟踪。

由于在最大功率点左侧，光伏输出功率随光伏阵列输出的母线电压的增大而增大；而在最大功率点右侧，光伏输出功率随母线电压的增大而减小。因此，相关技术中，一般以一定的扰动改变光伏阵列输出的母线电压，然后计算比较光伏输出功率的变化趋势与母线电压是否一致；若一致，则判定在最大功率点左侧；否则，判定在最大功率点右侧。

其中，为了计算光伏输出功率，相关技术中通常需要同时设置用于检测母线电压的电压传感器以及用于检测光伏输出电流的电流传感器，而这无疑增加了设备成本。

鉴于此，提供一种解决上述技术问题的方案，已经是本领域技术人员所亟需关注的。

发明内容

本申请的目的在于提供一种光伏水泵系统及其功率调控方法、装置、控制设备及计算机可读存储介质，以便高效快速地实现对光伏最大功率点的跟踪，同时并降低设备成本，提高产品经济效益。

为解决上述技术问题，第一方面，本申请公开了一种光伏水泵系统的功率调控方法，所述光伏水泵系统包括光伏阵列、连接在所述光伏阵列输出端的母线电容和逆变器；所述方法包括：

在所述光伏水泵系统启动后，采样获取母线电压，并根据采样值计算所述母线电容的充放电功率；

维持逆变器输出频率的给定值不变，采样更新获取母线电压，并根据更新后的采样值更新计算所述母线电容的充放电功率；

判断所述母线电容的充放电功率是否增大；

若是，则判定当前系统工作在光伏最大功率点左侧，并减小逆变器输出频率的给定值；

若否，则判定当前系统工作在光伏最大功率点右侧，并增大逆变器输出频率的给定值。

可选地，在所述判定当前系统工作在光伏最大功率点左侧，并减小逆变器输出频率的给定值之后，还包括：

采样更新获取母线电压；

判断母线电压是否增大；

若母线电压增大，则继续执行所述维持逆变器输出频率的给定值不变，采样更新获取母线电压，并根据更新后的采样值更新计算所述母线电容的充放电功率及其后续步骤；

若母线电压减小，则继续执行所述判定当前系统工作在光伏最大功率点左侧，并减小逆变器输出频率的给定值及其后续步骤。

可选地，在所述判定当前系统工作在光伏最大功率点右侧，并增大逆变器输出频率的给定值之后，还包括：

采样更新获取母线电压；

判断母线电压是否减小；

若是，则继续执行维持逆变器输出频率的给定值不变，采样更新获取母线电压，并根据更新后的采样值更新计算所述母线电容的充放电功率及其后续步骤；

若否，则继续执行所述判定当前系统工作在光伏最大功率点右侧，并增大逆变器输出频率的给定值及其后续步骤。

可选地，在每次采样更新获取母线电压之后、根据更新后的采样值更新计算所述母线电容的充放电功率之前，还包括：

对母线电压更新后的采样值进行安全阈值判断和处理。

可选地，所述对母线电压更新后的采样值进行安全阈值判断和处理，包括：

判断母线电压是否大于最小电压警戒值；

若母线电压不大于所述最小电压警戒值，则将逆变器输出频率的给定值设置为预设最低频率点；

若母线电压大于所述最小电压警戒值，则判断母线电压是否小于最大电压警戒值；

若母线电压不小于最大电压警戒值，则将逆变器输出频率的给定值设置为预设最高频率点。

可选地，所述根据采样值计算所述母线电容的充放电功率，包括：

根据功率计算公式计算所述母线电容的充放电功率，所述功率计算公式为：

P₃(k)＝0.5·C·|(U(k)²-U(k-1)²|；

其中，P₃(k)为k时刻计算的所述母线电容的充放电功率；C为所述母线电容的容值；U(k)为k时刻的母线电压采样值；U(k-1)为k-1时刻的母线电压采样值。

第二方面，本申请还公开了一种光伏水泵系统的功率调控装置，其特征在于，所述光伏水泵系统包括光伏阵列、连接在所述光伏阵列输出端的母线电容和逆变器；所述功率调控装置包括：

采样计算模块，用于在所述光伏水泵系统启动后，采样获取母线电压，并根据采样值计算所述母线电容的充放电功率；维持逆变器输出频率的给定值不变，采样更新获取母线电压，并根据更新后的采样值更新计算所述母线电容的充放电功率；

功率判断模块，用于判断所述母线电容的充放电功率是否增大；

给定调节模块，用于在判定母线电容的充放电功率增大后，判定当前系统工作在光伏最大功率点左侧，并减小逆变器输出频率的给定值；在判定母线电容的充放电功率减小后，判定当前系统工作在光伏最大功率点右侧，并增大逆变器输出频率的给定值。

可选地，所述功率调控装置还包括电压判断模块；

在所述给定调节模块判定当前系统工作在光伏最大功率点左侧，并减小逆变器输出频率的给定值之后，所述采样计算模块还用于采样更新获取母线电压，所述电压判断模块用于判断母线电压是否增大，若是，则所述采样计算模块继续用于采样更新获取母线电压，并根据更新后的采样值更新计算所述母线电容的充放电功率；若否，则所述给定调节模块继续用于判定当前系统工作在光伏最大功率点左侧，并减小逆变器输出频率的给定值。

可选地，在所述给定调节模块判定当前系统工作在光伏最大功率点右侧，并增大逆变器输出频率的给定值之后，所述采样计算模块还用于采样更新获取母线电压，所述电压判断模块用于判断母线电压是否减小，若是，则所述采样计算模块继续用于采样更新获取母线电压，并根据更新后的采样值更新计算所述母线电容的充放电功率；若否，则所述给定调节模块继续用于判定当前系统工作在光伏最大功率点右侧，并增大逆变器输出频率的给定值。

可选地，所述功率调控装置还包括：

安全阈值处理模块，用于在采样计算模块每次采样更新获取母线电压之后、根据更新后的采样值更新计算所述母线电容的充放电功率之前，对母线电压更新后的采样值进行安全阈值判断和处理。

可选地，所述安全阈值处理模块具体用于：

判断母线电压是否大于最小电压警戒值；若母线电压不大于所述最小电压警戒值，则将逆变器输出频率的给定值设置为预设最低频率点；若母线电压大于所述最小电压警戒值，则判断母线电压是否小于最大电压警戒值；若母线电压不小于最大电压警戒值，则将逆变器输出频率的给定值设置为预设最高频率点。

可选地，所述采样计算模块具体用于：

根据功率计算公式计算所述母线电容的充放电功率，所述功率计算公式为：

P₃(k)＝0.5·C·|(U(k)²-U(k-1)²|；

其中，P₃(k)为k时刻计算的所述母线电容的充放电功率；C为所述母线电容的容值；U(k)为k时刻的母线电压采样值；U(k-1)为k-1时刻的母线电压采样值。

第三方面，本申请还公开了一种控制设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序以实现如上所述的任一种光伏水泵系统的功率调控方法的步骤。

第四方面，本申请还公开了一种光伏水泵系统，其特征在于，包括依次连接的光伏阵列、逆变器、电机、水泵；以及，

并联在所述光伏阵列输出端的母线电容和电压传感器；

及，如上所述的控制设备，所述控制设备分别与所述电压传感器和所述逆变器的驱动电路连接，用于向所述驱动电路发送控制信号。

第五方面，本申请还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时用以实现如上所述的任一种光伏水泵系统的功率调控方法的步骤。

本申请所提供的光伏水泵系统及其功率调控方法、装置、控制设备及计算机可读存储介质所具有的有益效果是：本申请以母线电容的充放电功率的变化情况为依据来判断系统的实时工作点，不仅可有效规避误判带来的风险问题，进而准确实现对光伏最大功率点的跟踪，而且无需增设用于检测光伏输出电流的电流传感器，有效节约了设备成本和安装成本，极大地提高了产品经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明现有技术和本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和本申请实施例描述中需要使用的附图作简要的介绍。当然，下面有关本申请实施例的附图描述的仅仅是本申请中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，所获得的其他附图也属于本申请的保护范围。

图1为相关技术中一种光伏水泵系统的结构示意图；

图2为本申请实施例公开的一种光伏水泵系统的功率调控方法的流程图；

图3为本申请实施例公开的一种系统在母线电容放电时的原理示意图；

图4为本申请实施例公开的一种系统在母线电容充电时的原理示意图；

图5为本申请实施例公开的又一种光伏水泵系统的功率调控方法的流程图；

图6为本申请实施例公开的一种对母线电压进行安全阈值判断和处理的过程；

图7为本申请实施例公开的一种光伏水泵系统的功率调控装置的结构框图；

图8为本申请实施例公开的一种控制设备的结构框图；

图9为本申请实施例公开的一种光伏水泵系统的结构示意图。

具体实施方式

本申请的核心在于提供一种光伏水泵系统的功率调控方法、装置、控制设备及计算机可读存储介质，以便高效快速地实现对光伏最大功率点的跟踪，同时并降低设备成本，提高产品经济效益。

为了对本申请实施例中的技术方案进行更加清楚、完整地描述，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行介绍。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

光伏水泵系统的基本原理是利用太阳能电池将太阳能直接转换为电能，然后驱动各类电动机带动水泵从深井、江、河、湖、塘等水源提水。它具有无噪声、全自动(日出而作，日落而停)、高可靠、供水量与蒸发量适配性好等许多优点。

由于光伏水泵系统从技术上说是一个比较典型的“光、机、电一体化”系统，它涉及太阳能的采集、变换及电力电子、电机、水机、计算机控制等多个学科的最新技术，因此已被许多国家列为优先发展的高新技术和进一步发展的方向，中东、非洲有不少国家更是期望利用太阳能水泵及省水微灌、现代化农业等新技术在地下水资源比较充裕的干旱地区把家园改造为绿洲。

相关技术中典型的光伏水泵系统如图1所示，由光伏阵列即光伏电池板、光伏专用变频器(逆变器及检测驱动电路、控制设备)、电机和水泵组成。光伏阵列的光伏输出功率-电压曲线呈抛物线状，具有极大值点。因此，在实际应用中，为提高输出效率，需要实现对光伏阵列的最大功率点跟踪。

由于在最大功率点左侧，光伏输出功率随光伏阵列输出的母线电压的增大而增大；而在最大功率点右侧，光伏输出功率随母线电压的增大而减小。因此，相关技术中，一般以一定的扰动改变光伏阵列输出的母线电压，然后计算比较光伏输出功率的变化趋势与母线电压是否一致；若一致，则判定在最大功率点左侧；否则判定在最大功率点右侧。

其中，为了计算光伏输出功率，相关技术中通常需要同时设置用于检测母线电压的电压传感器以及用于检测光伏输出电流的电流传感器。而一般地，出于逆变控制需要，逆变器通常需要配备有相关的检测驱动电路，包括用于检测逆变器输出电流的电流传感器。如此，相关技术中对光伏输出电流的检测便无疑增加了电流传感器的使用数量，增加了设备成本。鉴于此，本申请提供了一种光伏水泵系统的功率调控方案，可有效解决上述问题。

参见图2所示，本申请实施例公开了一种光伏水泵系统的功率调控方法，该光伏水泵系统包括光伏阵列、连接在该光伏阵列输出端的母线电容和逆变器；该方法主要包括：

S101：在光伏水泵系统启动后，采样获取母线电压，并根据采样值计算母线电容的充放电功率。

光伏水泵系统的启动是一个逐步启动的过程，本领域技术人员可通过逐步增大逆变器输出频率来启动系统。

S102：维持逆变器输出频率的给定值不变，采样更新获取母线电压，并根据更新后的采样值更新计算母线电容的充放电功率。

S103：判断母线电容的充放电功率是否增大；若是，则进入S104；若否，则进入S105。

S104：判定当前系统工作在光伏最大功率点左侧，并减小逆变器输出频率的给定值；进入S102。

S105：判定当前系统工作在光伏最大功率点右侧，并增大逆变器输出频率的给定值；进入S102。

需要指出的是，本申请所提供的光伏水泵系统的功率调控方法，并非是通过直接计算光伏输出功率来实现光伏侧的最大功率点跟踪的，而是通过计算母线电容的充放电功率，来间接反映光伏输出功率的变化情况，进而实现对光伏侧的最大功率点跟踪。

而其中，对于母线电容的充放电功率的计算，只需采样获取母线电压即可，无需再对光伏阵列的输出电流进行采样，因而本申请无需再在光伏侧设置电流传感器，有效地降低了设备成本，有助于提高产品经济效益。

在对系统进行动态功率调控过程中，由于中间缓冲环节即母线电容的存在，光伏阵列的光伏输出功率与逆变器输出功率并不一定相等。具体可参见图3和图4，图3为系统在母线电容放电时的原理示意图，图4为系统在母线电容充电时的原理示意图。其中，P₁表示光伏阵列的光伏输出功率，P₂表示逆变器输出功率，P₃表示母线电容的充电功率或者放电功率。

当P₁>P₂时，母线电压上升，母线电容充电，P₃具体为母线电容的充电功率，且P₁＝P₂+P₃；当P₁<P₂时，母线电压下降，母线电容放电，P₃具体为母线电容的放电功率，且P₁+P₃＝P₂。

需要说明的是，出于逆变控制需要，相关技术中，逆变器一般均会配备有相关的检测驱动电路，包括用于检测逆变器输出电流的电流传感器，由此可用于计算得到逆变器输出功率。也由此，申请人首先提出的设想是，能否通过计算逆变器输出功率的变化来间接确定光伏输出功率的变化，进而确定当前的实时工作点。

对此，申请人通过理论分析并予以否定，具体原因是：在光伏最大功率点右侧，逆变器输出功率的变化趋势与光伏输出功率的变化趋势一致；但是，在光伏最大功率点左侧，逆变器输出功率的变化趋势与光伏输出功率的变化趋势不存在确定关系。

具体地，在光伏最大功率点右侧即抛物线下降区间内，当母线电压上升时，母线电容的充电功率P₃上升，光伏阵列电压上升，则光伏输出功率P₁减少，逆变器输出功率为P₂＝P₁-P₃也是减少的，此时P₁和P₂的变化趋势一致；在光伏最大功率点右侧，当母线电压下降，光伏阵列电压下降，则光伏输出功率P₁增加，母线电容放电，逆变器输出功率为P₂＝P₁+P₃也是增加的，此时P₁和P₂的变化趋势一致。

而在光伏最大功率点左侧即抛物线上升区间内，当母线电容电压上升时，母线电容的充电功率P₃上升，光伏阵列电压上升，则光伏输出功率P₁增加，逆变器输出功率为P₂＝P₁-P₃，则此时P₂是增加还是减少是不确定的，P₁和P₂的变化趋势是否一致无法确定；在光伏最大功率点左侧，当母线电容电压下降时，光伏阵列电压下降，则光伏输出功率P₁减少，母线电容的放电功率P₃增加，逆变器输出功率为P₂＝P₁+P₃，此时P₂是增加还是减少是不确定的，P₁和P₂的变化趋势是否一致无法确定的。

由上述分析过程申请人发现，如果以逆变器输出功率的变化情况来作为判断光伏输出功率变化情况的依据，则将在光伏最大功率点左侧出现误判的情况，无法有效实现对光伏最大功率点的跟踪，并且会导致母线电压失控甚至崩溃的情况。

母线电压失控的具体情况是：正常情况下，在光伏最大功率点左侧须通过调节(降低逆变器频率以减小逆变器输出功率P₂)令母线电压增大，以便向右调整至光伏最大功率点；而在光伏最大功率点右侧时须通过调节(提高逆变器频率以增大逆变器输出功率P₂)令母线电压减小，以便向左调整至光伏最大功率点。而一旦发生误判，即将“在光伏最大功率点左侧”判定为“在光伏最大功率点右侧”，此时若根据误判结果增大逆变器输出功率P₂而降低母线电压，则，光伏输出功率P₁将继续降低，逆变器输出功率P₂一直持续大于光伏输出功率P₁，功率的不平衡又将会导致母线电压的进一步下降。如此，此时母线电压的下降是失控的，无法自行恢复平衡稳态，会发展为母线电压崩溃，令电机失步。

而申请人通过进一步理论分析和实践验证发现：利用母线电容的充放电功率P₃的变化情况来间接推论光伏输出功率P₁的变化情况，则可以有效避免上述误判情况，进而可有效防止出现误判带来的母线电压崩溃问题。

具体地，在光伏最大功率点左侧，维持逆变器输出频率不变令逆变器输出功率P₂不变(逆变器输出功率P₂与逆变器输出频率的立方成正比)，此时若逆变器输出功率大于光伏输出功率即P₁<P₂，则母线电容放电，母线电压下降，光伏输出功率P₁减少，母线电容的充放电功率为P₃＝P₂-P₁是增大的；而若逆变器输出功率小于光伏输出功率即P₁>P₂，则母线电容充电，母线电压上升，光伏输出功率P₁增大，母线电容的充放电功率为P₃＝P₁-P₂也是增大的。

由此可知，在光伏最大功率点左侧，令逆变器输出频率不变，母线电容的充放电功率P₃始终是增大的。因此可通过母线电容的充放电功率P₃的变化来判断系统的实时工作点：若母线电容的充放电功率P₃增大，则可判定系统在光伏最大功率点左侧。

而在光伏最大功率点右侧，维持逆变器输出频率不变令逆变器输出功率P₂不变，此时若逆变器输出功率大于光伏输出功率即P₁<P₂，则母线电容放电，母线电压下降，而光伏输出功率P₁增大，母线电容的充放电功率P₃＝P₂-P₁是减小的；若逆变器输出功率小于光伏输出功率即P₁>P₂，则母线电容充电，母线电压上升，而光伏输出功率P₁减小，母线电容的充放电功率P₃＝P₁-P₂也是减小的。

由此可知，在光伏最大功率点右侧，令逆变器输出频率不变，母线电容的充放电功率P₃始终是减小的。因此可通过母线电容的充放电功率P₃的变化来判断系统的实时工作点：若母线电容的充放电功率P₃减小，则可判定系统工作在光伏最大功率点右侧。

由此，本申请可在系统启动之后，在维持逆变器输出频率不变的情况下不断采样获取母线电压，计算母线电容的充放电功率P₃大小，以便根据其变化情况判断系统当前的实时工作点，进而采用对应的调整策略来调整母线电压，以便实现光伏最大功率点跟踪。进一步地，对于光伏水泵专用的逆变器，一般可通过输出频率调控来实现对母线电压的调整。

其中，具体地，可根据功率计算公式计算母线电容的充放电功率P₃，该功率计算公式具体为：

P₃(k)＝0.5·C·|(U(k)²-U(k-1)²|；

其中，P₃(k)为k时刻计算的母线电容的充放电功率；C为母线电容的容值；U(k)为k时刻的母线电压采样值；U(k-1)为k-1时刻的母线电压采样值。

容易理解的是，在计算P₃时，需要前后两次的母线电压采样值。因此，每当需要更新计算P₃时，可更新采样母线电压，并结合上次的母线电压采样值进行计算。

当通过步骤S104判定P₃增大进而判定当前系统工作在光伏最大功率点左侧后，所采用的对应措施的目的是增大母线电压以向右移动至光伏最大功率点。具体地，此时可通过减小逆变器输出频率的给定值来降低逆变器的实际输出频率，令逆变器输出功率P₂下降，进而使母线电压上升。

具体地，在逆变器输出功率大于光伏输出功率即P₁<P₂的初始情况下，母线电容放电，母线电压下降，本申请通过减小逆变器输出频率使P₂减小，直到逆变器输出功率小于光伏输出功率即P₁>P₂，使母线电压上升；在逆变器输出功率小于光伏输出功率即P₁>P₂的初始情况下，母线电容充电，母线电压上升，本申请通过减少逆变器输出频率使P₂减小，或者保持逆变器输出频率不变，可令母线电压继续上升，直至达到光伏最大功率点。

当通过步骤S105判定P₃减小进而判定当前系统工作在光伏最大功率点右侧后，所采用的对应措施的目的是减小母线电压以向左移动至光伏最大功率点。具体地，此时可通过增大逆变器输出频率的给定值来提高逆变器的实际输出频率，令逆变器输出功率P₂增大，进而使母线电压上升。

具体地，在逆变器输出功率小于光伏输出功率即P₁>P₂的初始情况下，母线电容充电，母线电压上升，本申请通过提高逆变器输出频率使P₂增大，以便令逆变器输出功率大于光伏输出功率即P₁<P₂，使母线电压减小；在逆变器输出功率大于光伏输出功率即P₁<P₂的初始情况下，母线电容放电，母线电压下降，本申请通过提高逆变器输出频率使P₂增大，或者保持逆变器输出频率不变，可令母线电压继续下降，直至达到逆变器输出功率小于光伏输出功率即P₁>P₂，直至达到光伏最大功率点或者光伏最大功率点左侧。

容易理解的是，当执行完步骤S104或者S105之后，需要重新进入步骤S102并重复执行后续步骤，以便通过持续采样判断来实时跟踪光伏最大功率点。

本申请所提供的光伏水泵系统的功率调控方法，以母线电容的充放电功率的变化情况为依据来判断系统的实时工作点，不仅可有效规避误判带来的风险问题，进而准确实现对光伏最大功率点的跟踪，而且无需增设用于检测光伏输出电流的电流传感器，有效节约了设备成本和安装成本，极大地提高了产品经济效益。

参见图5所示，本申请实施例公开了又一种光伏水泵系统的功率调控方法，主要包括：

S201：在光伏水泵系统启动后，采样获取母线电压，并根据采样值计算母线电容的充放电功率。

S202：维持逆变器输出频率的给定值不变，采样更新获取母线电压，并根据更新后的采样值更新计算母线电容的充放电功率。

S203：判断母线电容的充放电功率是否增大；若是，则进入S204；若否，则进入S207。

S204：判定当前系统工作在光伏最大功率点左侧，并减小逆变器输出频率的给定值；进入S205。

S205：采样更新获取母线电压，进入S206。

S206：判断母线电压是否增大；若是，则进入S202；若否，则进入S204。

具体地，在光伏最大功率点左侧，当将逆变器输出频率的给定值减小之后，本实施例将首先通过母线电压的变化情况来判断所采取的调节措施是否已发挥效果，若母线电压已经增大即已经发挥效果，则可进入S202进入下一循环的采样-判断-调整；若母线电压未增大即尚未发挥效果，则可继续执行步骤S204以便进一步减小逆变器输出频率的给定值。

由此，本实施例可减少对母线电容的充放电功率的重复计算，提高计算和调整效率。

S207：判定当前系统工作在光伏最大功率点右侧，并增大逆变器输出频率的给定值；进入S208。

S208：采样更新获取母线电压，进入S209。

S209：判断母线电压是否减小；若是，则进入S202；若否，则进入S207。

类似地，在光伏最大功率点右侧，当将逆变器输出频率的给定值增大之后，本实施例将首先通过母线电压的变化情况来判断所采取的调节措施是否已发挥效果，若母线电压已经减小即已经发挥效果，则可进入S202进入下一循环的采样-判断-调整；若母线电压未减小即尚未发挥效果，则可继续执行步骤S207以便进一步增大逆变器输出频率的给定值。由此可进一步减少对母线电容的充放电功率的重复计算，提高计算和调整效率。

作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的光伏水泵系统的功率调控方法在上述内容的基础上，在每次采样更新获取母线电压之后、根据更新后的采样值更新计算母线电容的充放电功率之前，还可以包括：

对母线电压更新后的采样值进行安全阈值判断和处理。

通过安全阈值判断和处理，可有效防止出现母线电压过低或者过高的情况，为系统的安全运行提供确实可靠的保障。

进一步地，参见图6，对母线电压更新后的采样值进行安全阈值判断和处理的过程可具体包括：

S301：判断母线电压是否大于最小电压警戒值；若否，则进入S302；若是，则进入S303。

S302：将逆变器输出频率的给定值设置为预设最低频率点。

具体地，本实施例中，当母线电压因某些原因而过低甚至降低至最小电压警戒值时，可令逆变器输出频率突降至预设最低频率点，以便迅速降低逆变器输出功率P₂来增大母线电压。

容易理解的是，上述母线电压过低的情况对应发生在光伏最大功率点左侧。由于光伏输出不稳定的特性，当光强突然变弱时，光伏阵列的可输出功率突然下降，将可能出现逆变器输出功率远大于光伏输出功率的情况，此时母线电容的充放电功率将急剧上升，母线电压将急剧下降，存在母线电压崩溃的风险。因此，本实施例基于对最小电压警戒值的判断和处理，可有效规避该风险。

S303：判断母线电压是否小于最大电压警戒值；若否，则进入S304。

S304：将逆变器输出频率的给定值设置为预设最高频率点。

类似地，本实施例中，当母线电压因某些原因而过高甚至增大至最大电压警戒值时，可令逆变器输出频率突增至预设最高频率点，以便迅速增大逆变器输出功率P₂来降低母线电压。

容易理解的是，上述母线电压过高的情况对应发生在光伏最大功率点右侧。由于光伏输出不稳定的特性，当光强突然变强时，光伏阵列的可输出功率突然增大，将可能出现逆变器输出功率远小于光伏输出功率的情况，此时母线电容的充放电功率将急剧下降，母线电压将急剧上升，存在母线电压过压的风险。因此，本实施例基于对最大电压警戒值的判断和处理，可有效规避该风险。

还需说明的是，上述对母线电压更新后的采样值进行安全阈值判断和处理的过程，也可以不设置在功率调控方法的主程序中，而是可以另外设置为其他的新线程运行，以便实时监控母线电压的大小。本领域技术人员可自行选择并设置，本申请对此并不进行限定。

参见图7所示，本申请实施例公开了一种光伏水泵系统的功率调控装置，该光伏水泵系统包括光伏阵列、连接在该光伏阵列输出端的母线电容和逆变器；该功率调控装置主要包括：

采样计算模块401，用于在光伏水泵系统启动后，采样获取母线电压，并根据采样值计算母线电容的充放电功率；维持逆变器输出频率的给定值不变，采样更新获取母线电压，并根据更新后的采样值更新计算母线电容的充放电功率；

功率判断模块402，用于判断母线电容的充放电功率是否增大；

给定调节模块403，用于在判定母线电容的充放电功率增大后，判定当前系统工作在光伏最大功率点左侧，并减小逆变器输出频率的给定值；在判定母线电容的充放电功率减小后，判定当前系统工作在光伏最大功率点右侧，并增大逆变器输出频率的给定值

可见，本申请实施例所公开的光伏水泵系统的功率调控装置，以母线电容的充放电功率的变化情况为依据来判断系统的实时工作点，不仅可有效规避误判带来的风险问题，进而准确实现对光伏最大功率点的跟踪，而且无需增设用于检测光伏输出电流的电流传感器，有效节约了设备成本和安装成本，极大地提高了产品经济效益。

关于上述光伏水泵系统的功率调控装置的具体内容，可参考前述关于光伏水泵系统的功率调控方法的详细介绍，这里就不再赘述。

作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的光伏水泵系统的功率调控装置在上述内容的基础上，还包括电压判断模块；

在给定调节模块403判定当前系统工作在光伏最大功率点左侧，并减小逆变器输出频率的给定值之后，采样计算模块401还用于采样更新获取母线电压，电压判断模块用于判断母线电压是否增大，若是，则采样计算模块401继续用于采样更新获取母线电压，并根据更新后的采样值更新计算母线电容的充放电功率；若否，则给定调节模块403继续用于判定当前系统工作在光伏最大功率点左侧，并减小逆变器输出频率的给定值。

作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的光伏水泵系统的功率调控装置在上述内容的基础上，在给定调节模块403判定当前系统工作在光伏最大功率点右侧，并增大逆变器输出频率的给定值之后，采样计算模块401还用于采样更新获取母线电压，电压判断模块用于判断母线电压是否减小，若是，则采样计算模块401继续用于采样更新获取母线电压，并根据更新后的采样值更新计算母线电容的充放电功率；若否，则给定调节模块403继续用于判定当前系统工作在光伏最大功率点右侧，并增大逆变器输出频率的给定值。

作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的光伏水泵系统的功率调控装置在上述内容的基础上，功率调控装置还包括：

安全阈值处理模块，用于在采样计算模块401每次采样更新获取母线电压之后、根据更新后的采样值更新计算母线电容的充放电功率之前，对母线电压更新后的采样值进行安全阈值判断和处理。

作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的光伏水泵系统的功率调控装置在上述内容的基础上，安全阈值处理模块具体用于：

判断母线电压是否大于最小电压警戒值；若母线电压不大于最小电压警戒值，则将逆变器输出频率的给定值设置为预设最低频率点；若母线电压大于最小电压警戒值，则判断母线电压是否小于最大电压警戒值；若母线电压不小于最大电压警戒值，则将逆变器输出频率的给定值设置为预设最高频率点。

作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的光伏水泵系统的功率调控装置在上述内容的基础上，采样计算模块401具体用于：

根据功率计算公式计算母线电容的充放电功率，功率计算公式为：

P₃(k)＝0.5·C·|(U(k)²-U(k-1)²|；

其中，P₃(k)为k时刻计算的母线电容的充放电功率；C为母线电容的容值；U(k)为k时刻的母线电压采样值；U(k-1)为k-1时刻的母线电压采样值。

参见图8所示，本申请实施例公开了一种控制设备500，包括：

存储器501，用于存储计算机程序；

处理器502，用于执行计算机程序以实现如上所述的任一种光伏水泵系统的功率调控方法的步骤。

参见图9所示，本申请还公开了一种光伏水泵系统，包括依次连接的光伏阵列100、逆变器200、电机300、水泵400；以及，

并联在光伏阵列输出端的母线电容C和电压传感器VS；

及，如上所述的控制设备500，控制设备500分别与电压传感器VS和逆变器200的驱动电路连接，用于向驱动电路发送控制信号。

其中，图9所示的逆变器由三相三桥臂组成；电压传感器VS用于检测母线电容C两端的电压，亦即母线电压。同时，如前所述，出于逆变控制需要，逆变器中还设置有电流传感器用以检测三相输出电流。

本实施例中，控制设备500可通过向驱动电路发送对应的控制信号来控制逆变器200中各开关管的通断，实现逆变输出。同时，控制设备500可接收电压传感器VS采样获取的母线电压大小，计算判断当前的实时工作电，进而通过调节控制信号来调整逆变器输出频率的给定值，实现对光伏最大功率点的跟踪。

进一步地，本申请实施例还公开了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时用以实现如上的任一种光伏水泵系统的功率调控方法的步骤。

关于上述控制设备、光伏水泵系统和计算机可读存储介质的具体内容，可参考前述关于光伏水泵系统的功率调控方法的详细介绍，这里就不再赘述。

本申请中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的设备而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需说明的是，在本申请文件中，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语，仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。此外，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种光伏水泵系统的功率调控方法，其特征在于，所述光伏水泵系统包括光伏阵列、连接在所述光伏阵列输出端的母线电容和逆变器；所述功率调控方法包括：

S1：在所述光伏水泵系统启动后，采样获取母线电压，并根据采样值计算所述母线电容的充放电功率；

S2：维持逆变器输出频率的给定值不变，采样更新获取母线电压，并根据更新后的采样值更新计算所述母线电容的充放电功率；

S3：判断所述母线电容的充放电功率是否增大；

S4：若是，则判定当前系统工作在光伏最大功率点左侧，并减小逆变器输出频率的给定值；

S5：若否，则判定当前系统工作在光伏最大功率点右侧，并增大逆变器输出频率的给定值。

2.根据权利要求1所述的功率调控方法，其特征在于，在所述判定当前系统工作在光伏最大功率点左侧，并减小逆变器输出频率的给定值之后，还包括：

S6：采样更新获取母线电压；

S7：判断母线电压是否增大；

若母线电压增大，则继续执行S2和S3的步骤；

若母线电压减小，则继续执行S4、S6、S7的步骤。

3.根据权利要求2所述的功率调控方法，其特征在于，在所述判定当前系统工作在光伏最大功率点右侧，并增大逆变器输出频率的给定值之后，还包括：

S8：采样更新获取母线电压；

S9：判断母线电压是否减小；

若是，则继续执行S2和S3的步骤；

若否，则继续执行S5、S8和S9的步骤。

4.根据权利要求3所述的功率调控方法，其特征在于，在每次采样更新获取母线电压之后、根据更新后的采样值更新计算所述母线电容的充放电功率之前，还包括：

对母线电压更新后的采样值进行安全阈值判断和处理。

5.根据权利要求4所述的功率调控方法，其特征在于，所述对母线电压更新后的采样值进行安全阈值判断和处理，包括：

判断母线电压是否大于最小电压警戒值；

若母线电压不大于所述最小电压警戒值，则将逆变器输出频率的给定值设置为预设最低频率点；

若母线电压大于所述最小电压警戒值，则判断母线电压是否小于最大电压警戒值；

若母线电压不小于最大电压警戒值，则将逆变器输出频率的给定值设置为预设最高频率点。

6.根据权利要求1至5任一项所述的功率调控方法，其特征在于，所述根据采样值计算所述母线电容的充放电功率，包括：

根据功率计算公式计算所述母线电容的充放电功率，所述功率计算公式为：

P3(k)＝0.5·C·|U(k)²-U(k-1)²|；

其中，P3(k)为k时刻计算的所述母线电容的充放电功率；C为所述母线电容的容值；U(k)为k时刻的母线电压采样值；U(k-1)为k-1时刻的母线电压采样值。

7.一种光伏水泵系统的功率调控装置，其特征在于，所述光伏水泵系统包括光伏阵列、连接在所述光伏阵列输出端的母线电容和逆变器；所述功率调控装置包括：

采样计算模块，用于在所述光伏水泵系统启动后，采样获取母线电压，并根据采样值计算所述母线电容的充放电功率；维持逆变器输出频率的给定值不变，采样更新获取母线电压，并根据更新后的采样值更新计算所述母线电容的充放电功率；

功率判断模块，用于判断所述母线电容的充放电功率是否增大；

给定调节模块，用于在判定母线电容的充放电功率增大后，判定当前系统工作在光伏最大功率点左侧，并减小逆变器输出频率的给定值；在判定母线电容的充放电功率减小后，判定当前系统工作在光伏最大功率点右侧，并增大逆变器输出频率的给定值。

8.一种控制设备，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序以实现如权利要求1至6任一项所述的功率调控方法的步骤。

9.一种光伏水泵系统，其特征在于，包括依次连接的光伏阵列、逆变器、电机、水泵；以及，

并联在所述光伏阵列输出端的母线电容和电压传感器；

及，如权利要求8所述的控制设备，所述控制设备分别与所述电压传感器和所述逆变器的驱动电路连接，用于向所述驱动电路发送控制信号。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时用以实现如权利要求1至6任一项所述的功率调控方法的步骤。

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