CN113381449A - 一种光伏沙漠公路灌溉供电系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏沙漠公路灌溉供电系统,包括太阳能光伏系统、滴灌系统、通讯系统、视频监控系统和总控中心,该光伏沙漠公路灌溉供电系统全自动运行,无须人工值守,仅很少量的日常人工维护,具备高效率弱光工作功能,在多云天气仍能发挥较高的工作效率,确保多云和阴天的灌溉需求,新型MPPT控制技术和行业领先的变频逆变技术,确保系统最大效率利用太阳能发电量,根据用水需求及当地日照条件进行系统优化设计,提水效率高,尽可能降低客户投入成本,容交流输入,可进行实时监控及远程系统控制等干预措施。

Description

一种光伏沙漠公路灌溉供电系统及控制方法
技术领域
本发明涉及环境保护技术领域,具体是一种光伏沙漠公路灌溉供电系统及控制方法。
背景技术
一、目的
塔中沙漠公路是目前横向贯穿流动沙漠的公路,也是中国最早的沙漠公路的分支这里自古以来就是古丝绸之路的中心,如今已是石油勘探开发的主战场,是中石油、中石化的主力油气田基地,途经轮南油田、塔河油田、塔中油田,促进了地方经济的发展,目前也是众多旅游者前去观光的目的地之一。
二、工程概况第一师十四团~塔中沙漠公路位于新疆维吾尔自治区阿拉尔和沙雅县境内,是兵团第一师公路网的重要组成部分。第一师十四团~塔中沙漠公路起点接省道S210线K172+306桩号,途经十四团天鹅湖湿地公园和睡胡杨谷景区,终点接塔中1号公路。本项目全长136.0Km,属于新建工程,公路等级为二、三级,其中:K0+000-K20+000路段公路等级为二级公路,设计速度80Km/h,路基宽12.0m,路面宽10.5m,行车道宽度2×3.75m,两侧各设1.5m硬路肩和0.75m土路肩;K20+000-K136+000路段公路等级为三级公路,设计速度40Km/h,路基宽10.0m,路面宽8.0m,行车道宽度2×3.5m,两侧各设0.5m硬路肩和1.0m土路肩。1、本项目K0+000~K20+000路段路基填筑采用天然砂砾和风积沙来填筑;K20+000~K134+800路段路基填筑采用风积沙来填筑;K134+800~K136+000路段路基填筑采用天然砂砾来填筑,公路桥涵设计汽车荷载等级采用公路-Ⅰ级;全线共设桥梁1座,涵洞3道,均位于二级公路路段范围内。2、路面结构:①二级公路路段:路面为6cmAC-20中粒式沥青砼+1cmS12碎石下封层,基层为25cm水泥稳定砂砾,底基层为20cm天然级配砂砾。②三级公路路段:路面为4cmAC-16中粒式沥青砼,基层为20cm级配砾石,底基层为30cm天然级配砂砾。3、本工程防风固沙绿化及灌溉工程设置在道路沿线两侧,配备太阳能光伏提水灌溉系统和互联网控制系统进行种植沙漠植物,利用新能源太阳能电池板、新技术、新设备、新工艺来保证绿化工程的成活率。
三、管道施工中严格执行《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB50268-2008)的相关规定。绿化给水管道施工工序:放线测量→开挖管沟→沟槽基底处理→管道安装、附属构筑物施工→管顶冲洗、管线试压→回填至管顶40cm左右→试运行、验收→回填→光伏提升灌溉系统的安装。U-PVC给水管道连接采用承插式连接,连接是涂抹润滑剂及项圈配合连接,在管道弯头、三通、渐缩接头等处均用C20砼设置混凝土支礅,法兰阀门用支礅加固,在管路隆起部位或上坡地段均应设置排气阀,以减小气、水混压对管道的冲击。
四、打井
打井采用专业打井机械进行施工,按设计要求位置进行放线定位打井。每4km打一口井,共打井30口,在公路沿线直接打井,井深50~80m,开工后提前安排打井工作,井水用于工程施工。五、撒播草种及灌木籽撒播草种及灌木籽,本工程撒播草种为骆驼刺和甘草,在撒播前灌溉系统必须施工完毕,对场地进行适当平整,安装支管和内嵌滴头软管后,内嵌软管滴头间距60cm-100cm,流量1.5L/h,再进行撒播草种及灌木籽。六、人工种植乔木和灌木先对场地进行适当平整,安装支管和内嵌滴头软管后,才能移植乔木,根据植树树木的间距人工按要求挖坑,将购置的乔木和灌木埋入,在乔木外圈安装环形内嵌滴头软管,间距60cm,流量1.5L/h,要求乔木和灌木排列整齐在一条线上,乔木移植后,用木杆将乔木搭上架子,防止乔木灌水后歪倒,派专人进行看护和浇水养护,保证乔木的成活率。
目前,沙漠公路绿化灌溉系统主要存在两个问题需要解决。
1、电力供应,目前沙漠公路绿化灌溉电力来源主要是由柴油机发电产生,每年消耗大量柴油并造成环境污染。
灌溉系统,目前沙漠公路绿化灌溉让采用传统的人工灌溉方式,人工喷灌不仅耗时耗力,而且水的有效利用率低,水资源的浪费较为严重。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光伏沙漠公路灌溉供电系统及控制方法,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种光伏沙漠公路灌溉供电系统,包括太阳能光伏系统、滴灌系统、通讯系统、视频监控系统和总控中心,所述太阳能光伏系统包括太阳能光伏板、逆变器、锂电电池和离网电站,所述太阳能光伏板分别与锂电电池和逆变器通过导线电性连接,所述逆变器通过导线与离网电站电性连接,所述滴灌系统包括首部枢纽、管路和滴头,所述首部枢纽包括水泵及动力机、施肥罐、过滤器和控制与测量仪表,所述管路包括干管、支管、毛管和调节设备,所述水泵及动力机的出水端与管路中的干管连接,所述施肥罐的出料端接入到干管中,所述过滤器安装在干管上,所述控制与测量仪表安装在水泵及动力机与干管连接处和施肥罐与干管连接处,所述总控中心包括拼接大屏幕、主控服务器、机房电脑、移动电脑和移动手机。
作为本发明进一步的方案:所述调节设备包括压力表、闸阀和流量调节器,所述调节设备的作用是将加压水均匀地输送到滴头
作为本发明再进一步的方案:所述通讯系统可将控制与测量仪表以及调节设备以模块通信方式与总控中心无线连接,所述通讯系统包括第一网关、第二网关和接收终端,所述通讯系统可数传电台、远距离、数据透传、串口转无线、点对多点通讯、可中继。
一种光伏沙漠公路灌溉供电控制方法,步骤如下:
S1:首先,沿沙漠公路每隔四公里设置一个水泵站、太阳能光伏板、逆变器、水泵、离网电站和锂电电池,太阳能光伏板吸收太阳热能转换成电能,直接供给锂电电池,再由锂电电池向滴灌系统、通讯系统、视频监控系统供电,多余电能通过逆变器转换成交流电并入离网电站中;
S2:灌溉程序启动后,水泵站中水泵及动力机以一定的压力将一定数量的水送入干管,同时通过施肥罐将肥料水按照一定比例混入干管内,进入干管的混合水通过过滤器进行过滤后进入各支管,再由各支管进入各毛管中,最后通过毛管布设的滴头以点滴的方式滴入土壤中;
S3:通讯系统将布设在水泵及动力机以及施肥罐出肥口上的控制与测量仪表以及视频监控系统与总控中心,通过总控中心的拼接大屏幕实时展示高清灌溉画面以及各种测量数据,便于进行监查管理;
S4:通过总控中心的机房电脑、移动电脑以及移动手机等多种终端可实现对控制与测量仪表中的控制阀以及调节设备中闸阀和流量调节器进行远程开关控制。
作为本发明再进一步的方案:步骤S1中,太阳能光伏板的功率为42KW,逆变器的功率为45KW、水泵的功率为25KW、离网电站5KW,锂电电池20KW每小时的储能。
作为本发明再进一步的方案:步骤S2中,所述滴头的作用是使水流经过微小的孔道,形成能量损失,减小其压力,使它以点滴的方式滴入土壤中,滴头通常放在土壤表面,亦可以浅埋保护。
作为本发明再进一步的方案:所述视频监控系统采用超高清立杆式球机,从传输到存储都是采用数字化方式。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、本发明采用太阳能光伏系统对沙漠公路灌溉提供电能,沙漠公路处于无电地区,经度84.237,维度38.594,日照充沛,日照强度高,日照时间长,据此特点,太阳能光伏离网系统可完美解决电力供应问题。
太阳能光伏离网系统优点:
(1)对环境友好,无任何排放,无废水无废气无噪声无振动。
(2)永不枯竭,且不消耗能源,只要有太阳光照,就能产生电力。
(3)能源质量高,没有机械设备,后期维护强度低。
2、本发明通过采用滴灌系统,滴灌是迄今为止农田灌溉最节水的灌溉技术之一,但因其价格较高,一度被称作“昂贵技术”,仅用于高附加值的经济作物中,近年来,随着滴灌带的广泛应用,“昂贵技术”不再昂贵,完全可以在普通大田作物上应用,可以解决各种山区,牧区,平原地区,沙漠地区的所有灌溉需求,同时,可以根据客户的特殊要求,提供定制化解决方案,如二次提水,并机运行等,是最适合塔里木盆地的当属滴灌系统之一。
(1)滴灌系统水的有效利用率高,在滴灌条件下,灌溉水湿润部分土壤表面,可有效减少土壤水分的无效蒸发,同时,由于滴灌仅湿润作物根部附近土壤,其他区域土壤水分含量较低,因此,可防止杂草的生长,滴灌系统不产生地面径流,且易掌握精确的施水深度,非常省水。
(2)环境湿度低滴灌灌水后,土壤根系通透条件良好,通过注入水中的肥料,可以提供足够的水分和养分,使土壤水分处于能满足作物要求的稳定和较低吸力状态,灌水区域地面蒸发量也小,这样可以有效控制保护地内的湿度。
(3)提高作物产品品质,由于滴灌能够及时适量供水、供肥,它可以在提高农作物产量的同时,提高和改善作物品质,使存活率大大提高,经济效益高。
(4)滴灌对地形和土壤的适应能力较强由于滴头能够在较大的工作压力范围内工作,且滴头的出流均匀,所以滴灌适宜于地形有起伏的地块和不同种类的土壤,同时,滴灌还可减少中耕除草,也不会造成地面土壤板结。
(5)省水省工,增产增收,因为灌溉时,水不在空中运动,不打湿叶面,也没有有效湿 润面积以外的土壤表面蒸发,故直接损耗于蒸发的水量最少;容易控制水量,不致产生地面径流和土壤深层渗漏。故可以比喷灌节省水35%—75%,对水源少和缺水的山区实现水利化开辟了新途径。由于作物根区能够保持着最佳供水状态和供肥状态,故能增产。
附图说明
图1为一种光伏沙漠公路灌溉供电系统的结构示意图。
图2为一种光伏沙漠公路灌溉供电系统图1中太阳能光伏系统的结构示意图。
图3为一种光伏沙漠公路灌溉供电系统图1中滴灌系统的结构示意图。
图4为一种光伏沙漠公路灌溉供电系统图1中的总控中心的结构示意图。
图5为一种光伏沙漠公路灌溉供电系统的云桌面接入图。
图6为一种光伏沙漠公路灌溉供电系统第一网关线路板原理图。
图7为一种光伏沙漠公路灌溉供电系统第二网关线路板原理图。
图8为一种光伏沙漠公路灌溉供电系统终端原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1~8,本发明实施例中,一种光伏沙漠公路灌溉供电系统,包括太阳能光伏系统、滴灌系统、通讯系统、视频监控系统和总控中心,太阳能光伏系统包括太阳能光伏板、逆变器、锂电电池和离网电站,太阳能光伏板分别与锂电电池和逆变器通过导线电性连接,逆变器通过导线与离网电站电性连接,滴灌系统包括首部枢纽、管路和滴头,首部枢纽包括水泵及动力机、施肥罐、过滤器和控制与测量仪表,管路包括干管、支管、毛管和调节设备,水泵及动力机的出水端与管路中的干管连接,施肥罐的出料端接入到干管中,过滤器安装在干管上,控制与测量仪表安装在水泵及动力机与干管连接处和施肥罐与干管连接处,总控中心包括拼接大屏幕、主控服务器、机房电脑、移动电脑和移动手机,总控中心有专业软件管理,同步以太网系统,可实现机房电脑,移动电脑,移动手机等多种终端设备监查管理,现场操控以及远程操控,界面简洁,总控中心采用55寸12台拼接大屏幕,实时监测光伏扬水系统、离网光伏电站、实时视频采集信息和电动阀门开关,提供多种数据浏览方式、浏览器、手机APP、小程序数据浏览器等,可配合透传云系统实现LED大屏信息实时展示,支持计算机桌面直接接入(安装抓屏软件)和通过编码设备编码(实现物理隔离)后接入,如果用户电脑播放的内容以图文为主,则通过软件抓屏的方式接入;如果以动态视频为主,则以编码盒编码的方式接入。
调节设备包括压力表、闸阀和流量调节器,调节设备的作用是将加压水均匀地输送到滴头,
通讯系统可将控制与测量仪表以及调节设备以模块通信方式与总控中心无线连接,通讯系统包括第一网关、第二网关和接收终端,第一网关和第二网关用于实现控制与测量仪表以及调节设备与总控中心无线连接,接收终端用于帮助总控中心接收来自网关的数据,可数传电台、远距离、数据透传、串口转无线、点对多点通讯、可中继。
一种光伏沙漠公路灌溉供电控制方法,步骤如下:
S1:首先,沿沙漠公路每隔四公里设置一个水泵站、太阳能光伏板、逆变器、水泵、离网电站和锂电电池,太阳能光伏板吸收太阳热能转换成电能,直接供给锂电电池,再由锂电电池向滴灌系统、通讯系统、视频监控系统供电,多余电能通过逆变器转换成交流电并入离网电站中;
S2:灌溉程序启动后,水泵站中水泵及动力机以一定的压力将一定数量的水送入干管,同时通过施肥罐将肥料水按照一定比例混入干管内,进入干管的混合水通过过滤器进行过滤后进入各支管,再由各支管进入各毛管中,最后通过毛管布设的滴头以点滴的方式滴入土壤中;
S3:通讯系统将布设在水泵及动力机以及施肥罐出肥口上的控制与测量仪表以及视频监控系统与总控中心,通过总控中心的拼接大屏幕实时展示高清灌溉画面以及各种测量数据,便于进行监查管理;
S4:通过总控中心的机房电脑、移动电脑以及移动手机等多种终端可实现对控制与测量仪表中的控制阀以及调节设备中闸阀和流量调节器进行远程开关控制。
步骤S1中,太阳能光伏板的功率为42KW,逆变器的功率为45KW、水泵的功率为25KW、离网电站5KW,锂电电池20KW每小时的储能。
步骤S2中,滴头的作用是使水流经过微小的孔道,形成能量损失,减小其压力,使它以点滴的方式滴入土壤中,滴头通常放在土壤表面,亦可以浅埋保护。
视频监控系统采用超高清立杆式球机,从传输到存储都是采用数字化方式,同时,采用多项先进的技术,如流媒体技术、LAMP架构。保证系统在未来数年内在视频监控技术处于领先地位,此外,系统具有良好的扩容性,既能够适应建设初期小规模视频监控的需求,也能够满足未来大规模视频及用户接入的需求。实时展示高清灌溉画面,提供预警系统,对于一些突发不可控情况,进行预警提示,采用128位的3DES加密处理,视频传输采用视频加密(水印),采用SSL(安全套接层)协议,数据存储采用MD5加密存储方式。服务器端安装先进的防病毒软件,采用更为安全可高的linux操作系统,采用硬加密狗保障服务器安全,采用防火墙将服务器进行物理隔离。
本发明整套光伏灌溉系统全自动运行,无须人工值守,仅很少量的日常人工维护,具备高效率弱光工作功能,在多云天气仍能发挥较高的工作效率,确保多云和阴天的灌溉需求,新型MPPT控制技术和行业领先的变频逆变技术,确保系统最大效率利用太阳能发电量,根据用水需求及当地日照条件进行系统优化设计,提水效率高,尽可能降低客户投入成本,容交流输入,可进行实时监控及远程系统控制等干预措施。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种光伏沙漠公路灌溉供电系统,包括太阳能光伏系统、滴灌系统、通讯系统、视频监控系统和总控中心,其特征在于:所述太阳能光伏系统包括太阳能光伏板、逆变器、锂电电池和离网电站,所述太阳能光伏板分别与锂电电池和逆变器通过导线电性连接,所述逆变器通过导线与离网电站电性连接,所述滴灌系统包括首部枢纽、管路和滴头,所述首部枢纽包括水泵及动力机、施肥罐、过滤器和控制与测量仪表,所述管路包括干管、支管、毛管和调节设备,所述水泵及动力机的出水端与管路中的干管连接,所述施肥罐的出料端接入到干管中,所述过滤器安装在干管上,所述控制与测量仪表安装在水泵及动力机与干管连接处和施肥罐与干管连接处,所述总控中心包括拼接大屏幕、主控服务器、机房电脑、移动电脑和移动手机。
2.根据权利要求1所述的,其特征在于:所述调节设备包括压力表、闸阀和流量调节器,所述调节设备的作用是将加压水均匀地输送到滴头。
3.根据权利要求1所述的,其特征在于:所述通讯系统可将控制与测量仪表以及调节设备以模块通信方式与总控中心无线连接,所述通讯系统包括第一网关、第二网关和接收终端,所述通讯系统可数传电台、远距离、数据透传、串口转无线、点对多点通讯、可中继。
4.一种光伏沙漠公路灌溉供电控制方法,其特征在于,步骤如下:
S1:首先,沿沙漠公路每隔四公里设置一个水泵站、太阳能光伏板、逆变器、水泵、离网电站和锂电电池,太阳能光伏板吸收太阳热能转换成电能,直接供给锂电电池,再由锂电电池向滴灌系统、通讯系统、视频监控系统供电,多余电能通过逆变器转换成交流电并入离网电站中;
S2:灌溉程序启动后,水泵站中水泵及动力机以一定的压力将一定数量的水送入干管,同时通过施肥罐将肥料水按照一定比例混入干管内,进入干管的混合水通过过滤器进行过滤后进入各支管,再由各支管进入各毛管中,最后通过毛管布设的滴头以点滴的方式滴入土壤中;
S3:通讯系统将布设在水泵及动力机以及施肥罐出肥口上的控制与测量仪表以及视频监控系统与总控中心,通过总控中心的拼接大屏幕实时展示高清灌溉画面以及各种测量数据,便于进行监查管理;
S4:通过总控中心的机房电脑、移动电脑以及移动手机等多种终端可实现对控制与测量仪表中的控制阀以及调节设备中闸阀和流量调节器进行远程开关控制。
5.根据权利要求4所述的一种光伏沙漠公路灌溉供电控制方法,其特征在于:步骤S1中,太阳能光伏板的功率为42KW,逆变器的功率为45KW、水泵的功率为25KW、离网电站5KW,锂电电池20KW每小时的储能。
6.根据权利要求4所述的一种光伏沙漠公路灌溉供电控制方法,其特征在于:步骤S2中,所述滴头的作用是使水流经过微小的孔道,形成能量损失,减小其压力,使它以点滴的方式滴入土壤中,滴头通常放在土壤表面,亦可以浅埋保护。
7.根据权利要求1所述的一种光伏沙漠公路灌溉供电系统,其特征在于:所述视频监控系统采用超高清立杆式球机,从传输到存储都是采用数字化方式。
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