一种应用于光伏提灌站的多级多泵控制方法

摘要

本发明提供一种应用于光伏提灌站的多级多泵控制方法，包括：采集光伏电池的电压值，并在光伏电池的电压值达到启动电压时，判断启动信号是否有效；在判断所述启动信号有效后，采用自适应搜索算法计算最大功率的搜索电压；通过搜索电压进行MPPT最大功率的搜索控制，并计算输出频率；通过所述输出频率进行跟踪控制和频率输出，在有太阳能时控制第一级泵的第一台泵首先启动，当第二级泵的水管水压建立时，启动第二级泵的第一台泵；当能量足够时，再启动第一级泵的第二台泵，当第二级泵的水管水压再次建立时，启动第二级泵的第二台泵，依次启动所有的水泵；当能量不足时，则先停第二级水泵再停第一级水泵，直到所有水泵都停机。本发明提供的应用于光伏提灌站的多级多泵控制方法其系统稳定可靠，太阳能利用率高。

说明书

技术领域

本发明涉及光伏提灌站技术领域，特别涉及一种应用于光伏提灌站的多级多泵控制方法。

背景技术

光伏提灌站，也称为太阳能提灌站，主要应用于农田抽水灌溉、荒山荒漠治理、水处理、海水淡化、喷泉水景等应用场合，作为重要的农业基础设施，为农业生产与生活提供用水。现有的光伏提灌站采用控制方式包括单泵提灌站、多泵提灌站、多级多泵提灌站等，由于现场应用工况复杂多变，对光伏逆变器提出很高的要求，不仅质量要求稳定可靠，而且需对不同系统的太阳能利用率要求达到最佳。

光伏逆变器最主要的性能指标就是太阳能的利用率，采用的是MPPT最大功率跟踪技术，现有的光伏逆变器主要是集中在单机的控制，都能达到比较高的利用率。但对于多级多泵的控制系统中，现有的控制技术是采用PLC来协调控制：先随机启动某台逆变器，PLC通过读取当前逆变器运行频率来作为其他逆变器启用MPPT跟踪的判断条件，当首先启动的逆变器进行MPPT到达一定启动频率，再随机启动第二台泵，当第二台泵达到一定启动频率，再随机启动第三台泵，当所有的泵都运行起来之后，每台逆变器进行都各自进行MPPT调节，PLC不再参与控制，当某台逆变器低于某停机频率，则进行停机。现有的这种控制技术存在以下几个问题：

(1)MPPT参数调节复杂：过于依赖MPPT控制算法的响应速度，必须对每台的MPPT进行精准的增益参数调节，系统才能运行。

(2)系统稳定性差，效率低：现场光照强度变化大、温差变化大，由于逆变器之间没有关联控制，系统的波动非常大，经常出现停机现象；系统经常波动，导致水泵无法稳定在高效区功率工作，造成了大量太阳能浪费，太阳能的利用率低。

(3)能量分配不均，存在水泵空转或水管压力过大等问题，设备使用寿命缩短。

发明内容

针对以上问题，本发明专利目的在于设计了一种应用于光伏提灌站的多级多泵控制方法，系统稳定可靠，太阳能利用率高。

问了解决以上技术问题，本发明提供一种应用于光伏提灌站的多级多泵控制方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S101，采集光伏电池的电压值，并在光伏电池的电压值达到启动电压时，判断启动信号是否有效；

步骤S102，在判断所述启动信号有效后，采用自适应搜索算法计算最大功率的搜索电压；

步骤S103，通过搜索电压进行MPPT最大功率的搜索控制，并计算输出频率；

步骤S104，通过所述输出频率进行跟踪控制和频率输出，在有太阳能时控制第一级泵的第一台泵首先启动，当第二级泵的水管水压建立时，启动第二级泵的第一台泵；当能量足够时，再启动第一级泵的第二台泵，当第二级泵的水管水压再次建立时，启动第二级泵的第二台泵，依次启动所有的水泵；当能量不足时，则先停第二级水泵再停第一级水泵，直到所有水泵都停机。

具体的，本发明所述采用自适应搜索算法计算最大功率的搜索电压，具体包括：

步骤S201，光伏逆变器在启动之前会对当前电池的电压进行多次数据采样，并且进行平滑滤波；

步骤S202，在达到最大功率时记录当前的电池电压，并平滑滤波；

步骤S203，通过两次的电压值进行比较，得到最大功率的工作电压的参考系数；

步骤S204，在下次启动搜索前，首先记录当前的电池电压，并且乘以参考系数，把该电压值作为最大功率的搜索电压。

具体的，本发明所述通过所述输出频率进行跟踪控制和频率输出，进一步包括：

通过光伏逆变器之间的端口进行信号握手，保证光伏逆变器稳定运行在各级水泵的高效转速区。

具体的，本发明所述通过光伏逆变器之间的端口进行信号握手，具体包括：

前一台泵和后一台泵之间通过端口加入握手信号，光伏逆变器之间可以发送和接收前一台泵和后一台泵之间的状态信号，根据所述状态信号进行太阳能跟踪控制和频率输出。

具体的，本发明所述方法进一步包括：

控制时序采用逐台往后启动，逐台往前进行停机。

具体的，本发明所述控制方法应用于单泵提灌站、多泵提灌站或者多级多泵提灌站。

本发明专利提供一种应用于光伏提灌站的多级多泵控制方法与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本控制方法可确保一级泵水压不至于过大，同时也确保了二级泵不会抽空，从而延长了水管和水泵的寿命；

(2)系统连续运行稳定可靠，故障率低，可全自动运行，无需人工看守，并且不存在任何运行成本，一次投入长期受益；

(3)首次应用管道缓冲、即抽即用的方式，无需建中间蓄水池，成本低，效率大大提高；

(4)系统效率高，控制精度大大提高，无论光照强弱，都能实现最大程度的光能利用率。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1是本发明应用于光伏提灌站的多级多泵控制方法的流程图；

图2是本发明应用于光伏提灌站的多级多泵控制方法的系统示意图；

图3是本发明应用于光伏提灌站的多级多泵控制方法的光伏逆变器级联示意图；

图4是本发明应用于光伏提灌站的多级多泵控制方法的控制流程图；

图5是本发明应用于光伏提灌站的多级多泵控制方法的计算最大功率的搜索电压的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明提出了本发明提供一种应用于光伏提灌站的多级多泵控制方法，该控制方法的主要工作原理如下：将多台光伏逆变器的MPPT调节关联起来，水泵的控制进行有序的协调而不是随机启动，使系统更加稳定，通过光伏逆变器之间的端口进行信号握手，保证光伏逆变器稳定运行在水泵的高效转速区；采用基于多级泵站的光能功率分配控制技术，可确保一级泵水压不至于过大，同时也确保了二级泵不会抽空，从而延长了水管和水泵的寿命；优化MPPT算法，采用最大功率工作电压自适应的搜索算法，提高能量利用率。本发明提供一种应用于光伏提灌站的多级多泵控制方法可以应用于单泵提灌站、多泵提灌站或者多级多泵提灌站。

具体的，请参阅图1和图4，所述方法包括如下步骤：

步骤S101，采集光伏电池的电压值，并在光伏电池的电压值达到启动电压时，判断启动信号是否有效；

步骤S102，在判断所述启动信号有效后，采用自适应搜索算法计算最大功率的搜索电压；

步骤S103，通过搜索电压进行MPPT最大功率的搜索控制，并计算输出频率；

步骤S104，通过所述输出频率进行跟踪控制和频率输出，在有太阳能时控制第一级泵的第一台泵首先启动，当第二级泵的水管水压建立时，启动第二级泵的第一台泵；当能量足够时，再启动第一级泵的第二台泵，当第二级泵的水管水压再次建立时，启动第二级泵的第二台泵，依次启动所有的水泵；当能量不足时，则先停第二级水泵再停第一级水泵，直到所有水泵都停机。

具体的，请参阅图2和图3，本发明所述通过所述输出频率进行跟踪控制和频率输出，进一步包括：通过光伏逆变器之间的端口进行信号握手，保证光伏逆变器稳定运行在各级水泵的高效转速区。前一台泵和后一台泵之间通过端口加入握手信号，光伏逆变器之间可以发送和接收前一台泵和后一台泵之间的状态信号，根据所述状态信号进行太阳能跟踪控制和频率输出。主要控制技术和原理如下：

(1)多泵级联控制。前一台泵和后一台泵之间通过端口加入握手信号，光伏逆变器之间可以发送和接收前后泵之间的状态信息，根据状态信号进行太阳能跟踪控制和频率输出，控制时序采用逐台往后启动，逐台往前停机，确保系统控制有条不紊，而不是随机的无序状态，同时保证前一台泵的输出转速控制在水泵的高效工作区，后一台泵才进入MPPT搜索；当能量不足时，后一台泵的MPPT可以快速响应并发送信号给前一台泵，让前泵也快速调节，保证系统不会出现能量不足导致停机现象，极大提高了系统的稳定性。

(2)多级光能功率分配控制。在多级泵控制系统中，采用管道缓冲、即抽即用的方式，无需建中间蓄水池，因此需要进行能量分配，离水源越近的那一级泵优先级越高。当有太阳能的时候，光伏逆变器控制第一级泵的第一台泵首先启动，当第二级泵房的水管水压建立时，启动第二级泵的第一台；当能量足够时，再启动第一级泵的第二台泵，当第二级泵房的水管水压再次建立时，启动第二级泵的第二台，依次启动所有的水泵。当能量不足时，则先停二级水泵再停一级水泵，直到所有水泵都停机，这样可以彻底解决一二级能量分配不均的问题，水泵不再出现空抽的情况，水管也不再有压力过大的情形。

具体的，由于光伏逆变器数量多，每台光伏逆变器启动是在一天当中的不同时刻，不同时刻的温度有所差异，而温度对光伏电池最大功率的工作电压点影响较大，导致最大功率的工作电压值始终在波动，因此对本发明中的光伏逆变器中的MPPT算法进行适应性优化，保证能快速跟踪上最大功率输出。请参阅图5，本发明所述采用自适应搜索算法计算最大功率的搜索电压，具体包括：

步骤S201，光伏逆变器在启动之前会对当前电池的电压进行多次数据采样，并且进行平滑滤波；

步骤S202，在达到最大功率时记录当前的电池电压，并平滑滤波；

步骤S203，通过两次的电压值进行比较，得到最大功率的工作电压的参考系数；

步骤S204，在下次启动搜索前，首先记录当前的电池电压，并且乘以参考系数，把该电压值作为最大功率的搜索电压。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。