一種光伏水泵集群系統(tǒng)的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光伏水泵系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種光伏水泵集群的穩(wěn)壓與MPPT 控制技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 光伏水泵系統(tǒng)由光伏陣列、水泵、電機(jī)、變頻器等組成，變頻器將光伏陣列的直流 能量轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娔?，?qū)動光伏水泵從深井、江、河、湖、塘等水源提水。
[0003] 對于大中規(guī)模的光伏水泵揚(yáng)水系統(tǒng)，可以采用單機(jī)大功率光伏水泵系統(tǒng)，對于離 心式水泵，要實現(xiàn)設(shè)計要求的揚(yáng)程條件下出水或高效，需要滿足最低日照和功率輸出要求， 在低日照條件下，由于有最低揚(yáng)程限制，水泵雖然可以運轉(zhuǎn)，但不能出水且工作效率較低， 光伏陣列的能量不能有效利用。采用多臺獨立光伏水泵系統(tǒng)，也同樣存在此類問題。這類 光伏水泵系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計，其全天揚(yáng)水量會損失較大。
[0004] 如果多臺光伏水泵系統(tǒng)的光伏陣列并聯(lián)組合，所有變頻器的直流輸入端共光伏陣 列直流母線，那么在同樣低日照條件下，所有光伏陣列的合成功率是原單機(jī)光伏水泵系統(tǒng) 功率輸入的N倍（N臺并聯(lián)），其可以根據(jù)功率大小、揚(yáng)程需求、效率，優(yōu)化選擇啟動水泵的臺 數(shù)，從而可以實現(xiàn)光伏水泵集群系統(tǒng)的全天揚(yáng)水效率最優(yōu)。充分利用光伏陣列的能量，實時 調(diào)節(jié)和合理選配水泵工作數(shù)量，使全天揚(yáng)水效率達(dá)到最優(yōu)。
[0005] 常規(guī)的光伏水泵集群系統(tǒng)由光伏陣列、群控器和多臺光伏水泵變頻器組成，所有 變頻器的直流輸入端共接于一個光伏陣列直流母線，群控器對各變頻器進(jìn)行調(diào)度，充分利 用光伏陣列能量，保證系統(tǒng)能夠工作在光伏陣列的最大功率點。共直流母線的變頻器采集 直流母線電壓、直流母線電流及各自電機(jī)頻率、電流運行參數(shù)，并上傳群控器，群控器對系 統(tǒng)工作點進(jìn)行判斷，搜索最大功率工作點，移動工作電壓給定，實現(xiàn)系統(tǒng)的光伏陣列最大功 率跟蹤控制；
[0006] 光伏水泵集群系統(tǒng)控制的關(guān)鍵技術(shù)是穩(wěn)定陣列電壓及最大功率跟蹤，光伏陣列直 流母線電壓的穩(wěn)定控制器一般放在群控器中，由群控器通過通訊線定時下發(fā)調(diào)節(jié)指令給各 變頻器，實現(xiàn)陣列電壓的穩(wěn)定控制及最大功率跟蹤。該方法是基于通訊實現(xiàn)光伏陣列電壓 的閉環(huán)控制，要求數(shù)據(jù)通訊穩(wěn)定可靠且高速度，否則，則會發(fā)生陣列電壓不穩(wěn)定及電壓跌落 崩潰現(xiàn)象，造成系統(tǒng)頻繁停機(jī)。由于現(xiàn)場的水泵系統(tǒng)可能分散且有相當(dāng)距離，對實現(xiàn)高速和 可靠通訊控制會有一定難度，也降低了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種光伏水泵集群系統(tǒng)的控制方法，該系統(tǒng) 包括一光伏陣列與若干水泵電機(jī)，所述方法包括以下步驟：
[0008] 通過一群控器設(shè)置一陣列指令電壓II，實時采集光伏陣列的直流母線電壓V d。，將 所述陣列指令電壓作為目標(biāo)值對所述直流母線電壓進(jìn)行穩(wěn)壓調(diào)節(jié)，同時對所述陣列指 令電壓匕〗進(jìn)行實時的誤差調(diào)節(jié)；
[0009] 對所述穩(wěn)壓調(diào)節(jié)后通過變頻器產(chǎn)生交流電壓，將所述交流電壓輸出至所述各水泵 電機(jī)；
[0010] 采集直流母線電壓、直流母線電流，計算出陣列最大功率值，并獲取水泵電機(jī)的最 大功率工作點，并結(jié)合各水泵電機(jī)功率、運行頻率與輸出電流，對系統(tǒng)的變頻器開啟數(shù)量進(jìn) 行控制。
[0011] 較佳地，所述穩(wěn)壓調(diào)節(jié)包括：
[0012] 通過比例調(diào)節(jié)直流母線電壓vd。與直流母線指令電壓 < 之差，改變負(fù)載運行功 率，完成對直流母線電壓vd。穩(wěn)壓調(diào)節(jié)。
[0013] 將光伏陣列直流母線電壓vd。與陣列指令電壓 < 之差通過比例調(diào)節(jié)輸出穩(wěn)定后的 電壓。
[0014] 較佳地，對所述陣列指令電壓進(jìn)行實時的誤差調(diào)節(jié)包括：
[0015] 將Vd。與G之差通過PI調(diào)節(jié)器后輸出一補(bǔ)償指令電壓，獲取vd。與 、上次指令電壓匕之差，最后將差值通過比例調(diào)節(jié)輸出完成對陣列指令電壓的誤 差調(diào)節(jié)。
[0016] 較佳地，所述獲取系統(tǒng)的最大功率工作點包括：
[0017] S1 :采集當(dāng)前電機(jī)工作功率Pml，取一電壓搜索步長AV ;
[0018] S2 :將原值減去電壓步長AV作為搜索陣列指令電壓值；
[0019] S3:取直流母線電壓Vd。與S2中得到的搜索陣列指令電壓值之差A(yù) vd。，判斷誤差 AVd。是否在預(yù)設(shè)的閥值范圍內(nèi)；
[0020] S4 :若穩(wěn)定，則記錄該搜索指令電壓下的電機(jī)功率Pm2，此時若Pml小于P m2，則將Pm2 的值賦予Pml，并返回步驟S2 ;若Pml大于P m2，則將Pm2的值賦予P ml，<加上A V作為新的搜 索陣列指令電壓值，并返回步驟S3;
[0021] 若不穩(wěn)定則直接返回步驟S3。
[0022] 較佳地，根據(jù)所述最大功率工作點對系統(tǒng)的水泵電機(jī)開啟數(shù)量進(jìn)行控制過程包 括：
[0023] S1 :根據(jù)電機(jī)額定功率、光伏陣列功率以及電機(jī)最小工作功率，確定最優(yōu)并聯(lián)運行 臺數(shù)N;
[0024] S2:判斷當(dāng)前運行的變頻器總數(shù)n是否大于N ;
[0025] S3:若是，貝返回步驟S1，若否，則執(zhí)行步驟S4 ;
[0026] S4:依次開啟編號為n+1至N的變頻器，判斷各變頻器的工作頻率是否達(dá)到變頻器 的頻率限幅f lim，若是則將達(dá)到flim的變頻器的功率與頻率返回到步驟S1中，若否則重新判 斷工作頻率是否達(dá)到變頻器的頻率限幅f lim。
[0027] 較佳地，所述步驟S1具體包括：
[0028] 當(dāng)運行單元數(shù)量N-定時，光伏陣列功率Pv均分，系統(tǒng)總流量最大，則每個單元分 配的功率為Pv/N，要求各單元水泵需在額定功率Pe以下運行，則各單元的輸入功率需滿足 下列約束條件：Pmin〈 = Pv/N〈 = Pe ;隨著Pv的增加或減小，控制N值呈現(xiàn)以最小單位變化 的單調(diào)遞增或遞減趨勢。
[0029] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0030] 本發(fā)明提供的群控器根據(jù)系統(tǒng)最大功率點的功率，實時合理選擇和啟停當(dāng)前工作 水泵臺數(shù)，使系統(tǒng)全天揚(yáng)水效率達(dá)到最優(yōu)；變頻器采用自主調(diào)節(jié)有差穩(wěn)壓方式，各變頻器內(nèi) 嵌陣列電壓調(diào)節(jié)器，采用電壓有差控制方法，自主對直流母線電壓進(jìn)行控制，實現(xiàn)多機(jī)并聯(lián) 穩(wěn)定運行。對于電壓調(diào)節(jié)誤差，再由主變頻器或群控器實現(xiàn)補(bǔ)償誤差控制，無需依賴高速通 訊，具有良好的抗擾性和冗余性，可以滿足最大功率跟蹤控制要求。
[0031] 當(dāng)然，實施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點。
【附圖說明】
[0032] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述所需要使用的 附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附 圖。
[0033]圖1為本發(fā)明實施例提供的光伏水泵集群系統(tǒng)框圖；
[0034] 圖2為本發(fā)明實施例提供的電壓有差比例調(diào)節(jié)控制框圖；
[0035] 圖3為本發(fā)明實施例提供的陣列電壓補(bǔ)償控制框圖；
[0036]圖4為本發(fā)明實施例提供的獲取系統(tǒng)的最大功率工作點控制框圖；
[0037] 圖5為本發(fā)明實施例提供的水泵電機(jī)開啟數(shù)量的控制框圖；
[0038]圖6為本發(fā)明實施例提供的光伏陣列特性曲線圖。
【具體實施方式】
[0039] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它 實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0040] 本發(fā)明實施例提供了一種光伏水泵集群系統(tǒng)的控制方法，如圖1所示，該系統(tǒng)包 括一光伏陣列1與若干水泵電機(jī)4,所述方法包括以下步驟：
[0041] 通過一群控器3設(shè)置一陣列指令電壓 <，實時采集光伏陣列的直流母線2的電壓 Vd。，將所述陣列指令電壓作為目標(biāo)值對所述直流母線電壓進(jìn)行穩(wěn)壓調(diào)節(jié)，同時對所述陣 列指令電壓 進(jìn)行實時的誤差調(diào)節(jié)；
[0042] 對所述穩(wěn)壓調(diào)節(jié)后通