太阳能沙漠灌溉供电系统及其容错控制方法与流程

本发明涉及一种沙漠地区太阳能灌溉技术，尤其涉及一种太阳能沙漠灌溉供电系统及其容错控制方法。

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：众所周知，三相电机的性能较单相电机更优，但是，三相电机及其前端的设备和线路都更为复杂，出现故障的概率更大，沙漠地区由于地处偏远、环境恶劣，太阳能灌溉系统通常采用无人值守的自动灌溉系统，设备一旦发生故障，检修人员需要较长的时间才能到达现场，在这种环境下，三相电机如果出现缺相故障，只能使其自动关闭（三相电机长时间处于缺相状态会烧毁电机），而电机关闭后，由于得不到灌溉，相应植物也会迅速干枯死亡，造成损失。

技术实现要素：

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种太阳能沙漠灌溉供电系统，其创新在于：所述太阳能沙漠灌溉供电系统包括两组光伏发电阵列、主泵电机、辅泵电机、三相逆变器、单相逆变器、故障检测单元、开关阵列模块和控制模块；所述主泵电机为三相电机；所述辅泵电机为单相电机；

第一光伏发电阵列的输出端与三相逆变器的输入端连接，第二光伏发电阵列的输出端与单相逆变器的输入端连接；

三相逆变器的三相输出端与主泵电机的三相输入端连接，同时，三相逆变器的三相输出端与故障检测单元连接；单相逆变器的输出端与故障检测单元连接；

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、单相逆变器、故障检测单元和开关阵列模块均与控制模块；

所述控制模块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，同时，控制模块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；

所述开关阵列模块能在控制模块的控制下，将单相逆变器的输出端和辅泵电机的输入端选通，或者，将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；

所述主泵电机用于驱动主水泵，辅泵电机用于驱动辅水泵；主水泵的出水端与第一环形管道连通，辅水泵的出水端与第二环形管道连通；第一环形管道和第二环形管道均通过支架架设在灌溉区域上方，第一环形管道的高度高于第二环形管道，第一环形管道的直径大于第二环形管道的直径，第一环形管道的圆心和第二环形管道的圆心同轴；第一环形管道和第二环形管道之间通过径向管道连通，径向管道中部设置有电控阀，电控阀与控制模块连接。

基于前述方案，本发明还提出了一种太阳能沙漠灌溉供电系统的容错控制方法，所述太阳能沙漠灌溉供电系统所包括的硬件如前所述，具体的容错控制方法包括：

三相逆变器和单相逆变器均无故障时，控制模块通过开关阵列模块，使单相逆变器的输出端和辅泵电机的输入端选通，同时，控制模块控制电控阀关断；

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；当控制模块通过故障检测单元检测到三相逆变器出现故障相时，控制模块先控制单相逆变器对故障相对应的电压相位进行锁相操作，锁相操作完成后，控制模块通过开关阵列模块，使单相逆变器与缺相端子选通，然后，控制模块控制电控阀打开；

单相逆变器出现失压故障时，控制模块控制电控阀打开。

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，主泵电机和辅泵电机各自驱动相应的水泵向相应环形管道供水，三相逆变器出现缺相故障时，故障相由单相逆变器的输出替代，此时，将电控阀打开，第一环形管道和第二环形管道相互连通，可保证两根环形管道所对应的灌溉区域都不缺水，单相逆变器出现失压故障时，将电控阀打开，第一环形管道和第二环形管道相互连通，同样可保证两根环形管道所对应的灌溉区域都不缺水；当然，为尽快排除故障，具体实施时，还应使控制模块与后方保持通信，并且控制模块还能在出现故障后，向后方发送故障报警信息。

本发明的有益技术效果是：提出了一种太阳能沙漠灌溉供电系统及其容错控制方法，该方案可使灌溉系统能在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；

图2、第一环形管道和第二环形管道的结构示意图；

图中各个标记所对应的名称分别为：光伏发电阵列1、主泵电机2、辅泵电机3、三相逆变器4、单相逆变器5、故障检测单元6、开关阵列模块7、控制模块8、第一环形管道a、第二环形管道b、径向管道c、电控阀d。

具体实施方式

一种太阳能沙漠灌溉供电系统，其创新在于：所述太阳能沙漠灌溉供电系统包括两组光伏发电阵列1、主泵电机2、辅泵电机3、三相逆变器4、单相逆变器5、故障检测单元6、开关阵列模块7和控制模块8；所述主泵电机2为三相电机；所述辅泵电机3为单相电机；

第一光伏发电阵列1的输出端与三相逆变器4的输入端连接，第二光伏发电阵列1的输出端与单相逆变器5的输入端连接；

三相逆变器4的三相输出端与主泵电机2的三相输入端连接，同时，三相逆变器4的三相输出端与故障检测单元6连接；单相逆变器5的输出端与故障检测单元6连接；

单相逆变器5的输出端与开关阵列模块7连接；辅泵电机3的输入端与开关阵列模块7连接，主泵电机2的三相输入端与开关阵列模块7连接；

三相逆变器4、单相逆变器5、故障检测单元6和开关阵列模块7均与控制模块8；

所述控制模块8能通过故障检测单元6对三相逆变器4是否出现缺相故障进行检测，同时，控制模块8能通过故障检测单元6对单相逆变器5是否出现失压故障进行检测；

所述开关阵列模块7能在控制模块8的控制下，将单相逆变器5的输出端和辅泵电机3的输入端选通，或者，将单相逆变器5的输出端和主泵电机2三相输入端的某一相端子选通；

所述主泵电机2用于驱动主水泵，辅泵电机3用于驱动辅水泵；主水泵的出水端与第一环形管道a连通，辅水泵的出水端与第二环形管道b连通；第一环形管道a和第二环形管道b均通过支架架设在灌溉区域上方，第一环形管道a的高度高于第二环形管道b，第一环形管道a的直径大于第二环形管道b的直径，第一环形管道a的圆心和第二环形管道b的圆心同轴；第一环形管道a和第二环形管道b之间通过径向管道c连通，径向管道c中部设置有电控阀d，电控阀d与控制模块8连接。

一种太阳能沙漠灌溉供电系统的容错控制方法，所述太阳能沙漠灌溉供电系统包括两组光伏发电阵列1、主泵电机2、辅泵电机3、三相逆变器4、单相逆变器5、故障检测单元6、开关阵列模块7和控制模块8；所述主泵电机2为三相电机；所述辅泵电机3为单相电机；

第一光伏发电阵列1的输出端与三相逆变器4的输入端连接，第二光伏发电阵列1的输出端与单相逆变器5的输入端连接；

三相逆变器4的三相输出端与主泵电机2的三相输入端连接，同时，三相逆变器4的三相输出端与故障检测单元6连接；单相逆变器5的输出端与故障检测单元6连接；

单相逆变器5的输出端与开关阵列模块7连接；辅泵电机3的输入端与开关阵列模块7连接，主泵电机2的三相输入端与开关阵列模块7连接；

三相逆变器4、单相逆变器5、故障检测单元6和开关阵列模块7均与控制模块8；

所述控制模块8能通过故障检测单元6对三相逆变器4是否出现缺相故障进行检测，同时，控制模块8能通过故障检测单元6对单相逆变器5是否出现失压故障进行检测；

所述开关阵列模块7能在控制模块8的控制下，将单相逆变器5的输出端和辅泵电机3的输入端选通，或者，将单相逆变器5的输出端和主泵电机2三相输入端的某一相端子选通；

所述主泵电机2用于驱动主水泵，辅泵电机3用于驱动辅水泵；主水泵的出水端与第一环形管道a连通，辅水泵的出水端与第二环形管道b连通；第一环形管道a和第二环形管道b均通过支架架设在灌溉区域上方，第一环形管道a的高度高于第二环形管道b，第一环形管道a的直径大于第二环形管道b的直径，第一环形管道a的圆心和第二环形管道b的圆心同轴；第一环形管道a和第二环形管道b之间通过径向管道c连通，径向管道c中部设置有电控阀d，电控阀d与控制模块8连接；

其创新在于：所述容错控制方法包括：

三相逆变器4和单相逆变器5均无故障时，控制模块8通过开关阵列模块7，使单相逆变器5的输出端和辅泵电机3的输入端选通，同时，控制模块8控制电控阀d关断；

三相逆变器4出现缺相故障时，将所缺的相记为故障相，主泵电机2三相输入端中与故障相对应的端子记为缺相端子；当控制模块8通过故障检测单元6检测到三相逆变器4出现故障相时，控制模块8先控制单相逆变器5对故障相对应的电压相位进行锁相操作（锁相操作时，主控制器从三相逆变器4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），锁相操作完成后，控制模块8通过开关阵列模块7，使单相逆变器5与缺相端子选通，然后，控制模块8控制电控阀d打开；

单相逆变器5出现失压故障时，控制模块8控制电控阀d打开。