专利名称：太阳能变频辅助恒压供水节能控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种恒压供水系统，尤其涉及一种太阳能变频辅助恒压供水节能 控制系统，属于太阳能高效节能利用技术领域。
背景技术：
太阳能建筑光伏技术应用属国家重点支持的高新技术领域中的光机电一体化技 术。传统的太阳能供水系统主要用于偏远无电地区的单用户或村组的提水系统，大多有蓄 水设施。近年来，光伏产业开始由边远农村地区逐步向城市并网发电、光伏建筑集成的方向 快速迈进。传统的太阳能供水系统的设计模式按电机类型分为2大类(1)驱动直流电机泵 组，系统组成模式一般为“太阳能电池阵列一MPPT控制器一蓄电池组一直流电机泵组”，为 提高系统的转换效率，电机多采用永磁直流无刷电机；(2)驱动交流电机泵组，系统组成模 式一般为“太阳能电池阵列一MPPT控制器一蓄电池组一专用逆变器一交流电机泵组”。以上两种模式的独立太阳能供水系统，尤其是中小功率系统，一般都以蓄电池作 为储能装置，但蓄电池存在一些难以克服的缺点，如循环寿命短、功率密度低、维护量大等。 目前，蓄电池组的投资约占系统造价的20% 25%，并且由于光伏系统工作条件的特殊 性，导致蓄电池过早的失效或容量损失，进一步加大了光伏系统的成本。另一方面，进口的 光伏逆变器价格偏高，而国产的光伏逆变器还没有成熟的标准化产品，均制约了太阳能供 水系统的发展。
实用新型内容本实用新型的目的是克服现有太阳能供水系统的不足，提供一种最大程度的节约 电能、系统效率最优化并保证供水压力稳定的太阳能变频辅助恒压供水节能控制系统。为实现上述目的，本实用新型提供的太阳能变频辅助恒压供水节能控制系统的第 一种技术方案如下一种太阳能变频辅助恒压供水节能控制系统，包括太阳能阵列和水泵 组，水泵组包括太阳能水泵组和市网水泵组，所述太阳能阵列与太阳能水泵组之间连接有 太阳能通用变频器，市网水泵组用于市电输入的电力输入端连接有市网通用变频器，所述 系统还包括分别与太阳能通用变频器、市网通用变频器双向控制相连的最佳功率跟踪控制 器，所述最佳功率跟踪控制器包括微处理器、用于检测太阳能阵列输出电压电流信号的直 流电压电流检测系统、处理水压信号的模拟量输入电路，直流电压电流检测系统、模拟量输 入电路的输出端与微处理器相连，模拟量输入电路的输入端连接有用于获得系统出水压力 信号的压力传感器。所述太阳能阵列与太阳能通用变频器之间并联一电容组。所述直流电压电流检测系统包括直流电压互感器和直流电流互感器。所述最佳功率跟踪控制器包括与微处理器连接的控制电源。本实用新型提供的太阳能变频辅助恒压供水节能控制系统的第二种技术方案如下一种太阳能变频辅助恒压供水节能控制系统，包括太阳能阵列和水泵组，水泵组包括 太阳能水泵组和市网水泵组，所述太阳能阵列与太阳能水泵组之间连接有太阳能通用变频 器，市网水泵组用于市电输入的电力输入端连接有市网通用变频器，所述系统还包括分别 与太阳能通用变频器、市网通用变频器双向控制相连的最佳功率跟踪控制器，所述最佳功 率跟踪控制器包括微处理器和其输入端连接的处理水压信号的模拟量输入模块，所述微处 理器输入端上设有与太阳能通用变频器控制连接的用于获得太阳能通用变频器输入电压 和电流信号的通讯端口，模拟量输入电路的输入端连接有用于获得系统出水压力信号的压 力传感器。所述太阳能阵列与太阳能通用变频器之间并联一电容组。所述最佳功率跟踪控制器包括与微处理器连接的控制电源。本实用新型的太阳能变频辅助恒压供水节能控制系统无需蓄电池组储存电能，可 直接供给通用变频器使用，提高太阳能的普及率，尽可能在阳光充足的情况下利用太阳能 节约市网用电，达到系统效率最优化并保证了供水的压力稳定，能最大程度的节约电能，具 有高节能、无污染、全自动、高可靠性等优点，且投资较低，适合于我国低碳经济、循环经济 的发展方向，有利于我国建设节约型、环保型社会。另外，为使太阳能阵列的输出电压更加平稳，本系统还在太阳能阵列与太阳能通 用变频器之间并联一电容组。
图1是本实用新型实施例1的结构原理图；图2是本实用新型实施例2的结构原理图；图3是太阳能通用变频器电压启停滞环控制流程图。
具体实施方式
如图1所示为本实用新型太阳能变频辅助恒压供水节能控制系统实施例1的结构 原理图，该系统包括太阳能阵列1和水泵组3，水泵组3包括太阳能水泵组31和市网水泵 组32，所述太阳能阵列1和太阳能水泵组31之间连接有太阳能通用变频器，太阳能通用变 频器与最佳功率跟踪控制器5双向连接，最佳功率跟踪控制器5以微处理器为核心，输入 端与用于检测太阳能阵列输出电压电流信号的直流电压电流检测系统、处理水压信号的模 拟量输入电路相连接，该控制器的输入端还与控制电源相连接，其输出端与连接了市电的 市网通用变频器6双向连通，市网变频器的输出端与包括市网主泵组和辅泵组的市网水泵 组32相连接，模拟量输入电路的输入端连接有用于获得系统出水压力信号的压力传感器， 直流电压电流检测系统包括直流电压互感器和直流电流互感器。最佳功率跟踪控制器5通 过压力传感器4实现对水泵组出口总管道水压的实时检测，通过直流电压电流检测系统的 电压电流输出信号和传感器检测的水压情况来自动调节太阳能通用变频器2输出频率以 达到最佳功率运行点跟踪的目的；太阳能阵列与太阳能通用变频器之间还并联有一电容组 7，用于缓冲太阳能阵列的电压波动，平稳电压。如图2所示为本实用新型太阳能变频辅助恒压供水节能控制系统实施例2的结构 原理图，实施例2与实施例1的区别在于本实施例不采用直流电压电流检测系统，而是通过在微处理器输入端上设置与太阳能通用变频器通讯端口，以同样实现获得太阳能通用变频 器输入电压和电流信号的目的。本系统的两个实施例中太阳能通用变频器优选西门子M440通用变频器，最佳功 率跟踪控制器，以下简称BTTP控制器，其微处理器采用S7—300CPU，配合触摸屏动态画面 流程、参数交互界面，实现了对太阳能电源、太阳能通用变频器、水泵、市网通用变频器的监 测控制及泵组自动切换；水泵组采用交流鼠笼式三相交流异步电动机驱动时，太阳能通用 变频器采用自带直流母线电压输出端子的通用变频器；太阳能水泵组也可以采用直流电机 驱动，则其直接采用太阳能输出电压直流电力驱动。本实用新型的工作过程及原理如下在光照强度良好，可以满足系统用水的情况下，即太阳能阵列1所发出的电能完 全能满足太阳能通用变频器2、太阳能水泵组31的运行要求，且压力传感器4显示压力稳定 并达到设定压力的情况下，BTTP控制器将控制系统完全运行在光伏系统下。在光照强度良好，但不能满足系统用水的情况下，即太阳能阵列1所发出的电能 完全能满足太阳能通用变频器2、太阳能水泵组31运行要求，但压力传感器4显示压力达不 到设定压力的情况下，BTTP控制器将控制系统充分利用太阳能，不足部分由市网用通用变 频系统补充。在光照强度较弱，但可以满足系统用水的情况下，即太阳能阵列1所发出的电能 完全能满足太阳能通用变频器2、太阳能水泵组31的运行要求，且压力传感器4显示压力稳 定并达到设定压力的情况下，BTTP控制器将控制系统完全运行在光伏系统下。在光照强度较弱，不能满足系统用水的情况下，即太阳能阵列1所发出的电能完 全能满足太阳能用通用变频器2、水泵组31的运行要求，但压力传感器4显示压力达不到设 定压力的情况下，BTTP控制器将控制系统充分利用太阳能，不足部分由市网用通用变频系 统补充。在光照强度低或无光照情况下，即太阳能阵列1所发出的电能不能满足太阳能用 通用变频器2、水泵组31的运行要求，且压力传感器4显示压力达不到设定压力的情况下， BTTP控制器将控制系统完全在市网用通用变频系统下运行。另外，由于本系统没有应用成本与维修费用较高的蓄电池组，转而采用大电容组， 故无法大量的储存电能，且所采用的西门子M440通用变频器具有如下工作特性若其直 流侧电压(即太阳能阵列的输出电压)低于420V，就会发出欠压故障报警并停机，但如果 是在停机状态下直流侧电压下降到420V则不会发出欠压故障报警；若其直流侧电压高于 527V，就会发出过压故障报警并停机。另一方面，在系统停机时阵列输出电压约等于开路 电压，系统启动后，阵列输出电压会下降，这可能造成变频器启动后，因阵列输出电压 降低而造成变频器停机；变频器停机后，又因阵列输出电压上升而使变频器重新启动。为 避免系统出现这种频繁的起停振荡以及变频器发生欠压故障报警，根据M440通用变频器 的特性，系统内设置了一个启停电压滞环，其控制流程如图3所示，设定当太阳能阵列直流 侧电压彡510V并保持1分钟时(可根据光照等因素调节时间)，太阳能通用变频器才能启 动，太阳能系统运行，系统改为太阳能系统独立运行或与市网系统联合运行，当直流侧电压 ^ 450V并保持1分钟时(可根据光照等因素调节时间)，太阳能通用变频器才能停机。太阳 能系统停止运行的同时系统改为市网供电运行，停机后必须等太阳能阵列直流侧电压上升到510V后才能使太阳能通用变频器再次启动。 本实用新型将太阳能用于建筑变频恒压供水系统有着一定的技术优势(1)太阳 能电源系统无需蓄电池组储存电能，并可直接供给通用变频器使用；(2)目前太阳能电源 并网技术还未得到普及，其技术装备要求较高，而将太阳能发电用于通用变频器实现恒压 供水系统，投资较低；(3)建筑屋顶大都有条件安装太阳能电池阵列，并可得到较好的太阳 能辐射能量。因此，本实用新型的发明对当前我国建设节约型、环保型社会，积极发展低碳 经济、循环经济具有良好的促进作用。
权利要求一种太阳能变频辅助恒压供水节能控制系统，包括太阳能阵列和水泵组，其特征在于水泵组包括太阳能水泵组和市网水泵组，所述太阳能阵列与太阳能水泵组之间连接有太阳能通用变频器，市网水泵组用于市电输入的电力输入端连接有市网通用变频器，所述系统还包括分别与太阳能通用变频器、市网通用变频器双向控制相连的最佳功率跟踪控制器，所述最佳功率跟踪控制器包括微处理器、用于检测太阳能阵列输出电压电流信号的直流电压电流检测系统、处理水压信号的模拟量输入电路，直流电压电流检测系统、模拟量输入电路的输出端与微处理器相连，模拟量输入电路的输入端连接有用于获得系统出水压力信号的压力传感器。
2.根据权利要求1所述的太阳能变频辅助恒压供水节能控制系统，其特征在于所述 太阳能阵列与太阳能通用变频器之间并联一电容组。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能变频辅助恒压供水节能控制系统，其特征在于 所述直流电压电流检测系统包括直流电压互感器和直流电流互感器。
4.根据权利要求3所述的太阳能变频辅助恒压供水节能控制系统，其特征在于所述 最佳功率跟踪控制器包括与微处理器连接的控制电源。
5.一种太阳能变频辅助恒压供水节能控制系统，包括太阳能阵列和水泵组，其特征在 于水泵组包括太阳能水泵组和市网水泵组，所述太阳能阵列与太阳能水泵组之间连接有 太阳能通用变频器，市网水泵组用于市电输入的电力输入端连接有市网通用变频器，所述 系统还包括分别与太阳能通用变频器、市网通用变频器双向控制相连的最佳功率跟踪控制 器，所述最佳功率跟踪控制器包括微处理器和其输入端连接的处理水压信号的模拟量输入 模块，所述微处理器输入端上设有与太阳能通用变频器控制连接的用于获得太阳能通用变 频器输入电压和电流信号的通讯端口，模拟量输入电路的输入端连接有用于获得系统出水 压力信号的压力传感器。
6.根据权利要求5所述的太阳能变频辅助恒压供水节能控制系统，其特征在于所述 太阳能阵列与太阳能通用变频器之间并联一电容组。
7.根据权利要求5或6所述的太阳能变频辅助恒压供水节能控制系统，其特征在于 所述最佳功率跟踪控制器包括与微处理器连接的控制电源。
专利摘要本实用新型涉及一种太阳能变频辅助恒压供水节能控制系统，包括太阳能阵列和水泵组，太阳能阵列与水泵组之间连接有太阳能通用变频器，市网水泵组用于市电输入的电力输入端连接有市网通用变频器，系统还包括最佳功率跟踪控制器，最佳功率跟踪控制器包括微处理器和模拟量输入电路，模拟量输入电路的输入端连接有压力传感器，系统还通过直流电压、电流互感器或微处理器与太阳能通用变频器通讯获取太阳能阵列的输出电压、电流。本实用新型无需蓄电池组储存电能，可直接供给通用变频器使用，达到系统效率最优化并保证了供水的压力稳定，能最大程度的节约电能，具有高节能、无污染、全自动、高可靠性等优点，且投资较低。
文档编号E03B5/00GK201713861SQ201020181159
公开日2011年1月19日 申请日期2010年5月6日 优先权日2010年5月6日
发明者常红星, 李永刚, 李红谱 申请人:漯河恒义达电气设备有限公司