控制装置、变流器、光伏水泵系统及其控制方法与流程

本发明涉及光伏
技术领域：
，特别涉及一种控制装置、变流器、光伏水泵系统及其控制方法。
背景技术：
：现有的光伏水泵系统通常都是控制水泵单向抽水运行，在白天吸收太阳能，解决灌溉、饮水等用水问题。由于晚上无阳光不能采用太阳能供电，且在偏远的山区、海岛地区又难以使用常规电网供电，因此在这些地区只能采用蓄电池进行供电，而蓄电池一般2～3年就需要更换，造成十分不便。技术实现要素：本发明的主要目的是提供一种光伏水泵系统，旨在采用光伏水泵在太阳能不足的时候反转发电，省去了蓄电池。为实现上述目的，本发明提出了一种控制装置，应用于光伏水泵系统，所述光伏水泵系统包括用于驱动水泵正转或进行发电的电机、用于抽水或驱动电机发电的水泵及用于切换水流通道的切换装置，所述控制装置，用于根据预设条件判断光伏水泵系统的工作状态；在光伏水泵系统工作于第一工作状态时，所述控制装置控制所述电机带动所述水泵转动，将低位水抽至高位水；在光伏水泵系统工作于第二工作状态时，所述控制装置控制所述切换装置切换水流通道，使所述水泵带动所述电机转动发电。本发明还提出一种变流器，应用于光伏水泵系统，所述光伏水泵系统包括用于驱动水泵正转或进行发电的电机、用于抽水或驱动电机发电的水泵及用于切换水流通道的切换装置，所述变流器，用于将交流电转换成直流电或将直流电转换成交流电；所述变流器还用于根据预设条件判断光伏水泵系统的工作状态，并控制光伏水泵系统工作于第一工作状态或第二工作状态。优选地，在光伏水泵系统工作于第一工作状态时，所述变流器将输入的电能进行转换后给所述电机供电，所述变流器还控制所述电机带动所述水泵转动，将低位水抽至高位水；在光伏水泵系统工作于第二工作状态时，所述变流器控制所述切换装置切换水流通道，使所述水泵带动所述电机转动发电；所述变流器还将发电机输出电能进行转换后给用户或电网供电。本发明还提出一种光伏水泵系统，该光伏水泵系统包括用于将太阳能转换成电能的光伏阵列、用于驱动水泵正转或进行发电的电机、用于抽水或驱动电机发电的水泵、及用于切换水流通道的切换装置，还包括上所述变流器；其中，所述变流器，用于将交流电转换成直流电或将直流电转换成交流电；所述变流器还根据预设条件判断光伏水泵系统的工作状态，并控制光伏水泵系统工作于第一工作状态或第二工作状态。优选地，当所述光伏水泵系统工作于第一工作状态时，所述变流器运行，将输入的直流电转换后为交流电给所述电机供电，所述电机带动所述水泵将低位水抽至高位水；当光伏水泵系统工作第二工作状态时，所述变流器控制切换装置切换水流通道，使所述水泵带动所述电机转动发电，所述变流器对电能进行转换后给用户或电网供电。本发明提出另一种光伏水泵系统，该光伏水泵系统包括用于将太阳能转换成电能的光伏阵列、第一DC/AC变换器、第二DC/AC变换器、用于驱动水泵正转或进行发电的电机、用于抽水或驱动电机发电的水泵、及用于切换水流通道的切换装置，还包括如上所述控制装置；其中，所述第一DC/AC变换器和所述第二DC/AC变换器，用于将交流电转换成直流电或将直流电转换成交流电；所述控制装置根据预设条件判断光伏水泵系统的工作状态，并控制光伏水泵系统工作于第一工作状态或第二工作状态。优选地，当所述光伏水泵系统工作于第一工作状态时，所述第一DC/AC变换器运行；将输入的直流电转换后为交流电给所述电机供电，所述电机带动所述水泵将低位水抽至高位水；当光伏水泵系统工作第二工作状态时，所述第一DC/AC变换器及所述第二DC/AC变换均运行，给用户或电网供电；所述控制装置控制切换装置切换水流通道，使所述水泵带动所述电机转动发电。优选地，所述控制装置对光伏阵列进行MPPT控制，根据光伏阵列输出功率，实时调整所述电机转速。优选地，所述控制装置根据水泵流量、扬程计算水泵的最大转速，并根据最大转速设定所述电机的最大速度幅值。优选地，所述控制装置根据所述水泵的实时转速调节所述电机的输出转矩大小。优选地，所述控制装置采集直流侧母线电压，判断母线电压是否稳定；若是，则第一DC/AC变换器保持当前输出频率不变；若否，则所述控制装置调节电机输出转矩。本发明还提出一种光伏水泵系统控制方法，该控制方法包括以下步骤：根据预设条件判断光伏水泵系统工作状态；当光伏水泵系统工作于第一工作状态时，第一DC/AC变换器运行；将输入的直流电转换后为交流电给电机供电，电机带动水泵将低位水抽至高位水；当光伏水泵系统工作于第二工作状态时，第一DC/AC变换器及第二DC/AC变换均运行，给用户或电网供电；所述控制装置控制切换装置切换水流通道，使水泵带动所述电机转动发电。优选地，在步骤“当光伏水泵系统工作于第一工作状态时，第一DC/AC变换器运行；将输入的直流电转换后为交流电给电机供电，电机带动水泵将低位水抽至高位水”之后还包括以下步骤：所述控制装置对光伏阵列进行MPPT控制，根据光伏阵列输出功率，实时调整电机转速。优选地，在步骤“当光伏水泵系统工作第二工作状态时，第一DC/AC变换器及第二DC/AC变换均运行，给用户或电网供电；所述控制装置控制切换装置切换水流通道，使水泵带动电机转动发电”之后还包括以下步骤：所述控制装置根据水泵流量、扬程计算水泵的最大转速，并根据最大转速设定电机的最大速度幅值。优选地，在步骤“所述控制装置根据水泵流量、扬程计算水泵的最大转速，并根据最大转速设定电机的最大速度幅值”之后还包括以下步骤：所述控制装置根据水泵的实时转速调节电机的输出转矩大小。优选地，在步骤“所述控制装置根据水泵的实时转速调节电机的输出转矩大小”之后还包括以下步骤：所述控制装置采集直流侧母线电压，判断母线电压是否稳定；若是，则第一DC/AC变换器保持当前输出频率不变；若否，则控制装置调节电机输出转矩。本发明技术方案通过设置光伏阵列、第一DC/AC变换器、第二DC/AC变换器、电机、水泵、及切换装置，形成了一种光伏水泵系统。在白天，利用太阳能将低位水的水抽至高位水进行储能，进入晚上后，通过控制双向抽水装置，使得高位水中水回流至低位水，带动水泵反转，从而带动电机发电，为用户或电网供电，从而无需通过蓄电池进行储能供电，省去蓄电池，节约能源，且重复利用的时间长；同时与采用水轮机发电的方法相比，节省了投资成本。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本发明光伏水泵系统一实施例的功能模块图；图2为本发明切换装置一实施例的结构示意图；图3为本发明光伏水泵系统另一实施例的功能模块图；图4为本发明光伏水泵系统控制方法一实施例的流程示意图；图5为本发明光伏水泵系统控制方法进一步实施例的流程示意图；图6为本发明光伏水泵系统控制方法进一步实施例的流程示意图。附图标号说明：标号名称标号名称100光伏阵列610止回阀200第一DC/AC变换器620电动阀300第一DC/AC变换器630三通管道400电机700面板控制器500水泵800变流器600切换装置本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。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的一部分实施例，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作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。需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。本发明提出一种光伏水泵系统。参照图1，在本发明实施例中，该为实现上述目的，本发明提出了一种光伏水泵系统，该光伏水泵系统包括用于将太阳能转换成电能的光伏阵列100、第一DC/AC变换器200、第二DC/AC变换器300、用于驱动水泵500正转或进行发电的电机400、用于抽水或驱动电机400发电的水泵500、用于切换水流通道的切换装置600及控制装置(未示出)。第一DC/AC变换器200、第二DC/AC变换器300在不进行电压转换时,均处于待机休眠状态，控制装置实时检测光伏水泵系统的工作状态。需要说明的是，光伏水泵系统中还设有光照强度检测装置，用于预测此时光照强度，在满足光伏阵列100的电压超过阈值、光照强度达到要求且在人工使能情况下达到抽水工况启动条件，则控制装置控制光伏水泵系统进入第一工作状态。在光伏阵列电压达到阈值、用户需要用电指令、高位水库中水足够且在用户使能情况下，达到发电工况启动条件，则控制装置控制光伏水泵系统进入第二工作状态。所述控制装置用于根据预设条件判断光伏水泵系统的工作状态，并控制光伏水泵系统工作于第一工作状态或第二工作状态。所述第一DC/AC变换器200和第二DC/AC变换器300，用于将交流电转换成直流电或将直流电转换成交流电。当光伏水泵系统工作于第一工作状态时，水泵正向抽水，第一DC/AC变换器200运行；将光伏阵列100输入的直流电转换后为交流电给电机400供电，电机400带动水泵500转动将低位水抽至高位水；当光伏水泵系统工作于第二工作状态时，第一DC/AC变换器200及第二DC/AC变换器300均运行，将电机输出的交流电进行转换后给用户或电网供电；第一DC/AC变换器200控制切换装置600切换水流通道，高位水向低位排泄，使水泵500反向转动，带动电机400转动发电。其中，控制装置分别与第一DC/AC变换器200、第二DC/AC变换器300、电机400、水泵500、及切换装置600电连接；光伏阵列100的输出端分别与第一DC/AC变换器200及第二DC/AC变换器300的DC侧连接，第一DC/AC变换器200的交流侧与电机400连接，电机400则与水泵500机械连接，第二DC/AC变换器300的交流侧给电网或用户供电。本实施例中，切换装置600包括止回阀610及电动阀620及两个三通管道630。参照图2，第一个三通管道630的第一端接入低位水库，第二端接入电动阀620的一端连接，第三端与止回阀610的输入端连接；第二个三通管道630的第一端与高位水库连通，第二端与电动阀620的另一端连接，第三端与止回阀610的输出端连接，电动阀620的受控端与控制装置电连接。需要说明的是，在白天达到抽水工况启动条件时，光伏水泵500进行抽水，此时电动阀620关闭，水从第一个三通管道630的第一端流入，经过止回阀610后，从第二个三通管道的第一端流出。易于理解的是，达到发电工况时，水泵500作透平运行时，此时电动阀620打开，止回阀610关闭，水从第一个三通管道630的第二端流入，经电动阀620后，从第二个三通管道630的第二端流出。该光伏水泵系统还包括面板控制器700，在光伏阵列100中某一块太阳能电池面板出现故障时，面板控制器700切断这块太阳能电池面板的输出，保持光伏阵列100处于最优效率状态。本实施例中，第一DC/AC变换器200及第二DC/AC变换器300均采用能双向转换电能的DC/AC逆变器实现，既能将直流电转换为交流电，也能将交流电转换成直流电，实现了能量的双向流动。电机400可采用三相异步电机、同步电机、永磁同步电机等。本发明技术方案通过设置光伏阵列100、第一DC/AC变换器200、第二DC/AC变换器300、电机400、水泵500、及切换装置600，形成了一种光伏水泵系统。在白天，利用太阳能将低位水的水抽至高位水进行储能，进入晚上后，通过控制抽水装置600，使得高位水中水回流至低位水，带动水泵500反转，从而带动电机400发电，为用户或电网供电，从而无需通过蓄电池进行储能供电，省去蓄电池，重复利用的时间长；同时与采用水轮机发电的方法相比，节省了投资成本。在电机400驱动水泵500抽水时，所述控制装置对光伏阵列100进行MPPT(MaximumPowerPointTracking，最大功率点跟踪)控制，第一DC/AC变换器200追踪最大电流电压值，以得到最大的输入功率。使得光伏阵列100输出功率尽快达到水泵500的扬水阈值，值得注意的是，水泵500的扬水阈值是水泵将水抽至高位水库所需的最小功率。在光伏水泵领域，一旦整个光伏水泵系统设计确定，即低位水与高位水的落差、水泵500的扬程就确定，因而水泵500反转时的流量和扬程也是确定的。进一步地，所述控制装置根据光伏阵列100输出功率，实时调整电机400转速，从而使得光伏阵列100输出的电能被充分利用，提高了能源转换效率。控制装置根据现场的流量、扬程和具体水泵的反转作透平时的特性曲线，估算水泵500反转运行的最高转速Nrmax。在水泵500带动电机400发电时，所述控制装置根据水泵流量、扬程计算水泵500的最大转速，并根据最大转速设定第一DC/AC变换器200及第二DC/AC变换器300的最大运行功率。高位水库的水流到下位水库，拖动水泵500反转。此时控制装置工作在转矩控制及速度限幅的模式，即控制装置对电机400进行转矩控制和速度控制，使得水泵500拖动电机400发电运行。速度限幅的最高转速即为上述Nrmax。这个过程能量的转换过程是：水的势能通过水泵500转换为机械能，再通过与水泵500机械连接的电机400，把机械能转换为电能并回馈到第一DC/AC变换器200的直流母线侧。进一步地，控制装置根根据水泵500的实时转速调节电机400的输出转矩大小。水泵500反转拖动电机400发电的电量与负载需求保持一致，这里通过调节电机400的输出转矩大小来实现。进一步地，所述控制装置采集直流侧母线电压，计算母线电压的差值是否在允许的范围内，并据此判断母线电压是否稳定；若母线电压的差值在允许范围内，此时母线电压稳定，无需进行调节，则第一DC/AC变换器200保持当前输出频率不变；若母线电压的差值不在允许的范围内，此时母线电压不稳定，需要调节，则所述控制装置调节电机400输出转矩，以调节第一DC/AC变换器200的输出频率。需要说明的是，当第一DC/AC变换器200的直流母线稳定，则维持第一DC/AC变换器200的输出频率稳定。当第一DC/AC变换器200直流母线电压变高或变低，就调整水泵500反转的转速，调节第一DC/AC变换器200的输出频率。进一步地，控制装置根据得到母线电压偏差，利用控制装置的PI调节器来调整水泵500反转的转速，从而调整逆变器输出频率。本发明技术方案不仅可以通过电机400驱动水泵500抽水，还可以通过切换装置700控制水流方向，利用水泵500带动电机400发电，实现了不间断供电，同时省去了蓄电池，节约投资成本。为海岛，山区，提供了一个很好的夜间用电的解决方案。本发明提出一种控制装置(未示出)，应用于上述光伏水泵系统，所述光伏水泵系统包括用于驱动水泵500正转或进行发电的电机400、用于抽水或驱动电机400发电的水泵500及用于切换水流通道的切换装置600，光伏水泵系统参照图1所示。所述控制装置，用于根据预设条件判断光伏水泵系统的工作状态。光伏水泵系统中还设有光照强度检测装置，用于预测此时光照强度，在满足光伏阵列的电压超过阈值、光照强度达到要求且在人工使能情况下达到抽水工况启动条件，则控制装置控制光伏水泵系统进入第一工作状态。在光伏阵列电压达到阈值、用户需要用电指令、高位水库中水足够且在用户使能情况下，达到发电工况启动条件，则控制装置控制光伏水泵系统进入第二工作状态。在光伏水泵系统工作于第一工作状态时，所述控制装置控制所述电机400带动所述水泵500转动，将低位水抽至高位水；在光伏水泵系统工作于第二工作状态时，所述控制装置控制所述切换装置600切换水流通道，高位水排泄至低位，使所述水泵500转动，带动所述电机400发电。参照图3，本发明还提出一种变流器800，应用于光伏水泵系统，所述光伏水泵系统包括用于驱动水泵500正转或进行发电的电机400、用于抽水或驱动电机400发电的水泵500及用于切换水流通道的切换装置600。光伏水泵系统参照图1所示。所述变流器800，用于将交流电转换成直流电或将直流电转换成交流电；所述变流器800还用于根据预设条件判断光伏水泵系统的工作状态，并控制光伏水泵系统工作于第一工作状态或第二工作状态。光伏水泵系统中还设有光照强度检测装置，用于预测此时光照强度，在满足光伏阵列的电压超过阈值、光照强度达到要求且在人工使能情况下达到抽水工况启动条件，则变流器控制光伏水泵系统进入第一工作状态。在光伏阵列电压达到阈值、用户需要用电指令、高位水库中水足够且在用户使能情况下，达到发电工况启动条件，则变流器控制光伏水泵系统进入第二工作状态。在光伏水泵系统工作于第一工作状态时，所述变流器800将输入的电能进行转换后给所述电机400供电，所述变流器800还控制所述电机400带动所述水泵500转动，将低位水抽至高位水。在光伏水泵系统工作于第二工作状态时，所述变流器800控制所述切换装置600切换水流通道，使所述水泵500反向转动，带动所述电机400转动发电；所述变流器800还将电机400输出电能进行转换后给用户或电网供电。需要说明的是，在本实施例中，该变流器在进行交直流转换的同时，还实现对整个光伏水泵系统工作状态的控制，且电能转换与系统控制集成于一体，有效降低了光伏系统的造价成本。参照图3，本发明提出另一种光伏水泵系统，该光伏水泵系统包括用于将太阳能转换成电能的光伏阵列100、用于驱动水泵500正转或进行发电的电机400、用于抽水或驱动电机400发电的水泵500、及用于切换水流通道的切换装置600，还包括如上所述变流器800。光伏水泵系统参照图1所示。所述变流器800，用于将交流电转换成直流电或将直流电转换成交流电。所述变流器800还根据预设条件判断光伏水泵系统的工作状态，并控制光伏水泵系统工作于第一工作状态或第二工作状态。光伏水泵系统中还设有光照强度检测装置，用于预测此时光照强度，在满足光伏阵列的电压超过阈值、光照强度达到要求且在人工使能情况下达到抽水工况启动条件，则变流器控制光伏水泵系统进入第一工作状态。在光伏阵列电压达到阈值、用户需要用电指令、高位水库中水足够且在用户使能情况下，达到发电工况启动条件，则变流器控制光伏水泵系统进入第二工作状态。当所述光伏水泵系统工作于第一工作状态时，所述变流器800运行，将输入的直流电转换后为交流电给所述电机400供电，所述电机400带动所述水泵500将低位水抽至高位水；当光伏水泵系统工作第二工作状态时，所述变流器800控制切换装置600切换水流通道，使所述水泵500带动所述电机400转动发电，所述变流器800对电能进行转换后给用户或电网供电。该光伏水泵系统中无需另外再单独设置控制装置，利用变流器自带的控制器对整个光伏水泵系统的工作状态进行控制。参照图4，本发明还提出一种上述光伏水泵系统的控制方法，该方法包括以下步骤：S10、根据预设条件判断光伏水泵系统工作状态；S20、当光伏水泵系统工作于正向抽水发电工作状态时，第一DC/AC变换器运行；将输入的直流电转换后为交流电给电机供电，电机带动水泵将低位水抽至高位水；S30、当光伏水泵系统工作于反向抽水发电工作状态时，第一DC/AC变换器及第二DC/AC变换均运行，给用户或电网供电；控制装置控制切换装置切换水流通道，使水泵带动电机转动发电。进一步地，参照图5，在步骤“当光伏水泵系统工作于正向抽水发电工作状态时，第一DC/AC变换器运行，将输入的直流电转换后为交流电给电机供电，电机带动水泵将低位水抽至高位水”之后还包括以下步骤：S21、所述控制装置对光伏阵列进行MPPT控制，根据光伏阵列输出功率，实时调整电机转速。进一步地，在步骤“当光伏水泵系统工作于反向抽水发电工作状态时，第一DC/AC变换器及第二DC/AC变换均运行，给用户或电网供电；控制装置控制切换装置切换水流通道，使水泵带动电机转动发电”之后还包括以下步骤：S31、所述控制装置根据水泵流量、扬程计算水泵的最大转速，并根据最大转速设定电机的最大速度幅值。进一步地，参照图6，在步骤“所述控制装置根据水泵流量、扬程计算水泵的最大转速，并根据最大转速设定电机的最大速度幅值”之后还包括以下步骤：S32、控制装置根据水泵的实时转速调节电机的输出转矩大小。进一步地，在步骤“控制装置根据水泵的实时转速调节电机的输出转矩大小”之后还包括以下步骤：S33、所述控制装置采集直流侧母线电压，判断母线电压是否稳定；S34、若是，则第一DC/AC变换器保持当前输出频率不变；S35、若否，则控制装置调节电机输出转矩。以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的
技术领域：
均包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页1 2 3