中高压大功率光伏水泵控制系统及方法与流程

1.本发明公开了一种中高压大功率光伏水泵控制系统及方法，属于光伏水泵控制技术领域。


背景技术：

2.太阳能光伏水泵系统是一种新型的水泵系统，它利用太阳电池组件将太阳能转化为电能，再利用配套的电力电子装置驱动水泵抽水；它无需依赖电网，只要有阳光的地方，光伏水泵就可以工作。太阳能光伏水泵系统主要由太阳能发电系统(太阳电池阵列)、光伏扬水逆变控制系统(光伏扬水逆变器)和提水系统(光伏水泵)三部份组成。系统原理如下：太阳电池阵列由多块太阳电池组件串并联而成，吸收日照辐射能量，将其转化为电能，为整个系统提供动力电源。光伏扬水逆变控制系统对系统的运行实施控制和调节，将太阳电池阵列发出的直流电转换为交流电，驱动光伏水泵，并根据日照强度的变化实时地调节输出频率和电压，实现最大功率点跟踪，最大限度地利用太阳能。
3.太阳能光伏水泵系统全自动运行，无须人工值守和仅很少量的日常人工维护；省却掉蓄电池之类的储能装置，以蓄水替代蓄电，直接驱动水泵扬水，可靠性高，同时大幅降低系统的建设和维护成本。所有设备均全天候工作，具备高效率弱光工作功能，在多云天气仍能发挥较高的工作效率，确保多云和阴天的用水。先进的mppt控制技术和新型变频逆变技术，实时监测日照强度变化引起的太阳电池组件发电量变化，调节水泵工作频率和转速，使输出功率接近太阳电池阵列的最大功率。全数字式控制，具备全自动运行以及完善的保护功能。太阳能光伏水泵系统可广泛应用于“农业灌溉”、“荒漠治理”、“草原牧业”、“城市水景”、“生活用水”、“植树造林”等领域。
4.光伏水泵系统设计配置需要根据项目地的扬程和流量的要求、输水距离的长度以及当地的日照条件，进行优化设计：确定最佳平均日运行时间和水泵调速范围、选择水泵的最佳扬程和额定功率、确定太阳电池组件的最大功率、最佳工作电压以及接线方式等。对于普通的光伏泵站，通常水泵电机的电压为三相交流380v或690v供电。但对于电机功率达到几百甚至千瓦以上的光伏泵站，交流侧输出电压等级通常设计为10kv，每级单泵设计功率均为300kw～850kw甚至更高，单泵功率较大，电压绝缘等级要求高，安全性较低，普通的光伏泵站设计已不能满足要求。


技术实现要素：

5.(一)要解决的技术问题
6.本发明要解决的技术问题是解决现有的中高压大功率光伏水泵功率较大，普通的光伏泵站设计已不能满足要求的问题。
7.(二)技术方案
8.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种中高压大功率光伏水泵控制系统，包括光伏发电组件和光伏水泵，其还包括高压变频功率单元和dsp控制系统，所述高压变频功
率单元与所述光伏发电组件电连接，所述高压变频功率单元还与dsp控制系统连接，所述dsp控制系统包括svpwm模块和mppt模块，多个所述高压变频功率单元串联成一组，总共设置三组且构成y型接法以给光伏水泵供电。
9.进一步，所述光伏发电组件额定光伏直流供电电压为1100v，所述高压变频功率单元由dsp控制系统的svpwm模块调制在其交流输出端产生额定690v的交流电压，八个所述高压变频功率单元串联成一组。
10.进一步，所述光伏发电组件包括太阳能电池板、分汇流箱和总汇流箱，所述总汇流箱输入端连接多个分汇流箱，每个分汇流箱连接一太阳能电池板，所述总汇流箱输出端连接高压变频功率单元。
11.本发明还提供了一种中高压大功率光伏水泵控制方法，其采用上述所述的中高压大功率光伏水泵控制系统，设置24个高压变频功率单元且分别由dsp控制系统的svpwm模块和mppt模块调制，每个高压变频功率单元的输入端分别由光伏发电组件提供1100v额定直流电，每个高压变频功率单元的额定输出电压由dsp控制系统调制为690v交流电压，每8个高压变频功率单元串联组成一相，一相输出为5520v，三相构成y型接法，三相线电压产生10kv等级的电压给光伏水泵供电。
12.(三)有益效果
13.本发明的上述技术方案具有如下优点：
14.针对中高压大功率光伏水泵，本发明特别设计选用高压变频功率单元(变频器)，采用“单元串联多电平”的拓扑结构设计，由dsp控制系统控制每一个高压变频功率单元的输出电压频率及相位，各相输出电压由多个高压变频功率单元通过svpwm波形调制后叠加而成，既能满足高电压等级的输出，又降低了对各高压变频功率单元的电压绝缘等级要求，安全性较高，克服现有的中高压大功率光伏水泵功率较大，普通的光伏泵站设计已不能满足要求的问题。本发明还具有如下优点：
15.一、每一个高压变频功率单元的结构及电气性能完全一致，可以互换，便于检修及更换，实现模块化设计。高压变频功率单元采用svpwm调制方式，控制输出的导通和关断，输出单相脉宽调制波形，具有极高的安全性，同时具有很好的电磁兼容性；
16.二、各高压变频功率单元由dsp控制系统控制，既协调所有高压变频功率单元工作和控制，又实现电机及变频器本身的各种保护功能。dsp控制系统和高压变频功率单元之间采用高速光纤通讯，保证dsp控制系统和高压电源之间在电气上的完全隔离，系统具有极高的安全性和抗干扰能力。
17.三、光伏发电组件供电为1100v直流电，同时为全部的高压变频功率单元供电，随着阳光的强弱变化，光伏直流电压也变化，dsp控制系统根据阳光的强弱的变化，通过mppt最大功率跟踪模块，控制各高压变频功率单元的输出，在总的输出端产生频率0～50hz，电压0～10kv变化的高压交流电驱动光伏水泵电机运行，10kv的大功率光伏水泵将随着阳光强弱的变化，改变运行频率，以光伏发电所获得的最大功率驱动光伏水泵提水。
18.本发明这样设计最大的好处在于较低的光伏电压供电实现较高的电压及功率控制输出，极大的降低了对各设备单元的电气绝缘要求，系统安全性也得到较大的提升。
19.除了上述所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的
优点，将结合附图作出进一步说明。
附图说明
20.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获得其它的附图。
21.图1为本发明电气框图示意图。
22.图2为8个高压变频功率单元串联产生一相5520v高压的示意图(汇流箱未画出)。
23.图3为10kv电压叠加示意图。
24.图4为高压变频功率单元串联多电平输出电压叠加原理示意图。
25.图中：1
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光伏发电组件。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做出创造性劳动的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。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若用到术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.此外，在发明的描述中，除非另有说明，若用到术语“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，若用到术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，若用到术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
29.如图1
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图4所示：中高压大功率光伏水泵控制系统，包括光伏发电组件1和光伏水泵，其还包括高压变频功率单元和dsp控制系统，所述高压变频功率单元与所述光伏发电组件1电连接，所述高压变频功率单元还与dsp控制系统连接，所述dsp控制系统包括svpwm模块和mppt模块，多个所述高压变频功率单元串联成一组，总共设置三组且构成y型接法以给光伏水泵供电。所述光伏发电组件1额定光伏直流供电电压为1100v，所述高压变频功率单元由dsp控制系统的svpwm模块调制在其交流输出端产生额定690v的交流电压，八个所述高压变频功率单元串联成一组。所述光伏发电组件1包括太阳能电池板、分汇流箱和总汇流箱，所述总汇流箱输入端连接多个分汇流箱，每个分汇流箱连接一太阳能电池板，所述总汇流箱输出端连接高压变频功率单元。
30.中高压大功率光伏水泵控制方法，其采用上述所述的中高压大功率光伏水泵控制系统，通过设置24个高压变频功率单元且分别由dsp控制系统的svpwm模块和mppt模块调制，每个高压变频功率单元的输入端分别由光伏发电组件1提供1100v额定直流电，每个高压变频功率单元的额定输出电压由dsp控制系统调制为690v交流电压，每8个高压变频功率单元串联组成一相，一相输出为5520v，三相构成y型接法，三相线电压产生10kv等级的电压给光伏水泵供电。
31.dsp：数字信号处理器，svpwm(空间矢量脉宽调制)模块为输出电压控制模块；mppt模块为光伏发电组件1最大功率点跟踪模块，用于调节光伏发电组件1的最大功率点工作电压。
32.上面对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。