一种太阳能光伏变功率多泵智能抽水系统及其控制方法

一种太阳能光伏变功率多泵智能抽水系统及其控制方法
【专利摘要】本发明公开一种太阳能光伏变功率多泵智能抽水系统及其控制方法。系统包括与光伏扬水逆变器电连接的太阳能电池组件、与对应的光伏水泵电连接的光伏扬水逆变器、设置于下位水池中以测量水位并与控制器之信号输入端信号连接的电子浮球开关、与不同的光伏扬水逆变器之控制端信号连接的控制器，控制器采集太阳能电池组件输出功率以及电子浮球开关水位信号从而控制相应的光伏水泵启停和启动后按额定功率工作或按变频变功率工作，光伏水泵的出水口设置有止回阀并通过止回阀与主上水管道连通目的水池。方法包括数据检测、额定功率工作控制、部分变频变功率工作控制步骤。本发明具有大幅提高光伏抽水系统的利用效率和稳定性、延长设备使用寿命的特点。
【专利说明】
一种太阳能光伏变功率多泵智能抽水系统及其控制方法
技术领域
[0001] 本发明属于供水自动化技术领域，具体涉及一种能够大幅提高光伏抽水系统的利 用效率和稳定性、延长设备使用寿命的太阳能光伏变功率多栗智能抽水系统及其控制方 法。
【背景技术】
[0002] 在现有能源日趋紧张的情况下，在高原、山区等边远、缺电地区，由于季节性干旱 严重，居民生产、生活用水面临较大的困难，目前普遍使用汽油机或柴油机作为动力进行抽 水解决缺水问题，但也因此难以避免的增加废气排放，从而造成对对环境的污染，而且在使 用汽油机或柴油机抽水灌溉设备时需要人员管理，不仅费时、费力、维修不便，而且后期使 用费用较高。
[0003] 太阳能光伏抽水系统是一种利用太阳能日照能量转化成直流电，并通过光伏扬水 逆变器转化为可以直接驱动电机的交流电为光伏水栗提供电源，实现光伏抽水系统工作的 装置。由于太阳能光伏抽水系统中，太阳能电池的价格较高，在整个抽水系统成本中所占份 额较大，因此，在太阳能电池容量一定的情况下，尽可能提高太阳能电池的使用效率对提高 整个装置的性能价格比具有非常重要的经济意义。而在现有的光伏抽水系统应用中，光伏 抽水逆变器因为水栗扬程压力因素和出于保护水栗，在日照变化而造成太阳能电池组件输 出功率小于水栗的出水功率时，逆变器关断输出，无法抽水，太阳能电池组件输出功率因无 法转换利用而损失。 为了延长光伏水栗每天的出水时间和保证抽水系统的正常工作，公知的做法是将光伏 抽水系统所配置的太阳能电池组件输出功率为光伏水栗额定功率的2倍。通常光伏抽水系 统在太阳能电池组件输出功率小于0.5倍光伏水栗额定功率的时候，光伏扬水逆变器将关 断输出，太阳能电池组件发出的电能由于功率不足将不能被利用，而当正午时，太阳能电池 组件输出功率超过水栗额定功率的部分由于水栗功率有限，多余的电能也不能够被利用而 损失。虽然也有研究采取最大功率跟踪的方法提高太阳能电池组件的功率利用率，不仅系 统复杂，而且抽水系统中单栗对太阳能电池组件发电功率的利用效率仍然比较低。
[0004] 目前采用光伏变频技术和复合栗能进一步提高光伏抽水系统中水栗对太阳能电 池组件发电功率的利用效率，通常光伏变频器根据太阳能电池组件输入的功率大小决定光 伏变频器所输出的频率。采用这种方式工作时，当太阳能电池组件发电功率低于水栗功率 时，水栗处于变频工作状态，能一定程度提高水栗对太阳能电池组件发电功率的利用效率， 而当太阳光减弱使太阳能电池组件所供给的功率过低时，此时光伏变频器将停止输出，所 拖动的电机停止运转;采用复合栗时，抽水系统根据太阳能电池组件输出功率的大小，有选 择的启动水栗，可提高太阳能电池组件的输出功率利用效率，而当太阳能电池组件的功率 大于其中一台水栗功率并小于其中任意两台水栗功率时，这时只有一台水栗工作，其余大 于这台水栗功率的太阳能电池组件输出功率无法转换而损失。虽然这两种方法能提高光伏 抽水系统中水栗对太阳能电池组件发电功率的利用效率，但是光伏抽水系统中水栗对太阳 能电池组件发电功率的利用效率仍然比较低，而且设备的启停频繁、处于变频状态时间较 长，设备稳定性和寿命较低。

【发明内容】

[0005] 本发明的第一目的在于提供一种能够大幅提高光伏抽水系统的利用效率和稳定 性、延长设备使用寿命的太阳能光伏变功率多栗智能抽水系统;第二目的在于提供一种实 现第一目的控制方法。
[0006] 本发明的第一目的是这样实现的:包括太阳能电池组件、多个光伏扬水逆变器、控 制器、电子浮球开关、下位水池、与光伏扬水逆变器数量对应的多个光伏水栗、止回阀、主上 水管道、目的水池，所述太阳能电池组件之输出端分别与不同的光伏扬水逆变器电连接，所 述光伏扬水逆变器之交流输出端与对应的光伏水栗电连接，所述电子浮球开关设置于下位 水池中以测量水位并与控制器之信号输入端信号连接，所述控制器之通讯端口分别与不同 的光伏扬水逆变器之控制端信号连接，所述控制器采集太阳能电池组件的输出功率以及电 子浮球开关的水位信号从而控制相应的光伏水栗启停和启动后按额定功率工作或按变频 变功率工作，所述光伏水栗的出水口设置有止回阀并通过止回阀与主上水管道连通目的水 池。
[0007] 本发明的第二目的是这样实现的:包括数据检测、额定功率工作控制、部分变频变 功率工作控制步骤，具体包括： A、 数据检测:控制器通过光伏扬水逆变器读取太阳能电池组件之输出功率和直接读取 电子浮球开关的水位信号； B、 额定功率工作控制:控制器将太阳能电池组件之输出功率和电子浮球开关的水位信 号与预设阀值比较，当电子浮球开关的水位信号处于允许阀值且太阳能电池组件之输出功 率高于全部光伏水栗的额定功率之和时，控制器通过控制光伏扬水逆变器启动全部的光伏 水栗并且按额定功率工作，否则按步骤C执行； C、 部分变频变功率工作控制:控制器将太阳能电池组件之输出功率和电子浮球开关的 水位信号与预设阀值比较，当电子浮球开关的水位信号处于允许阀值且太阳能电池组件之 输出功率高于部分光伏水栗的额定功率之和时，控制器通过控制光伏扬水逆变器启动对应 的光伏水栗，额定功率之和低于太阳能电池组件之输出功率的光伏水栗按额定功率工作， 剩余已启动的光伏水栗按变频变功率工作，否则按步骤A执行。
[0008] 本发明与现有技术相比具有以下有益效果： 与多级并联或多级串联抽水系统比较(以3台栗为例）
本发明通过对太阳能电池组件输出功率的跟踪和下位水池的水位测量，通过控制器尽 量使多数光伏水栗处于满频按额定功率工作状态，而只使剩余的一台光伏水栗处于变频变 功率工作状态，从而达到大幅提高光伏抽水系统的利用效率和稳定性，并延长设备使用寿 命的目的。因此，本发明具有能够大幅提高光伏抽水系统的利用效率和稳定性、延长设备使 用寿命的特点。
【附图说明】
[0009] 图1为本发明之串联三栗抽水系统原理示意图； 图2为图1之电气原理不意图； 图3为本发明之并联三栗抽水系统原理示意图； 图4为图3之电气原理不意图； 图5为本发明之控制方法流程示意图； 图6为图1之逻辑控制图； 图7为图3之逻辑控制图； 图中：1-太阳能电池组件，2-光伏扬水逆变器，2a-光伏扬水逆变器I，2b-光伏扬水逆变 器II，2c_光伏扬水逆变器HI，3_控制器，4-电子浮球开关，4a_电子浮球开关I，4b_电子浮球 开关n，4c-电子浮球开关m，5-下位水池，5a-下位水池I，5b-下位水池n，5c-下位水池m， 6_光伏水栗，6a-光伏水栗I，6b-光伏水栗II，6c-光伏水栗HI，7-止回阀，8-主上水管道，9-目的水池，10-汇流装置。
【具体实施方式】
[0010] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以 限制，基于本发明教导所作的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。
[0011] 如图1至4所示，本发明的太阳能光伏变功率多栗智能抽水系统包括太阳能电池组 件1、多个光伏扬水逆变器2、控制器3、电子浮球开关4、下位水池5、与光伏扬水逆变器2数量 对应的多个光伏水栗6、止回阀7、主上水管道8、目的水池9,所述太阳能电池组件1之输出端 分别与不同的光伏扬水逆变器2电连接，所述光伏扬水逆变器2之交流输出端与对应的光伏 水栗6电连接，所述电子浮球开关4设置于下位水池5中以测量水位并与控制器3之信号输入 端信号连接，所述控制器3之通讯端口分别与不同的光伏扬水逆变器2之控制端信号连接， 所述控制器3采集太阳能电池组件1的输出功率以及电子浮球开关4的水位信号从而控制相 应的光伏水栗6启停和启动后按额定功率工作或按变频变功率工作，所述光伏水栗6的出水 口设置有止回阀7并通过止回阀7与主上水管道8连通目的水池9。
[0012] 所述光伏扬水逆变器2包括光伏扬水逆变器I2a、光伏扬水逆变器II 2b、光伏扬水 逆变器m2C，所述光伏水栗6包括光伏水栗I6a、光伏水栗n6b、光伏水栗m6C并共同并联设 置于下位水池5中，所述光伏扬水逆变器I2a之交流输出端与光伏水栗I6a电连接，所述光伏 扬水逆变器n 2b之交流输出端与光伏水栗n 6b电连接，所述光伏扬水逆变器m 2c之交流输 出端与光伏水栗HI6C电连接，所述光伏水栗I6a、光伏水栗n6b及光伏水栗m6C的出水口分 别设置有止回阀7且止回阀7上端接到汇流装置10后通过主上水管道8连通目的水池9。
[0013] 所述光伏扬水逆变器2包括光伏扬水逆变器I2a、光伏扬水逆变器II 2b、光伏扬水 逆变器m2c，所述下位水池5包括下位水池15a、下位水池n 5b、下位水池m5c，所述电子浮 球开关4包括分别设置于下位水池15a、下位水池II 5b、下位水池m5c中的电子浮球开关I 4a、电子浮球开关n 4b、电子浮球开关m4C，所述光伏水栗6包括光伏水栗16a、光伏水栗n 6b、光伏水栗m6C并分别串联设置于下位水池m5C、下位水池n 5b、下位水池I5a中，所述光 伏扬水逆变器I2a之交流输出端与光伏水栗I6a电连接，所述光伏扬水逆变器n 2b之交流输 出端与光伏水栗n 6b电连接，所述光伏扬水逆变器m2C之交流输出端与光伏水栗m6C电连 接，所述光伏水栗HI6C、光伏水栗n 6b及光伏水栗16a的出水口分别设置有止回阀7且通过 止回阀7与主上水管道8分别连通下位水池n 5b、下位水池15a及目的水池9。
[0014] 所述的串联光伏水栗在各级下位水池中各设置至少2台且各自分别与对应的光伏 扬水逆变器电连接。
[0015] 所述多个光伏水栗6间功率相同或存在1/2~1/10的功率差。
[0016] 本发明的太阳能光伏变功率多栗智能抽水系统还包括蓄电池组，所述蓄电池组之 输入端通过控制器3与太阳能电池组件1电连接，所述蓄电池组之输出端通过控制器3与光 伏水栗6电连接。
[0017] 本发明的太阳能光伏变功率多栗智能抽水系统还包括直流卸荷器，所述直流卸荷 器与太阳能电池组件1并联，所述直流卸荷器之控制端与控制器3之卸荷端电连接。
[0018] 所述控制器3和电子浮球开关4分别设置有无线通讯单元，所述控制器3和电子浮 球开关4通过各自无线通讯单元进行无线通讯连接。
[0019] 所述控制器3和/或电子浮球开关4之无线通讯单元通过无线连接与上位机上传运 行数据以及接收下发的操作指令。
[0020] 所述无线通讯单元为6?1^、36、46、56、￥丨？;[、￥11&?或21〖666无线通讯单元。
[0021] 所述太阳能电池组件1之太阳能电池板上部设置单晶硅电池、多晶硅电池或非晶 硅薄膜电池。
[0022] 如图5至7所示，本发明的太阳能光伏变功率多栗智能抽水系统的控制方法，包括 数据检测、额定功率工作控制、部分变频变功率工作控制步骤，具体包括： A、 数据检测:控制器3通过光伏扬水逆变器2读取太阳能电池组件1之输出功率和直接 读取电子浮球开关4的水位信号； B、 额定功率工作控制:控制器3将太阳能电池组件1之输出功率和电子浮球开关4的水 位信号与预设阀值比较，当电子浮球开关4的水位信号处于允许阀值且太阳能电池组件1之 输出功率高于全部光伏水栗6的额定功率之和时，控制器3通过控制光伏扬水逆变器2启动 全部的光伏水栗6并且按额定功率工作，否则按步骤C执行； C、 部分变频变功率工作控制:控制器3将太阳能电池组件1之输出功率和电子浮球开关 4的水位信号与预设阀值比较，当电子浮球开关4的水位信号处于允许阀值且太阳能电池组 件1之输出功率高于部分光伏水栗6的额定功率之和时，控制器3通过控制光伏扬水逆变器2 启动对应的光伏水栗6,额定功率之和低于太阳能电池组件1之输出功率的光伏水栗6按额 定功率工作，剩余已启动的光伏水栗6按变频变功率工作，否则按步骤A执行。
[0023] 所述步骤B中，所述光伏水栗6包括光伏水栗I6a、光伏水栗II 6b、光伏水栗1116c，所 述光伏水栗I6a的额定功率为Pi、光伏水栗II 6b的额定功率为P2、光伏水栗1116c的额定功率 为P3,所述太阳能电池组件1之输出功率为P，当电子浮球开关4的水位信号处于允许阀值且 P 2 Pl+P2+P3时，光伏水栗I6a、光伏水栗n 6b和光伏水栗m6C均启动并按额定功率工作。 [0024] 所述步骤C中，电子浮球开关4的水位信号处于允许阀值且iPi+P〗< PfPi+PdPs 时，Pi、P2按额定功率工作，P3按变频变功率工作；当Pi < PSPi+Ps时，仅启动?1和?2且?1按额 定功率工作，P2按变频变功率工作；当Pi<P时，仅启动?:且按变频变功率工作。
[0025] 所述步骤B和/或C中的光伏水栗6间功率相同或存在1/2~1/10的功率差。
[0026] 本发明的太阳能光伏变功率多栗智能抽水系统的控制方法还包括蓄电池充放电 步骤，所述蓄电池充放电步骤包括当电子浮球开关4的水位信号大于或小于允许阀值或太 阳能电池组件1之输出功率高于全部或部分光伏水栗6的额定功率之和，已启动的全部光伏 水栗6的额定功率小于太阳能电池组件1之输出功率时对蓄电池组进行充电的充电步骤;所 述蓄电池充放电步骤包括当电子浮球开关4的水位信号处于允许阀值且太阳能电池组件1 之输出功率小于全部或部分光伏水栗6的额定功率之和时，蓄电池组通过控制器3对已启动 且变频变功率的光伏水栗6进行补充供电的防电步骤。
[0027] 本发明工作原理： 本发明的三栗并联智能抽水系统按以下技术方案实施： 如图1所示，太阳能电池组件1将太阳能转化为直流电能，分别输出给光伏扬水逆变器I 2a、光伏扬水逆变器n 2b、光伏扬水逆变器m2C，光伏扬水逆变器I2a将直流电转化为交流 电后供给光伏水栗I6a，光伏扬水逆变器n 2b将直流电转化为交流电后供给光伏水栗n 6b， 光伏扬水逆变器m2C将直流电转化为交流电后供给光伏水栗m6C，控制器3根据太阳能电 池组件1的输出功率大小以及下位水池5中的电子浮球开关4的水位情况，控制应该启动那 一台或那几台光伏水栗工作实现抽水，并控制那台或那几台光伏水栗按额定功率工作、那 台水栗按变频变功率工作，光伏水栗I6a、光伏水栗n 6b和光伏水栗m6C的上端出水口分别 接一个单向出水的止回阀7,三个止回阀7的上端接到汇流装置10,将各水栗抽出来的水通 过主上水管道8流到目的水池9。
[0028]如图2所示，太阳能电池组件1的正极输出端PV+分别连接到光伏扬水逆变器I2a、 光伏扬水逆变器n2b和光伏扬水逆变器m2C的正极输入端pv+，太阳能电池组件1的负极输 出端PV-分别连接到光伏扬水逆变器I2a、光伏扬水逆变器n 2b和光伏扬水逆变器m2C的负 极输入端PV-，光伏扬水逆变器I2a的交流输出端U2、V2和W2分别与光伏水栗I6a电连接，光 伏扬水逆变器n 2b的交流输出端U3、V3和W3分别与光伏水栗n 6b电连接，光伏扬水逆变器 m2C的交流输出端U4、V4和W4分别与光伏水栗m6C电连接，光伏扬水逆变器I2a的A2端、光 伏扬水逆变器n 2b的A3端和光伏扬水逆变器m2C的A4端相连后与控制器3的A5端连接，光 伏扬水逆变器I2a的B2端、光伏扬水逆变器II2b的B3端和光伏扬水逆变器1112c的B4端相连 后与控制器3的B5端连接，电子浮球开关4的两极分别连接到控制器3的SW+和SW-端。
[0029]当光伏水栗I6a的额定功率为Pi，光伏水栗II 6b的额定功率为P2,光伏水栗1112c的 额定功率为P3，太阳能电池组件1的输出功率为P，则以太阳能电池组件1的输出功率P以及 下位水池 5中的电子浮球开关4的水位情况为判定依据，控制器3将控制启动不同的光伏水 栗工作，假设水池水位达到要求： 当P 2 Pl+P2+P3时，三台水栗都满频额定功率工作； iPl+P2 < P<Pl+P2+p3时，^、内满频额定功率工作，P3处于变频变功率工作状态； 当Pi < PfPi+Ps时，频额定功率工作，P2处于变频变功率工作状态； 当Pi <P时，Pi处于变频变功率工作状态。
[0030]本发明的三级栗串联智能抽水系统按以下技术方案实施： 如图3所示，太阳能电池组件1将太阳能转化为直流电能，输出给光伏扬水逆变器I2a、 光伏扬水逆变器n 2b、光伏扬水逆变器m2C，光伏扬水逆变器I2a将直流电转化为交流电后 供给光伏水栗16a，光伏扬水逆变器n 2b将直流电转化为交流电后供给光伏水栗n 6b，光伏 扬水逆变器m2C将直流电转化为交流电后供给光伏水栗m6C，控制器3根据太阳能电池组 件1的输出功率大小以及下位水池5 c、5b和5a中的电子浮球开关4c、4b和4a的水位情况，控 制应该启动那一台或那几台光伏水栗工作实现抽水，并控制那台或那几台光伏水栗按额定 功率工作、那台水栗按变频变功率工作，光伏水栗I6a、光伏水栗II 6b和光伏水栗三1116c的 上端出水口分别接一个单向出水的止回阀7，止回阀7出口通过上水管道8将所抽的水导流 到其上一级水池，最后流到目的水池9。
[0031] 如图4所示，太阳能电池组件1的正极输出端PV+分别连接到光伏扬水逆变器变器I 2a、光伏扬水逆变器n 2b和光伏扬水逆变器m2C的正极输入端PV+，太阳能电池组件1的负 极输出端PV-分别连接到光伏扬水逆变器变器I2a、光伏扬水逆变器n 2b和光伏扬水逆变器 HI2C的负极输入端PV-，光伏扬水逆变器I2a的交流输出端U2、V2和W2分别与光伏水栗I6a电 连接，光伏扬水逆变器n 2b的交流输出端U3、V3和W3分别与光伏水栗n 6b电连接，光伏扬水 逆变器m2C的交流输出端U4、V4和W4分别与光伏水栗m6C电连接，光伏扬水逆变器I2a的A2 端、光伏扬水逆变器n 2b的A3端和光伏扬水逆变器m2C的A4端相连后与控制器3的A5端连 接，光伏扬水逆变器I2a的B2端、光伏扬水逆变器II2b的B3端和光伏扬水逆变器1112c的B4端 相连后与控制器3的B5端连接，电子浮球开关I4a的两极分别连接到控制器3的SW6+和SW6-端，电子浮球开关n 4b的两极分别连接到控制器3的SW7+和SW7-端，电子浮球开关1114c的两 极分别连接到控制器3的SW8+和SW8-端。
[0032]当光伏水栗I6a的额定功率为Pi，光伏水栗II 6b的额定功率为P2,光伏水栗1112c的 额定功率为P3，太阳能电池组件1的输出功率为P，则以太阳能电池组件1的输出功率P以及 下位水池5a、5b、5c中的电子浮球开关4a、4b及4c的水位情况为判定依据，控制器3将控制启 动不同的光伏水栗工作，假设水池水位都达到要求： 当P 2 Pl+P2+p3时，三台水栗都满频额定功率工作； iPl+P2 < P<Pl+P2+p3时，^、内满频额定功率工作，p3处于变频变功率工作状态； 当Pi < PfPi+Ps时，频额定功率工作，P2处于变频变功率工作状态； 当Pi <P时，Pi处于变频变功率工作状态。
[0033]本发明进一步增加蓄电池组，通过控制器在光伏水栗不工作或工作总功率小于太 阳能电池组件输出功率时对蓄电池组充电，而在太阳能电池组件输出功率小于已启动的光 伏水栗总功率或夜晚、阴雨天需要紧急供水时，通过蓄电池组直接驱动光伏水栗或补充变 频变功率的光伏水栗为按额定功率工作，从而进一步提高光伏抽水系统的利用效率和可靠 性。更进一步设置与控制器之卸荷端电连接直流卸荷器并与太阳能电池组件并联，能够在 太阳能电池组件的输出功率大于光伏水栗总功率及蓄电池组功率时，卸载剩余的电荷，从 而提高对太阳能电池组件和蓄电池组的可靠性和使用寿命。
[0034] 实施例1 如图1、2及5、6所示，使用本发明的并联3栗抽水系统，光伏水栗I的额定功率PiSSKw， 光伏水栗n的额定功率P2S4Kw，光伏水栗m的额定功率p3为6Kw，太阳能电池组件1的最大 输出功率P为13Kw，则太阳能光伏变功率多栗智能抽水系统的控制方法如下： S100:控制器3通过光伏扬水逆变器2读取太阳能电池组件1之输出功率P为llKw和读取 电子浮球开关4的水位信号为低于预设阀值； S200:控制器3将太阳能电池组件1之输出功率llKw和电子浮球开关4的水位信号与预 设阀值比较，即：11 < 2+4+6，则按步骤S300执行； S300:控制器3将太阳能电池组件1之输出功率和电子浮球开关4的水位信号与预设阀 值比较，即：4+6<11<2+4+6,且电子浮球开关4的水位信号为低于预设阀值，则控制器3通 过控制光伏扬水逆变器2启动全部的光伏水栗I、n、m且光伏水栗n和m按额定功率工作， 光伏水栗I按变频变功率工作。
[0035] 这样通过合理选择3台水栗的启动状态、工作状态，可大幅拓宽太阳板方阵输出功 率的利用范围。
[0036] 实施例2 如图5、6所示，使用本发明的并联5栗抽水系统，光伏水栗I的额定功率PAlKw，光伏水 栗n的额定功率P2S2Kw，光伏水栗m的额定功率p3为4Kw，光伏水栗IV的额定功率P4为6Kw， 光伏水栗V的额定功率Pd8Kw，太阳能电池组件1的最大输出功率P为23Kw，则太阳能光伏 变功率多栗智能抽水系统的控制方法如下： S100:控制器3通过光伏扬水逆变器2读取太阳能电池组件1之输出功率P为23Kw和读取 电子浮球开关4的水位信号为低于预设阀值； S200:控制器3将太阳能电池组件1之输出功率23Kw和电子浮球开关4的水位信号与预 设阀值比较，即=23 2 1+2+4+6+8,且电子浮球开关4的水位信号为低于预设阀值，则控制器3 通过控制光伏扬水逆变器2启动全部的光伏水栗i、n、m、iv、V且全部按各自的额定功率 工作，剩余的太阳能电池组件1的输出功率经控制器3对蓄电池组充电； S300:控制器3将太阳能电池组件1之输出功率和电子浮球开关4的水位信号与预设阀 值比较，即：23 2 1+2+4+6+8,则按步骤S100执行。
[0037] 这样通过合理选择5台水栗的启动状态、工作状态，可大幅拓宽太阳板方阵输出功 率的利用范围。
[0038] 实施例3 如图3、4及5、7所示，使用本发明的串联3级单栗抽水系统，光伏水栗I的额定功率PiS 3.5Kw，光伏水栗II的额定功率P2S4Kw，光伏水栗m的额定功率P3为4.5Kw，太阳能电池组件 1的最大输出功率P为13Kw，则太阳能光伏变功率多栗智能抽水系统的控制方法如下： S100:控制器3通过光伏扬水逆变器2读取太阳能电池组件1之输出功率P为9Kw和读取 电子浮球开关4c、4b、4a的水位信号均为低于最高预设阀值和高于最低预设阀值； S200:控制器3将太阳能电池组件1之输出功率9Kw和电子浮球开关4c、4b、4a的水位信 号与预设阀值比较，即：9=3.5+4+4.5,且电子浮球开关4c、4b、4a的水位信号均为处于最高 和最低预设阀值之间，则控制器3通过控制光伏扬水逆变器2启动全部的光伏水栗I、n、m 且全部均按各自的额定功率工作； S210:当下位水池I和/或II中的电子浮球开关4a、4b的水位信号高于最高预设阀值时， 停止对应的光伏水栗n和/或m工作，并将剩余太阳能电池组件1的输出功率经控制器3对 蓄电池组充电； S220:当下位水池I和/或n中的电子浮球开关4a、4b的水位信号低于最高预设阀值的 60%~80%时，控制器3将步骤S210中已停止的对应光伏水栗n和/或m启动且均按各自的额 定功率工作，并停止蓄电池组充电； S230:当下位水池n和/或m中的电子浮球开关4b、4c的水位信号低于最低预设阀值 时，停止对应的光伏水栗n、m工作，并将剩余太阳能电池组件1的输出功率经控制器3对蓄 电池组充电； S240:当下位水池n和/或m中的电子浮球开关4b、4c的水位信号高于最低预设阀值的 120%~150%时，控制器3将步骤S230中已停止的对应光伏水栗n、m启动且均按各自的额定 功率工作，并停止蓄电池组充电； S300:控制器3将太阳能电池组件1之输出功率和电子浮球开关4的水位信号与预设阀 值比较，即：9=3.5+4+4.5，则按步骤S100执行。
[0039]这样通过合理选择串联3级单台水栗的启动状态、工作状态，可大幅拓宽太阳板方 阵输出功率的利用范围。
[0040] 实施例4 如5、7所示，使用本发明的串联3级双栗抽水系统，第3级的光伏水栗I的额定功率Pi为 5Kw，光伏水栗I'的额定功率Pi'为8Kw;第2级的光伏水栗n和n '的额定功率P2、P2'均为 6.5Kw;第1级的光伏水栗m的额定功率P 3为4Kw，光伏水栗m '的额定功率P3'为9Kw;太阳能 电池组件1的最大输出功率P为42Kw，则太阳能光伏变功率多栗智能抽水系统的控制方法如 下： S100:控制器3通过光伏扬水逆变器2读取太阳能电池组件1之输出功率P为35Kw和读取 电子浮球开关4c、4b、4a的水位信号均为低于最高预设阀值和高于最低预设阀值； S200:控制器3将太阳能电池组件1之输出功率32Kw和电子浮球开关4c、4b、4a的水位信 号与预设阀值比较，即：32<8+5+6.5+6.5+9+4，则按步骤S300执行； S300:控制器3将太阳能电池组件1之输出功率32Kw和电子浮球开关4c、4b、4a的水位信 号与预设阀值比较，即：8+6.5+6.5+9 < 32<8+6.5+6.5+9+4，且电子浮球开关4c、4b、4a的水 位信号均为处于最高和最低预设阀值之间，则控制器3通过控制光伏扬水逆变器2启动光伏 水栗r、n、n '、m、m '，且光伏水栗r、n、n '和m '均按额定功率工作，剩余已启动的光 伏水栗m按变频变功率工作； S310:当下位水池I中的电子浮球开关4a的水位信号高于最高预设阀值时，控制器3将 光伏水栗n或n '降为按变频变功率工作，同时启动光伏水栗I并按额定功率工作； S320:当下位水池I中的电子浮球开关4a的水位信号低于最高预设阀值的60%~80%时， 控制器3将步骤S310中降为按变频变功率工作的对应光伏水栗n或n '转为按额定功率工 作，同时停止光伏水栗I; S330:当下位水池n中的电子浮球开关4b的水位信号低于最低预设阀值时，控制器3将 对应的按额定功率工作的光伏水栗n或n '降为按变频变功率工作，同时将对应的变频变 功率工作的光伏水栗m转为按额定功率工作；当下位水池m中的电子浮球开关4c的水位信 号低于最低预设阀值时，控制器3将对应的按额定功率工作的光伏水栗m '停止将并将光伏 水栗m转为按额定功率工作，或者停止光伏水栗m并将光伏水栗m'转为按变频变功率工 作； S340:当下位水池II和/或m中的电子浮球开关4b、4c的水位信号高于最低预设阀值的 120%~150%时，控制器3将步骤S320中降为按变频变功率工作的对应光伏水栗n或n '、m' 转变为按额定功率工作，同时将按额定功率工作的对应光伏水栗n或n '、m转为按变频变 功率工作； 这样通过合理选择串联3级双栗的启动状态、工作状态，可大幅拓宽太阳板方阵输出功 率的利用范围。
【主权项】
1. 一种太阳能光伏变功率多栗智能抽水系统，其特征在于包括太阳能电池组件（1)、多 个光伏扬水逆变器(2)、控制器(3)、电子浮球开关(4)、下位水池(5)、与光伏扬水逆变器(2) 数量对应的多个光伏水栗(6)、止回阀（7)、主上水管道(8)、目的水池(9)，所述太阳能电池 组件（1)之输出端分别与不同的光伏扬水逆变器(2)电连接，所述光伏扬水逆变器(2)之交 流输出端与对应的光伏水栗(6)电连接，所述电子浮球开关(4)设置于下位水池(5)中以测 量水位并与控制器(3)之信号输入端信号连接，所述控制器(3)之通讯端口分别与不同的光 伏扬水逆变器(2)之控制端信号连接，所述控制器(3)采集太阳能电池组件（1)的输出功率 以及电子浮球开关(4)的水位信号从而控制相应的光伏水栗(6)启停和启动后按额定功率 工作或按变频变功率工作，所述光伏水栗(6)的出水口设置有止回阀（7)并通过止回阀（7) 与主上水管道(8)连通目的水池(9)。2. 根据权利要求1所述太阳能光伏变功率多栗智能抽水系统，其特征在于所述光伏扬 水逆变器(2)包括光伏扬水逆变器I( 2a)、光伏扬水逆变器Π ( 2b)、光伏扬水逆变器ΠΚ 2c)， 所述光伏水栗(6)包括光伏水栗I(6a)、光伏水栗Π (6b)、光伏水栗m(6c)并共同并联设置 于下位水池(5)中，所述光伏扬水逆变器I(2a)之交流输出端与光伏水栗I(6a)电连接，所述 光伏扬水逆变器Π (2b)之交流输出端与光伏水栗Π (6b)电连接，所述光伏扬水逆变器m (2c)之交流输出端与光伏水栗m(6c)电连接，所述光伏水栗I(6a)、光伏水栗Π (6b)及光伏 水栗m(6c)的出水口分别设置有止回阀（7)且止回阀（7)上端接到汇流装置（10)后通过主 上水管道(8)连通目的水池(9)。3. 根据权利要求1所述太阳能光伏变功率多栗智能抽水系统，其特征在于所述光伏扬 水逆变器(2)包括光伏扬水逆变器I( 2a)、光伏扬水逆变器Π ( 2b)、光伏扬水逆变器ΠΚ 2c)， 所述下位水池(5)包括下位水池 I (5a)、下位水池 Π (5b)、下位水池 ΙΠ (5c)，所述电子浮球开 关(4)包括分别设置于下位水池 I (5a)、下位水池 Π (5b)、下位水池 ΙΠ (5c)中的电子浮球开 关I(4a)、电子浮球开关n(4b)、电子浮球开关m(4c)，所述光伏水栗（6)包括光伏水栗I (6a)、光伏水栗Π (6b)、光伏水栗ΙΠ (6c)并分别串联设置于下位水池 ΙΠ ( 5c)、下位水池 Π (5b)、下位水池 I(5a)中，所述光伏扬水逆变器I(2a)之交流输出端与光伏水栗I(6a)电连 接，所述光伏扬水逆变器Π (2b)之交流输出端与光伏水栗Π (6b)电连接，所述光伏扬水逆 变器m(2c)之交流输出端与光伏水栗m(6c)电连接，所述光伏水栗m(6c)、光伏水栗π (6b)及光伏水栗I(6a)的出水口分别设置有止回阀（7)且通过止回阀（7)与主上水管道(8) 分别连通下位水池 Π (5b)、下位水池 I(5a)及目的水池(9)。4. 根据权利要求1、2或3所述太阳能光伏变功率多栗智能抽水系统，其特征在于所述多 个光伏水栗(6)间功率相同或存在1/2~1/10的功率差。5. 根据权利要求1、2或3所述太阳能光伏变功率多栗智能抽水系统，其特征在于还包括 蓄电池组，所述蓄电池组之输入端通过控制器(3)与太阳能电池组件（1)电连接，所述蓄电 池组之输出端通过控制器(3)与光伏水栗(6)电连接。6. 根据权利要求1、2或3所述太阳能光伏变功率多栗智能抽水系统，其特征在于所述控 制器(3)和电子浮球开关(4)分别设置有无线通讯单元，所述控制器(3)和电子浮球开关(4) 通过各自无线通讯单元进行无线通讯连接。7. -种基于权利要求1所述太阳能光伏变功率多栗智能抽水系统的控制方法，其特征 在于包括数据检测、额定功率工作控制、部分变频变功率工作控制步骤，具体包括： A、 数据检测：控制器(3)通过光伏扬水逆变器(2)读取太阳能电池组件（1)之输出功率 和直接读取电子浮球开关(4)的水位信号； B、 额定功率工作控制：控制器（3)将太阳能电池组件（1)之输出功率和电子浮球开关 (4)的水位信号与预设阀值比较，当电子浮球开关(4)的水位信号处于允许阀值且太阳能电 池组件（1)之输出功率高于全部光伏水栗(6)的额定功率之和时，控制器(3)通过控制光伏 扬水逆变器(2)启动全部的光伏水栗(6)并且按额定功率工作，否则按步骤C执行； C、 部分变频变功率工作控制:控制器(3 )将太阳能电池组件（1)之输出功率和电子浮球 开关(4)的水位信号与预设阀值比较，当电子浮球开关(4)的水位信号处于允许阀值且太阳 能电池组件（1)之输出功率高于部分光伏水栗(6 )的额定功率之和时，控制器(3 )通过控制 光伏扬水逆变器(2)启动对应的光伏水栗(6)，额定功率之和低于太阳能电池组件（1)之输 出功率的光伏水栗(6)按额定功率工作，剩余已启动的光伏水栗(6)按变频变功率工作，否 则按步骤A执行。8. 根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于所述步骤B中，所述光伏水栗(6)包括光 伏水栗I(6a)、光伏水栗n(6b)、光伏水栗m(6c)，所述光伏水栗I(6a)的额定功率为P!、光 伏水栗Π (6b)的额定功率为P2、光伏水栗ΙΠ (6c)的额定功率为P3，所述太阳能电池组件（1) 之输出功率为P，当电子浮球开关(4)的水位信号处于允许阀值且P 2 PWP2+P3时，光伏水栗I (6a)、光伏水栗Π (6b)和光伏水栗m(6c)均启动并按额定功率工作。9. 根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于所述步骤C中，电子浮球开关(4)的水位 信号处于允许阀值且当Pi+P^^PSPi+PdPs时，Pi、P 2按额定功率工作，P3按变频变功率工作； 当Pi < PSPi+P〗时，仅启动?1和?2且?1按额定功率工作，？2按变频变功率工作；当？ 1<?时，仅 启动Pi且按变频变功率工作。10. 根据权利要求7、8或9所述的控制方法，其特征在于还包括蓄电池充放电步骤，所述 蓄电池充放电步骤包括当电子浮球开关(4)的水位信号大于或小于允许阀值或太阳能电池 组件（1)之输出功率高于全部或部分光伏水栗(6)的额定功率之和，已启动的全部光伏水栗 (6)的额定功率小于太阳能电池组件（1)之输出功率时对蓄电池组进行充电的充电步骤;所 述蓄电池充放电步骤包括当电子浮球开关(4)的水位信号处于允许阀值且太阳能电池组件 (1)之输出功率小于全部或部分光伏水栗(6)的额定功率之和时，蓄电池组通过控制器(3) 对已启动且变频变功率的光伏水栗(6)进行补充供电的防电步骤。
【文档编号】E03B5/00GK105839706SQ201610337448
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月21日
【发明人】傅定文, 栾红光, 郑富友, 孟琦, 李兴合, 何鹏
【申请人】云南晶能科技有限公司