光伏水泵系统防水锤控制方法与流程

本发明涉及光伏水泵系统，尤其是一种在日照频闪条件下，有效避免光伏水泵系统中产生水锤，同时还能避免蓄电池因过放降低寿命的光伏水泵系统防水锤控制方法。

背景技术：

早期的光伏水泵系统中设计有储能装置，整套系统包括光伏方阵、控制器、水泵电机、蓄电池组和逆变器。这样的系统中，水泵电机运行时均处于额定功率下，在白天有日照的情况下，若光伏方阵实时输出功率大于水泵电机的工作功率，则超出部分为蓄电池补充电能，若光伏方阵的实时输出功率小于水泵电机的工作功率，不足部分则由蓄电池进行补充。该系统的设计和传统市电供电一样，泵站运行时间可以自主安排，只要蓄电池内电能能满足供电，不论白天、阴天，还是夜晚，均可以启动泵站运行；但是该系统中配置的蓄电池，长期处于频繁的深度循环放电，导致使用寿命短，大大增加了后期的运行维护成本。

而目前主流光伏水泵系统上，系统中不再保留蓄电池装置，整个系统直接由光伏方阵、逆变器和水泵电机分组成，在运行时，若光伏方阵功率满足水泵电机运行，逆变器即将光伏方阵的直流电转换为满足水泵电机运行电压的交流电，直接驱动水泵电机运行，从早至晚，当太阳辐射值成抛物线形式变化，光伏方阵功率也随之变化，水泵电机的抽水量也跟随光伏方阵功率实时变化，每天上午启动运行、傍晚停止；该类型水泵在非洲、中东、中国西北地区、云南的旱季比较普遍。

但是在运行过程中，当出现日照的频繁闪变，泵站管道口出水量快速降低，甚至出现回水，就会形成水锤效应；此类情况在云南每年进入雨季的5月份至10月份最为普遍，每天云层活动频繁，导致光伏方阵所在位置的地面太阳总辐射量出现频繁的闪变，当太阳辐射值瞬间降低，导致泵站管道内水速从正值降至零时，出现水锤效应。

水锤是在突然停电时，由于压力水流的惯性，在水管内部，管内壁光滑，水流动自如，产生水流冲击波，对阀门、水泵、管壁形成冲击。水流冲击波来回产生的力，有时会很大，从而造成破坏。传统光伏抽水泵站在防水锤方面，基本采用传统泵站的技术，诸如：加装水锤消除器、止回阀、镇墩以及加厚管壁等，但无形中增加了工程投资，而且频繁的水锤容易对管道薄弱环节、水泵及管道构件造成损伤，降低使用寿命。

技术实现要素：

本发明所要解决的就是现有传统光伏水泵系统采用蓄电池储能，蓄电池长期频繁深度放电，造成寿命降低，维护成本高，现有无蓄电池光伏水泵系统在日照频闪条件下，容易产生水锤效应，造成内部损坏，使用寿命第的问题，提供一种在日照频闪条件下，有效避免光伏水泵系统中产生水锤，同时还能避免蓄电池因过放降低寿命的光伏水泵系统防水锤控制方法。

本发明的光伏水泵系统防水锤控制方法，其特征在于该控制方法应用于新型光伏水泵装置，该装置包括光伏方阵、dc/dc模块、逆变模块、水泵电机、蓄电池、控制器、流速计和水压计，光伏方阵、dc/dc模块、逆变模块和水泵电机通过电缆顺序连接，蓄电池与dc/dc模块连接，控制器通过数据线与dc/dc模块、逆变模块、流速计以及水压计连接；流速计和水压计安装在出水管内，出水管与水泵电机连接；具体控制方式如下：

1）控制器内设定三个时间段，分别为准备储能段、工作段以及结束充能段，其中准备储能段为光伏方阵输出功率从零逐渐增加至水泵电机额定工作功率之间的时间段，结束充能段为光伏方阵输出功率从大于水泵电机额定工作功率逐渐减少至低于水泵电机额定工作功率之间的时间段，准备储能段于结束充能段之间的时间段即为工作段；

2）准备储能段：光伏方阵输出的直流电，通过dc/dc模块后进入蓄电池，为蓄电池充电，当光伏方阵中输出的电流不小于水泵电机的额定工作电流，则进入工作段；

3）工作段：光伏方阵输出的直流电源，通过dc/dc模块传输至逆变模块，由逆变模块转换至交流电，驱动水泵电机工作，泵站正常抽水；此过程中，出水管内的流速计及水压计实施监测管内水流状态，并将工作状态输出至控制模块；

4）步骤3）中，当太阳辐射出现突然下降，光伏方阵输出的电流快速减小，水泵电机功率降低，导致出水管内水流速降低，当流速趋近于零时，控制模块通过dc/dc模块启动蓄电池，蓄电池电流通过dc/dc模块进入逆变模块，为水泵电机补充电流，蓄电池电流逐渐增大，保证出水管内流速不小于零；

5）步骤4）中，当太阳辐射增加，光伏方阵输出电流增加，蓄电池输出电流相应减少，直至蓄电池完全退出做工；

6）步骤4）中，当蓄电池持续供电达到0.5小时，控制模块关闭蓄电池和dc/dc模块，水泵电机断电停止工作；

7）步骤6）中，日照再次出现，当光伏方阵中输出电流，从步骤2）开始重复；

8）结束充能段：当光伏方阵输出电流逐渐减小至低于水泵电机额定工作电流，进入结束充能段，光伏方阵输出的直流电，通过dc/dc模块全部进入蓄电池，为蓄电池充电。

所述的工作段内，当蓄电池电量不足，当且仅当出水管内水流流量大于额定流量的50%，dc/dc模块将超出水泵电机额定工作电流的电流分流给蓄电池，为蓄电池充电。

本发明的光伏水泵系统防水锤控制方法，在现有光伏水泵系统上增加储能装置，当提水管道内水速从正值逐步降低、直至降为零时，立即启动备用储能装置补充电能，补充日照频闪降低时段，光伏方阵供电不足，以确保管道内水速不再从零转变为负值，避免形成水锤效应，并通过控制蓄电池的供电时长，有效避免了蓄电池频繁的深度放电情况，有效提高了蓄电池的工作寿命。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

实施例1：一种光伏水泵系统防水锤控制方法，应用于新型光伏水泵装置，该装置包括光伏方阵、dc/dc模块、逆变模块、水泵电机、蓄电池、控制器、流速计和水压计，光伏方阵、dc/dc模块、逆变模块和水泵电机通过电缆顺序连接，蓄电池与dc/dc模块连接，控制器通过数据线与dc/dc模块、逆变模块、流速计以及水压计连接；流速计和水压计安装在出水管内，出水管与水泵电机连接；具体控制方式如下：

1）控制器内设定三个时间段，分别为准备储能段、工作段以及结束充能段，其中准备储能段为光伏方阵输出功率从零逐渐增加至水泵电机额定工作功率之间的时间段，结束充能段为光伏方阵输出功率从大于水泵电机额定工作功率逐渐减少至低于水泵电机额定工作功率之间的时间段，准备储能段于结束充能段之间的时间段即为工作段；

2）准备储能段：光伏方阵输出的直流电，通过dc/dc模块后进入蓄电池，为蓄电池充电，当光伏方阵中输出的电流不小于水泵电机的额定工作电流，则进入工作段；

3）工作段：光伏方阵输出的直流电源，通过dc/dc模块传输至逆变模块，由逆变模块转换至交流电，驱动水泵电机工作，泵站正常抽水；此过程中，出水管内的流速计及水压计实施监测管内水流状态，并将工作状态输出至控制模块；

4）步骤3）中，当太阳辐射出现突然下降，光伏方阵输出的电流快速减小，水泵电机功率降低，导致出水管内水流速降低，当流速趋近于零时，控制模块通过dc/dc模块启动蓄电池，蓄电池电流通过dc/dc模块进入逆变模块，为水泵电机补充电流，蓄电池电流逐渐增大，保证出水管内流速不小于零；

5）步骤4）中，当太阳辐射增加，光伏方阵输出电流增加，蓄电池输出电流相应减少，直至蓄电池完全退出做工；

6）步骤4）中，当蓄电池持续供电达到0.5小时，控制模块关闭蓄电池和dc/dc模块，水泵电机断电停止工作；

7）步骤6）中，日照再次出现，当光伏方阵中输出电流，从步骤2）开始重复；

8）结束充能段：当光伏方阵输出电流逐渐减小至低于水泵电机额定工作电流，进入结束充能段，光伏方阵输出的直流电，通过dc/dc模块全部进入蓄电池，为蓄电池充电。

在工作段内，当蓄电池电量不足，当且仅当出水管内水流流量大于额定流量的50%，dc/dc模块将超出水泵电机额定工作电流的电流分流给蓄电池，为蓄电池充电。