一種大功率光伏水泵系統(tǒng)群控出水量最大化控制算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種大功率光伏水累系統(tǒng)群控出水量最大化控制算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光伏水累系統(tǒng)利用太陽(yáng)能作為能源輸入，可不依賴于電網(wǎng)而獨(dú)立工作，將該系統(tǒng) 應(yīng)用于那些陽(yáng)光資源豐富又遠(yuǎn)離大電網(wǎng)的邊遠(yuǎn)地區(qū)，可很好地解決當(dāng)?shù)厣钣盟稗r(nóng)牧業(yè) 用水問題。而對(duì)于農(nóng)業(yè)灌概等用水需求大及地下水埋深的情況，往往需要采用大功率光伏 水累系統(tǒng)才能滿足需求。在大功率光伏水累系統(tǒng)中，為獲得所需電壓和功率等級(jí)，一般采用 太陽(yáng)能電池串并聯(lián)組合而成的光伏陣列提供直流電，電力變換裝置采用單一功率單元結(jié)構(gòu) 或多功率單元結(jié)構(gòu)。采用單一功率單元系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)采用光伏陣列1供電，配 備一個(gè)與之功率相匹配的變頻器2作為電力變換裝置，驅(qū)動(dòng)同一功率等級(jí)電機(jī)W帶動(dòng)光伏 水累3提取地下水。該一系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)配置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，控制方式簡(jiǎn)單，僅由變頻器自身 即可完成系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行控制。然而，該一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也存在W下不足；1)棄光嚴(yán)重。由于系 統(tǒng)功率等級(jí)高，系統(tǒng)需要較大功率來克服自身電機(jī)及水累空載運(yùn)行轉(zhuǎn)矩。由于采用大功率 變頻器作為電力變換裝置，變頻器中高功率等級(jí)功率器件W及變壓器損耗較大。該樣，在光 照較低時(shí)，會(huì)出現(xiàn)由于光伏陣列輸出功率不足W克服光伏水累啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，而使系統(tǒng)停止工 作，產(chǎn)生棄光現(xiàn)象，單元功率等級(jí)越高棄光越嚴(yán)重。2)出水量不高；受棄光影響，系統(tǒng)僅在 光照強(qiáng)時(shí)段內(nèi)運(yùn)行提水，該就造成系統(tǒng)對(duì)光照強(qiáng)度過于依賴，系統(tǒng)出水量低。3)冗余性差。 采用單一電力變換裝置的大功率光伏水累系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在所需功率等級(jí)發(fā)生變化時(shí)，變頻器、 光伏水累及驅(qū)動(dòng)電機(jī)需要隨之改變W匹配功率等級(jí)需求。一旦功率等級(jí)需求發(fā)生變化，系 統(tǒng)電力變換裝置W及水累都須重新設(shè)計(jì)，系統(tǒng)擴(kuò)展性較弱。4)可靠性不高。由于該系統(tǒng)采 用單一變頻器和光伏水累結(jié)構(gòu)，只要中間某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就不得不停止工作。如其 中的變頻器、水累電機(jī)或水累，任何一個(gè)部件損壞都將致使系統(tǒng)無法運(yùn)行，系統(tǒng)停止供水。
[0003] 對(duì)于采用多功率單元光伏水累系統(tǒng)，為在不同光照條件下獲得光伏陣列最大功率 輸出，單元變頻器一般帶有光伏陣列最大功率跟蹤功能，通過對(duì)光伏陣列輸出電壓控制，使 系統(tǒng)在不同光照條件下實(shí)現(xiàn)最大功率運(yùn)行。然而，若系統(tǒng)所有單元均同時(shí)工作且進(jìn)行最大 功率跟蹤，即每個(gè)單元都對(duì)光伏陣列電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)W使本單元實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏陣列的最大功率 跟蹤，該可能會(huì)導(dǎo)致光伏陣列輸出電壓波動(dòng)大，甚至引起整個(gè)系統(tǒng)的失穩(wěn)。另外，在光照較 弱情況下，所有單元同時(shí)工作會(huì)導(dǎo)致光伏陣列輸出功率主要用于克服單元的自身?yè)p耗，無 法提水，產(chǎn)生棄光現(xiàn)象，系統(tǒng)出水量少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種大功率光伏水累系統(tǒng)群控出水量最大化控 制算法，棄光少、出水量大、冗余性好且可靠性高，可通過簡(jiǎn)單增減功率單元的方式來滿足 不同功率等級(jí)需求，系統(tǒng)可在寬范圍光照條件下工作，在某個(gè)單元出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)仍可完 成提水工作。而且，通過出水量?jī)?yōu)化控制算法，系統(tǒng)在不同功率條件下均可實(shí)現(xiàn)出水量最 大，確保系統(tǒng)高效運(yùn)行，極大提高系統(tǒng)提水量。
[0005] 本發(fā)明是通過W下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。
[0006] 一種大功率光伏水累系統(tǒng)群控出水量最大化控制算法，步驟包括：
[0007] (1)確定k光伏水累運(yùn)行臺(tái)數(shù)的最小運(yùn)行數(shù)kmi。和最大運(yùn)行數(shù)量k [000引似計(jì)算iw障況下Q PV系統(tǒng)出水量；
[0009] 做在kmin基礎(chǔ)上增加單元個(gè)數(shù)k直至k max,計(jì)算此時(shí)的Qpv并和前一次Q PV進(jìn)行對(duì) 比；
[0010] (4)找到Qpv最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的k ;
[0011] (5)大功率光伏水累系統(tǒng)根據(jù)（4)獲得的k進(jìn)行控制。
[001引進(jìn)一步地，上述kmin、kmax的確定是根據(jù)k k《k max，
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種大功率光伏水泵系統(tǒng)群控出水量最大化控制算法，其特征在于，步驟包括： (1) 確定k光伏水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)的最小運(yùn)行數(shù)kmin和最大運(yùn)行數(shù)量k max; (2) 計(jì)算kj青況下Qpv系統(tǒng)出水量； (3) 在kmin基礎(chǔ)上增加單元個(gè)數(shù)k直至k max，計(jì)算此時(shí)的Qpv并和前一次Q pv進(jìn)行對(duì)比； (4) 找到Qpv最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的k ; (5) 大功率光伏水泵系統(tǒng)根據(jù)（4)獲得的k進(jìn)行控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率光伏水泵系統(tǒng)群控出水量最大化控制算法，其特征在 于，上述kmin、k max的確定是根據(jù)
和floor分別表示向上和向下取整，Ppv為光伏陣列輸出功率，P s為單個(gè)水泵輸出約束功率， Pmin為單個(gè)水泵輸出最低功率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大功率光伏水泵系統(tǒng)群控出水量最大化控制算法，其特征在 于，水泵轉(zhuǎn)速η與單個(gè)水泵功率Pu三次方成正比即n = f (Pu)，確定水泵最低轉(zhuǎn)速11_。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的大功率光伏水泵系統(tǒng)群控出水量最大化控制算法，其特征在 于，nmin= max (n minl, nmin2)，nminl= 0· 6n mp，^為水泵額定轉(zhuǎn)速；n min2為水泵實(shí)際運(yùn)行最小揚(yáng) 程對(duì)應(yīng)的最低轉(zhuǎn)速。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大功率光伏水泵系統(tǒng)群控出水量最大化控制算法，具備寬光照范圍內(nèi)運(yùn)行、棄光少、出水量大、易冗余且可靠性高等優(yōu)點(diǎn)的大功率光伏水泵系統(tǒng)群控出水量最大化控制算法。本發(fā)明的有益效果在于適用于大功率光伏水泵提水系統(tǒng)，通過采用小功率光伏水泵單元冗余匹配分擔(dān)大功率光伏陣列功率輸出的方式，確保系統(tǒng)在光照強(qiáng)度較低情況下仍然可實(shí)現(xiàn)提水，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行效率以及對(duì)太陽(yáng)能的利用率，盡可能減少甚至避免棄光情況的發(fā)生。此外，采用出水量?jī)?yōu)化控制算法，確保系統(tǒng)在不同工況下均保持出水量最大。
【IPC分類】F04D15-00
【公開號(hào)】CN104533806
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410612623
【發(fā)明人】賴紀(jì)東, 蘇建徽, 汪海寧, 張國(guó)榮, 杜燕
【申請(qǐng)人】合肥工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年11月4日