一種大功率光伏水泵系統群控出水量最大化控制算法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種大功率光伏水累系統群控出水量最大化控制算法。
【背景技術】
[0002] 光伏水累系統利用太陽能作為能源輸入，可不依賴于電網而獨立工作，將該系統 應用于那些陽光資源豐富又遠離大電網的邊遠地區，可很好地解決當地生活用水及農牧業 用水問題。而對于農業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 水累系統才能滿足需求。在大功率光伏水累系統中，為獲得所需電壓和功率等級，一般采用 太陽能電池串并聯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構 或多功率單元結構。采用單一功率單元系統結構如圖1所示，系統采用光伏陣列1供電，配 備一個與之功率相匹配的變頻器2作為電力變換裝置，驅動同一功率等級電機W帶動光伏 水累3提取地下水。該一系統的優點是系統配置結構簡潔，控制方式簡單，僅由變頻器自身 即可完成系統的自動運行控制。然而，該一系統結構也存在W下不足；1)棄光嚴重。由于系 統功率等級高，系統需要較大功率來克服自身電機及水累空載運行轉矩。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功率器件W及變壓器損耗較大。該樣，在光 照較低時，會出現由于光伏陣列輸出功率不足W克服光伏水累啟動轉矩，而使系統停止工 作，產生棄光現象，單元功率等級越高棄光越嚴重。2)出水量不高；受棄光影響，系統僅在 光照強時段內運行提水，該就造成系統對光照強度過于依賴，系統出水量低。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結構，在所需功率等級發生變化時，變頻器、 光伏水累及驅動電機需要隨之改變W匹配功率等級需求。一旦功率等級需求發生變化，系 統電力變換裝置W及水累都須重新設計，系統擴展性較弱。4)可靠性不高。由于該系統采 用單一變頻器和光伏水累結構，只要中間某一環節出現故障，系統就不得不停止工作。如其 中的變頻器、水累電機或水累，任何一個部件損壞都將致使系統無法運行，系統停止供水。
[0003] 對于采用多功率單元光伏水累系統，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，通過對光伏陣列輸出電壓控制，使 系統在不同光照條件下實現最大功率運行。然而，若系統所有單元均同時工作且進行最大 功率跟蹤，即每個單元都對光伏陣列電壓進行調節W使本單元實現對光伏陣列的最大功率 跟蹤，該可能會導致光伏陣列輸出電壓波動大，甚至引起整個系統的失穩。另外，在光照較 弱情況下，所有單元同時工作會導致光伏陣列輸出功率主要用于克服單元的自身損耗，無 法提水，產生棄光現象，系統出水量少。
【發明內容】
[0004] 本發明要解決的技術問題是提供一種大功率光伏水累系統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，可通過簡單增減功率單元的方式來滿足 不同功率等級需求，系統可在寬范圍光照條件下工作，在某個單元出現故障時，系統仍可完 成提水工作。而且，通過出水量優化控制算法，系統在不同功率條件下均可實現出水量最 大，確保系統高效運行，極大提高系統提水量。
[0005] 本發明是通過W下技術方案來實現的。
[0006] 一種大功率光伏水累系統群控出水量最大化控制算法，步驟包括：
[0007] (1)確定k光伏水累運行臺數的最小運行數kmi。和最大運行數量k [000引似計算iw障況下Q PV系統出水量；
[0009] 做在kmin基礎上增加單元個數k直至k max,計算此時的Qpv并和前一次Q PV進行對 比；
[0010] (4)找到Qpv最大時所對應的k ;
[0011] (5)大功率光伏水累系統根據（4)獲得的k進行控制。
[001引進一步地，上述kmin、kmax的確定是根據k k《k max，
【主權項】
1. 一種大功率光伏水泵系統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光伏水泵運行臺數的最小運行數kmin和最大運行數量k max; (2) 計算kj青況下Qpv系統出水量； (3) 在kmin基礎上增加單元個數k直至k max，計算此時的Qpv并和前一次Q pv進行對比； (4) 找到Qpv最大時所對應的k ; (5) 大功率光伏水泵系統根據（4)獲得的k進行控制。
2. 根據權利要求1所述的大功率光伏水泵系統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
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為單個水泵輸出約束功率， Pmin為單個水泵輸出最低功率。
3. 根據權利要求2所述的大功率光伏水泵系統群控出水量最大化控制算法，其特征在 于，水泵轉速η與單個水泵功率Pu三次方成正比即n = f (Pu)，確定水泵最低轉速11_。
4. 根據權利要求3所述的大功率光伏水泵系統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，^為水泵額定轉速；n min2為水泵實際運行最小揚 程對應的最低轉速。
【專利摘要】本發明公開了一種大功率光伏水泵系統群控出水量最大化控制算法，具備寬光照范圍內運行、棄光少、出水量大、易冗余且可靠性高等優點的大功率光伏水泵系統群控出水量最大化控制算法。本發明的有益效果在于適用于大功率光伏水泵提水系統，通過采用小功率光伏水泵單元冗余匹配分擔大功率光伏陣列功率輸出的方式，確保系統在光照強度較低情況下仍然可實現提水，從而提高系統運行效率以及對太陽能的利用率，盡可能減少甚至避免棄光情況的發生。此外，采用出水量優化控制算法，確保系統在不同工況下均保持出水量最大。
【IPC分類】F04D15-00
【公開號】CN104533806
【申請號】CN201410612623
【發明人】賴紀東, 蘇建徽, 汪海寧, 張國榮, 杜燕
【申請人】合肥工業大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年11月4日