[发明专利]一种大功率光伏水泵系统群控出水量最大化控制算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大功率光伏水泵系统群控出水量最大化控制算法。

背景技术

光伏水泵系统利用太阳能作为能源输入，可不依赖于电网而独立工作，将该系统应用于那些阳光资源丰富又远离大电网的边远地区，可很好地解决当地生活用水及农牧业用水问题。而对于农业灌溉等用水需求大及地下水埋深的情况，往往需要采用大功率光伏水泵系统才能满足需求。在大功率光伏水泵系统中，为获得所需电压和功率等级，一般采用太阳能电池串并联组合而成的光伏阵列提供直流电，电力变换装置采用单一功率单元结构或多功率单元结构。采用单一功率单元系统结构如图1所示，系统采用光伏阵列1供电，配备一个与之功率相匹配的变频器2作为电力变换装置，驱动同一功率等级电机以带动光伏水泵3提取地下水。这一系统的优点是系统配置结构简洁，控制方式简单，仅由变频器自身即可完成系统的自动运行控制。然而，这一系统结构也存在以下不足：1)弃光严重。由于系统功率等级高，系统需要较大功率来克服自身电机及水泵空载运行转矩。由于采用大功率变频器作为电力变换装置，变频器中高功率等级功率器件以及变压器损耗较大。这样，在光照较低时，会出现由于光伏阵列输出功率不足以克服光伏水泵启动转矩，而使系统停止工作，产生弃光现象，单元功率等级越高弃光越严重。2)出水量不高；受弃光影响，系统仅在光照强时段内运行提水，这就造成系统对光照强度过于依赖，系统出水量低。3)冗余性差。采用单一电力变换装置的大功率光伏水泵系统结构，在所需功率等级发生变化时，变频器、光伏水泵及驱动电机需要随之改变以匹配功率等级需求。一旦功率等级需求发生变化，系统电力变换装置以及水泵都须重新设计，系统扩展性较弱。4)可靠性不高。由于该系统采用单一变频器和光伏水泵结构，只要中间某一环节出现故障，系统就不得不停止工作。如其中的变频器、水泵电机或水泵，任何一个部件损坏都将致使系统无法运行，系统停止供水。

对于采用多功率单元光伏水泵系统，为在不同光照条件下获得光伏阵列最大功率输出，单元变频器一般带有光伏阵列最大功率跟踪功能，通过对光伏阵列输出电压控制，使系统在不同光照条件下实现最大功率运行。然而，若系统所有单元均同时工作且进行最大功率跟踪，即每个单元都对光伏阵列电压进行调节以使本单元实现对光伏阵列的最大功率跟踪，这可能会导致光伏阵列输出电压波动大，甚至引起整个系统的失稳。另外，在光照较弱情况下，所有单元同时工作会导致光伏阵列输出功率主要用于克服单元的自身损耗，无法提水，产生弃光现象，系统出水量少。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种大功率光伏水泵系统群控出水量最大化控制算法，弃光少、出水量大、冗余性好且可靠性高，可通过简单增减功率单元的方式来满足不同功率等级需求，系统可在宽范围光照条件下工作，在某个单元出现故障时，系统仍可完成提水工作。而且，通过出水量优化控制算法，系统在不同功率条件下均可实现出水量最大，确保系统高效运行，极大提高系统提水量。

本发明是通过以下技术方案来实现的。

一种大功率光伏水泵系统群控出水量最大化控制算法，步骤包括：

(1)确定k光伏水泵运行台数的最小运行数k_min和最大运行数量k_max；

(2)计算k_min情况下Q_pv系统出水量；

(3)在k_min基础上增加单元个数k直至k_max，计算此时的Q_pv并和前一次Q_pv进行对比；

(4)找到Q_pv最大时所对应的k；

(5)大功率光伏水泵系统根据(4)获得的k进行控制。

进一步地，上述k_min、k_max的确定是根据k_min≤k≤k_max，其中ceil和floor分别表示向上和向下取整，P_pv为光伏阵列输出功率，P_s为单个水泵输出约束功率，P_min为单个水泵输出最低功率。

进一步地，水泵转速n与单个水泵功率P_u三次方成正比即n＝f(P_u)，确定水泵最低转速n_min。