CN109058121B - 基于mppt算法的光伏智能集控提水***的主机故障、断线控制方法及利用率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于MPPT算法的光伏智能集控提水***，以及基于该***主机故障控制方法、主机断线控制方法以及提高提水效率的方法，所述基于MPPT算法的光伏智能集控提水***，包括：光伏阵列、若干驱动器和若干水泵，所述光伏阵列与驱动器分别连接，所述驱动器包括一个驱动器主机和至少一个驱动器从机，所述每个驱动器分别连接至少一个水泵；所述光伏智能集控模块用于检测驱动器的运行状况，当光伏智能集控模块检测到驱动器主机发生故障或断路时，驱动器主机命令与该驱动器主机连接的下一驱动器从机自动切换为新的驱动器主机。本发明最大化利用光伏阵列产生的能量，有效提高提水量。

Description

基于MPPT算法的光伏智能集控提水***的主机故障、断线控 制方法及利用率的方法

技术领域

本发明涉及光伏扬水技术领域，尤其涉及一种基于MPPT算法的光伏智能集控提水***的主机故障、断线控制方法及利用率的方法。

背景技术

在大量用水且没有电网的情况下，一般采用单个大频率的光伏提水***或者多个独立的小频率光伏提水***组成。光伏阵列在日照下产生的能量通过光伏水泵驱动器传递到水泵，从而达到提水的目的。多个常用离心式水泵在低光照条件下，同时工作时，单个水泵效率很低，有时候因为扬程的原因甚至不能出水，光伏阵列的产生的能量大大浪费，直接影响到光伏提水***的提水量。这种情况下，急需一种最大化利用光伏阵列产生的能量的***和方法。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于MPPT算法的光伏智能集控提水***的主机故障、断线控制方法及利用率的方法。

本发明的技术方案如下：一种基于MPPT算法的光伏智能集控提水***，包括：光伏阵列、若干驱动器和若干水泵，所述光伏阵列与驱动器分别连接，所述驱动器包括一个驱动器主机和至少一个驱动器从机，所述每个驱动器分别连接至少一个水泵；

所述驱动器包括：微控模块、电机驱动模块、逆变模块、电流电压检测模块、MPPT模块、光伏智能集控模块和通讯模块，所述微控模块分别与电机驱动模块、逆变模块、MPPT模块、光伏智能集控模块和通讯模块电性连接，所述电机驱动模块还通过逆变模块与水泵连接；所述驱动器之间通过通讯模块进行通讯连接，驱动器主机通过通讯模块控制驱动器从机开启或关闭；所述光伏智能集控模块用于检测驱动器的运行状况，当光伏智能集控模块检测到驱动器主机发生故障或断路时，驱动器主机命令与该驱动器主机连接的下一驱动器从机自动切换为新的驱动器主机。

进一步地，所述驱动器还包括直流输入模块，所述直流输入模块的输出端连接逆变模块，输入端连接所述光伏阵列。

进一步地，所述微控模块为DSP数字处理芯片，型号为TMS320F28034。

进一步地，所述驱动器还包括抽干和水漫保护模块，所述抽干和水漫保护模块与微控模块电性连接。

本发明还提供一种基于MPPT算法的光伏智能集控提水***的主机故障控制方法，包括以下步骤：

S101，在组网循环列表中将驱动器主机与驱动器从机分别编号并排序，当驱动器主机发生故障后，驱动器主机在组网循环列表中寻找排在驱动器主机后的下一驱动器从机的站点的地址；

S102，驱动器主机判断上述站点地址是否为本驱动器主机的地址，当上述站点地址为本机地址时，基于MPPT算法的光伏智能集控提水***不切换驱动器主机，当上述站点地址不是本机驱动器地址时，驱动器主机向下一驱动器从机发送主机切换指令；

S103，该驱动器从机接收指令后，判断是否确认切换为新的主机，当驱动器从机确认切换后，驱动器从机向驱动器主机回复，该驱动器从机成为新的驱动器主机，当该驱动器从机拒绝切换后，驱动器主机重复步骤S101，需找该驱动器从机的下一个驱动器从机的站点地址。

本发明还提供一种基于MPPT算法的光伏智能集控提水***的主机断线控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S201，驱动器从机统计驱动器主机发送过来数据之间的时间间隔；

S202，驱动器主机判断上述时间间隔是否超过本机编码的时间间隔，当没有超过时，驱动器从机对驱动器主机发送数据时间间隔的计数清零，当超过时，驱动器从机判断自身是否存在故障；

S203，当驱动器从机不存在故障时，驱动器从机控制本机切换为驱动器从机，当驱动器从机存在故障时，驱动器从机不切换。

本发明还提供一种提高基于MPPT算法的光伏智能集控提水***利用率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S301，驱动器主机获取光伏阵列的输出频率，并根据MPPT算法调节与驱动器主机连接的水泵的输出频率；

S302，驱动器主机判断经过MPPT算法所得的输出频率是否等于水泵的额定输出频率，从而陆续开启或关闭驱动器从机。

进一步地，所述步骤S302中陆续开启驱动器从机的方法包括以下步骤：

Sa3021，在组网循环列表中将驱动器主机与驱动器从机分别编号并排序，驱动器主机判断经过MPPT算法所得的输出频率是否等于水泵的额定输出频率，当水泵的输出频率小于水泵的额定频率时，驱动器主机对组网循环列表中下一驱动器从机的时间计数清零，驱动器主机继续监测输出频率，当水泵的输出频率等于水泵的额定频率时，驱动器主机启动对下一驱动器从机站点的时间计数；

Sa3022，判断在设定的计数时间内，与驱动器主机连接的水泵的输出频率是否均达到水泵的额定频率，当设定计数时间内，水泵的输出频率未均达到水泵的额定频率，驱动器主机继续监测输出频率，当设定计数时间内，水泵的输出频率均达到水泵的额定频率，驱动器主机在循环列表中读取下一从机的编号；

Sa3023，判断上述编号是否为本机编号，当该编号为本机编号时，说明全部水泵已经开启，当该编号不是本机编号，则驱动器主机向该编号代表是的驱动器从机发送启动命令；

Sa3021，驱动器主机循环实施步骤S301，陆续开启下一驱动器从机。

进一步地，所述步骤S302中陆续关闭驱动器从机的方法包括以下步骤：

Sb3021，在组网循环列表中将驱动器主机与驱动器从机分别编号并排序，驱动器主机判断经过MPPT算法所得的输出频率是否等于水泵的最低运行出频率，当水泵的输出频率大于水泵的最低运行频率时，驱动器主机对组网循环列表中下一驱动器从机的时间计数清零，驱动器主机继续监测输出频率，当水泵的输出频率等于水泵的最低运行频率时，驱动器主机关闭对下一驱动器从机站点的时间计数；

Sb3022，判断在设定的计数时间内，与驱动器主机连接的水泵的输出频率是否均达到水泵的最低运行频率，当设定计数时间内，水泵的输出频率未均达到水泵的最低运行频率，驱动器主机继续监测输出频率，当设定计数时间内，水泵的输出频率均达到水泵的最低运行频率，驱动器主机在循环列表中反向读取下一从机的编号；

Sb3023，判断上述编号是否为本机编号，当该编号为本机编号时，说明只有驱动器主机连接的水泵运行，当该编号不是本机编号，则驱动器主机向该编号代表是的驱动器从机发送关闭命令；

Sb3021，驱动器主机循环实施步骤S301，陆续关闭下一驱动器从机。

采用上述方案，本发明在同一光伏阵列下，并联多台小功率伏水泵提水，***中的驱动器之间通过串口通讯。其中一台驱动器作为主机控制，其他的作为从机。通过智能算法，可在主机出故障或断线的情况下，自动切换下一个站点作为主机，保证提水***的正常运行。

在有日照情况下，驱动器主机首先启动，并根据MPPT算法调节本身的输出频率。当光伏阵列的能量足够支撑主机运行到水泵额定频率时，开启驱动器从机1。依次类推，在光照足够时，可启动全部驱动器从机。当日照变弱时，驱动器主机根据MPPT算法会降低输出频率，当达到扬程要求的最小频率时，停止一台从机，依次类推，在日照不够的情况下只有主机一台机器运行。从机按照水泵额定频率运行，同时主机一直进行MPPT算法调节输出频率，已达到最大化利用光伏阵列产生的能量。可以使在光照弱的情况下使水泵工作在较高的转速下，充分利用光伏阵列产生的能量和水泵效率，有效提高提水量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为基于MPPT算法的光伏智能集控提水***的结构示意图；

图2为基于MPPT算法的光伏智能集控提水***的主机故障控制方法的流程图；

图3为基于MPPT算法的光伏智能集控提水***的主机断线控制方法的流程图；

图4为基于MPPT算法的光伏智能集控提水***的主机开启从机的流程图；

图5为基于MPPT算法的光伏智能集控提水***的主机关闭从机的流程图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。

本发明提供一种基于MPPT算法的光伏智能集控提水***，包括：光伏阵列、若干驱动器和若干水泵，所述光伏阵列与驱动器分别连接，所述驱动器包括一个驱动器主机和至少一个驱动器从机，所述每个驱动器分别连接至少一个水泵；

所述驱动器包括：微控模块、电机驱动模块、逆变模块、电流电压检测模块、MPPT模块、光伏智能集控模块和通讯模块，所述微控模块分别与电机驱动模块、逆变模块、MPPT模块、光伏智能集控模块和通讯模块电性连接，所述电机驱动模块还通过逆变模块与水泵连接；所述驱动器之间通过通讯模块进行通讯连接，驱动器主机通过通讯模块控制驱动器从机开启或关闭；所述光伏智能集控模块用于检测驱动器的运行状况，当光伏智能集控模块检测到驱动器主机发生故障或断路时，驱动器主机命令与该驱动器主机连接的下一驱动器从机自动切换为新的驱动器主机。

所述驱动器还包括直流输入模块，所述直流输入模块的输出端连接逆变模块，输入端连接所述光伏阵列。

所述微控模块为DSP数字处理芯片，型号为TMS320F28034。

所述驱动器还包括抽干和水漫保护模块，所述抽干和水漫保护模块与微控模块电性连接。

本发明还提供一种基于MPPT算法的光伏智能集控提水***的主机故障控制方法，包括以下步骤：

S101，在组网循环列表中将驱动器主机与驱动器从机分别编号并排序，当驱动器主机发生故障后，驱动器主机在组网循环列表中寻找排在驱动器主机后的下一驱动器从机的站点的地址；

S102，驱动器主机判断上述站点地址是否为本驱动器主机的地址，当上述站点地址为本机地址时，基于MPPT算法的光伏智能集控提水***不切换驱动器主机，当上述站点地址不是本机驱动器地址时，驱动器主机向下一驱动器从机发送主机切换指令；

S103，该驱动器从机接收指令后，判断是否确认切换为新的主机，当驱动器从机确认切换后，驱动器从机向驱动器主机回复，该驱动器从机成为新的驱动器主机，当该驱动器从机拒绝切换后，驱动器主机重复步骤S101，需找该驱动器从机的下一个驱动器从机的站点地址。

本发明还提供一种基于MPPT算法的光伏智能集控提水***的主机断线控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S201，驱动器从机统计驱动器主机发送过来数据之间的时间间隔；

S202，驱动器主机判断上述时间间隔是否超过本机编码的时间间隔，当没有超过时，驱动器从机对驱动器主机发送数据时间间隔的计数清零，当超过时，驱动器从机判断自身是否存在故障；

S203，当驱动器从机不存在故障时，驱动器从机控制本机切换为驱动器从机，当驱动器从机存在故障时，驱动器从机不切换。

本发明还提供一种提高基于MPPT算法的光伏智能集控提水***利用率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S301，驱动器主机获取光伏阵列的输出频率，并根据MPPT算法调节与驱动器主机连接的水泵的输出频率；

S302，驱动器主机判断经过MPPT算法所得的输出频率是否等于水泵的额定输出频率，从而陆续开启或关闭驱动器从机。

所述步骤S302中陆续开启驱动器从机的方法包括以下步骤：

Sa3021，在组网循环列表中将驱动器主机与驱动器从机分别编号并排序，驱动器主机判断经过MPPT算法所得的输出频率是否等于水泵的额定输出频率，当水泵的输出频率小于水泵的额定频率时，驱动器主机对组网循环列表中下一驱动器从机的时间计数清零，驱动器主机继续监测输出频率，当水泵的输出频率等于水泵的额定频率时，驱动器主机启动对下一驱动器从机站点的时间计数；

Sa3022，判断在设定的计数时间内，与驱动器主机连接的水泵的输出频率是否均达到水泵的额定频率，当设定计数时间内，水泵的输出频率未均达到水泵的额定频率，驱动器主机继续监测输出频率，当设定计数时间内，水泵的输出频率均达到水泵的额定频率，驱动器主机在循环列表中读取下一从机的编号；

Sa3023，判断上述编号是否为本机编号，当该编号为本机编号时，说明全部水泵已经开启，当该编号不是本机编号，则驱动器主机向该编号代表是的驱动器从机发送启动命令；

Sa3021，驱动器主机循环实施步骤S301，陆续开启下一驱动器从机。

所述步骤S302中陆续关闭驱动器从机的方法包括以下步骤：

Sb3021，在组网循环列表中将驱动器主机与驱动器从机分别编号并排序，驱动器主机判断经过MPPT算法所得的输出频率是否等于水泵的最低运行出频率，当水泵的输出频率大于水泵的最低运行频率时，驱动器主机对组网循环列表中下一驱动器从机的时间计数清零，驱动器主机继续监测输出频率，当水泵的输出频率等于水泵的最低运行频率时，驱动器主机关闭对下一驱动器从机站点的时间计数；

Sb3022，判断在设定的计数时间内，与驱动器主机连接的水泵的输出频率是否均达到水泵的最低运行频率，当设定计数时间内，水泵的输出频率未均达到水泵的最低运行频率，驱动器主机继续监测输出频率，当设定计数时间内，水泵的输出频率均达到水泵的最低运行频率，驱动器主机在循环列表中反向读取下一从机的编号；

Sb3023，判断上述编号是否为本机编号，当该编号为本机编号时，说明只有驱动器主机连接的水泵运行，当该编号不是本机编号，则驱动器主机向该编号代表是的驱动器从机发送关闭命令；

Sb3021，驱动器主机循环实施步骤S301，陆续关闭下一驱动器从机。

本发明在同一光伏阵列下，并联多台小功率伏水泵提水，***中的驱动器之间通过串口通讯。其中一台驱动器作为主机控制，其他的作为从机。通过智能算法，可在主机出故障或断线的情况下，自动切换下一个站点作为主机，保证提水***的正常运行。

在有日照情况下，驱动器主机首先启动，并根据MPPT算法调节本身的输出频率。当光伏阵列的能量足够支撑主机运行到水泵额定频率时，开启驱动器从机1。依次类推，在光照足够时，可启动全部驱动器从机。当日照变弱时，驱动器主机根据MPPT算法会降低输出频率，当达到扬程要求的最小频率时，停止一台从机，依次类推，在日照不够的情况下只有主机一台机器运行。从机按照水泵额定频率运行，同时主机一直进行MPPT算法调节输出频率，已达到最大化利用光伏阵列产生的能量。可以使在光照弱的情况下使水泵工作在较高的转速下，充分利用光伏阵列产生的能量和水泵效率，有效提高提水量。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于MPPT算法的光伏智能集控提水***的主机故障控制方法，所述光伏智能集控提水***包括光伏阵列、若干驱动器和若干水泵，所述光伏阵列与驱动器分别连接，所述驱动器包括一个驱动器主机和至少一个驱动器从机，所述每个驱动器分别连接至少一个水泵；

所述驱动器包括：微控模块、电机驱动模块、逆变模块、电流电压检测模块、MPPT模块、光伏智能集控模块和通讯模块，所述微控模块分别与电机驱动模块、逆变模块、MPPT模块、光伏智能集控模块和通讯模块电性连接，所述电机驱动模块还通过逆变模块与水泵连接；所述驱动器之间通过通讯模块进行通讯连接，驱动器主机通过通讯模块控制驱动器从机开启或关闭；所述光伏智能集控模块用于检测驱动器的运行状况，当光伏智能集控模块检测到驱动器主机发生故障或断路时，驱动器主机命令与该驱动器主机连接的下一驱动器从机自动切换为新的驱动器主机；其特征在于，包括以下步骤：

S101，在组网循环列表中将驱动器主机与驱动器从机分别编号并排序，当驱动器主机发生故障后，驱动器主机在组网循环列表中寻找排在驱动器主机后的下一驱动器从机的站点的地址；

S102，驱动器主机判断上述站点地址是否为本驱动器主机的地址，当上述站点地址为本机地址时，基于MPPT算法的光伏智能集控提水***不切换驱动器主机，当上述站点地址不是本机驱动器地址时，驱动器主机向下一驱动器从机发送主机切换指令；

S103，该驱动器从机接收指令后，判断是否确认切换为新的主机，当驱动器从机确认切换后，驱动器从机向驱动器主机回复，该驱动器从机成为新的驱动器主机，当该驱动器从机拒绝切换后，驱动器主机重复步骤S101，需找该驱动器从机的下一个驱动器从机的站点地址。

2.根据权利要求1所述的基于MPPT算法的光伏智能集控提水***的主机故障控制方法，其特征在于，所述驱动器还包括直流输入模块，所述直流输入模块的输出端连接逆变模块，输入端连接所述光伏阵列。

3.根据权利要求1所述的基于MPPT算法的光伏智能集控提水***的主机故障控制方法，其特征在于，所述微控模块为DSP数字处理芯片。

4.根据权利要求1所述的基于MPPT算法的光伏智能集控提水***的主机故障控制方法，其特征在于，所述驱动器还包括抽干和水漫保护模块，所述抽干和水漫保护模块与微控模块电性连接。

5.一种基于MPPT算法的光伏智能集控提水***的主机断线控制方法，所述光伏智能集控提水***包括光伏阵列、若干驱动器和若干水泵，所述光伏阵列与驱动器分别连接，所述驱动器包括一个驱动器主机和至少一个驱动器从机，所述每个驱动器分别连接至少一个水泵；

所述驱动器包括：微控模块、电机驱动模块、逆变模块、电流电压检测模块、MPPT模块、光伏智能集控模块和通讯模块，所述微控模块分别与电机驱动模块、逆变模块、MPPT模块、光伏智能集控模块和通讯模块电性连接，所述电机驱动模块还通过逆变模块与水泵连接；所述驱动器之间通过通讯模块进行通讯连接，驱动器主机通过通讯模块控制驱动器从机开启或关闭；所述光伏智能集控模块用于检测驱动器的运行状况，当光伏智能集控模块检测到驱动器主机发生故障或断路时，驱动器主机命令与该驱动器主机连接的下一驱动器从机自动切换为新的驱动器主机；其特征在于，包括以下步骤：

S201，驱动器从机统计驱动器主机发送过来数据之间的时间间隔；

S202，驱动器主机判断上述时间间隔是否超过本机编码的时间间隔，当没有超过时，驱动器从机对驱动器主机发送数据时间间隔的计数清零，当超过时，驱动器从机判断自身是否存在故障；

S203，当驱动器从机不存在故障时，驱动器从机控制本机切换为驱动器从机，当驱动器从机存在故障时，驱动器从机不切换。

6.根据权利要求5所述的基于MPPT算法的光伏智能集控提水***的主机断线控制方法，其特征在于，所述驱动器还包括直流输入模块，所述直流输入模块的输出端连接逆变模块，输入端连接所述光伏阵列。

7.根据权利要求5所述的基于MPPT算法的光伏智能集控提水***的主机断线控制方法，其特征在于，所述微控模块为DSP数字处理芯片。

8.根据权利要求5所述的基于MPPT算法的光伏智能集控提水***的主机断线控制方法，其特征在于，所述驱动器还包括抽干和水漫保护模块，所述抽干和水漫保护模块与微控模块电性连接。

9.一种提高基于MPPT算法的光伏智能集控提水***利用率的方法，所述光伏智能集控提水***包括光伏阵列、若干驱动器和若干水泵，所述光伏阵列与驱动器分别连接，所述驱动器包括一个驱动器主机和至少一个驱动器从机，所述每个驱动器分别连接至少一个水泵；

所述驱动器包括：微控模块、电机驱动模块、逆变模块、电流电压检测模块、MPPT模块、光伏智能集控模块和通讯模块，所述微控模块分别与电机驱动模块、逆变模块、MPPT模块、光伏智能集控模块和通讯模块电性连接，所述电机驱动模块还通过逆变模块与水泵连接；所述驱动器之间通过通讯模块进行通讯连接，驱动器主机通过通讯模块控制驱动器从机开启或关闭；所述光伏智能集控模块用于检测驱动器的运行状况，当光伏智能集控模块检测到驱动器主机发生故障或断路时，驱动器主机命令与该驱动器主机连接的下一驱动器从机自动切换为新的驱动器主机；其特征在于，包括以下步骤：

S301，驱动器主机获取光伏阵列的输出频率，并根据MPPT算法调节与驱动器主机连接的水泵的输出频率；

S302，驱动器主机判断经过MPPT算法所得的输出频率是否等于水泵的额定输出频率，从而陆续开启或关闭驱动器从机；

所述步骤S302中陆续开启驱动器从机的方法包括以下步骤：

Sa3021，在组网循环列表中将驱动器主机与驱动器从机分别编号并排序，驱动器主机判断经过MPPT算法所得的输出频率是否等于水泵的额定输出频率，当水泵的输出频率小于水泵的额定频率时，驱动器主机对组网循环列表中下一驱动器从机的时间计数清零，驱动器主机继续监测输出频率，当水泵的输出频率等于水泵的额定频率时，驱动器主机启动对下一驱动器从机站点的时间计数；

Sa3022，判断在设定的计数时间内，与驱动器主机连接的水泵的输出频率是否均达到水泵的额定频率，当设定计数时间内，水泵的输出频率未均达到水泵的额定频率，驱动器主机继续监测输出频率，当设定计数时间内，水泵的输出频率均达到水泵的额定频率，驱动器主机在循环列表中读取下一从机的编号；

Sa3023，判断上述编号是否为本机编号，当该编号为本机编号时，说明全部水泵已经开启，当该编号不是本机编号，则驱动器主机向该编号代表是的驱动器从机发送启动命令；

Sa3021，驱动器主机循环实施步骤S301，陆续开启下一驱动器从机。

10.根据权利要求9所述提高基于MPPT算法的光伏智能集控提水***利用率的方法，其特征在于，所述步骤S302中陆续关闭驱动器从机的方法包括以下步骤：

Sb3021，在组网循环列表中将驱动器主机与驱动器从机分别编号并排序，驱动器主机判断经过MPPT算法所得的输出频率是否等于水泵的最低运行出频率，当水泵的输出频率大于水泵的最低运行频率时，驱动器主机对组网循环列表中下一驱动器从机的时间计数清零，驱动器主机继续监测输出频率，当水泵的输出频率等于水泵的最低运行频率时，驱动器主机关闭对下一驱动器从机站点的时间计数；

Sb3022，判断在设定的计数时间内，与驱动器主机连接的水泵的输出频率是否均达到水泵的最低运行频率，当设定计数时间内，水泵的输出频率未均达到水泵的最低运行频率，驱动器主机继续监测输出频率，当设定计数时间内，水泵的输出频率均达到水泵的最低运行频率，驱动器主机在循环列表中反向读取下一从机的编号；

Sb3023，判断上述编号是否为本机编号，当该编号为本机编号时，说明只有驱动器主机连接的水泵运行，当该编号不是本机编号，则驱动器主机向该编号代表是的驱动器从机发送关闭命令；

Sb3021，驱动器主机循环实施步骤S301，陆续关闭下一驱动器从机。