專利名稱：太陽能變頻輔助恒壓供水節(jié)能控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種恒壓供水系統(tǒng)，尤其涉及一種太陽能變頻輔助恒壓供水節(jié)能 控制系統(tǒng)，屬于太陽能高效節(jié)能利用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽能建筑光伏技術(shù)應(yīng)用屬國家重點(diǎn)支持的高新技術(shù)領(lǐng)域中的光機(jī)電一體化技 術(shù)。傳統(tǒng)的太陽能供水系統(tǒng)主要用于偏遠(yuǎn)無電地區(qū)的單用戶或村組的提水系統(tǒng)，大多有蓄 水設(shè)施。近年來，光伏產(chǎn)業(yè)開始由邊遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)逐步向城市并網(wǎng)發(fā)電、光伏建筑集成的方向 快速邁進(jìn)。傳統(tǒng)的太陽能供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式按電機(jī)類型分為2大類(1)驅(qū)動直流電機(jī)泵 組，系統(tǒng)組成模式一般為“太陽能電池陣列一MPPT控制器一蓄電池組一直流電機(jī)泵組”，為 提高系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率，電機(jī)多采用永磁直流無刷電機(jī)；(2)驅(qū)動交流電機(jī)泵組，系統(tǒng)組成模 式一般為“太陽能電池陣列一MPPT控制器一蓄電池組一專用逆變器一交流電機(jī)泵組”。以上兩種模式的獨(dú)立太陽能供水系統(tǒng)，尤其是中小功率系統(tǒng)，一般都以蓄電池作 為儲能裝置，但蓄電池存在一些難以克服的缺點(diǎn)，如循環(huán)壽命短、功率密度低、維護(hù)量大等。 目前，蓄電池組的投資約占系統(tǒng)造價(jià)的20% 25%，并且由于光伏系統(tǒng)工作條件的特殊 性，導(dǎo)致蓄電池過早的失效或容量損失，進(jìn)一步加大了光伏系統(tǒng)的成本。另一方面，進(jìn)口的 光伏逆變器價(jià)格偏高，而國產(chǎn)的光伏逆變器還沒有成熟的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，均制約了太陽能供 水系統(tǒng)的發(fā)展。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有太陽能供水系統(tǒng)的不足，提供一種最大程度的節(jié)約 電能、系統(tǒng)效率最優(yōu)化并保證供水壓力穩(wěn)定的太陽能變頻輔助恒壓供水節(jié)能控制系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供的太陽能變頻輔助恒壓供水節(jié)能控制系統(tǒng)的第 一種技術(shù)方案如下一種太陽能變頻輔助恒壓供水節(jié)能控制系統(tǒng)，包括太陽能陣列和水泵 組，水泵組包括太陽能水泵組和市網(wǎng)水泵組，所述太陽能陣列與太陽能水泵組之間連接有 太陽能通用變頻器，市網(wǎng)水泵組用于市電輸入的電力輸入端連接有市網(wǎng)通用變頻器，所述 系統(tǒng)還包括分別與太陽能通用變頻器、市網(wǎng)通用變頻器雙向控制相連的最佳功率跟蹤控制 器，所述最佳功率跟蹤控制器包括微處理器、用于檢測太陽能陣列輸出電壓電流信號的直 流電壓電流檢測系統(tǒng)、處理水壓信號的模擬量輸入電路，直流電壓電流檢測系統(tǒng)、模擬量輸 入電路的輸出端與微處理器相連，模擬量輸入電路的輸入端連接有用于獲得系統(tǒng)出水壓力 信號的壓力傳感器。所述太陽能陣列與太陽能通用變頻器之間并聯(lián)一電容組。所述直流電壓電流檢測系統(tǒng)包括直流電壓互感器和直流電流互感器。所述最佳功率跟蹤控制器包括與微處理器連接的控制電源。本實(shí)用新型提供的太陽能變頻輔助恒壓供水節(jié)能控制系統(tǒng)的第二種技術(shù)方案如下一種太陽能變頻輔助恒壓供水節(jié)能控制系統(tǒng)，包括太陽能陣列和水泵組，水泵組包括 太陽能水泵組和市網(wǎng)水泵組，所述太陽能陣列與太陽能水泵組之間連接有太陽能通用變頻 器，市網(wǎng)水泵組用于市電輸入的電力輸入端連接有市網(wǎng)通用變頻器，所述系統(tǒng)還包括分別 與太陽能通用變頻器、市網(wǎng)通用變頻器雙向控制相連的最佳功率跟蹤控制器，所述最佳功 率跟蹤控制器包括微處理器和其輸入端連接的處理水壓信號的模擬量輸入模塊，所述微處 理器輸入端上設(shè)有與太陽能通用變頻器控制連接的用于獲得太陽能通用變頻器輸入電壓 和電流信號的通訊端口，模擬量輸入電路的輸入端連接有用于獲得系統(tǒng)出水壓力信號的壓 力傳感器。所述太陽能陣列與太陽能通用變頻器之間并聯(lián)一電容組。所述最佳功率跟蹤控制器包括與微處理器連接的控制電源。本實(shí)用新型的太陽能變頻輔助恒壓供水節(jié)能控制系統(tǒng)無需蓄電池組儲存電能，可 直接供給通用變頻器使用，提高太陽能的普及率，盡可能在陽光充足的情況下利用太陽能 節(jié)約市網(wǎng)用電，達(dá)到系統(tǒng)效率最優(yōu)化并保證了供水的壓力穩(wěn)定，能最大程度的節(jié)約電能，具 有高節(jié)能、無污染、全自動、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，且投資較低，適合于我國低碳經(jīng)濟(jì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì) 的發(fā)展方向，有利于我國建設(shè)節(jié)約型、環(huán)保型社會。另外，為使太陽能陣列的輸出電壓更加平穩(wěn)，本系統(tǒng)還在太陽能陣列與太陽能通 用變頻器之間并聯(lián)一電容組。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)原理圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)原理圖；圖3是太陽能通用變頻器電壓啟停滯環(huán)控制流程圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示為本實(shí)用新型太陽能變頻輔助恒壓供水節(jié)能控制系統(tǒng)實(shí)施例1的結(jié)構(gòu) 原理圖，該系統(tǒng)包括太陽能陣列1和水泵組3，水泵組3包括太陽能水泵組31和市網(wǎng)水泵 組32，所述太陽能陣列1和太陽能水泵組31之間連接有太陽能通用變頻器，太陽能通用變 頻器與最佳功率跟蹤控制器5雙向連接，最佳功率跟蹤控制器5以微處理器為核心，輸入 端與用于檢測太陽能陣列輸出電壓電流信號的直流電壓電流檢測系統(tǒng)、處理水壓信號的模 擬量輸入電路相連接，該控制器的輸入端還與控制電源相連接，其輸出端與連接了市電的 市網(wǎng)通用變頻器6雙向連通，市網(wǎng)變頻器的輸出端與包括市網(wǎng)主泵組和輔泵組的市網(wǎng)水泵 組32相連接，模擬量輸入電路的輸入端連接有用于獲得系統(tǒng)出水壓力信號的壓力傳感器， 直流電壓電流檢測系統(tǒng)包括直流電壓互感器和直流電流互感器。最佳功率跟蹤控制器5通 過壓力傳感器4實(shí)現(xiàn)對水泵組出口總管道水壓的實(shí)時(shí)檢測，通過直流電壓電流檢測系統(tǒng)的 電壓電流輸出信號和傳感器檢測的水壓情況來自動調(diào)節(jié)太陽能通用變頻器2輸出頻率以 達(dá)到最佳功率運(yùn)行點(diǎn)跟蹤的目的；太陽能陣列與太陽能通用變頻器之間還并聯(lián)有一電容組 7，用于緩沖太陽能陣列的電壓波動，平穩(wěn)電壓。如圖2所示為本實(shí)用新型太陽能變頻輔助恒壓供水節(jié)能控制系統(tǒng)實(shí)施例2的結(jié)構(gòu) 原理圖，實(shí)施例2與實(shí)施例1的區(qū)別在于本實(shí)施例不采用直流電壓電流檢測系統(tǒng)，而是通過在微處理器輸入端上設(shè)置與太陽能通用變頻器通訊端口，以同樣實(shí)現(xiàn)獲得太陽能通用變頻 器輸入電壓和電流信號的目的。本系統(tǒng)的兩個(gè)實(shí)施例中太陽能通用變頻器優(yōu)選西門子M440通用變頻器，最佳功 率跟蹤控制器，以下簡稱BTTP控制器，其微處理器采用S7—300CPU，配合觸摸屏動態(tài)畫面 流程、參數(shù)交互界面，實(shí)現(xiàn)了對太陽能電源、太陽能通用變頻器、水泵、市網(wǎng)通用變頻器的監(jiān) 測控制及泵組自動切換；水泵組采用交流鼠籠式三相交流異步電動機(jī)驅(qū)動時(shí)，太陽能通用 變頻器采用自帶直流母線電壓輸出端子的通用變頻器；太陽能水泵組也可以采用直流電機(jī) 驅(qū)動，則其直接采用太陽能輸出電壓直流電力驅(qū)動。本實(shí)用新型的工作過程及原理如下在光照強(qiáng)度良好，可以滿足系統(tǒng)用水的情況下，即太陽能陣列1所發(fā)出的電能完 全能滿足太陽能通用變頻器2、太陽能水泵組31的運(yùn)行要求，且壓力傳感器4顯示壓力穩(wěn)定 并達(dá)到設(shè)定壓力的情況下，BTTP控制器將控制系統(tǒng)完全運(yùn)行在光伏系統(tǒng)下。在光照強(qiáng)度良好，但不能滿足系統(tǒng)用水的情況下，即太陽能陣列1所發(fā)出的電能 完全能滿足太陽能通用變頻器2、太陽能水泵組31運(yùn)行要求，但壓力傳感器4顯示壓力達(dá)不 到設(shè)定壓力的情況下，BTTP控制器將控制系統(tǒng)充分利用太陽能，不足部分由市網(wǎng)用通用變 頻系統(tǒng)補(bǔ)充。在光照強(qiáng)度較弱，但可以滿足系統(tǒng)用水的情況下，即太陽能陣列1所發(fā)出的電能 完全能滿足太陽能通用變頻器2、太陽能水泵組31的運(yùn)行要求，且壓力傳感器4顯示壓力穩(wěn) 定并達(dá)到設(shè)定壓力的情況下，BTTP控制器將控制系統(tǒng)完全運(yùn)行在光伏系統(tǒng)下。在光照強(qiáng)度較弱，不能滿足系統(tǒng)用水的情況下，即太陽能陣列1所發(fā)出的電能完 全能滿足太陽能用通用變頻器2、水泵組31的運(yùn)行要求，但壓力傳感器4顯示壓力達(dá)不到設(shè) 定壓力的情況下，BTTP控制器將控制系統(tǒng)充分利用太陽能，不足部分由市網(wǎng)用通用變頻系 統(tǒng)補(bǔ)充。在光照強(qiáng)度低或無光照情況下，即太陽能陣列1所發(fā)出的電能不能滿足太陽能用 通用變頻器2、水泵組31的運(yùn)行要求，且壓力傳感器4顯示壓力達(dá)不到設(shè)定壓力的情況下， BTTP控制器將控制系統(tǒng)完全在市網(wǎng)用通用變頻系統(tǒng)下運(yùn)行。另外，由于本系統(tǒng)沒有應(yīng)用成本與維修費(fèi)用較高的蓄電池組，轉(zhuǎn)而采用大電容組， 故無法大量的儲存電能，且所采用的西門子M440通用變頻器具有如下工作特性若其直 流側(cè)電壓(即太陽能陣列的輸出電壓)低于420V，就會發(fā)出欠壓故障報(bào)警并停機(jī)，但如果 是在停機(jī)狀態(tài)下直流側(cè)電壓下降到420V則不會發(fā)出欠壓故障報(bào)警；若其直流側(cè)電壓高于 527V，就會發(fā)出過壓故障報(bào)警并停機(jī)。另一方面，在系統(tǒng)停機(jī)時(shí)陣列輸出電壓約等于開路 電壓，系統(tǒng)啟動后，陣列輸出電壓會下降，這可能造成變頻器啟動后，因陣列輸出電壓 降低而造成變頻器停機(jī)；變頻器停機(jī)后，又因陣列輸出電壓上升而使變頻器重新啟動。為 避免系統(tǒng)出現(xiàn)這種頻繁的起停振蕩以及變頻器發(fā)生欠壓故障報(bào)警，根據(jù)M440通用變頻器 的特性，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置了一個(gè)啟停電壓滯環(huán)，其控制流程如圖3所示，設(shè)定當(dāng)太陽能陣列直流 側(cè)電壓彡510V并保持1分鐘時(shí)(可根據(jù)光照等因素調(diào)節(jié)時(shí)間)，太陽能通用變頻器才能啟 動，太陽能系統(tǒng)運(yùn)行，系統(tǒng)改為太陽能系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行或與市網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行，當(dāng)直流側(cè)電壓 ^ 450V并保持1分鐘時(shí)(可根據(jù)光照等因素調(diào)節(jié)時(shí)間)，太陽能通用變頻器才能停機(jī)。太陽 能系統(tǒng)停止運(yùn)行的同時(shí)系統(tǒng)改為市網(wǎng)供電運(yùn)行，停機(jī)后必須等太陽能陣列直流側(cè)電壓上升到510V后才能使太陽能通用變頻器再次啟動。 本實(shí)用新型將太陽能用于建筑變頻恒壓供水系統(tǒng)有著一定的技術(shù)優(yōu)勢(1)太陽 能電源系統(tǒng)無需蓄電池組儲存電能，并可直接供給通用變頻器使用；(2)目前太陽能電源 并網(wǎng)技術(shù)還未得到普及，其技術(shù)裝備要求較高，而將太陽能發(fā)電用于通用變頻器實(shí)現(xiàn)恒壓 供水系統(tǒng)，投資較低；(3)建筑屋頂大都有條件安裝太陽能電池陣列，并可得到較好的太陽 能輻射能量。因此，本實(shí)用新型的發(fā)明對當(dāng)前我國建設(shè)節(jié)約型、環(huán)保型社會，積極發(fā)展低碳 經(jīng)濟(jì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)具有良好的促進(jìn)作用。
權(quán)利要求一種太陽能變頻輔助恒壓供水節(jié)能控制系統(tǒng)，包括太陽能陣列和水泵組，其特征在于水泵組包括太陽能水泵組和市網(wǎng)水泵組，所述太陽能陣列與太陽能水泵組之間連接有太陽能通用變頻器，市網(wǎng)水泵組用于市電輸入的電力輸入端連接有市網(wǎng)通用變頻器，所述系統(tǒng)還包括分別與太陽能通用變頻器、市網(wǎng)通用變頻器雙向控制相連的最佳功率跟蹤控制器，所述最佳功率跟蹤控制器包括微處理器、用于檢測太陽能陣列輸出電壓電流信號的直流電壓電流檢測系統(tǒng)、處理水壓信號的模擬量輸入電路，直流電壓電流檢測系統(tǒng)、模擬量輸入電路的輸出端與微處理器相連，模擬量輸入電路的輸入端連接有用于獲得系統(tǒng)出水壓力信號的壓力傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能變頻輔助恒壓供水節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于所述 太陽能陣列與太陽能通用變頻器之間并聯(lián)一電容組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽能變頻輔助恒壓供水節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于 所述直流電壓電流檢測系統(tǒng)包括直流電壓互感器和直流電流互感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能變頻輔助恒壓供水節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于所述 最佳功率跟蹤控制器包括與微處理器連接的控制電源。
5.一種太陽能變頻輔助恒壓供水節(jié)能控制系統(tǒng)，包括太陽能陣列和水泵組，其特征在 于水泵組包括太陽能水泵組和市網(wǎng)水泵組，所述太陽能陣列與太陽能水泵組之間連接有 太陽能通用變頻器，市網(wǎng)水泵組用于市電輸入的電力輸入端連接有市網(wǎng)通用變頻器，所述 系統(tǒng)還包括分別與太陽能通用變頻器、市網(wǎng)通用變頻器雙向控制相連的最佳功率跟蹤控制 器，所述最佳功率跟蹤控制器包括微處理器和其輸入端連接的處理水壓信號的模擬量輸入 模塊，所述微處理器輸入端上設(shè)有與太陽能通用變頻器控制連接的用于獲得太陽能通用變 頻器輸入電壓和電流信號的通訊端口，模擬量輸入電路的輸入端連接有用于獲得系統(tǒng)出水 壓力信號的壓力傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能變頻輔助恒壓供水節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于所述 太陽能陣列與太陽能通用變頻器之間并聯(lián)一電容組。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的太陽能變頻輔助恒壓供水節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于 所述最佳功率跟蹤控制器包括與微處理器連接的控制電源。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種太陽能變頻輔助恒壓供水節(jié)能控制系統(tǒng)，包括太陽能陣列和水泵組，太陽能陣列與水泵組之間連接有太陽能通用變頻器，市網(wǎng)水泵組用于市電輸入的電力輸入端連接有市網(wǎng)通用變頻器，系統(tǒng)還包括最佳功率跟蹤控制器，最佳功率跟蹤控制器包括微處理器和模擬量輸入電路，模擬量輸入電路的輸入端連接有壓力傳感器，系統(tǒng)還通過直流電壓、電流互感器或微處理器與太陽能通用變頻器通訊獲取太陽能陣列的輸出電壓、電流。本實(shí)用新型無需蓄電池組儲存電能，可直接供給通用變頻器使用，達(dá)到系統(tǒng)效率最優(yōu)化并保證了供水的壓力穩(wěn)定，能最大程度的節(jié)約電能，具有高節(jié)能、無污染、全自動、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，且投資較低。
文檔編號E03B5/00GK201713861SQ201020181159
公開日2011年1月19日 申請日期2010年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月6日
發(fā)明者常紅星, 李永剛, 李紅譜 申請人:漯河恒義達(dá)電氣設(shè)備有限公司