基于PLC控制的光伏水泵群控系统

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1、●光伏发电系统及光伏工程．559．基于PLC控制的光伏水泵群控系统，王茹晖余世杰何慧若中山大学电力电子及控制技术研究所广东珠海519082【摘要】为了降低多台光伏水泵系统的单台启动阈值，并充分有效利用晨、晚的阳光能量以实现提高全系统的日扬水量，本文发展了多台光伏水泵的群控技术，着重研究了基于PLC控制的水泵群控系统，探讨了以日扬水最大为目标函数的群控系统优化控制策略，在同样阵列容量及日照条件下明显提高了系统日扬水量。全系统实现了无人值守，提高了效率及经济效益。最后本文对该种系统的优缺点及商业应用作

2、了评估和展望。【关键字】光伏水泵系统群控PLCAGroupControlofPVWaterPumpingSystembasedonPLCControl0引言WangRuhuiYuShijieHeHuiruoSunYat-senUniversity，519082Zhuhm在大规模光伏水泵提水工程中，离心泵仍占有较大份额，但是由于许多场合提水高度都在，数十米以上，光伏水泵的。扬水阈值。使该台大型水泵即使处于全晴天气，都要在大概上午8：00以后才开始出水，下午往往不到5：00就停止出水，不能充分利用有效

3、日照，徒然浪费可观的能量。如果采用多机集中群控技术，采用多台容量较小的光伏水泵实现多机联动，由集中群控系统发出统一指令，则可以做到，即使是在较低的日照强度下，接受的是一个大容量光伏阵列的能量，’可以足够使多台机器中的某一台率先启动扬水，以后随着日照不断增强，由集中控制系统判别，当满足第二台水泵投运条件时，立即发出指令启动第二台i依此类推。在日照满足多台水泵全部开动的条件时，集中控制系统指令机群全部投入运行。如果简单地把一台大功率，光伏水泵代以多台分别由各自阵列单独供电的功率较小的水泵，是不可能实现

4、扬水最大化目的的，此时仍然可以出现晨间没有一台光伏水泵出水，傍晚诸机全停的情况，原因很明白，就是因为它们接受的仅是各自小光伏阵列的能量，在日照较低时，仍然有。扬水阈值’过高的问题。这里存在系统优化配置的命题，大功率水泵的整机效率一般较之小容量水泵的效率为高，。化大为小。的结果是有利还是不利，必须通过以“吨水价格最低。为目标函数进行优化计算。国内外关于系统群控优化运行的分析，其意均在进一步提高规模化光伏提水工程的全系统效率。光伏水泵群控系统是一个多目标控制系统，由于目标的多样性和水泵系统本身所固有的

5、‘．560·中国太阳能光伏进展非线性，很难用确定的数学模型来解决。传统的太阳能水泵群控系统，往往把多台(两台以上)水泵并联在太阳电池阵列输出端，通过单片机编程以实现群控，基本上能够实现在一台水泵工作后，其他水泵实现自动启动。但是实践中往往出现当第二台水泵启动时立即影响到第一台水泵的工况，．把已经工作在额定状态的第一台水泵功率下拉，明显影响了系统效率。基于PLC控制的水泵群控系统能明显改善功率下拉问题。它主要采用PLC的PID闭环控制实现后续泵的软启动，即在保证第一台水泵额定运行的情况下，把多余的能

6、量用于第二台，按余额使用，不影响第一台水泵的工作状态，在同样阵列容量及日照条件下明显提高了系统的日扬水量，接近了光伏水泵群控系统以。日扬水量最大”为目标函数的优化运行理论值【l】。1PLC控制光伏水泵群控系统构成本文讨论如图1所示的系统。多台光伏水泵并联在同一个光伏阵列下，每台水泵均由PLC控制器集中控制。PLC控制器与各水泵控制器的控制联结由现场总线完成，PLC控制器可以通过现场总线采集各控制器的运行参数，如阵列电压、阵列电流、驱动电机转速等，经过PLC控制器对所采集的各分散系统运行数据进行分析

7、和优化计算，确定下一步的控制策略，并将控制命令由现场总线送达各水泵控制器，水泵控制器按指令运行，使全系统运行于最佳工况，获得最大流量。每台光伏水泵控制器接受从PLC产生的o～5V图1系统控制框图模拟信号以调节光伏水泵驱动电机工作电压的占空比，从而实现电机调速。系统的优化控制由PLC控制器完成，水泵控制器根据PLC控制器指令独立实现电压的闭环跟踪，PLC控制器的主要功能是实现阵列最大功率点相应电压的搜索、跟踪与控制。光伏阵列获得的太阳能随日照而变，简而言之，系统要做到能量多则电机加速运行，能量少则。

8、量力”减速慢行，为不致波及整个系统，后启动的电机应采用软启动方式以减小启动电流。本系统中各光伏水泵的电压跟踪(CVT)的指令值不能相同，显然CVT指令电压小的水泵率先启动运行，随着日照强度的增加，阵列发电能力超过该子站机泵最大功率输出时，CVT电压环饱和，阵列电压将超过该指令电压，待其达到第二台水泵CVT指令电压时，该第二台水泵启动并进入本泵自己的CVT电压闭环。此时，第一台水泵仍运行于最高转速。按此，将顺序启动系统中后续的各台水泵，直至全部光伏水泵投入运行。在日照强度减少时，按同