多泵并联光伏扬水系统的控制方法、逆变器及光伏扬水系统与流程

1.本发明涉及光伏扬水技术领域，尤其涉及一种多泵并联光伏扬水系统的控制方法、逆变器及光伏扬水系统。


背景技术：

2.近年来，光伏扬水系统得到了越来越广泛的研究与应用。通常，光伏扬水系统包括光伏阵列、一台专用逆变器以及单个水泵，专用逆变器会根据光伏阵列入射太阳辐照度的变化，对单台水泵实施调速控制，实现最大功率点跟踪(maximum power point tracking:mppt)。系统设计兼顾不同季节和天气条件下的日均有效运行时间、光伏阵列发电效率以及水泵扬水效率等性能指标，对水泵扬程及光伏阵列峰值功率的配置均保留了适当的冗余系数，以保证良好的综合运行效率。但是，受离心泵特性的影响，在强光照和弱光照条件下系统的运行效率仍未达到理想状态，在强光照条件下，水泵已达到额定功率，系统冗余设计部分的光伏能源无法利用，而在弱光照条件下，离心水泵运行在较低转速，效率低下，甚至无法达到出水扬程，空耗能源。
3.基于此，人们提出了一种多泵并联的光伏扬水系统，即光伏扬水系统包括一套光伏阵列、多套并联设置的光伏水泵，在运行过程中根据太阳辐照度的变化切换运行水泵的台数。一方面，可以保证弱光照时水泵以较高转速运行，降低高扬程水泵提水的最低功率限制，提高光伏发电利用效率，另一方面，通过优化水泵选型和光伏阵列配置，减小水泵额定运行时的速度水头损失，可以提高强光照时的光伏发电利用效率。
4.在实现时，多套光伏水泵中会包含一台主机、多台从机，光伏水泵主机获取光伏阵列阵列输出功率，根据光照增强或减弱情况向从机给出启动或关停指令，并实时快速更新运行频率指令，达到频率同步调节效果，实现光伏最大功率跟踪。然而，系统要求通讯速度快且稳定可靠，由于通讯造成的延迟，易对最大功率跟踪效果造成影响，导致系统效率降低，运行频率震荡甚至系统崩溃。


技术实现要素：

5.有鉴于此，有必要提供一种多泵并联光伏扬水系统的控制方法，以解决现有的光伏扬水系统主机控制从机启动或关停、并调节从机运行频率时，对主从机通信系统要求较高，通信系统波动时容易影响最大功率跟踪效果、导致系统效率降低、运行频率震荡甚至系统崩溃的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明一实施例提供了一种多泵并联光伏扬水系统的控制方法，包括以下步骤：
7.主机逆变器上电运行时，通过最大功率跟踪模式调节主机水泵运行频率；
8.当主机水泵运行频率大于或等于第一预设频率时，向其中一台从机逆变器发送携带有从机运行频率目标值的运行指令以控制对应的所述从机水泵启动，且所述主机逆变器切换至常压法控制模式；
9.当主机水泵和从机水泵运行频率小于或等于第二预设频率时，向运行中的其中一台所述从机逆变器发送停止指令，并向运行中的剩余从机逆变器发送携带有从机运行频率目标值的指令以控制调节对应从机水泵的运行频率，且所述主机逆变器切换至常压法控制模式；
10.当所述从机水泵运行频率达到所述从机运行频率目标值时，所述主机逆变器由所述常压法控制模式切换至所述最大功率跟踪模式，并同步调节所述从机水泵的运行频率。
11.可选的，当主机水泵运行频率大于或等于第一预设频率时，所述主机逆变器执行所述向其中一台从机逆变器发送携带有从机运行频率目标值的运行指令的步骤；
12.当主机水泵和从机水泵运行频率小于或等于第二预设频率时，所述主机逆变器执行所述向运行中的其中一台所述从机逆变器发送停止指令，并向运行中的剩余从机逆变器发送携带有从机运行频率目标值的指令的步骤。
13.可选的，所述多泵并联光伏扬水系统还包括监控器，所述监控器与所述主机逆变器和所述从机逆变器连接；
14.当主机水泵运行频率大于或等于第一预设频率时，所述监控器执行所述向其中一台从机逆变器发送携带有从机运行频率目标值的运行指令的步骤，且所述监控器控制所述主机逆变器切换至常压法控制模式；
15.当主机水泵和从机水泵运行频率小于或等于第二预设频率时，所述监控器执行所述向运行中的其中一台所述从机逆变器发送停止指令，并向运行中的剩余从机逆变器发送携带有从机运行频率目标值的指令的步骤，且所述监控器控制所述主机逆变器切换至常压法控制模式。
16.可选的，所述监控器还用于根据所述至少两套并联的光伏水泵中各套光伏水泵的运行时间确定其中一光伏水泵作为光伏水泵主机，以实现各套所述光伏水泵的运行时间均衡。
17.可选的，所述同步调节所述从机水泵的运行频率具体为：
18.采用频率延时同步机制调节所述从机水泵的运行频率。
19.可选的，采用频率延时同步机制调节所述从机水泵的运行频率包括以下步骤：
20.获取当前主机水泵运行频率和从机水泵运行频率；
21.当所述主机水泵运行频率小于额定频率且与所述从机水泵运行频率之差大于设定滞环频率值时，计算从机运行频率更新值并调节所述从机水泵的运行频率至所述从机运行频率更新值，所述从机运行频率更新值的计算方法为：
22.f
s’＝sqrt3((n*f
st3
f
mt3
)/(n 1)) if(|f
mt
‑
f
st
|≥f
band
) (n≥1)
23.当所述主机水泵运行频率达到所述额定频率时，定时累加预设分量值δf来计算所述从机运行频率更新值，并调节所述从机水泵的运行频率至所述从机运行频率更新值，所述从机运行频率更新值的计算方法为：
24.f
s’＝f
st
δf if(f
mt
＝f0，(f
mt
‑
f
st
)<f
band
)
25.其中，f0为所述主机水泵的额定频率，f
s’为从机运行频率更新值，f
mt
为当前的主机水泵运行频率，f
st
为当前的从机水泵运行频率，n为当前运行的从机水泵的数量，f
band
为所述设定滞环频率值。
26.可选的，当启动一台从机水泵时，所述从机运行频率目标值的计算方法为：
27.f
s
＝sqrt3((n 1)/(n 2))f028.当关停一台所述从机水泵时，所述从机运行频率目标值的计算方法为：
29.f
s
＝sqrt3((n*f
st3
f
mt3
)/n)
30.其中n为当前运行的从机水泵的数量，f0为主机水泵的额定频率，f
mt
为当前的主机水泵运行频率，f
st
为当前的从机水泵运行频率，f
s
为从机运行频率目标值。
31.8.一种逆变器，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器中储存有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器实现如权利要求1至7任一项所述的多泵并联光伏扬水系统的控制方法。
32.9.一种多泵并联光伏扬水系统，其特征在于，包括光伏阵列以及至少两套并联的光伏水泵，其中一所述光伏水泵为光伏水泵主机，剩余的所述光伏水泵为光伏水泵从机，所述光伏水泵主机包括主机逆变器和主机水泵，所述光伏水泵从机包括从机逆变器和从机水泵，所述主机逆变器为权利要求8所述的逆变器。
33.本发明的另一实施例提供了一种逆变器，包括存储器及处理器，所述存储器中储存有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器实现如上所述的多泵并联光伏扬水系统的控制方法。
34.本发明的又一实施例提供了一种多泵并联光伏扬水系统，包括光伏阵列以及至少两套并联的光伏水泵，其中一所述光伏水泵为光伏水泵主机，剩余的所述光伏水泵为光伏水泵从机，所述光伏水泵主机包括主机逆变器和主机水泵，所述光伏水泵从机包括从机逆变器和从机水泵，所述主机逆变器为如上所述的逆变器。
35.本发明的又一实施例提供了一种多泵并联光伏扬水系统，包括光伏阵列、至少两套并联的光伏水泵以及监控器，其中一所述光伏水泵为光伏水泵主机，剩余的所述光伏水泵为光伏水泵从机，所述光伏水泵主机包括主机逆变器和主机水泵，所述光伏水泵从机包括从机逆变器和从机水泵，所述监控器与所述主机逆变器和所述从机逆变器连接，所述监控器为如上所述的监控器。
36.与现有技术相比，本发明实施例提出的多泵并联光伏扬水系统的控制方法，在根据光照情况启动或关停从机的过程中，当从机运行频率调节时主机逆变器工作于常压法控制模式，而在从机处于恒定频率工作的情况下主机逆变器采用最大功率跟踪模式，此时从机水泵可视为恒定负载，主机逆变器检测到的输入功率变化情况可以体现整个光伏扬水系统的光伏阵列输入功率变化情况，而无需通过实时通讯获取所有从机状态参数后计算，提高了光伏扬水系统最大功率跟踪的实时性和精确度，且大大降低了对主从机通信系统实时通讯速率的要求，采用简单低廉易于实现的通讯方式即可满足应用需求，在很大程度上缓解了通讯速率波动时对最大功率跟踪效果、系统效率的影响。
附图说明
37.图1为现有技术中多泵并联光伏扬水系统的结构示意图。
38.图2为本发明一实施例中多泵并联光伏扬水系统的控制方法的流程图。
39.图3为本发明另一实施例中多泵并联光伏扬水系统的控制方法的流程图。
40.图4为本发明实施例中常压法控制模式的工作原理。
41.图5a为光伏扬水系统在多云天气条件下的光伏模拟功率曲线。
42.图5b为输出功率的实测曲线。
43.图5c为水泵流量的实测曲线。
44.图6为三泵系统和单泵系统运行时的提水效果对比测试图。
45.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
46.应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
47.请参考图1，图1为现有的多泵并联光伏扬水系统的系统框图，可以看出，多泵并联光伏扬水系统包括一套光伏阵列10以及多组并联设置的光伏水泵20。其中，每一组光伏水泵20包括一逆变器201和对应的一水泵202。在光伏扬水系统工作时，多组光伏水泵20中的其中一组作为光伏水泵主机，其他组作为光伏水泵从机，光伏水泵主机与光伏水泵从机之间可以互相通讯，从机的启、停以及运行频率等指令均由主机给出。为了便于后面描述，以下将光伏水泵主机中的逆变器记为主机逆变器、水泵记为主机水泵，将光伏水泵从机中的逆变器记为从机逆变器、水泵记为从机水泵。其中光伏水泵20的数量可以为2个、3个、4个或更多个。
48.基于图1所示多泵并联的光伏扬水系统，本发明实施例提供了一种多泵并联光伏扬水系统的控制方法，用以解决现有的多泵并联光伏扬水系统中主机控制从机启动或关停、并调节从机运行频率时，对主从机通信系统要求较高，通信系统波动时容易影响最大功率跟踪效果、导致系统效率降低、运行频率震荡甚至系统崩溃的技术问题。
49.实施例1
50.请参考图2，本实施例提供了一种多泵并联光伏扬水系统的控制方法，包括以下步骤：
51.步骤s101，主机逆变器上电运行时，通过最大功率跟踪模式调节主机水泵运行频率。
52.主机逆变器上电运行后，首先进入最大功率跟踪模式，在最大功率跟踪模式下，检测光伏阵列输入至主机逆变器的输入功率，并根据输入功率的变化情况调节主机水泵的运行频率，实现最大功率跟踪。其中，最大功率跟踪技术已经成熟，本实施例不对其进行限制。
53.步骤s102，当主机水泵运行频率增大到大于或等于第一预设频率时，向其中一台从机逆变器发送携带有从机运行频率目标值的运行指令以控制对应的从机水泵启动，且主机逆变器切换至常压法控制模式。
54.在光伏扬水系统的工作过程中，若光照逐渐增强，当增强到一定程度，可以增加一台从机水泵时，向未处于工作状态的其中一台从机逆变器发送运行指令，运行指令中携带有从机运行频率目标值，从机逆变器接收到运行指令后启动从机水泵，并根据接收到的从机运行频率目标值调节从机水泵的运行频率。
55.具体的，本实施例中光照增强到一定程度满足增加一台从机水泵运行的条件是：主机水泵运行频率增大到第一预设频率，优选的，第一预设频率为主机水泵的额定频率f0，如此设置是由于水泵在额定频率f0下运行时，提水效率相对较高，将运行水泵达到额定频率f0设置为下一台从机的启动条件时可以获得最佳的系统提水效率。当然，在其他实施例中，也可以将增加运行从机的启动条件，即第一预设频率设定为非额定的频率点，此时在所
有从机按照流程依次启动完毕后，由主机逆变器继续执行最大功率跟踪算法，逐步将所有从机频率提升至额定频率。
56.其中，从机运行频率目标值f
s
的计算原则为：当前光伏阵列的输入功率可支持增泵动作后的所有运行水泵按照该计算频率同速运行，也即增加一台从机运行后，光伏扬水系统中运行的所有水泵(包括运行状态中的主机水泵和所有从机水泵)在以该从机运行频率目标值f
s
同速运行时的总功率不大于光伏阵列当前的输入功率。具体的，根据离心水泵功率与频率的三次方线性相关的理论关系，推导得到从机运行频率目标值f
s
的计算公式如式1所示：
57.f
s
＝sqrt3((n 1)/(n 2))f0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式1
58.其中，n为光伏扬水系统中当前运行的从机水泵的数量，f0为主机水泵的额定频率。
59.步骤s103，当主机水泵和从机水泵运行频率小于或等于第二预设频率时，向运行中的其中一台从机逆变器发送停止指令，并向运行中的剩余从机逆变器发送携带有从机运行频率目标值的指令以调节对应从机水泵的运行频率，且主机逆变器切换至常压法控制模式。
60.在光伏扬水系统的工作过程中，若光照逐渐减弱，当减弱到一定程度，需要关闭一台从机水泵时，向运行中的其中一个从机逆变器发送停止指令，并向运行中的剩余从机逆变器发送携带有从机运行频率目标值的指令，接收到停止指令的从机逆变器会控制对应的从机水泵停止工作，而运行中的其他从机逆变器将根据接收到的从机运行频率目标值重新调节从机水泵的运行频率。
61.具体的，本实施例中光照减弱到一定程度满足关闭一台从机水泵的条件是：光伏扬水系统中运行的水泵(包括主机水泵和从机水泵)的运行频率减小到小于或等于第二预设频率，此处第二预设频率为用户设定的最低有效出水频率f
min
，其中现场安装调试时，最低有效出水频率f
min
是影响系统效率的主要因素之一，其可以通过简单的试运行获得，无需高深的专业知识，系统调试简单，易于实现。
62.其中，从机运行频率目标值f
s
的计算原则为：当前光伏阵列的输入功率可支持减泵动作后的所有运行水泵按照该计算频率同速运行，也即关闭一台运行的从机后，光伏扬水系统中运行的所有水泵(包括运行状态中的主机水泵和所有从机水泵)在以该从机运行频率目标值同速运行时的总功率不大于光伏阵列当前的输入功率。具体的，根据离心水泵功率与频率的三次方线性相关的理论关系，推导得到从机运行频率目标值f
s
的计算公式如式2所示：
63.f
s
＝sqrt3((n*f
st3
f
mt3
)/n)，其中n≥1
ꢀꢀꢀꢀ
式2
64.其中n为光伏扬水系统中当前运行的从机水泵的数量，f
mt
为当前的主机水泵运行频率，f
st
为当前的从机水泵运行频率。
65.步骤s102以及步骤s103中，当从机水泵运行频率处于调节状态时，主机逆变器工作于常压法控制模式。具体的，请参考图4，主机逆变器工作于常压法控制模式时，执行以下步骤：(1)主机逆变器检测光伏阵列的实际输入电压v
pv
；(2)计算实际输入电压v
pv
与目标电压v
mpp
的误差，并通过pi调节器调节主机水泵的运行频率以使光伏阵列的实际输入电压v
pv
达到目标电压v
mpp
，其中该目标电压v
mpp
为主机水泵运行频率为第一预设频率或第二预设频
率时，记录的光伏阵列的输入电压，从而通过调节系统负载功率p
load
，调节光伏阵列的工作点(工作电压点v
pv
，功率点p
pv
)，实现对光伏阵列输入电压的恒定控制。
66.以步骤s102为例，当随着光照增强需要启动一台新的从机水泵时，主机逆变器工作于常压法控制模式中的目标电压为主机水泵运行频率达到第一预设频率时、光伏阵列的输入电压。同理，对于步骤s103，当随着光照减弱需要停止一台从机水泵时，主机逆变器工作于常压法控制模式中的目标电压为主机水泵运行频率达到第二预设频率时、光伏阵列的输入电压。通过将主机逆变器切换至常压法控制模式，并设置目标电压，可以确保从机启动或停止过程中光伏阵列工作点保持不变，若在该过程中光照条件未发生变化，从机水泵达到上述从机运行频率时，理论上主机水泵的运行频率在常压控制调节下也应达到相同的运行频率。
67.步骤s104，当从机水泵达到从机运行频率目标值时，主机逆变器由常压法控制模式切换至最大功率跟踪模式，并根据光照情况同步调节从机水泵的运行频率。
68.具体的，当从机水泵达到主机逆变器发送的从机运行频率目标值以后，在该频率持续运行，此时从机水泵可视为恒定负载，主机逆变器检测到的光伏阵列输入功率变化情况可以体现整个光伏扬水系统的光伏输入功率变化情况，此时主机逆变器退出常压法控制模式，重新切换至最大功率跟踪模式，并根据光照情况同步调节从机水泵的运行频率。
69.在一些实施例中，主机逆变器采用频率延时同步机制带动从机逆变器调节从机水泵的运行频率。其原理如下：
70.当主机逆变器运行频率f
mt
与从机运行频率f
st
差距大于设定滞环频率值f
band
时，需要对当前的从机运行频率进行调节，使其调节到从机运行频率更新值f
s’，其中从机运行频率更新值f
s’的计算公式如式3所示，且在该过程中若主机逆变器运行频率f
mt
达到其额定频率f0，则如式4所示，定时累加一个分量值δf来调节从机运行频率，直至从机运行频率也达到额定频率f0。现场安装调试时，滞环频率值f
band
是影响系统效率的另一主要因素，其可以通过简单的试运行获得，然后预设在系统中，系统调试简单，易于实现。
71.f
s’＝sqrt3((n*f
st3
f
mt3
)/(n 1)) if(|f
mt
‑
f
st
|≥f
band
) (n≥1)
ꢀꢀꢀ
式3
72.f
s’＝f
st
δf if(f
mt
＝f0，(f
mt
‑
f
st
)<f
band
)
ꢀꢀꢀ
式4
73.其中，n为光伏扬水系统中运行的从机水泵的数量。
74.通过设置光伏水泵主机和从机采用频率延时同步机制，在局部时间段内，从机维持定频运行，由主机进行光伏最大功率跟踪控制，当主从机频率差异达到一定阈值后才对从机频率进行调节，降低了系统对实时通讯的速率和可靠性要求，从机运行频率相对稳定，提高了从机水泵的寿命，增强了系统稳定性和可靠性。另外，主从机运行频率差异不大，虽有延时但基本同步，因此也能够达到多泵系统各水泵同速运行，提高系统效率的效果。同样的，在从机调节运行频率时，主机也要进入常压法控制模式，直至从机运行频率达到上述从机运行频率更新值f
s’，主机再退出常压法控制模式，进入最大功率跟踪模式。
75.在光照增强的过程中，若主机和从机运行频率均上升到额定频率f0，此时满足增加1台从机水泵运行的条件，重复s102步骤s104，即可逐步将所有从机启动并运行至额定频率f0。在光照持续减弱的过程中，若主机和从机运行频率均降低到小于或等于第二预设频率，此时满足减少1台从机水泵运行的条件，重复步骤s103和步骤s104，直至所有从机水泵均关闭，主机在最大功率跟踪算法控制下，运行频率降低到第二预设频率后，停机保护，并
延时重启，避免无效工作，延长水泵的寿命。
76.与现有技术相比，本发明多泵并联光伏扬水系统的控制方法，在根据光照情况启动或关停从机的过程中，当从机运行频率调节时主机工作于常压法控制模式，而在从机处于恒定频率工作的情况下主机采用最大功率跟踪模式，此时从机水泵可视为恒定负载，主机逆变器检测到的输入功率变化情况可以体现整个光伏扬水系统的光伏阵列输入功率变化情况，而无需通过实时通讯获取所有从机状态参数后计算，提高了光伏扬水系统最大功率跟踪的实时性和精确度，且大大降低了对主从机通信系统实时通讯速率的要求，采用简单低廉易于实现的通讯方式即可满足应用需求，在很大程度上缓解了通讯速率波动时对最大功率跟踪效果、系统效率的影响。
77.需要说明的是，图2所示实施例中，光伏水泵从机的启动、关闭、从机运行频率目标值、从机运行频率更新值的计算，既可以由主机逆变器执行，也可以由额外的监控器执行。
78.当由主机逆变器执行上述过程时，主机和从机相互通讯，在主机水泵运行频率大于或等于第一预设频率时，主机逆变器计算从机运行频率目标值，并向其中一台从机逆变器发送携带有从机运行频率目标值的运行指令；同理，当主机水泵和从机水泵运行频率小于或等于第二预设频率时，主机逆变器计算从机运行频率目标值，并向运行中的其中一台从机逆变器发送停止指令，向运行中的剩余从机逆变器发送携带有从机运行频率目标值的指令。此外，在采用频率延时同步机制进行同步时，也是由主机逆变器计算从机运行频率更新值f
s’并发送给从机逆变器。
79.当由额外的监控器执行上述过程时，该监控器与主机逆变器和从机逆变器连接，主机逆变器和从机逆变器上传自身的运行频率信息至监控器，监控器控制主机逆变器的工作模式切换，并控制从机启动或关闭，以及调节运行频率。具体的，当主机水泵运行频率大于或等于第一预设频率时，监控器计算从机运行频率目标值并向其中一台从机逆变器发送携带有从机运行频率目标值的运行指令，且监控器控制主机逆变器切换至常压法控制模式；同理，当主机水泵和从机水泵运行频率小于或等于第二预设频率时，监控器计算从机运行频率目标值，并向运行中的其中一台从机逆变器发送停止指令，向运行中的剩余从机逆变器发送携带有从机运行频率目标值的指令，且监控器控制主机逆变器切换至常压法控制模式。
80.实施例2
81.请参考图3，本实施例提供了一种多泵并联光伏扬水系统的控制方法，该控制方法描述了光伏扬水系统启动后，随着光照不断增强、不断减弱的变化情况，由一台主机运行、到逐渐启动多台从机，再到逐渐关闭多台从机、关闭主机的整个过程，且本实施例中由主机控制从机的启动、关闭以及运行频率的调节，其包括以下步骤：
82.步骤s201，主机逆变器上电运行，通过最大功率跟踪模式调节主机水泵运行频率。
83.步骤s202，判断主机水泵运行频率是否大于或等于额定频率，若判断结果为是，则执行步骤s203，若判断结果为否，则执行步骤s208。
84.本实施例中，随着光照增强，新启动一台从机水泵的条件为：主机水泵运行频率达到额定频率f0，即此时第一预设频率为额定频率f0。
85.步骤s203，主机逆变器记录光伏阵列当前的输入电压，计算从机运行频率目标值，向其中一台从机逆变器发送携带有从机运行频率目标值的运行指令，并切换至常压法控制
模式。
86.其中，从机运行频率目标值f
s
的计算公式如实施例1中式1所示：
87.f
s
＝sqrt3((n 1)/(n 2))f0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式1
88.其中n为光伏扬水系统中当前运行的从机水泵的数量。
89.从机水泵启动后至频率逐渐升至从机运行频率目标值f
s
的过程中，由于从机水泵的频率是变化的，因此主机逆变器根据本机检测到的光伏输入功率变化情况不能体现整个光伏扬水系统光伏输入功率的变化情况，因此不可进行最大功率跟踪算法。此时，主机逆变器由最大功率跟踪模式切换至常压法控制模式。而主机逆变器记录光伏阵列当前的输入电压v
mpp
，并将其作为常压法控制模式中的目标电压，是为了确保主机逆变器在从机启动过程中的光伏阵列工作点保持不变，若在该过程中光照条件未发生变化，从机水泵达到从机运行频率后，理论上主机运行频率在常压法控制调节下也应达到相同运行频率。
90.步骤s204，从机逆变器启动并调节运行频率至从机运行频率目标值。
91.步骤s205，当从机水泵调节至该从机运行频率目标值并维持频率不变时，主机逆变器切换至最大功率跟踪模式，并通过频率延时同步机制带动从机逆变器调节从机水泵的运行频率。
92.即当从机水泵达到上述从机运行频率目标值f
s
并以该频率f
s
持续运行时，此时从机水泵可视为恒定负载，主机逆变器检测到的光伏输入功率变化情况可以体现系统光伏输入功率变化情况，因此主机逆变器退出常压法控制模式，进入最大功率跟踪模式，并通过频率延时同步机制带动从机跟随日照变化调节运行频率。至此，实现了增加一台从机水泵运行，且主机和从机保持运行频率同步，之后随着光照强度增强，继续检测运行中的主机水泵和从机水泵运行频率是否大于或等于额定频率，来控制其他从机水泵的启动直至所有从机水泵均已启动。需要说明的是，在通过频率延时同步机制调节从机运行频率的过程中，若从机运行频率是变化的，则主机逆变器工作于常压法控制模式，若从机运行频率是固定的，则主机逆变器工作于最大功率跟踪模式。
93.步骤s206，检测并判断主机水泵和从机水泵运行频率是否大于或等于额定频率，若判断结果为是，执行步骤s207，若判断结果为否，执行步骤s210。
94.步骤s207，判断是否所有从机均已运行，若判断结果为是，则执行步骤s205，反之返回步骤s203。
95.步骤s208，判断主机水泵运行频率是否小于或等于最低有效出水频率，若判断结果为是，则执行步骤s209，若判断结果为否，继续执行步骤s201。
96.本实施例中，随着光照减弱，关闭一台从机水泵的条件为：主机水泵运行频率低至最低有效出水频率f
min
，即此时第二预设频率为最低有效出水频率f
min
。当主机运行频率降低到最低有效出水频率f
min
后，停机保护，并延时重启，避免无效工作，延长水泵的寿命。
97.步骤s209，关闭主机水泵，并延时重启。
98.步骤s210，判断主机水泵和从机水泵运行频率是否小于或等于最低有效出水频率，若判断结果为是，则执行步骤s211，若判断结果为否，继续执行步骤s205。
99.步骤s211，向运行中的其中一台从机逆变器发送停止指令，并向运行中的剩余从机逆变器发送携带有从机运行频率目标值的指令，且主机逆变器切换至常压法控制模式，从机逆变器调节从机水泵达到从机运行频率目标值。
100.步骤s211中从机运行频率目标值f
s
的计算原则为：当前光伏阵列的输入功率可支持减泵动作后的所有运行水泵按照该计算频率同速运行，也即关闭一台运行的从机后，光伏扬水系统中运行的所有水泵(包括运行状态中的主机水泵和所有从机水泵)在以该从机运行频率目标值f
s
同速运行时的总功率不大于光伏阵列当前的输入功率。具体的，从机运行频率目标值f
s’的计算公式如实施例1中式2所示：
101.f
s
＝sqrt3((n*f
st3
f
mt3
)/n)，其中n≥1
ꢀꢀꢀꢀꢀ
式2
102.其中n为光伏扬水系统中当前运行的从机水泵的数量，f
mt
为当前的主机水泵运行频率，f
st
为当前的从机水泵运行频率。
103.步骤s212，判断是否所有从机均已关闭，若判断结果为是，执行步骤s201，反之执行步骤s205。
104.与现有技术相比，本实施例多泵并联光伏扬水系统的控制方法，主机逆变器根据光照情况启动或关停从机的过程中，当从机运行频率调节时工作于常压法控制模式，而在从机处于恒定频率工作的情况下采用最大功率跟踪模式，此时从机水泵可视为恒定负载，主机逆变器检测到的输入功率变化情况可以体现整个光伏扬水系统的光伏阵列输入功率变化情况，而无需通过实时通讯获取所有从机状态参数后计算，提高了光伏扬水系统最大功率跟踪的实时性和精确度，且大大降低了对主从机通信系统实时通讯速率的要求，采用简单低廉易于实现的通讯方式即可满足应用需求，在很大程度上缓解了通讯速率波动时对最大功率跟踪效果、系统效率的影响；同时，光伏水泵主机和从机采用频率延时同步机制，在局部时间段内，从机维持定频运行，由主机进行光伏最大功率跟踪控制，当主从机频率差异达到一定阈值后方对从机频率进行调节，降低了系统对实时通讯的速率和可靠性要求，从机运行频率相对稳定，提高了从机水泵的寿命，增强了系统稳定性和可靠性；另外，主从机运行频率差异不大，虽有延时但基本同步，因此也能够达到多泵系统各水泵同速运行，提高系统效率的效果。
105.实施例3
106.多泵并联光伏扬水系统中，当并联的多组光伏水泵中各个水泵的规格一致时，可以达到较好的控制效果。以上实施例1、实施例2是以水泵规格一致为例进行描述的。而本发明多泵并联光伏扬水系统的控制方法并不限制水泵的规格，当各个水泵的规格不一致时，仍能实现较好的控制效果。举例说明如下：
107.根据离心水泵功率与频率的三次方线性相关的理论关系：水泵功率p＝k*f3，k根据水泵规格不同而不同，f为水泵的运行频率。假设光伏扬水系统中各个水泵的规格是不一致的，当需要增加一台从机水泵运行时，此时从机运行频率目标值的计算公式如式5所示：
108.f
s
＝sqrt3((p0 p1
…
p
n
)/(p0 p1
…
p
n 1
))*f0ꢀꢀꢀꢀꢀ
式5
109.其中n为光伏扬水系统中当前运行的从机水泵的数量，p0为主机水泵的功率，p1，p2，
…
，p
n
，p
n 1
分别为从机水泵1，2
…
，n，n 1的功率。
110.从式5可以看出，当各个水泵的功率规格一致，即各个水泵的k相同时，由于增泵时主机水泵和从机水泵均工作于额定频率f0，且随着光照增强、光伏输入功率提升，主机水泵和从机水泵保持在额定频率f0，因此各个水泵的功率是相同的，p0＝p1＝p2＝
…
＝p
n
＝p
n 1
，从机运行频率目标值f
s
的计算公式可以简化为f
s
＝sqrt3((n 1)/(n 2))f0，其与实施例1、实施例2中的式1相同。
111.当需要关停一台从机水泵时，此时从机运行频率目标值f
s
的计算公式如式6所示：
112.f
s
＝sqrt3((p0 p1
…
p
n
)/(p0 p1
…
p
n
‑1))*f0(n≥1)
ꢀꢀꢀꢀ
式6
113.其中n为光伏扬水系统中当前运行的从机水泵的数量，p0为主机水泵的功率，p1，p2，
…
，p
n
‑1，p
n
分别为从机水泵1，2
…
，n
‑
1，n的功率。
114.从式6可以看出，当各个水泵的功率规格一致、即各个水泵的k相同时，在减泵时，从机水泵工作在最低有效出水频率，而主机工作在最大功率跟踪模式，且随着光强减弱、光伏输入功率降低，主机的运行频率是实时调节的，而频率延时同步调节机制是在主、从机运行频率的差距大于滞环频率值f
band
的时候进行更新的，因此在减泵时，主、从频率不一定完全一致，因此此时从机的功率为k*f
st3
，主机的功率为k*f
mt3
，得到减泵后从机运行频率目标值f
s
的计算公式为f
s’＝sqrt3((n*f
st3
f
mt3
)/n)，其中n≥1，其中n为光伏扬水系统中当前运行的从机水泵的数量，f
mt
为当前的主机水泵运行频率，f
st
为当前的从机水泵运行频率。也即此时与实施例1、实施例2中的式2相同。
115.需要说明的是，当光伏扬水系统中各个水泵的额定工作参数不一致时，如当额定功率不同时，此时选取额定功率较大的水泵及对应的功率逆变器作为主机，如此设置，当执行最大功率跟踪算法时，频率扰动导致的功率变化值也会相对较大，有利于正确判断光伏最大功率跟踪方向，此时即便采用公式1、公式2计算从机运行频率，系统仍可稳定高效运行。这是因为，虽然通过公式1、公式2所得出的从机运行频率因各个水泵功率规格不一致会产生较大误差，但此时主机工作在常压法控制模式下，因此可确保增、减从机后系统稳定运行在最大功率点。同时，虽然通过公式1、公式2计算从机运行频率，会导致主机和从机频率差异相对偏大，但通过频率延时同步机制，频率差异将快速减小，系统仍可稳定运行。
116.请参考图5，图5为光伏扬水系统中水泵规格一致时，通过本发明多泵并联光伏扬水系统的控制方法进行控制时的效果图。图5所对应的光伏扬水系统采用三台相同型号(额定规格：功率750w，流量12m3/h，扬程11m)的离心水泵并联，至于池塘水下连接三条口径相同(内径57mm)的扬水管，净扬程为6.5m，在高台上用三个流量计监测各台水泵的流量，并汇入一条内径为83mm的总水管；每台水泵由一台专用逆变器驱动，三台逆变器的光伏输入端并联接入2.4kw的模拟光伏阵列。该光伏扬水系统在多云天气条件下的光伏模拟功率曲线如图5a所示，图5b和图5c分别为输出功率和水泵流量的实测曲线，可以看出，综合光伏发电效率99％以上，表明该光伏扬水系统能够迅速响应太阳辐照度的变化，实时准确的控制，实验数据验证了本发明实施例控制方法的高效性和稳定性。
117.请参考图6，图6为三泵系统和单泵系统运行时的提水效果对比测试图，图6中三泵系统为图5所示实施例中的系统，即采用三台相同型号(额定规格：功率750w，流量12m3/h，扬程11m)的离心水泵并联，图6中等效大功率单泵为一台较大功率的离心泵，其功率和规格为图5所示实施例中三台水泵的功率和流量规格总和，即额定规格为：功率2.2kw，流量36m3/h，扬程11m。测试时，三泵系统和单泵系统均由一台逆变器接入相同的2.4kw模拟光伏阵列驱动。
118.模拟晴天上午光照条件，对比测试三泵系统和单泵系统的提水效果，得到图6所示测试结果，由图6可以看出，三泵系统相比单泵系统在更低的光伏功率输入时即可有效运行提水，提高了全天的光伏能量利用率；同时三泵系统中，各水泵采用相同的运行频率，提水总量高于异速运行的情况，验证了各水泵同速运行效率较高的结论。
119.实施例4
120.本实施例提供了一种逆变器，包括存储器及处理器，存储器中储存有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器实现如实施例1至3所示的多泵并联光伏扬水系统的控制方法。
121.实施例5
122.本实施例提供了一种监控器，该监控器用于与主机逆变器和从机逆变器连接，接收主机逆变器和从机逆变器上传的自身的运行频率信息，并根据接收到的运行频率信息控制主机逆变器的工作模式切换，控制从机启动或关闭，以及调节运行频率。具体的，当主机水泵运行频率大于或等于第一预设频率时，监控器计算从机运行频率并向其中一台从机逆变器发送携带有从机运行频率的运行指令，且监控器控制主机逆变器切换至常压法控制模式；同理，当主机水泵和从机水泵运行频率小于或等于第二预设频率时，监控器计算从机运行频率，并向运行中的其中一台从机逆变器发送停止指令，向运行中的剩余从机逆变器发送携带有从机运行频率的指令，且监控器控制主机逆变器切换至常压法控制模式。
123.此外，监控器还用于根据各套光伏水泵的运行时间确定其中一光伏水泵作为光伏水泵主机，以实现各套光伏水泵的运行时间均衡。例如：当多泵并联光伏扬水系统具有规格一致的4套光伏水泵，分别编号为1、2、3、4时，为了实现各水泵运行时间均衡、提高系统整体运行寿命的目的，监控器可以根据光伏水泵编号按照顺序周期性的选定其中一个作为主机，其余作为从机，例如以月为周期，运行时间小于1个月时选定编号1的光伏水泵作为主机，运行时间在第2个月时将编号2的光伏水泵作为主机，依次切换，从而保证各个水泵的运行时间均衡。当然，也可以由用户进行手动切换。
124.实施例6
125.本实施例提供了一种多泵并联光伏扬水系统，该多泵并联光伏扬水系统包括一套光伏阵列以及至少两套并联设置的光伏水泵。其中，每一组光伏水泵包括一逆变器和对应的一水泵。在光伏扬水系统工作时，多组光伏水泵中的其中一组作为光伏水泵主机，其他组作为光伏水泵从机，光伏水泵主机与光伏水泵从机之间可以互相通讯，从机的启、停以及运行频率等指令均由主机给出。为了便于后面描述，以下将光伏水泵主机中的逆变器记为主机逆变器、水泵记为主机水泵，将光伏水泵从机中的逆变器记为从机逆变器、水泵记为从机水泵。其中，主机逆变器为实施例4中的逆变器，其可以实现实施例1至3所示的控制方法。
126.在一种可行的实施例中，各个水泵的规格一致，具有相同的额定功率、流量以及扬程。且光伏水泵主机与光伏水泵从机的主、从身份可以按照预设规则切换，如光伏扬水系统具有规格一致的4套光伏水泵，分别编号为1、2、3、4，则为了实现各水泵运行时间均衡、提高系统整体运行寿命的目的，可以根据光伏水泵编号按照顺序周期性的选定其中一个作为主机，其余作为从机，例如以月为周期，运行时间小于1个月时选定编号1的水泵作为主机，运行时间在第2个月时将编号2的水泵作为主机，依次切换，从而保证各个水泵的运行时间均衡。当然，也可以由用户进行手动切换。
127.在其他可行的实施例中，各个水泵的规格不一致时，此时选取功率较大的光伏水泵作为主机，如此设置，当执行最大功率跟踪算法时，频率扰动导致的功率变化值也会相对较大，有利于正确判断光伏最大功率跟踪方向，此时即便采用公式1、公式2计算从机运行频率，系统仍可稳定高效运行。
128.实施例7
129.本实施例提供了一种多泵并联光伏扬水系统，包括光伏阵列、至少两套并联的光伏水泵以及监控器，其中一光伏水泵为光伏水泵主机，剩余的光伏水泵为光伏水泵从机，光伏水泵主机包括主机逆变器和主机水泵，光伏水泵从机包括从机逆变器和从机水泵，监控器与主机逆变器和从机逆变器连接，其中该监控器为实施例5中所示的监控器。
130.实施例8
131.本实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有上述多泵并联光伏扬水系统的控制方法，多泵并联光伏扬水系统的控制方法被处理器执行时实现如上实施例1至3所示的多泵并联光伏扬水系统的控制方法。
132.由于本实施例计算机可读存储介质的具体实施例与上述光伏扬水系统付费方法各实施例基本相同，在此不作赘述。
133.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
134.以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。