具体实施方式

为对本发明进行更好说明，结合具体的优选实施方式，举实例说明如下：

实施例1

如图1-8所示，所述移动式光伏发电扬水蓄能监测系统，其包括光伏方阵系统、集成控制箱、可收拢展开支架结构及移动拖车底盘组件、蓄电池组、连接线缆和负载等。

光伏方阵吸收太阳辐射能量，将其转化为电能，为整个系统提供动力电源，光伏水泵逆变器将光伏方阵输出的直流电转化为交流电并驱动电机水泵，并根据日照强度的变化实时检测直流侧电压电流，计算出光伏方阵输出功率进而调节输出电压和频率，完成实现MPPT最大功率点跟踪，并实现诸如过压、过负荷、欠电、防打干及自启动等特殊保护功能。当光照较强时，系统可以自动地利用光伏方阵的输出电能带动电机和水泵进行提水，当光伏方阵输出功率超出光伏水泵额定功率时或当阳光较弱时水泵无法启动扬水，系统都将自动地转变为蓄电池组充电。同时，16位的SPMC75F2413A主控处理器通过检测回路实时采样电压电流温度值，计算判定光伏方阵输出MPPT工作状态与蓄电池组荷电状态，采用恒压限流并增大逐级限流方式，不断改变充电电流，使平均充电电流的瞬时变化更符合蓄电池组的最佳充电状态，实现蓄电池自平衡快速充电控制。用电时，充放电控制器控制蓄电池组放电，经配电线路供照明和监测通讯负载使用。太阳能光伏方阵所发电能采用扬水优先控制策略。逆变器、控制器、电机水泵、开关箱和进出线缆等一体化组合配置，通过壳体结构与蓄电池组集成拼装于双轮拖车车架上，光伏组件通过可收拢可展开的连接外框固定于双轮拖车底盘上；收拢后的多模块光伏组件竖向呈一层叠平状态，由车载拖动到工作目的地，通过手动进行横向展开，伸展开后按安装倾角调节活动支腿顶杆支撑稳固，开启各控制开关即可进入发电扬水蓄电工作模态。

本发明所述的MPPT跟踪控制器直流输入端接光伏方阵的直流侧正负极，输出端一路接DC/AC逆变器输入端，另一路接蓄电池充放电控制器；

上述DC/AC逆变器一端通过MPPT跟踪器连接光伏方阵直流侧正负极，输出端连接水泵电机；

所述的DC/AC逆变器包括开关电源部分，主电路及驱动电路，控制电路和保护电路等。所述的开关电源由大容量的电解电容C作为储能元件直接跨接在方阵直流侧两端，当逆变电路关断时，太阳电池方阵向电容充电，当逆变电路导通时，电容和太阳电池方阵一同为负载供电。同时，在电机启动瞬间，储能电容能通过释放自身能量提供启动所需的大电流，起到一定的平波作用。所述的主电路拓扑由V₁-V₆功率开关管构成的三相全桥逆变电路组成，开关管两端并联具有续流作用的二极管。三相全桥逆变电路采用模块化器件PS21865，PS21865智能功率模块化器件中将开关管、驱动电路和保护电路高度集成，内部集成了三相逆变桥和IGBT驱动电路、短路、过载保护、欠压保护等功能，故障信号由控制电路单片机读出。光伏方阵输出经储能电容后连接到PS21865引脚P(正极)和引脚N(负极)，作为DC/AC逆变输入电源。然后主控芯片SPMC75F2413A发出6路PWM脉冲信号直接驱动PS21865中三相全桥的6个开关管，并完成系统过电流、过电压、欠压等保护措施。最后PS21865输出三相对称交流电压，驱动电机转动。所述的控制电路由主控芯片SPMC75F2413A通过处理SVPWM输入信号，由PWM脉冲发生器组产生6路PWM波控制逆变桥开关管的开通与关断，实现电机的变频调速。并通过系统直流电压电流采样电路实现MPPT最大功率跟踪。所述的保护电路和系统采样电路包括光伏方阵输出母线电压、电流检测电路，电机过载保护检测电路、IPM过温检测电路和(水塔、水井)水位检测电路等，以及数据记录时钟和基于S52单片机的人机界面通信。

本发明所述的扬水优先与储电蓄能协同控制策略，采用光伏水泵逆变器与蓄电池高压光伏充放电器二者共用一个MPPT跟踪控制器，光伏水泵逆变器输入端和蓄电池高压光伏充放电控制器输入端分别连接MPPT控制器的输出端，逆变器输出端接水泵电机，充放电控制器输出端接蓄电池及负载。基于光伏水泵功率工作特性和扬水优先能量管理方案，由SPMC75F2413A主控处理器，根据日照强度的变化实时对光伏水泵逆变器与蓄电池高压充放电器联动控制。当阳光较弱时，也即太阳辐射强度小于“扬水阙值”，光伏方阵最大输出功率无法驱动水泵扬水，系统将自动地转变为蓄电池组充电；当光照较强时，系统可以自动地利用光伏方阵的输出电能带动电机和水泵进行提水，随着太阳光照强度的不断增加，当光伏方阵所发电功率为充电功率和水泵额定功率之和时，逆变器控制水泵以满负荷扬水，同时，高压充放电控制器协调控制为蓄电池组充电。其约束条件为，当蓄电池容量达到95％标称容量或者达到最大浮充电压时，停止充电，太阳能全部的发电功率用于光伏水泵扬水。无论水泵扬水运行还是蓄电池充电运行，SPMC75F2413A主控处理器都将通过检测回路实时采样直流侧电压电流温度，计算出光伏方阵输出功率进而调节输出电压和频率，实现MPPT最大功率点跟踪控制。

所述的蓄电池高压光伏充放电控制器，采用16位芯片构成能量管理、端电压检测和温度补偿功能，实时管理跟踪光伏电池最大功率点，智能化控制管理光伏发电功率向蓄电池和水泵的合理分配，管理蓄电池的充放电容量。

所述的蓄电池高压光伏充放电控制器包括电压温度采样模块、控制环路、功率驱动模块以及DC/DC转换电路模块；控制环路电路有三个控制环，分别由SPMC75F2413A主控处理器发出3路PWM信号直接驱动PS21865中3个开关管，第一路PWM信号控制控制器的最大输出功率跟踪，使光伏方阵此时输出工作在最大功率点；第二路PWM信号调节控制器对蓄电池组的充电状态，使其处于恒流或恒压限流或蓄电池自平衡快速充电耦合控制状态；第三路PWM信号用于蓄电池放电控制管理，为蓄电池提供欠压保护、过放保护和温度补偿；

上述第一路PWM脉冲电路的反馈端与光伏方阵MPPT跟踪控制器相连，产生的DC/DC转换电路输出MPPT脉宽调制信号接DC/DC变换电路中的PS21865智能功率开关管VT1控制端；上述第二路PWM脉冲电路的反馈端分别与恒压跟踪器和逐级限流与自平衡快充电电流检测跟踪器相连，产生的DC/DC转换电路输出恒流或恒压限流或快速充电电流的脉宽调制信号接DC/DC转换电路的PS21865智能功率开关管VT2控制端，用于向蓄电池组耦合快速充电管理和过压保护；上述第三路PWM脉冲电路反馈端与蓄电池放电端相连，产生的DC/DC转换电路输出的放电电流和电压的脉宽调制信号接DC/DC转换电路的PS21865智能功率开关管VT3控制端，用于放电管理单元向蓄电池提供欠压保护、过放保护和温度补偿；

所述的蓄电池自平衡快速充电方法：将光伏方阵的输出端正、负极通过控制器分别与蓄电池组的正、负极相连，把光伏方阵输出的直流电能转变为化学能储存起来；通过控制器对光伏方阵输出电能与蓄电池在当前充电条件下的充电所需能量值比较，在蓄电池低容量阶段，采用恒流和恒压限流充电方式；在蓄电池容量达75％后，且光伏方阵输出足够电量时，除采用恒压限流充电方式外，还通过控制器提高蓄电池充电接受比增大逐级限流充电电流，提高蓄电池充电速度，实现光伏方阵MPPT方式与蓄电池自平衡快速充电耦合控制。其控制电路结构设计通过加入大电流放电脉冲来提高充电能力；其次，依靠控制电路实时监测光伏系统输出功率和蓄电池充电电流值，由微处理器实时比较蓄电池的最大可接受充电电流值，改变充电电流，使平均充电电流的瞬时变化更符合蓄电池的最佳充电状态。

本发明所述的移动式可收拢可展开支架结构由双轮拖车体、光伏组件连接外框、活动支腿、集成控制箱等几部分组成。光伏组件通过可收拢可展开的连接外框固定于双轮拖车底盘上；收拢后的多模块光伏组件竖向呈一层叠平状态，由车载拖动到工作目的地，通过手动进行横向展开，伸展开后按安装倾角调节活动支腿顶杆支撑稳固，开启各控制开关即可进入发电扬水蓄电工作模态。逆变器、控制器、电机水泵、电源开关、断路器和进出线缆等一体化组合配置，通过集成控制箱壳体结构与蓄电池组集成拼装于双轮拖车车架上。

所述的拖车车体外形尺寸2400mm(长)×1243mm(宽)×550mm(高)，车架材料为钢制方管焊接而成。采用两轮支撑结构，并通过减震板簧与拖车底盘联结，具有承载光伏组件连接外框的车体立柱。车体前端设有一牵引环，拖车底盘通过牵引环搭载到人力或机动动力拖动；

所述的组件连接外框采用镀锌角钢焊接而成，外框尺寸符合光伏组件外形尺寸要求，外框纵向两侧分别设置有转动铰链螺栓组，且每相邻两个外框铰链安装位置为一侧沿上边沿竖向螺栓铰接，另一侧沿相对应的下边沿竖向螺栓铰接，以满足每块光伏组件连接外框正反折叠收拢要求，依次连接，直到最后一块光伏组件连接完毕。外框两端分别设置万向滚珠联结器，以联结活动支腿收放支撑使用；

所述活动支腿采用伸缩结构，由钢制圆管制成，并按21⁰、23⁰、25⁰、27⁰、30⁰、35⁰、40⁰、45⁰等8级光伏方阵采光倾角要求的预设高度调节顶杆螺丝，活动支腿上端与连接外框通过万向滚珠联结实现收放与支撑，底端设置有抗风稳固底托，具有足够的刚度、强度以抗风、抗雪等；本发明优选采用4～6组光伏组件，串联展开(即可成倍扩大光伏发电系统容量)。安装于连接外框内的光伏组件通过人工手动进行横向伸展，伸展开后按方阵发电模式运行；

所述的集成控制箱采用MPPT跟踪控制器、充放电控制器、逆变器、开关盒、断路器、进出线缆等一体化组合配置，通过壳体结构与储能蓄电池集成拼装于双轮拖车车架上。

所述的车架体上设置的挡板内侧和每二块组件层叠面上均放置橡塑垫板，减震也避免组件表面划伤。

所述的光伏方阵支架收拢时，手动从最远一端开始将2块光伏板外框收缩合拢并正面折叠，然后与相邻的下一块光伏板外框合拢并背面折叠，最后与第4块光伏板外框合拢并正面折叠；收拢后的多模块光伏组件竖向呈一层叠平状态，通过软索紧固在拖车架上，由车载拖动到工作目的地。伸展时，与收拢顺序相反，从最上层将组件连接外框向外方向拉开，同时放下前后活动支腿，按安装角度支撑稳固，开启各控制开关即可进入发电扬水工作模态。

实施例2

光伏组件选用目前市场常用多晶硅太阳能电池组件，规格230W/30V，峰值功率230W，最大功率点电压30V，最大功率点电流7.67A，外形尺寸1670mm(长)×990mm(宽)×45mm(高)，净重21.5kg，数量8块，总标称功率1.84kW。每块光伏组件置于钢制连接外框内通过轴销稳固安装，光伏方阵呈正南朝向安装倾角37⁰；

光伏水泵采用SJ5-12不锈钢高效三相潜水型，电机功率1.1kW，自动变频，三相220V，出水量范围3～5m³/h；逆变器YKN1K1L，最大电机输出功率1.1kW，三相输出端电压交流220V，最大逆变效率97％，输出频率范围0—50Hz，MPPT电压范围150～400V_DC；现场实测扬水高程24.8m。蓄电池高压充放电控制器YKN1KLF/24V-30A，最大充电功率800W，直流电压工作范围500—800V_DC，最大充电电流30A，恒压充电点27V，最大充电效率≥90％；储能太阳能专用胶体蓄电池6-CNF-200，2组×12V200Ah。

某日晴天，通过对太阳辐射强度和输出功率与光伏水泵扬水量、系统扬水效率特性及蓄电池储电量占比等进行测试试验，结果表明，定扬程下，光伏水泵全天扬水量随日照时间的延长而增大，太阳平均辐照功率533.4W，日出水量达13.1m³，平均每小时出水1.93m³/h；系统最大扬水效率12.7％，平均扬水效率11.1％；同时，全天三时段蓄电池充电储能0.47kWh，约占光伏方阵全天发电量8.4kWh的5.6％左右。高压充放电控制器充电电路电压降≤1.2V；具有蓄电池过充保护功能，当蓄电池组电压29.76±0.6V时，控制器自动断开充电回路；当蓄电池组电压27V时，控制器恢复充电。

实施例3

选用光伏组件规格290W/31.8V，峰值功率290W，最大功率点电压31.8V，最大功率点电流9.12A，外形尺寸1697mm(长)×1003mm(宽)×35mm(高)，净重19.5kg，数量8块，总标称功率2.32kW。每块光伏组件置于钢制连接外框内通过轴销稳固安装，光伏方阵呈正南朝向安装倾角27⁰；

光伏水泵电机、三相逆变器、高压充放电控制器、蓄电池组等同实例1，在此不再赘述；现场扬水高程14.2m。

某日晴天，通过对太阳辐射强度和输出功率与光伏水泵扬水量、系统扬水效率特性及蓄电池储电量占比等进行测试试验，结果表明，定扬程下，光伏水泵全天扬水量随日照时间的延长而增大，太阳平均辐照功率358.1W，日出水量达13.9m³，平均每小时出水1.82m³/h；系统最大扬水效率9.5％，平均扬水效率8.0％；同时，全天三时段蓄电池充电储能1.01kWh，约占光伏方阵全天发电量10.3kWh的9.72％左右。高压充放电控制器充电电路电压降≤1.2V；具有蓄电池过充保护功能，当蓄电池组电压29.76±0.6V时，控制器自动断开充电回路；当蓄电池组电压27V时，控制器恢复充电。

本发明的实施，可依不同地区的水位、水量需求，设计光伏水泵的出水量、扬程以及水泵电机启动电流，将光伏组件容量控制在1～10kW。在需扬水浇灌时段，系统所产生的电力全部用于水泵电机抽水，非扬水浇灌时段的发电量用于储电蓄能，满足不同用水地点扬水及道路照明与田间作物生长监测通讯供电需要，使得光伏方阵输出电能得以最优化利用。

可以实现光伏水泵扬水运行的同时全晴天早中晚三时段蓄电池充电储能管理，有效利用光伏方阵裕量电能为蓄电池组充电，再用于监测通讯和照明等，光伏发电系统能量利用率得到提高。

系统整体模块化，可收拢可移动，根据需求随时更换布放地点而不占用固定安装场地，扩展了系统的应用地域范围和使用范围，提高光伏发电系统的利用率，增大了投资收益。