CN102110991A - 光伏电站中并网逆变器的循环主从群控方法 - Google Patents

Abstract

一种用于光伏电站中的多个并网逆变器的循环主从群控方法，其中，光伏电站中的多个并网逆变器之一为主控逆变器，其余并网逆变器为从机并网逆变器，该主控逆变器控制从机并网逆变器，其中，所述多个并网逆变器彼此通信，每一并网逆变器将自身的工作状态信息发送给其它并网逆变器并接收其它并网逆变器发送的工作状态信息；所述主控逆变器在预定条件满足时向另一从机并网逆变器发送控制信号以指示该另一从机并网逆变器轮换作为主控逆变器运行，并使自身作为从机并网逆变器运行。利用本发明的循环主从群控方法，能够使光伏电站系统的发电效率最优化，提高规模化光伏并网电站的整体系统效率，使得各并网逆变器的运行时间更加均衡，延长使用寿命。

Description

光伏电站中并网逆变器的循环主从群控方法

技术领域

本发明涉及新能源发电技术领域。具体而言，本发明涉及运用于光伏电站、特别是MW(兆瓦)级光伏电站中的多个并网逆变器的群控技术。

背景技术

随着能源紧张和环境问题的日益严重，新能源发电技术，如风力发电和光伏发电等越来越受到人们的重视。风力发电由于单机容量大、成本低，在现阶段更具有吸引力，在世界范围内其总装机容量得到了快速的增长。当前，风力发电正在朝着更大的单机容量发展，兆瓦级机组在国外已经投入大规模商业运行，5～6兆瓦的机组也已开始试运行。相应的，大容量机组对并网逆变器的容量提出了更高的要求。为了满足大容量的要求，需进行逆变器的并联扩容。

在集中供电等中、大型光伏并网发电系统中，如果采用单个大功率并网逆变器，从系统运行效率方面而言是不尽合理的，其空载损耗较大。即使在日照不强的情况下，整个设备也都处于运行状态，此时电源负载率极低，因而系统效率极低。而且，如果系统的光伏阵列容量很大，配置相应的大型并网逆变器也是相当困难。如果采用多个并网逆变器独立运行，与采用一个大功率并网逆变器时相比，虽然可靠性及冗余度有所提高，但是不能充分利用有效日照，不能达到系统效率最优化。目前，虽有文献提出群控技术，但多数是基于采用集中控制的群控器，或者是采用固定主从控制模式的群控技术。但是，对于集中控制的群控器方式，一旦实现中央集中控制的群控器发生故障，则整个系统将处于瘫痪状态；而对于固定主从控制模式的群控技术而言，其缺点在于主控机逆变器运行时间最长，从机逆变器运行时间不均衡。因此，需要一种新的关于光伏电站中多个并网逆变器的群控技术，以克服现有技术中存在的以上问题。

发明内容

针对以上问题，本发明提出了一种用于光伏电站中的多个并网逆变器的循环主从群控方法。采用该循环主从群控方法，能够实现多个并网逆变器的并联运行，在变化的日照强度条件下，由所述多个并网逆变器中的主控逆变器(简称为“主控机”)发出统一的指令，控制不同数量的其它从机并网逆变器(简称为“从机”)，以使系统的发电效率最优化，进一步提高规模化光伏并网电站的整体系统效率，并且使得各并网逆变器的运行时间更加均衡，提高个并网逆变器及整个系统的使用寿命。

为克服以上技术问题，本发明提出一种用于光伏电站中的多个并网逆变器的循环主从群控方法，其中，光伏电站中的多个并网逆变器之一为主控逆变器，其余并网逆变器为受主控逆变器控制的从机并网逆变器，其中，所述多个并网逆变器彼此通信，每一并网逆变器将自身的工作状态信息发送给其它并网逆变器并接收其它并网逆变器发送的工作状态信息；主控逆变器在预定条件满足时向另一从机并网逆变器发送控制信号以指示该另一从机并网逆变器轮换作为主控逆变器运行，并使自身作为从机并网逆变器运行。

优选地，主控逆变器在满足预定条件时向自最近一次启动后持续运行时间最长的另一并网逆变器发送停机控制信号以停止该并网逆变器的运行，或者，向自最近一次停机后持续时间最长的另一并网逆变器发出启动控制信号，以指示该并网逆变器轮换作为主控逆变器运行，并使自身切换为从机并网逆变器运行。

优选地，通过控制器局域网总线发送所述工作状态信息，且工作状态信息包括运行和/或停止状态信息，持续运行时长信息。

优选地，在阵列工作电压高于预设的上限值且并网功率上升时，所述主控逆变器启动另一从机并网逆变器并指示其作为主控逆变器。

优选地，在主控逆变器的并网功率下降，且光伏阵列电压误差超过预设的下限值时，主控逆变器指示自最近一次启动后持续运行时间最长的从机并网逆变器停机，且主控逆变器在所有的从机并网逆变器都停机后停止发电。

优选地，当主控逆变器判断出本机超过额定功率运行时，退出直流电压环调节，切换到从机并网逆变器工作模式，并将另一从机并网逆变器设置为主控逆变器。

采用本发明提出的多个并网逆变器的循环主从控制方法，能够克服并网逆变器的集中式群控方式和固定主从群控方式的缺点。

附图说明

下面根据实施例和附图对本发明进行详细说明。

图1(a)是根据本发明一实施例的主控逆变器提供控制信号的功能框图；

图1(b)是根据本发明一实施例的从机并网逆变器接收控制信号的示意图；

图2是根据本发明一实施例在条件1下各个并网逆变器的运行逻辑的示意图；

图3是根据本发明一实施例在条件2下各个并网逆变器的运行逻辑的示意图；

图4是根据本发明一实施例在条件3下各个并网逆变器的运行逻辑的示意图。

具体实施方式

以下给出了本发明中提供的多个并网逆变器的循环主从群控方法的一个具体实施例。

根据本发明的一个实施例，提供的关于多个并网逆变器的循环主从控制模式是将系统中每一个并联运行的光伏逆变器轮流作为主控机，且任何时候仅有一个主控机，其余均为从机。假设系统中配置了N个并联的并网逆变器1，2，3，...，K，...，N，为这些并网逆变器分别分配地址adr1，adr2，...，adrK，...，adrN，每一个逆变器都将自身的工作状态信息通过CAN总线(即，控制器局域网总线)发送给其它的逆变器，同时也接收其它逆变器发送的工作状态信息，其中，工作状态信息能够使得接收该信息的逆变器知晓发送该信息的逆变器的各种工作状态参数，例如包括运行和/或停止信号，自最近一次启动后持续运行的时长，自最近一次停机后的持续时间，等等。如图1(a)所示，在本实施例的控制方式中，主控机K的电压环PI(比例积分)调节器根据光伏阵列电压误差调整并网功率，机组增减识别模块ID根据光伏阵列电压误差和并网功率进行判断，当误差超出预设的上限值且并网功率增加时，向另一逆变器(K+1)发出控制信号SadrK＝1，并以逆变器(K+1)为主控机，或者当误差超出预设的下限值且并网功率下降时，向指定的从机发出控制信号SadrK＝0来停止该从机。在这里，各个逆变器可共享光伏阵列指令工作电压。并且，此处的控制信号可以采用任何其它表示形式，只要能够指示接收该控制信号的逆变器根据控制信号进行工作状态更新即可。如图1(b)所示，从机逆变器(K+1)接收控制信号SadrK，并相应地设置自身的工作状态，例如，在收到SadrK＝1时将自身轮换为主控逆变器，而在收到SadrK＝0时将自身设置为从机逆变器。

在全天日照的条件下，该循环主从控制模式控制各并联运行的逆变器按照“最先启动最先停机”原则运行，即自最近一次启动后持续时间最长的逆变器优先停止工作，自最近一次停机后持续时间最长的逆变器优先启动工作。该原则可以与本发明的任何实施例结合使用。

下面具体描述具体的控制模式。

(1)初始化

在开始时，将地址为adr1的并网逆变器设为主控机，将其它逆变器设为从机，各逆变器的状态SadrK＝0，处于停机状态，其中K＝1，2，...，N；N为并联的并网逆变器的数目；

(2)并网逆变器K启动的条件

若并网逆变器(K-1)为主控机，且阵列工作电压高于预设的上限值且并网功率上升时，则可以启动并网逆变器K投入运行，并将本机(并网逆变器K)的状态SadrK＝1发送给其它逆变器。

(3)从机模式(即，从机并网逆变器所处的工作模式)运行条件

当处于主控机模式(即，主控机逆变器所处的工作模式)的逆变器K判断出本机超过额定功率运行时，退出直流电压环调节，切换到从机模式，并将逆变器(K+1)设置为主控机。

(4)每个并网逆变器停止运行的条件

从机只能在接收到主控机发出停机命令时才能停止发电。主控机的并网功率下降，且光伏阵列电压误差超出预设的下限值时，主控机逆变器K指示自最近一次启动后持续运行时间最长的从机逆变器最先停机，若所有的从机都停止，则主控机才停止发电。

下面结合结合图2、图3和图4对本发明的技术方案作进一步说明。

条件1：所有逆变器无故障、全天天气晴朗、没有多云(见图2)。

在条件1下，早晨到中午期间，日照度逐渐增强，各个逆变器1，2，...，N的启动顺序为：逆变器1→逆变器2→...→逆变器N；中午到傍晚期间，日照度逐渐减弱，各个逆变器的停止运行顺序也为：逆变器1→逆变器2→...→逆变器N；最后，逆变器N为主控机。如图2所示，其中，“M”表示当前逆变器为主控逆变器，“S”表示当前逆变器为从机逆变器，“状态”表示逆变器的状态，其中“1”表示启动运行状态，而“0”表示停机状态；这些附图标记在图3和图4中具有相同的含义。在图2中，(a)表示逆变器1启动，并且为主控逆变器，其余逆变器为从机逆变器；(b)表示逆变器2启动且轮换作为主控逆变器，原来的主控逆变器1变为从机逆变器；以此类推，(c)表示逆变器N启动并轮换作为主控逆变器；(d)表示主控逆变器N控制从机逆变器1将其设为停机状态，(e)表示主控逆变器N控制从机逆变器2将其设为停机状态，(f)表示主控逆变器N在将所有其余从机逆变器设为停机状态后，将自身设为停机状态。若各逆变器控制板夜间不停电，由于内存记忆功能，到第二天清晨，并网逆变器的启动顺序变为：逆变器N→逆变器1→...→逆变器(N-1)，到傍晚全部逆变器停机时，逆变器(N-1)为主控机。

条件2：并网逆变器没有全部投入运行，例如，只有逆变器1，...，K-1共计(K-1)个逆变器投入运行，其余逆变器为停机状态，且此时逆变器(K-1)为主控机，如图3中(a)所示。

在条件2下，若出现一片乌云，光照度降低，则主控机指示最先启动的从机(如：逆变器1)停止发电，如图3中(b)所示；待乌云消失后，光照度变强，并不启动逆变器1从机，而是由主控机逆变器(K-1)发出指令顺序启动下一个从机(即，逆变器K)，通过轮换循环，逆变器K变为主控机，逆变器(K-1)则切换为从机，如图3中(c)所示。

条件3：中午时分，所有并网逆变器全部投入运行(假设此时逆变器N为主控机)。

在条件3下，若出现一片乌云遮挡，照度变弱，则主控机发出命令指示最先启动的逆变器1从机停止运行，如图4中(a)所示。当乌云消失后，逆变器1启动，并轮换为主控机，如图4中(b)所示。若再次出现乌云或者日照度降低，则从机逆变器2停止运行，如图4中(c)所示，在乌云消失后，逆变器2轮换为主控机，如图4中(d)所示。

如上所述，本发明通过在满足预定条件的情况下轮换主控逆变器，使得各并网逆变器的运行时间更加均衡，延长了各逆变器的使用寿命。同时，通过根据不同的日照条件，控制不同数量的逆变器运行，大大增加了光伏电站的整体效率。

Claims (6)

1.一种用于光伏电站中的多个并网逆变器的循环主从群控方法，其中，光伏电站中的多个并网逆变器之一为主控逆变器，其余并网逆变器为受主控逆变器控制的从机并网逆变器，其特征在于，所述多个并网逆变器彼此通信，每一并网逆变器将自身的工作状态信息发送给其它并网逆变器并接收其它并网逆变器发送的工作状态信息；所述主控逆变器在预定条件满足时向另一从机并网逆变器发送控制信号以指示该另一从机并网逆变器轮换作为主控逆变器运行，并使自身作为从机并网逆变器运行。

2.根据权利要求1所述的循环主从群控方法，其特征在于，所述主控逆变器在满足预定条件时向自最近一次启动后持续运行时间最长的另一并网逆变器发送停机控制信号，或者，向自最近一次停机后持续时间最长的另一并网逆变器发出启动控制信号，以指示该并网逆变器轮换作为主控逆变器运行，并使自身切换为从机并网逆变器运行。

3.根据权利要求2所述的循环主从群控方法，其特征在于，通过控制器局域网总线发送所述工作状态信息，且工作状态信息包括运行和/或停止状态信息，和持续运行时长信息。

4.根据权利要求1，2或3所述的循环主从群控方法，其特征在于，在阵列工作电压高于预设上限值且并网功率上升时，所述主控逆变器启动另一从机并网逆变器并指示其作为主控逆变器。

5.根据权利要求1所述的循环主从群控方法，其特征在于，在主控逆变器的并网功率下降，且光伏阵列电压误差超出预设下限值时，主控逆变器指示自最近一次启动后持续运行时间最长的从机并网逆变器停机，且主控逆变器在所有的从机并网逆变器都停机后停止发电。

6.根据权利要求1所述的循环主从群控方法，其特征在于，当主控逆变器判断出本机超过额定功率运行时，退出直流电压环调节，切换到从机并网逆变器工作模式，并将另一从机并网逆变器设置为主控逆变器。

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