CN102231533A - 并联型并网逆变器系统及其开关控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光伏发电技术领域，公开了一种并联型并网逆变器系统及其开关控制方法。该方法包括：获取各台逆变器的发电量信息；根据各台逆变器的发电量确定所述逆变器的开关机顺序，开机顺序为发电量由小到大的顺序，关机顺序为发电量由大到小的顺序；按照所述开关机顺序对各台逆变器进行开关机控制。利用本发明，可以保证各台逆变器发电量均衡及等效额定运行时间基本一致，减少整个系统的失效和维护工作。

Description

并联型并网逆变器系统及其开关控制方法

技术领域

本发明涉及光伏并网发电技术领域，具体涉及一种并联型并网逆变器系统及其开关控制方法。

背景技术

目前，在光伏发电领域，还是以一体式并网发电为主。光伏并网发电系统通过光伏并网逆变器将太阳能电池板的直流电转换成与电网电压同频、同相的交流电并输送给电网，因此，光伏并网逆变器是并网发电系统的核心设备，它的可靠性、高效性和安全性会影响到整个发电系统，直接关系到电站发电量及运行稳定。

由于太阳能电池板在温度保持不变的情况下，其输出功率会随着光照强度的变化而变化，在阴雨天条件下光照度减弱，光伏并网逆变器等效负载点下降很多，此时的发电效率有所降低。因为要兼顾到满负载效率且保证所有负载点下发电效率都较高，因此一般的逆变器发电效率最高点在50％负载点左右。

为了提高弱光条件下的发电量，出现了并联型的光伏并网逆变器，其多机冗余的方式也能提高整个系统的可靠性。这种并联运行逆变器要求共享交直流母线。

在现有的并联型光伏并网逆变器产品中，其每天启动发电时的开关机逻辑一般有以下两种：

1.轮循正反向开机

比如，第一天从1#机开始，功率增大到满载时5#机才开机，关闭顺序相反；第二天从5#机开始，满载时1#机才开启，关闭顺序也相反。

这种方案中，编号最大和最小的光伏逆变器运行时间最长，越靠近最大和最小编号的光伏逆变器运行时间越长，整体来看，其寿命越短。而且，阴雨天时，编号在中间的光伏逆变器，比如3#机一直得不到开启指令，如果有连续的阴雨天气，第二天3#还是得不到开启指令。随着并联台数的增加，中间段编号的光伏逆变器工作时间最少，其寿命最长。

2.循环开机

与上述方案1的区别是每天的启动点在循环变化，这种方案能够实现每台逆变器工作时间基本相等，但每台逆变器的发电量(发电量＝功率*时间)仍然存在不确定性，甚至可能相差很大。

可见，无论上述哪种开关机方案，都无法保证每台逆变器的工作时间及发电量相同，而这正是影响逆变器寿命的关键因素。因为在逆变器中，存在大量需要定期更换维护的器件，比如轴流风扇、电解电容、IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)等，这些器件都是易损件，其寿命与其运行时间相关，而且等效负载越大的器件温升越高，寿命越短；另外，即使上述方案2能够基本上保证每台逆变器的工作时间相同，但也无法保证其发电量相同，因而使得并联型并网光伏逆变器中每台逆变器的寿命不同，会带来频繁的故障失效及维护工作。

发明内容

本发明实施例针对上述现有技术存在的问题，提供一种并联型并网逆变器系统及其开关控制方法，以保证各台逆变器发电量均衡及等效额定运行时间基本一致，减少整个系统的失效和维护工作。

为此，本发明实施例提供如下技术方案：

一种并联型并网逆变器系统，包括：多台分布式并联的逆变器及控制设备，所述控制设备用于获取各台逆变器的发电量信息，并根据各台逆变器的发电量确定所述逆变器的开关机顺序，开机顺序为发电量由小到大的顺序，关机顺序为发电量由大到小的顺序，并按照所述开关机顺序对各台逆变器进行开关机控制。

优选地，所述逆变器包括控制芯片和掉电存储芯片，所述控制芯片实时获取所述逆变器的发电量，并将获取的发电量信息更新到所述掉电存储芯片中；在系统启动后，所述控制芯片读取所述掉电存储芯片中存储的发电量信息，并将读取的发电量信息上传给所述控制设备；

所述控制设备包括控制单元，用于获取各台逆变器的控制芯片上传的发电量信息。

优选地，所述控制设备还包括存储单元，用于存储所述控制单元获取的各台逆变器的发电量信息。

优选地，所述逆变器包括控制芯片，用于实时获取所述逆变器的发电量，并将获取的发电量信息上传给所述控制设备；

所述控制设备包括控制单元和存储单元，所述控制单元用于获取各台逆变器的控制芯片上传的发电量信息，并将所述发电量信息保存到所述存储单元中。

优选地，所述控制设备为主逆变器，所述控制单元还用于实时获取所述主逆变器的发电量，并将获取的主逆变器的发电量信息更新到所述存储单元中。

可选地，所述控制芯片和所述控制单元为：DSP、或者ARM；所述存储芯片和存储单元为：EEPROM、或者FRAM。

一种并联型并网逆变器开关控制方法，包括：

获取各台逆变器的发电量信息；

根据各台逆变器的发电量确定所述逆变器的开关机顺序，开机顺序为发电量由小到大的顺序，关机顺序为发电量由大到小的顺序；

按照所述开关机顺序对各台逆变器进行开关机控制。

优选地，所述获取各台逆变器的发电量信息包括：

各逆变器在待机状态读取自己存储的发电量信息，并将读取的发电量信息上传给控制设备；

所述控制设备获取各台逆变器上传的发电量信息。

优选地，所述方法还包括：

所述控制设备将获取的各台逆变器的发电量信息存储在本地。

优选地，所述控制设备为主逆变器。

本发明实施例并联型并网逆变器系统及其控制方法，在系统每天的开关机控制逻辑中引入各台逆变器发电量参数且进行实时控制，主动进行优化选择，实现开关机顺序自判断自竞争，从而使各台逆变器发电量均衡，使各台逆变器的等效额定运行时间基本一致，减少逆变器的失效及维护工作。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明并联型并网逆变器系统第一实施例的示意图；

图2是本发明并联型并网逆变器系统第二实施例的示意图；

图3是本发明并联型并网逆变器系统第三实施例的示意图；

图4是本发明并联型并网逆变器系统第四实施例的示意图；

图5是本发明并联型并网逆变器控制方法的流程图；

图6是本发明并联型并网逆变器控制方法的一种具体应用流程图；

图7是本发明实施例中开机指针更新过程的流程图；

图8是本发明实施例中关机指针更新过程的流程图；

图9本发明并联型并网逆变器控制方法的另一种具体应用流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。

本发明实施例并联型并网逆变器系统及其控制方法，在系统每天的开关机控制逻辑中引入各台逆变器发电量参数且进行实时控制，主动进行优化选择，实现开关机顺序自判断自竞争，从而使各台逆变器发电量均衡，使各台逆变器的等效额定运行时间基本一致，减少逆变器的失效及维护工作。

实施例一

如图1所示，是本发明并联型并网逆变器系统第一实施例的示意图。

在该实施例中，所述系统包括：多台分布式并联的逆变器11及控制设备10。其中，控制设备10用于获取各台逆变器的发电量信息，并根据各台逆变器的发电量确定逆变器的开关机顺序，开机顺序为发电量由小到大的顺序，关机顺序为发电量由大到小的顺序，并按照所述开关机顺序对各台逆变器进行开关机控制。

上述控制设备10可以是独立于逆变器的控制板或者并联于该系统的控制系统等。

在实际应用中，控制设备10可以实时获取各台逆变器的发电量信息，根据各台逆变器的发电量实时确定开关机顺序。当然，为了简化控制逻辑，控制设备10也可以在每天第一次开机时对各台逆变器的发电量进行一次判断，根据各台逆变器的发电量确定开机顺序和关机顺序，此后开关机顺序不再实时更新，即在一天之内开关机的逻辑保持固定，直至下一次(一般为第二天早晨)开机时再更新。这样，在数月或数年的工作时间内，也能实现发电量的慢速调节，最终实现各逆变器发电量的均衡。

控制设备10具体可以通过传输线获取各逆变器的发电量信息，以及控制各逆变器的开关机行为和输出功率的大小。所述传输线可以是CAN(ControllerArea Network，控制器局域网络)总线、485总线或者类似的高速总线。

需要说明的是，本发明实施例中控制设备10只是根据各台逆变器的发电量确定逆变器的开关机顺序，而至于各台逆变器具体何时需要开、关机，本发明实施例并不做限定，可以根据实际应用环境来确定。

该实施例的并联型并网逆变器系统，由上述控制设备在系统每天的开关机控制逻辑中引入各台逆变器发电量参数实现逆变器开关机顺序自判断自竞争，从而使各台逆变器发电量均衡，使各台逆变器的等效额定运行时间基本一致，可以有效地减少逆变器的失效及维护工作。

在实际应用中，上述控制设备可以有多种方式获取各台逆变器的发电量信息，比如，每台逆变器可以在关机前将自己的发电量信息上传给控制设备，或者每台逆变器可以在系统启动后，逆变器处于待机状态时，将自己保存的发电量信息上传给控制设备，另外，每台逆变器还可以在启动后，实时地将自己当前的发电量信息上传给控制设备。相应地，所述系统中各设备的具体结构可以有多种变形，对此下面分别举例详细说明。

实施例二

如图2所示，是本发明并联型并网逆变器系统第二实施例的示意图。

在该实施例中，所述系统包括：多台分布式并联的逆变器21及控制设备20。其中，控制设备20用于获取各台逆变器的发电量信息，并根据各台逆变器的发电量确定逆变器的开关机顺序，开机顺序为发电量由小到大的顺序，关机顺序为发电量由大到小的顺序，并按照所述开关机顺序对各台逆变器进行开关机控制。

在该实施例中，逆变器21包括控制芯片211和掉电存储芯片212，其中，控制芯片211实时获取逆变器21的发电量，并将获取的发电量信息更新到掉电存储芯片212中。在系统启动后，控制芯片211读取掉电存储芯片212中存储的发电量信息，并将读取的发电量信息上传给控制设备20。

控制设备20包括控制单元201，控制单元201通过传输线获取各台逆变器的控制芯片211上传的发电量信息。

实施例三

如图3所示，是本发明并联型并网逆变器系统第三实施例的示意图。

与图2所示实施例不同的是，在该实施例中，控制设备30不仅包括控制单元301，而且还包括存储单元302。其中，控制单元301用于获取各台逆变器的发电量信息，并根据各台逆变器的发电量确定逆变器的开关机顺序，并按照所述开关机顺序对各台逆变器进行开关机控制。另外，控制单元301还需要将获取的各台逆变器的发电量信息存储到存储单元302中。

如图4所示，是本发明并联型并网逆变器系统第四实施例的示意图。

与图3所示实施例不同的是，在该实施例中，逆变器41包括控制芯片411，但不带存储芯片，控制芯片411可以实时地将逆变器的发电量信息上传给控制设备30。控制设备30中的控制单元301通过传输总线获取各台逆变器的控制芯片上传的发电量信息，并根据各台逆变器的发电量确定逆变器的开关机顺序，按照所述开关机顺序对各台逆变器进行开关机控制。另外，控制单元301还需要将获取的各台逆变器的发电量信息存储到存储单元302中。

该实施例的并联型并网逆变器系统中，各逆变器不需要掉电存储芯片来存储其发电量信息，可以简化逆变器的配置。

需要说明的是，在实际应用中，可以由一台逆变器来提供上述各实施例中控制设备的功能，为了描述方便，将该具有控制功能的逆变器称为主逆变器，将其他逆变器称为从逆变器。相应地，主逆变器中的控制芯片不仅提供从逆变器中控制芯片的功能(即实时获取主逆变器的发电量，在有掉电存储芯片的情况下，还需将获取的发电量信息更新到掉电存储芯片中)，而且还提供上述控制设备中的控制单元的功能(即获取各台逆变器的发电量信息，并根据各台逆变器的发电量确定逆变器的开关机顺序，按照所述开关机顺序对各台逆变器进行开关机控制)。

当然，本发明实施例并联型并网逆变器系统还可以有其他变形结构，在此不再一一列举。

需要说明的是，上述各实施例中所述的控制芯片和控制单元可以：DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理器)、或者ARM(Advanced RISCMachines)；所述存储芯片和存储单元可以是：EEPROM(Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器)、或FRAM(Ferroelectric RAM，铁电存储器)。

相应地，本发明还提供一种并联型并网逆变器开关控制方法，如图5所示，是该方法的流程图，包括以下步骤：

步骤501，获取各台逆变器的发电量信息；

步骤502，根据各台逆变器的发电量确定所述逆变器的开关机顺序，开机顺序为发电量由小到大的顺序，关机顺序为发电量由大到小的顺序；

步骤503，按照所述开关机顺序对各台逆变器进行开关机控制。

该实施例的并联型并网逆变器控制方法可以应用于上述各实施例的系统中，在系统每天的开关机控制逻辑中引入各台逆变器发电量参数实现逆变器开关机顺序自判断自竞争，从而使各台逆变器发电量均衡，使各台逆变器的等效额定运行时间基本一致，可以有效地减少逆变器的失效及维护工作。

比如，以主、从逆变器为例，主逆变器包含从逆变器所有的功能，主逆变器同时进行并联的逻辑控制和算法运算，通过传输线控制从逆变器的行为和输出功率的大小。每台逆变器中设有控制芯片DSP和掉电存储芯片EEPROM，控制芯片DSP实时更新发电量并存储到EEPROM中。

每天系统启动开机时，所有逆变器待机，从逆变器读取EEPROM中存储的发电量并上传给主逆变器，主逆变器也读取自己的发电量，主逆变器根据每台逆变器的发电量排序，发电量少的逆变器优先开启，发电量最多的最后开启，发电量相同时编码小的逆变器优先开启。

排序确定后，这一天的开关机顺序还在实时地变化，开机指针指向未开启的发电量最小的逆变器编号，关机指针指向已开启的发电量最多的逆变器编号，随着光照强度的变化实时地进行选择，这种选择并未改变逆变器开关投切的频率，反而能以最快的速度平衡各台逆变器的发电量。

在光伏发电的并联系统中，太阳能电池板功率的变化是缓慢的，因此逆变器开启的台数是缓慢增加的，一般是秒级别的。白天即使有多云瞬变的天气，是否增加开启或减少逆变器台数除考虑光照强度的瞬变外，还可以综合考虑逆变器的最大运行效率区间、功率瞬变延时确认、功率变化率等因素，因此，在实际应用中，可以在主逆变器的控制程序中设置开、关机指针来指向当前要开启、关闭的逆变器。

如图6所示，是本发明并联型并网逆变器控制方法的一种具体应用流程图，包括以下步骤：

步骤601，主逆变器读取各台逆变器(包括主逆变器和从逆变器)的发电量；

步骤602，检查当前在线逆变器是否全关闭；如果是，则执行步骤604；否则，执行步骤603；

因为各台逆变器的开关机是由主逆变器来控制的，因此，主逆变器可以知道每台逆变器当前所处的状态是开启状态还是关闭状态；

步骤603，开机指针更新过程；然后执行步骤606；

步骤604，循环查找当前发电量最小值；

步骤605，开机指针赋值，即将开机指针指向发电量最小的逆变器编号；

步骤606，检查当前在线逆变器是否全开启；如果是，则执行步骤608；否则，执行步骤607；

步骤607，关机指针更新过程；然后执行步骤610；

步骤608，循环查找当前发电量最大值；

步骤609，关机指针赋值，即将关机指针指向发电量最大的逆变器编号；

步骤610，结束。

相应地，图7示出了上述步骤603的开机指针更新过程的流程，包括以下步骤：

步骤701，循环查找开始；

步骤702，检查当前逆变器是否关闭；如果是，则执行步骤703；否则，执行步骤708；

步骤703，检查开机指针查找标志位是否为0，该标志位的作用只是用于表明是否已对发电量最小值和需要调整的开机指针赋初值；如果是，则执行步骤704；否则，执行步骤705；

步骤704，在未开逆变器中初始化一个发电量最小值MinPower和开机指针，也就是说，将当前逆变器的发电量作为发电量最小值MinPower的初值，并将开机指针指向当前未开启的逆变器的编号；

步骤705，检查当前逆变器的发电量是否小于发电量最小值MinPower；如果是，则执行步骤706；否则，执行步骤707；

步骤706，更新MinPower和开机指针，即将MinPower的值更新为当前逆变器的发电量，开机指针指向当前逆变器的编号；

步骤707，将开机指针查找标志位赋值为1；

步骤708，判断循环查找是否结束；如果是，则执行步骤709；否则，返回步骤701，继续查找下一个逆变器；

步骤709，将开机指针查找标志位赋值为0。

步骤710，结束本次开机指针更新过程。

相应地，图8示出了上述步骤607的关机指针更新过程的流程，包括以下步骤：

步骤801，循环查找开始；

步骤802，检查当前逆变器是否开启；如果是，则执行步骤803；否则，执行步骤808；

步骤803，检查关机指针查找标志位是否为0，该标志位的作用只是用于表明是否已对发电量最大值和需要调整的关机指针赋初值；如果是，则执行步骤804；否则，执行步骤805；

步骤804，在已开启逆变器中初始化一个发电量最大值MaxPower和关机指针，也就是说，将当前逆变器的发电量作为发电量最大值MaxPower的初值，并将关机指针指向当前已开启的逆变器的编号；

步骤805，检查当前逆变器的发电量是否大于发电量最大值MaxPower；如果是，则执行步骤806；否则，执行步骤807；

步骤806，更新MaxPower和关机指针，即将MaxPower的值更新为当前逆变器的发电量，关机指针指向当前逆变器的编号；

步骤807，将关机指针查找标志位赋值为1；

步骤808，判断循环查找是否结束；如果是，则执行步骤809；否则，返回步骤801，继续查找下一个逆变器；

步骤809，将关机指针查找标志位赋值为0。

步骤810，结束本次关机指针更新过程。

可见，利用本发明实施例并联型并网逆变器控制方法，根据各台逆变器的发电量实时地确定并联型并网逆变器系统中各逆变器的开关机逻辑。不仅保证了系统中各台逆变器发电量的均衡，而且各台逆变器的等效额定运行时间相似，从而使各台逆变器的寿命趋于一致，各台逆变器的可用性得到了提高，减少了系统故障次数及维护工作量。

需要说明的是，在实际应用中，为了简化控制逻辑，主逆变器也可以在每天第一次开机时对各台逆变器的发电量进行一次判断，根据各台逆变器的发电量确定开机顺序和关机顺序，此后开关机顺序不再实时更新，即在一天之内开关机的逻辑保持固定，直至下一次(一般为第二天早晨)开机时再更新。这样，在数月或数年的工作时间内，也能实现发电量的慢速调节，最终实现各逆变器发电量的均衡。

比如，在开机控制逻辑引入一个开机数组变量，存放根据发电量进行排序所确定的开机顺序对应的逆变器编号。当主逆变器确定需要增加一台逆变器时，开机指针地址值加一；相反，若当前发电功率减小，当主逆变器决定减少一台逆变器时，当前的开机指针变为关机指针，且开机指针地址值减一，将当前关机指针所指向的逆变器编号和关机指令等一起发送给相应的从逆变器，从逆变器收到这些信息后根据其中的逆变器编号和指令进行响应。

如图9所示，是本发明并联型并网逆变器控制方法的另一种具体应用流程图，包括以下步骤：

步骤901，开机数组初始化；

步骤902，判断是否为第一次开机；如果是，则执行步骤903；否则，执行步骤906；

步骤903，获取各台逆变器的发电量；

步骤904，循环查找当前发电量最小值，对发电量依照从小到大顺序进行排序；

步骤905，对开机数组进行赋值；

步骤906，结束。

关机控制逻辑与上述类似，在关机控制逻辑引入一个关机数组变量，存放根据发电量进行排序所确定的关机顺序对应的逆变器编号。具体流程在此不再详细描述。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，相关之处参见相对应实施例的部分说明即可。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及设备；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种并联型并网逆变器系统，其特征在于，包括：多台分布式并联的逆变器及控制设备，所述控制设备用于获取各台逆变器的发电量信息，并根据各台逆变器的发电量确定所述逆变器的开关机顺序，开机顺序为发电量由小到大的顺序，关机顺序为发电量由大到小的顺序，并按照所述开关机顺序对各台逆变器进行开关机控制。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述逆变器包括控制芯片和掉电存储芯片，所述控制芯片实时获取所述逆变器的发电量，并将获取的发电量信息更新到所述掉电存储芯片中；在系统启动后，所述控制芯片读取所述掉电存储芯片中存储的发电量信息，并将读取的发电量信息上传给所述控制设备；

所述控制设备包括控制单元，用于获取各台逆变器的控制芯片上传的发电量信息。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制设备还包括存储单元，用于存储所述控制单元获取的各台逆变器的发电量信息。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述逆变器包括控制芯片，用于实时获取所述逆变器的发电量，并将获取的发电量信息上传给所述控制设备；

所述控制设备包括控制单元和存储单元，所述控制单元用于获取各台逆变器的控制芯片上传的发电量信息，并将所述发电量信息保存到所述存储单元中。

5.根据权利要求2或3或4所述的系统，其特征在于，所述控制设备为主逆变器，所述控制单元还用于实时获取所述主逆变器的发电量，并将获取的主逆变器的发电量信息更新到所述存储单元中。

6.根据权利要求3或4所述的系统，其特征在于，所述控制芯片和所述控制单元为：DSP、或者ARM；所述存储芯片和存储单元为：EEPROM、或者FRAM。

7.一种并联型并网逆变器开关控制方法，其特征在于，包括：

获取各台逆变器的发电量信息；

根据各台逆变器的发电量确定所述逆变器的开关机顺序，开机顺序为发电量由小到大的顺序，关机顺序为发电量由大到小的顺序；

按照所述开关机顺序对各台逆变器进行开关机控制。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述获取各台逆变器的发电量信息包括：

各逆变器在待机状态读取自己存储的发电量信息，并将读取的发电量信息上传给控制设备；

所述控制设备获取各台逆变器上传的发电量信息。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述控制设备将获取的各台逆变器的发电量信息存储在本地。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述控制设备为主逆变器。

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