CN103178544A - 并联型多单元光伏并网逆变器系统的启停控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种并联型多单元光伏并网逆变器系统的启停控制方法，首先，选定主光伏逆变器单元，实现并联系统的整体效率最高；在各并联光伏逆变器单元的启停轮换逻辑方面，按照各并联光伏逆变器单元的热循环周次由多到少（由少到多）的顺序建立逆变单元的停止队列（启动队列），确保各单元的运行时间趋于一致；在选定主机方面，任何能够正常运行的光伏逆变器单元都可参与主机竞争，从而确保并联系统不会因为主机发生故障而停机。

Description

并联型多单元光伏并网逆变器系统的启停控制方法

技术领域

本发明涉及光伏并网逆变器技术领域，具体涉及一种并联型多单元光伏并网逆变器系统的启停控制方法。

背景技术

由于光伏并网逆变器的输出功率随着日照强度的变化而变化，并联型各逆变单元的启停应跟随这一变化，而不会发生在同一时刻。所以，需要确立一种机制来控制并联单元的启停。这一机制旨在解决以下三个问题：第一，何时启动（关闭）下一台逆变单元；第二，启动（关闭）停止（运行）中的哪台逆变单元；第三，由并联逆变器中的哪一台来主导整个系统启停操作的执行。合理的机制应具备三方面的作用：第一，启动适当数目的并联单元，以使整个系统效率最高；第二，保证各并联单元的运行时间均衡，延长逆变器寿命；第三，实现较高的可靠性，既要避免故障破坏机制的执行，也要避免不合理的操作带来影响系统稳定性的因素。目前，对于上述提到的三个问题，有对单独问题解决的技术方案，但是可以同时解决这三个问题的技术还没有，有待进一步研究。

对于第一个问题（启停条件），艾默生网络能源有限公司申请的专利号为CN201010143911.1一种光伏逆变器智能轮换休眠控制方法及系统中所提出的技术方案，能使投入运行的各并联逆变单元都运行在最大效率点；并在长期无故障运行的条件下，使各单元的运行时间趋于一致。但是，由于该方案没有对各并联逆变单元的运行时间或发电量进行记录和比较，一旦系统出现故障，导致启停序列错乱或各单元提前启停，则无法保证各单元的运行时间或发电量均衡，长期这样下去，会严重影响各逆变单元的运行寿命。

对于第二个问题（轮换逻辑），阳光电源股份有限公司申请的专利号为CN201110178930.2并联型并网逆变器系统及其开关控制方法中的技术方案是：按各单元的发电量确定逆变单元的启停顺序，并可根据要求实时更新；在单元间不发生通信故障的情况下，能确保各单元的发电量趋于一致。但是，由于该方案并未明确规定逆变单元的启停条件，因而无法保证并联系统运行在效率最高的区间。

对于第三个问题（实施主体），山亿新能源股份有限公司申请的专利号为CN201110079773.X光伏电站中并网逆变器的循环主从群控方法中所提出的技术方案是：依据各逆变单元的运行时间确定各逆变单元的启停顺序，该方法可保证各单元的运行时间趋于一致。但是，该方案要求主机总由已启动的逆变单元中运行时间最短的来担任，这样就会导致主从机之间的切换频繁发生，对并联系统的稳定性影响较大。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供一种并联型多单元光伏并网逆变器系统的启停控制方法，本发明方法能够使已启动的逆变单元都运行在最优效率区间，实现并联系统的整体效率最高；确保各单元的运行时间趋于一致且逆变器不会因为主机发生故障而停机。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

并联型多单元光伏并网逆变器系统的启停控制方法，包括如下步骤：

步骤1：选定主光伏逆变器单元，以下简称主机，当并联系统尚未选定主机或者主机因故障退出运行的情况下选定主机，具体方法如下：

首先并联系统进行故障自检，如果能正常运行，则各个光伏逆变器单元进行状态自检，如果某个光伏逆变器单元向其它光伏逆变器单元定时发送命令，则该光伏逆变器单元判定自己是主机，则结束选定，否则，由并联系统查询是否存在主机，如果存在，则结束选定，否则各个光伏逆变器单元持续广播本光伏逆变器单元编号，同时接收其它单元消息，各个光伏逆变器单元确定本光伏逆变器单元编号是否最小，如果最小则设定本光伏逆变器单元为主机，否则设定本光伏逆变器单元为从机；

需要说明的是：在并联系统正常运行情况下，各单元的主从状态不需发生切换；只有当主机发生故障时，才根据上述具体方法按照单元编号将下一台从机选为主机；

步骤2：由步骤1选定的主机控制从机的启动与停止：

对启动条件和关闭条件中的变量进行说明：S为已启动单元数，T为逆变单元总数，P_pv为并联型逆变器的总输入功率，P_rate为单个逆变单元的额定功率，P_on为启机功率，P_off为停机功率，U_pv为光伏开路电压，U_start为启动电压，η为启停系数，其包含了光照强度、直流电压、效率及系统长期可靠性等四个方面影响，

主机首次启动，当并联型逆变器的总输入功率P_pv上升，U_pv>U_start，P_pv≥P_on；

从机启动条件如下：当S=1时，且[η＋（S-1）*100]％*P_rate≤P_pv≤S*P_rate时，第1台从机启动；

当S=2时，且[η＋（S-1）*100]％*P_rate≤P_pv≤S*P_rate时，第2台从机启动；

……

当S=T-1时，且[η＋（S-1）*100]％*P_rate≤P_pv≤S*P_rate时，并联系统最后一台从机启动；

当S=T时，且[η＋（S-1）*100]％*P_rate≤P_pv≤S*P_rate时，并联系统全部运行；

关闭条件如下：

P_pv下降，且在2≤S≤T时，P_pv≤[η＋（S-2）*100]％*P_rate；从机依次关闭；

当S=1时，且P_pv<P_off，主机关闭，系统全部停止运行；

步骤3：主机控制从机的轮换：

首先由主机查询各光伏逆变器单元启停状态，并更新已启动光伏逆变器单元队列和未启动光伏逆变器单元队列；然后获取各光伏逆变器单元的热循环周次，按照热循环周次由多到少的顺序更新已启动光伏逆变器单元队列，按照热循环周次由少到多的顺序更新未启动光伏逆变器单元队列；随后由主机根据步骤2所述的启动和关闭条件判断各光伏逆变器单元队列是否满足启动和关闭条件，如果满足启动条件则主机存储的开机指针指向未启动光伏逆变器单元队列首位发送启动指令，如果满足停止条件则主机存储的关机指针指向已启动光伏逆变器单元队列首位发送停止指令；最后再次更新已启动光伏逆变器单元队列和未启动光伏逆变器单元队列。

步骤1所述的选定主光伏逆变器单元通过独立于各个光伏逆变器单元的监控装置对主机进行指定。

步骤3所述的获取各光伏逆变器单元的热循环周次，通过查询各光伏逆变器单元温度记录获取。

本发明对于并联系统中各并联光伏逆变器单元的启停条件，通过使已启动的光伏逆变器单元都运行在最优效率区间，实现并联系统的整体效率最高；在各并联光伏逆变器单元的启停轮换逻辑方面，按照各并联光伏逆变器单元的热循环周次由多到少（由少到多）的顺序建立逆变单元的停止队列（启动队列），确保各单元的运行时间趋于一致；在选定主机方面，任何能够正常运行的光伏逆变器单元都可参与主机竞争，从而确保并联系统不会因为主机发生故障而停机。

附图说明

图1为选定主机流程图。

图2为主机控制从机的轮换逻辑图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

本实施例并联型多单元光伏并网逆变器系统的启停控制方法，包括如下步骤：

步骤1：选定主光伏逆变器单元，以下简称主机，当并联系统尚未选定主机或者主机因故障退出运行的情况下选定主机，具体方法如图1所示：

开机后，首先并联系统进行故障自检，如果能正常运行，则各个光伏逆变器单元进行状态自检，如果某个光伏逆变器单元向其它光伏逆变器单元定时发送命令，则该光伏逆变器单元判定自己是主机，则结束选定，否则，由并联系统查询是否存在主机，如果存在，则结束选定，否则各个光伏逆变器单元持续广播本光伏逆变器单元编号，同时接收其它单元消息，各个光伏逆变器单元确定本光伏逆变器单元编号是否最小，如果最小则设定本光伏逆变器单元为主机，否则设定本光伏逆变器单元为从机；

需要说明的是：在并联系统正常运行情况下，各单元的主从状态不需发生切换；只有当主机发生故障时，才根据上述具体方法按照单元编号将下一台从机选为主机；

由主机进行光伏最大功率点跟踪，发出统一的电流给定控制从机；各台从机根据来自主机的给定，产生各自的电流指令。与之前介绍的三种方案相比，这一流程能够实现并联系统的完全冗余，从而极大的提升了并网光伏逆变器的可靠性。

在选定主光伏逆变器单元方面，除了通过图1所示流程产生外，还可以通过独立于各个逆变单元的监控装置对主机进行指定，但并联系统的故障风险将会集中于该装置。

步骤2：由步骤1选定的主机控制从机的启动与停止：

对启动条件和关闭条件中的变量进行说明：S为已启动单元数，T为逆变单元总数，P_pv为并联型逆变器的总输入功率，P_rate为单个逆变单元的额定功率，P_on为启机功率，P_off为停机功率，U_pv为光伏开路电压，U_start为启动电压。η为启停系数，其包含了光照强度、直流电压、效率及系统长期可靠性等四个方面影响，

主机首次启动，当并联型逆变器的总输入功率P_pv上升，U_pv>U_start，P_pv≥P_on；

从机启动条件如下：当S=1时，且[η＋（S-1）*100]％*P_rate≤P_pv≤S*P_rate时，第1台从机启动；

当S=2时，且[η＋（S-1）*100]％*P_rate≤P_pv≤S*P_rate时，第2台从机启动；

……

当S=T-1时，且[η＋（S-1）*100]％*P_rate≤P_pv≤S*P_rate时，并联系统最后一台从机启动；

当S=T时，且[η＋（S-1）*100]％*P_rate≤P_pv≤S*P_rate时，并联系统全部运行；

关闭条件如下：

P_pv下降，且在2≤S≤T时，P_pv≤[η＋（S-2）*100]％*P_rate；从机依次关闭；

当S=1时，且P_pv<P_off，主机关闭，系统全部停止运行；

作为本发明的优选实施方式，在启动和停止条件方面，除了将逆变器的总输入功率作为主要判断指标之外，还可以综合考虑日照强度和直流电压等参数的变化，从而更加准确的进行单元启停操作。

步骤3：主机控制从机的轮换：

如图2所示，首先由主机查询各光伏逆变器单元启停状态，并更新已启动光伏逆变器单元队列和未启动光伏逆变器单元队列；然后获取各光伏逆变器单元的热循环周次，本实施例通过查询各光伏逆变器单元发电量记录获取各光伏逆变器单元的热循环周次，按照热循环周次由多到少的顺序更新已启动光伏逆变器单元队列，按照热循环周次由少到多的顺序更新未启动光伏逆变器单元队列；随后由主机根据步骤2所述的启动和关闭条件判断各光伏逆变器单元队列是否满足启动和关闭条件，如果满足启动条件则主机存储的开机指针指向未启动光伏逆变器单元队列首位发送启动指令，如果满足停止条件则主机存储的关机指针指向已启动光伏逆变器单元队列首位发送停止指令；最后再次更新已启动光伏逆变器单元队列和未启动光伏逆变器单元队列。

Claims (3)

1.并联型多单元光伏并网逆变器系统的启停控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：选定主光伏逆变器单元，以下简称主机，当并联系统尚未选定主机或者主机因故障退出运行的情况下选定主机，具体方法如下：

首先并联系统进行故障自检，如果能正常运行，则各个光伏逆变器单元进行状态自检，如果某个光伏逆变器单元向其它光伏逆变器单元定时发送命令，则该光伏逆变器单元判定自己是主机，则结束选定，否则，由并联系统查询是否存在主机，如果存在，则结束选定，否则各个光伏逆变器单元持续广播本光伏逆变器单元编号，同时接收其它单元消息，各个光伏逆变器单元确定本光伏逆变器单元编号是否最小，如果最小则设定本光伏逆变器单元为主机，否则设定本光伏逆变器单元为从机；

需要说明的是：在并联系统正常运行情况下，各单元的主从状态不需发生切换；只有当主机发生故障时，才根据上述具体方法按照单元编号将下一台从机选为主机；

步骤2：由步骤1选定的主机控制从机的启动与停止：

对启动条件和关闭条件中的变量进行说明：S为已启动单元数，T为逆变单元总数，P_pv为并联型逆变器的总输入功率，P_rate为单个逆变单元的额定功率，P_on为启机功率，P_off为停机功率，U_pv为光伏开路电压，U_start为启动电压，η为启停系数，其包含了光照强度、直流电压、效率及系统长期可靠性四个方面影响，

主机首次启动，当并联型逆变器的总输入功率P_pv上升，U_pv>U_start，P_pv≥P_on；

从机启动条件如下：当S=1时，且[η＋（S-1）*100]％*P_rate≤P_pv≤S*P_rate时，第1台从机启动；

当S=2时，且[η＋（S-1）*100]％*P_rate≤P_pv≤S*P_rate时，第2台从机启动；

……

当S=T-1时，且[η＋（S-1）*100]％*P_rate≤P_pv≤S*P_rate时，并联系统最后一台从机启动；

当S=T时，且[η＋（S-1）*100]％*P_rate≤P_pv≤S*P_rate时，并联系统全部运行；

关闭条件如下：

P_pv下降，且在2≤S≤T时，P_pv≤[η＋（S-2）*100]％*P_rate；从机依次关闭；

当S=1时，且P_pv<P_off，主机关闭，系统全部停止运行；

步骤3：主机控制从机的轮换：

首先由主机查询各光伏逆变器单元启停状态，并更新已启动光伏逆变器单元队列和未启动光伏逆变器单元队列；然后获取各光伏逆变器单元的热循环周次，按照热循环周次由多到少的顺序更新已启动光伏逆变器单元队列，按照热循环周次由少到多的顺序更新未启动光伏逆变器单元队列；随后由主机根据步骤2所述的启动和关闭条件判断各光伏逆变器单元队列是否满足启动和关闭条件，如果满足启动条件则主机存储的开机指针指向未启动光伏逆变器单元队列首位发送启动指令，如果满足停止条件则主机存储的关机指针指向已启动光伏逆变器单元队列首位发送停止指令；最后再次更新已启动光伏逆变器单元队列和未启动光伏逆变器单元队列。

2.根据权利要求1所述的并联型多单元光伏并网逆变器系统的启停控制方法，其特征在于：步骤1所述的选定主光伏逆变器单元通过独立于各个光伏逆变器单元的监控装置对主机进行指定。

3.根据权利要求1所述的并联型多单元光伏并网逆变器系统的启停控制方法，其特征在于：步骤3所述的获取各光伏逆变器单元的热循环周次，通过查询各光伏逆变器单元温度记录获取。

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