CN105356510A - 一种光伏发电系统直流侧设备的自动控制方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种光伏发电系统直流侧设备的自动控制方法和装置，其中该方法包括：在光伏发电系统正常运行过程中，若需要对光伏发电系统直流侧设备进行调节控制，则将电能变换装置输入侧的电参量信号调制成能够控制所述光伏发电系统直流侧设备执行相应动作的信号。基于此，本申请实现了光伏发电系统直流侧设备的全自动化控制，且实现成本低。

Description

一种光伏发电系统直流侧设备的自动控制方法和装置
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，更具体地说，涉及一种光伏发电系统直流侧设备的自动控制方法和装置。
背景技术
光伏发电系统直流侧设备(如直流汇流箱、光伏接线盒、直流配电柜等)、光伏组件、电能变换装置等是光伏发电系统的重要组成部分，其工作状态的监控及维护对光伏发电系统的安全稳定运行至关重要。
为实现光伏发电系统直流侧设备的全自动化控制，光伏发电系统直流侧设备通常配置有通信模块(如Wi-Fi模块、RS-485通信模块等)，但实现成本太高，举例说明：在光伏发电系统中，每一光伏组件都单独配置有一个用来从该光伏组件所在的光伏组串中切除和接入该光伏组件的光伏接线盒，所述光伏接线盒可以在配置通信模块的情况下根据上位机下发的控制命令自动执行相应动作；但一个光伏发电系统中往往具有众多个光伏接线盒，若每个光伏接线盒都配置通信模块的话，会导致光伏发电系统硬件成本和施工成本的大幅增加。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种光伏发电系统直流侧设备的自动控制方法和装置，以实现光伏发电系统直流侧设备的全自动化控制，且实现成本低。
一种光伏发电系统直流侧设备的自动控制方法，包括：
在光伏发电系统正常运行过程中，若需要对光伏发电系统直流侧设备进行调节控制，则将电能变换装置输入侧的电参量信号调制成能够控制所述光伏发电系统直流侧设备执行相应动作的信号。
其中，当所述能够控制所述光伏发电系统直流侧设备执行相应动作的信号为时域特征参数按照预设规律变化的信号时，所述将电能变换装置输入侧的电参量信号调制成能够控制所述光伏发电系统直流侧设备执行相应动作的信号，包括：
按照预设控制策略对电能变换装置中的开关器件进行斩波控制，使得所述电能变换装置输入侧的电参量信号的时域特征参数能够按照预设规律变化。
其中，所述时域特征参数为：幅值、幅值相对变化值、变化斜率、波形上升时间或波形下降时间。
其中，当所述能够控制所述光伏发电系统直流侧设备执行相应动作的信号为频域特征参数按照预设规律变化的信号时，所述将电能变换装置输入侧的电参量信号调制成能够控制所述光伏发电系统直流侧设备执行相应动作的信号，包括：
按照预设控制策略对电能变换装置中的开关器件进行斩波控制，使得所述电能变换装置输入侧的电参量信号的频域特征参数能够按照预设规律变化。
其中，所述电参量信号为：电压信号、电流信号和功率信号中的任意一种或任意几种的组合。
其中，当所述光伏发电系统为单级光伏发电系统时，所述电能变换装置为DC/AC变换器；当所述光伏发电系统为多级光伏发电系统时，所述电能变换装置为DC/DC变换器或DC/AC变换器。
一种光伏发电系统直流侧设备的自动控制装置，包括：
判断单元，用于在光伏发电系统正常运行过程中，判断是否满足需要对光伏发电系统直流侧设备进行调节控制的触发条件；
斩波控制单元，用于在满足所述触发条件时，将电能变换装置输入侧的电参量信号调制成能够控制所述光伏发电系统直流侧设备执行相应动作的信号。
其中，当所述能够控制所述光伏发电系统直流侧设备执行相应动作的信号为时域特征参数按照预设规律变化的信号时，所述斩波控制单元为用于按照预设控制策略对电能变换装置中的开关器件进行斩波控制，使得所述电能变换装置输入侧的电参量信号的时域特征参数能够按照预设规律变化的单元。
其中，所述时域特征参数为幅值、幅值相对变化值、变化斜率、波形上升时间或波形下降时间。
其中，当所述能够控制所述光伏发电系统直流侧设备执行相应动作的信号为频域特征参数按照预设规律变化的信号时，所述斩波控制单元为用于按照预设控制策略对电能变换装置中的开关器件进行斩波控制，使得所述电能变换装置输入侧的电参量信号的频域特征参数能够按照预设规律变化的单元。
从上述的技术方案可以看出，本发明把电能变换装置输入侧的电参量信号接受调制后的波形作为控制命令，所述控制命令通过直流电力线传输给光伏发电系统直流侧设备，使其执行相应动作，从而实现了光伏发电系统直流侧设备的全自动化控制。由于上述调制过程是对光伏发电系统中现有的电能变换装置进行斩波控制实现的，且上述控制命令也是以光伏发电系统中现有的直流电力线作为传输媒介的，因此无需额外增加硬件成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种光伏发电系统直流侧设备的自动控制方法流程图；
图2为本发明实施例公开的一种能量变换装置输入侧的电压随时间变化的波形图；
图3为本发明实施例公开的一种能量变换装置输入侧的频率随时间变化的波形图；
图4为本发明实施例公开的一种光伏发电系统直流侧设备的自动控制装置结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，本发明实施例公开了一种光伏发电系统直流侧设备的自动控制方法，以实现光伏发电系统直流侧设备的全自动化控制，且实现成本低，该方法包括：
步骤101：在光伏发电系统正常运行过程中，判断是否需要对光伏发电系统直流侧设备进行调节控制，若需要，进入步骤102；否则，返回执行步骤101；
步骤102：将电能变换装置输入侧的电参量信号调制成能够控制所述光伏发电系统直流侧设备执行相应动作的信号。
其中，当所述光伏发电系统为单级光伏发电系统(即只有1级DC/AC变换器的光伏发电系统)时，所述电能变换装置为DC/AC变换器；当所述光伏发电系统为多级光伏发电系统(即具有至少1级DC/DC变换器和至少1级DC/AC变换器的光伏发电系统)时，所述电能变换装置为DC/DC变换器或DC/AC变换器。
为便于对本实施例所述技术方案的工作原理进行详述，以下将“将电能变换装置输入侧的电参量信号调制成能够控制所述光伏发电系统直流侧设备执行相应动作的信号”的过程，称为光伏发电系统的“斩波控制模式”。
在进入所述斩波控制模式之前，光伏发电系统原来的运行模式可以是MPPT(MaximumPowerPointTracking，最大功率点跟踪)模式，可以是限功率模式，也可以是其他现有的正常运行模式，并不局限。当处于正常运行模式的光伏发电系统遇到某光伏组件损坏、火灾、光伏阵列接线异常、直流输入过压、光伏发电系统直流侧设备功耗过高、孤岛、PV(photovoltaic，光伏)绝缘阻抗异常或PV输入过压等需要通过对光伏发电系统直流侧设备进行调节控制，来恢复光伏发电系统的安全、稳定、可靠、高效运行的情况时，就需要转入所述斩波控制模式运行，以完成如下任务：向光伏发电系统直流侧设备输出相应的控制命令，使其执行相应动作，从而保证光伏发电系统的安全、稳定、可靠、高效运行。
其中，光伏发电系统可以以自检到需要对光伏发电系统直流侧设备进行调节控制、接收到上位机下发的指示信息或者工作人员启动应急开关等作为需要转入所述斩波控制模式的触发条件。
在所述斩波控制模式下，本实施例以电能变换装置输入侧的电参量信号接受调制后的波形作为需要输出给光伏发电系统直流侧设备的控制命令，其调制过程具体为：在需要向光伏发电系统直流侧设备输出控制命令时，就按照预设控制策略对电能变换装置中的开关器件进行斩波控制，使得电能变换装置输入侧的电参量信号可以按照预设规律变化，形成特定的编码信息；所述预设规律不同，得到的编码信息就不同，而不同的编码信息就代表着不同的控制命令，从而实现了自动控制光伏发电系统直流侧设备执行各种不同的动作。
其中，上述特定的编码信息，可以是时域特征参数按照预设规律变化的信号，也可以是频域特征参数按照预设规律变化的信号，即：上述调制过程可以是按照预设控制策略对电能变换装置中的开关器件进行斩波控制，使得所述电能变换装置输入侧的电参量信号的时域特征参数能够按照预设规律变化的过程；也可以是按照预设控制策略对电能变换装置中的开关器件进行斩波控制，使得所述电能变换装置输入侧的电参量信号的频域特征参数能够按照预设规律变化的过程。其中，所述电参量信号可以是电压信号、电流信号和功率信号中的任意一种或任意几种的组合，并不局限。
为使本领域技术人员更清楚的了解本实施例所述技术方案，下面进行举例说明。
示例1：
所述时域特征参数可以是幅值、幅值相对变化值、变化斜率、波形上升时间或波形下降时间。以能量变换装置输入侧的电参量信号选择电压相对变化值为例，图2示出了一种能量变换装置输入侧的电压随时间变化的波形图：在t1时刻之前，光伏发电系统运行在MPPT模式或限功率模式，能量变换装置输入侧的电压等于V1；从t1时刻开始转入斩波控制模式，通过按照预设控制策略对能量变换装置中的开关器件进行斩波控制，使能量变换装置输入侧的电压在V2和V3之间变化，即基于V2和V3的相对电压ΔV完成特定编码信息的发送。其中需要说明的是，当光伏发电系统是在限功率模式下转入斩波控制模式时，需保证所述电能变换装置在所述斩波控制模式下的平均输出功率不超过限功率值。
示例2：
所述频域特征参数可以是频率大小。以能量变换装置输入侧的电参量信号选择频率为例，图3示出了一种能量变换装置输入侧的频率随时间变化的波形图：在t1时刻之前，光伏发电系统运行在MPPT模式或限功率模式，能量变换装置输入侧的频率等于f1(周期等于1/f1)、平均电流为I1；从t1时刻开始转入斩波控制模式，通过按照预设控制策略对能量变换装置中的开关器件进行斩波控制，使能量变换装置输入侧的频率变为f2(周期等于1/f2)、平均电流仍保持为I1，此时通过改变能量变换装置输入侧的频率的大小即可完成特定编码信息的发送。
最后需要补充说明的是，转入所述斩波控制模式后虽然改变了电能变换装置在原运行模式下的某些运行参数，但仅会对光伏发电系统的发电量造成极小影响，基本可以忽略不计，理由如下：
1)当进入斩波控制模式前后仅存在电能变换装置输入侧的电参量信号在频域特征上的变化时，由于频域特征的改变基本不会带来PV运行功率点的改变，因此即便发送载波数据也不会对发电量造成显著影响；
2)当进入斩波控制模式前后仅存在电能变换装置输入侧的电参量信号在时域特征上的变化时，虽然时域特征的改变会影响PV运行功率点，但由于特定编码信息的发送时间非常短，且通信频率可以设置的很低，因此在特定编码信息发送期间PV运行功率点也仅会出现短时间内的小幅衰减，总体上对发电量影响不大，基本可忽略不计。
通过以上描述可以看出，本实施例把电能变换装置输入侧的电参量信号接受调制后的波形作为控制命令，所述控制命令通过直流电力线传输给光伏发电系统直流侧设备，使其执行相应动作，从而实现了全自动化操作。由于上述调制过程是对光伏发电系统中现有的电能变换装置进行斩波控制实现的，且上述控制命令也是以光伏发电系统中现有的直流电力线作为传输媒介的，因此无需额外增加硬件成本。
此外，参见图4，本发明实施例还公开了一种光伏发电系统直流侧设备的自动控制装置，以实现光伏发电系统直流侧设备的全自动化控制，且实现成本低，包括：
判断单元401，用于在光伏发电系统正常运行过程中，判断是否满足需要对光伏发电系统直流侧设备进行调节控制的触发条件；
斩波控制单元402，用于在满足所述触发条件时，将电能变换装置输入侧的电参量信号调制成能够控制所述光伏发电系统直流侧设备执行相应动作的信号。
其中，所述电参量信号可以是电压信号、电流信号和功率信号中的任意一种或任意几种的组合。
其中，所述能够控制所述光伏发电系统直流侧设备执行相应动作的信号，可以为时域特征参数按照预设规律变化的信号，对应的，斩波控制单元402为用于按照预设控制策略对电能变换装置中的开关器件进行斩波控制，使得所述电能变换装置输入侧的电参量信号的时域特征参数能够按照预设规律变化的单元。其中，所述时域特征参数可以是幅值、幅值相对变化值、变化斜率、波形上升时间或波形下降时间。
或者，所述能够控制所述光伏发电系统直流侧设备执行相应动作的信号，也可以为频域特征参数按照预设规律变化的信号，对应的，斩波控制单元402为用于按照预设控制策略对电能变换装置中的开关器件进行斩波控制，使得所述电能变换装置输入侧的电参量信号的频域特征参数能够按照预设规律变化的单元。
其中，当所述光伏发电系统为单级光伏发电系统时，所述电能变换装置为DC/AC变换器；当所述光伏发电系统为多级光伏发电系统时，所述电能变换装置为DC/DC变换器或DC/AC变换器。
综上所述，本发明把电能变换装置输入侧的电参量信号接受调制后的波形作为控制命令，所述控制命令通过直流电力线传输给光伏发电系统直流侧设备，使其执行相应动作，从而实现了光伏发电系统直流侧设备的全自动化控制。由于上述调制过程是对光伏发电系统中现有的电能变换装置进行斩波控制实现的，且上述控制命令也是以光伏发电系统中现有的直流电力线作为传输媒介的，因此无需额外增加硬件成本。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种光伏发电系统直流侧设备的自动控制方法，其特征在于，包括：
在光伏发电系统正常运行过程中，若需要对光伏发电系统直流侧设备进行调节控制，则将电能变换装置输入侧的电参量信号调制成能够控制所述光伏发电系统直流侧设备执行相应动作的信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述能够控制所述光伏发电系统直流侧设备执行相应动作的信号为时域特征参数按照预设规律变化的信号时，所述将电能变换装置输入侧的电参量信号调制成能够控制所述光伏发电系统直流侧设备执行相应动作的信号，包括：
按照预设控制策略对电能变换装置中的开关器件进行斩波控制，使得所述电能变换装置输入侧的电参量信号的时域特征参数能够按照预设规律变化。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述时域特征参数为：幅值、幅值相对变化值、变化斜率、波形上升时间或波形下降时间。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述能够控制所述光伏发电系统直流侧设备执行相应动作的信号为频域特征参数按照预设规律变化的信号时，所述将电能变换装置输入侧的电参量信号调制成能够控制所述光伏发电系统直流侧设备执行相应动作的信号，包括：
按照预设控制策略对电能变换装置中的开关器件进行斩波控制，使得所述电能变换装置输入侧的电参量信号的频域特征参数能够按照预设规律变化。
5.根据权利要求2或4所述的方法，其特征在于，所述电参量信号为：电压信号、电流信号和功率信号中的任意一种或任意几种的组合。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述光伏发电系统为单级光伏发电系统时，所述电能变换装置为DC/AC变换器；当所述光伏发电系统为多级光伏发电系统时，所述电能变换装置为DC/DC变换器或DC/AC变换器。
7.一种光伏发电系统直流侧设备的自动控制装置，其特征在于，包括：
判断单元，用于在光伏发电系统正常运行过程中，判断是否满足需要对光伏发电系统直流侧设备进行调节控制的触发条件；
斩波控制单元，用于在满足所述触发条件时，将电能变换装置输入侧的电参量信号调制成能够控制所述光伏发电系统直流侧设备执行相应动作的信号。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，当所述能够控制所述光伏发电系统直流侧设备执行相应动作的信号为时域特征参数按照预设规律变化的信号时，所述斩波控制单元为用于按照预设控制策略对电能变换装置中的开关器件进行斩波控制，使得所述电能变换装置输入侧的电参量信号的时域特征参数能够按照预设规律变化的单元。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述时域特征参数为幅值、幅值相对变化值、变化斜率、波形上升时间或波形下降时间。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，当所述能够控制所述光伏发电系统直流侧设备执行相应动作的信号为频域特征参数按照预设规律变化的信号时，所述斩波控制单元为用于按照预设控制策略对电能变换装置中的开关器件进行斩波控制，使得所述电能变换装置输入侧的电参量信号的频域特征参数能够按照预设规律变化的单元。
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