CN105790304A - 光伏逆变器智能休眠系统及方法 - Google Patents

光伏逆变器智能休眠系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种光伏逆变器智能休眠系统及方法，所述光伏逆变器包括多个逆变器模块，该智能休眠系统包括启动控制模块及关机控制模块，其中：所述启动控制模块，用于在光伏逆变器开机后，按照光伏电池的输出功率以及各个逆变器模块的开机条件，依次使所述多个逆变器模块进入工作状态；所述关机控制模块，用于在所有逆变器模块进入工作状态后，使至少一个逆变器模块根据预设关机时间进入休眠模式，所述预设关机时间与预设的多天内光伏电池的输出功率变化相关。本发明根据光照强度变化特点，根据预设关机时间使对应逆变器模块进入休眠状态，可大大减少逆变器模块进入和退出休眠次数。

Description

光伏逆变器智能休眠系统及方法
技术领域
本发明涉及光伏逆变器领域，更具体地说，涉及一种光伏逆变器智能休眠系统及方法。
背景技术
休眠技术是并联结构的光伏逆变器系统中系统优化的特殊技术。如图1所示，在光照强度较低时，光伏电池11只能输出较低功率，光伏逆变器系统会关闭一个或多个逆变器模块12，使这些逆变器模块12进入休眠状态；在光照强度由低升高，光伏电池11输出较高功率时，光伏逆变器系统将原来休眠的逆变器模块12唤醒，使其重新发电运行。在上述休眠技术中，光伏逆变器根据回差来关闭或唤醒逆变器模块12，例如在光伏电池11的输出功率增加达到设定的功率回差时，唤醒一个处于休眠状态的逆变器模块；在光伏电池的输出功率降低达到设定的功率回差时，关闭一个处于工作状态的逆变器模块12。
在上述并联结构的光伏逆变器系统中，每一逆变器模块12都带有一个并网接触器13，通过并网接触器13将电能输出到电网。该并网接触器13是昂贵的易损件，其开关的总次数有限。在模块并联结构的光伏逆变器系统中，由于逆变器模块12间存在环流路径(环流会影响逆变器模块的寿命)，因此在多个逆变器模块12同时工作时，需通过PWM同步来降低环流；而在部分逆变器模块12工作，其他逆变器模块12休眠时，必须将并网接触器13断开，以切断环流路径。
由于太阳的辐照强度在一天之内不断地无规律变化，因此光伏电池的输出功率也不断变化，如果退出休眠和进入休眠的功率回差设置太小，光伏逆变器系统中的逆变器模块12在每一天需要不断的进入和退出休眠，次数极为频繁。这样，需要每天不断地关断和闭合逆变器模块12对应的并网接触器13，严重影响并网接触器13寿命；如果功率回差设置太大，则逆变器模块12不容易进入休眠，导致在光伏电池11输出功率较低时，所有逆变器模块12依旧都在运行，延长了逆变器模块12工作时间，从而影响逆变器模块12的使用寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述光伏逆变器中因逆变器模块频繁关机导致并网接触器易损坏的问题，提供一种光伏逆变器智能休眠系统及方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种光伏逆变器智能休眠系统，所述光伏逆变器包括多个逆变器模块，该智能休眠系统包括启动控制模块及关机控制模块，其中：所述启动控制模块，用于在光伏逆变器开机后，按照光伏电池的输出功率以及各个逆变器模块的开机条件，依次使所述多个逆变器模块进入工作状态；所述关机控制模块，用于在所有逆变器模块进入工作状态后，使至少一个逆变器模块根据预设关机时间进入休眠模式，所述预设关机时间与预设的多天内光伏电池的输出功率变化相关。
在本发明所述的光伏逆变器智能休眠系统中，所述智能休眠系统还包括重开机控制模块，用于在所述逆变器模块进入休眠模式后，若光伏电池的输出功率满足该逆变器模块的开机条件，则使该逆变器模块重新进入工作状态并在光伏电池的输出功率降低到预设关机条件时使该逆变器模块进入休眠模式，同时更新下一日的预设关机时间。
在本发明所述的光伏逆变器智能休眠系统中，所述智能休眠系统包括时长计算单元及时长比较单元，其中：所述时长计算单元，用于计算所述逆变器模块的日工作时长，所述日工作时长为光伏电池输出功率从所有逆变器模块当日开机至当日最后一次降低到预设功率变化点以下的时间；时长比较单元，用于从当日及当日之前的多个日工作时长中选择最大的一个作为下一日的预设关机时间。
在本发明所述的光伏逆变器智能休眠系统中，所述智能休眠系统包括功率检测模块，且该功率检测模块用于实时检测光伏电池的输出功率；所述启动控制模块按照总发电量从小到大的顺序及光伏电池的输出功率依次使多个逆变器模块进入工作状态。
在本发明所述的光伏逆变器智能休眠系统中，所述关机控制模块根据光伏电池的输出功率，按照逆变器模块的总发电量从大到小的顺序，使所述多个逆变器模块根据对应的预设关机时间进入休眠模式，直到仅有一个逆变器模块处于工作状态。
本发明还提供一种光伏逆变器智能休眠方法，所述光伏逆变器包括多个逆变器模块，所述方法包括在每一日执行的以下步骤：
(a)在光伏逆变器开机后，按照光伏电池的输出功率以及各个逆变器模块的开机条件，依次使所述多个逆变器模块进入工作状态；
(b)在所有逆变器模块进入工作状态后，至少一个逆变器模块根据预设关机时间进入休眠模式，所述预设关机时间与预设的多天内光伏电池的输出功率变化相关。
在本发明所述的光伏逆变器智能休眠方法中，所述步骤(b)之后包括：
(c)在所述逆变器模块进入休眠模式后，若光伏电池的输出功率满足该逆变器模块的开机条件，则使该逆变器模块重新进入工作状态并在光伏电池的输出功率降低到预设关机条件时使该逆变器模块进入休眠模式，同时更新下一日的预设关机时间。
在本发明所述的光伏逆变器智能休眠方法中，所述逆变器模块的预设关机时间通过以下步骤获得：
计算所述逆变器模块的日工作时长，所述日工作时长为光伏电池输出功率从所有逆变器模块当日开机至当日最后一次降低到预设功率变化点以下的时间；
从当日及当日之前的多个日工作时长中选择最大的一个作为下一日的预设关机时间。
在本发明所述的光伏逆变器智能休眠方法中，所述步骤(a)包括：
(a1)在光伏逆变器开机且光伏电池的输出功率满足光伏逆变器运行条件时，使总发电量最小的逆变器模块进入工作状态；
(a2)实时检测光伏电池的输出功率；
(a3)判断所述光伏电池的输出功率是否达到下一逆变器模块的开机条件，并在所述光伏电池的输出功率达到下一逆变器模块的开机条件时执行步骤(a4)，否则返回步骤(a2)；
(a4)使下一逆变器模块进入工作状态，并在任一逆变器模块处于休眠状态时返回步骤(a2)，否则执行步骤(b)。
在本发明所述的光伏逆变器智能休眠方法中，所述步骤(b)中，根据光伏电池的输出功率，按照逆变器模块的总发电量从大到小的顺序，使所述多个逆变器模块根据对应的预设关机时间进入休眠模式，直到仅有一个逆变器模块处于工作状态。
本发明的光伏逆变器智能休眠系统及方法，根据光照强度变化特点，为部分逆变器模块设置预设关机时间关机，并根据预设关机时间使对应逆变器模块进入休眠状态，可大大减少逆变器模块进入和退出休眠次数。本发明可保证并网接触器寿命，同时又能让逆变器模块尽可能及时进入休眠，降低不断变化的光照强度对休眠功能的影响，从而延长逆变器模块的寿命。
附图说明
图1是现有并联结构的光伏逆变器的示意图。
图2是光伏电池每天的输出功率的示意图。
图3是本发明光伏逆变器智能休眠系统实施例的示意图。
图4是本发明光伏逆变器智能休眠方法实施例的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
每天太阳的光照强度早上较低，然后逐渐上升，中午时最大，然后逐渐降低。在光照强度稳定的状态下，光伏电池(即太阳能电池板)的输出功率如图2所示。由上述柱状图可知，无论太阳光照强度如何变化，在上午某个时刻t1之前，光伏电池的输出功率一定是小于设定值(例如光伏逆变器中总发电量最小的逆变器模块的输出)，在下午某个时刻t2以后，光伏电池的输出功率一定是低于上述设定值，而且随着时间的流逝，光伏电池的输出功率一定逐渐下降，无法恢复到设定值。而在这两个时刻之间，光伏电池的输出功率可以在设定值与光伏逆变器的输出功率之间反复变化，变化的频率和大小由太阳的光照强度的变化频率和大小决定。如果整天光照强度一直都是极好，则相邻两天的t1和t2差异基本一致，但是不同的季节之间会有差异。本发明根据太阳光照强度的特点，可减少逆变器模块进入和退出休眠次数，从而保证并网接触器寿命，同时又能让逆变器模块尽可能及时进入休眠，降低不断变化的光照强度对休眠功能的影响，从而延长逆变器模块寿命。
如图3所示，是本发明光伏逆变器智能休眠系统实施例的示意图。本实施例中的光伏逆变器智能休眠系统包括多个逆变器模块31、启动控制模块32及关机控制模块33，上述启动控制模块32及关机控制模块33可结合集成到光伏逆变器的软件实现。
启动控制模块32用于在光伏逆变器开机后，按照光伏电池的输出功率以及各个逆变器模块31的开机条件(例如光伏电池的输出功率、输出电流等达到预定值)，依次使多个逆变器模块31进入工作状态(即发电运行状态)。
特别地，上述启动控制模块32可结合一个功率检测模块进行逆变器模块31的开机控制，该功率检测模块用于实时检测光伏电池的输出功率。例如在光伏逆变器开启后，随着太阳光照强度的增强，功率检测模块检测到光伏电池的输出功率逐步提高，在光伏电池的输出达到光伏逆变器的开机条件时，启动控制模块32使总发电量最小(即投入使用以来总的发电量最小)的逆变器模块31进入工作状态，即发电运行状态。随着光照强度的进一步增强，功率检测模块检测到光伏电池的输出功率进一步提高，并在其输出功率达到下一个逆变器模块31的开机条件时，启动控制模块32使该下一个逆变器模块31进入工作状态，直到所有的逆变器模块31进入工作状态。上述启动控制模块32按照总发电量从小到大的顺序及光伏电池的输出功率依次使多个逆变器模块进入工作状态。
关机控制模块33用于在所有逆变器模块31进入工作状态后，使至少一个逆变器模块31根据预设关机时间进入休眠模式，上述预设关机时间与预设的多天内光伏电池的输出功率变化相关(例如预设多天内光伏电池的输出功率低于某一值的时间)。而在关机时间之前，上述逆变器模块31始终保持在工作状态。在实际应用中，可仅设置一个预设关机时间，从而仅总发电量最大的逆变器模块31按照预设关机时间关机，也可设置多个预设关机时间，使多个逆变器模块31分别按照设置预设关机时间依次关机，直到仅有一个逆变器模块31处于工作状态。关机控制模块33按照时间顺序依次使多个逆变器模块31进入休眠状态。
以业界主流的500kw光伏逆变器为例，其由两个250KW逆变器模块并联而成，光伏电池产生的能量经光伏逆变器馈向电网。在光伏逆变器开机后，当运行条件满足，发电量较小的逆变器模块先发电运行，发电量大的逆变器模块处于休眠状态；在光伏电池的输出功率大于250KW时，发电量大的逆变器模块退出休眠，两台逆变器模块都进入发电运行状态。在两台逆变器模块都进入发电运行状态后，若到了预设关机时间(例如下午的某一时间)之后，发电量较大的逆变器模块进入休眠状态。
上述光伏逆变器智能休眠系统还可包括重开机控制模块。该重开机控制模块用于在逆变器模块31(根据预设关机时间)进入休眠模式后，若光伏电池的输出功率满足该逆变器模块31的开机条件，则使该逆变器模块31重新进入工作状态并在光伏电池的输出功率降低到预设关机条件时(即传统的关机条件)使该逆变器模块进入休眠模式，同时更新下一日的预设关机时间。
例如在500kw光伏逆变器系统中，总发电量较大的逆变器模块31到达预设关机时间toffmax进行休眠关机后，如果光伏电池的输出功率大于250KW，则表示今天的关机时间toff大于原有的预设关机时间toffmax。重开机控制模块按照使两台逆变器模块都进入工作状态，同时令当天的预设关机时间toffmax无效，今天的关机时间toff被记录并变成最新的预设关机时间toffmax在第二天生效。重开机控制模块还使逆变器模块31当天根据传统休眠方式关机，例如两个逆变器模块31一起进入工作状态后，如果光伏电池的输出功率小于30kw并且保持一段时间，则令发电量较大的逆变器模块31进入休眠状态。
上述的预设关机时间可通过以下方式实现：在光伏逆变器智能休眠系统中增加时长计算单元及时长比较单元，该时长计算单元及时长比较单元同样可结合运行于光伏逆变器的软件实现。时长计算单元用于计算逆变器模块31的日工作时长，该日工作时长为光伏电池输出功率从所有逆变器模块31当日开机至当日最后一次降低到预设功率变化点以下的时间；时长比较单元用于从当日及当日之前(即连续多日)的多个日工作时长中选择最大的一个作为下一日的预设关机时间。
例如，在500kw的光伏逆变器中，时长计算单元记录早上逆变器模块31的开启时间c0，并且在光伏电池的输出功率每出现一次从大于250kw变成小于250kw，时长计算单元记录下该次功率变化的时间计数值，这样，当天记录的计数值c1、c2、....、cn，cn为最后一次出现250kw的时间计数值，时长计算单元进一步令逆变器模块31的当天的日工作时长toff＝cn-c0(表示当天从逆变器模块31进入工作状态后，经过时间toff之后，光伏电池的输出功率一直小于250kw)。在时长计算单元按照如上方法连续统计每天的toff(统计总时间例如为30天)，得到30个日工作时长toff1，toff2...toff30，时长比较单元取其中最大值为逆变器模块31最终的预设关机时间toffmax。在得到30天有效数据后，时长计算单元每天依旧进行日工作时长计算；时长比较单元丢弃最旧那一天的时间值，并将当天记录的关机时间更新为最新日工作时长，然后再从最新的30个日工作时长中挑选出最大值作为下一日的预设关机时间toffmax。通过该方式，可保证预设关机时间不断更新，以适应春夏秋冬大的气候变化。上述30天的日工作时长需要及时进行掉电保存，从而在光伏逆变器停电后日工作时长数据不会丢失，避免重新搜索。
如图4所示，是本发明光伏逆变器智能休眠方法实施例的流程示意图。其中光伏逆变器包括多个逆变器模块，智能休眠方法包括在每一日执行的以下步骤：
步骤S41：在光伏逆变器开机后，按照光伏电池的输出功率以及各个逆变器模块的开机条件，依次使多个逆变器模块进入工作状态。
在该步骤中，可在光伏逆变器开机且光伏电池的输出功率满足光伏逆变器运行条件时，使总发电量最小的逆变器模块进入工作状态，并实时检测光伏电池的输出功率；在光伏电池的输出功率达到下一逆变器模块的开机条件时，使下一逆变器模块进入工作状态，直到所有逆变器模块都进入工作状态。
步骤S42：在所有逆变器模块进入工作状态后，所有逆变器模块同时发电运行，将光伏电池的电能馈至电网。
步骤S43：判断是否达到逆变器模块的预设关机时间，并在达到预设关机时间时执行步骤S44，否则返回步骤S42，上述逆变器模块的预设关机时间与预设的多天内光伏电池的输出功率变化相关。
上述逆变器模块的预设关机时间可通过以下步骤获得：计算逆变器模块的日工作时长，日工作时长为光伏电池输出功率从所有逆变器模块当日开机至当日最后一次降低到预设功率变化点以下的时间；从当日及当日之前的多个日工作时长中选择最大的一个作为下一日的预设关机时间。
步骤S44：使对应的逆变器模块进入休眠模式。
在逆变器模块进入休眠模式后，若光伏电池的输出功率满足该逆变器模块的开机条件，则使该逆变器模块重新进入工作状态并在光伏电池的输出功率降低到预设关机条件时使该逆变器模块进入休眠模式，同时更新该逆变器模块的下一日的预设关机时间。
上述方法中，步骤S43和步骤S44可执行多次，每次针对一个逆变器模块。特别地，可根据光伏电池的输出功率，按照逆变器模块的总发电量从大到小的顺序，使多个逆变器模块根据对应的预设关机时间进入休眠模式，直到仅有一个逆变器模块处于工作状态。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光伏逆变器智能休眠系统，所述光伏逆变器包括多个逆变器模块，其特征在于：该智能休眠系统包括启动控制模块及关机控制模块，其中：所述启动控制模块，用于在光伏逆变器开机后，按照光伏电池的输出功率以及各个逆变器模块的开机条件，依次使所述多个逆变器模块进入工作状态；所述关机控制模块，用于在所有逆变器模块进入工作状态后，使至少一个逆变器模块根据预设关机时间进入休眠模式，所述预设关机时间与预设的多天内光伏电池的输出功率变化相关。
2.根据权利要求1所述的光伏逆变器智能休眠系统，其特征在于：所述智能休眠系统还包括重开机控制模块，用于在所述逆变器模块进入休眠模式后，若光伏电池的输出功率满足该逆变器模块的开机条件，则使该逆变器模块重新进入工作状态并在光伏电池的输出功率降低到预设关机条件时使该逆变器模块进入休眠模式，同时更新下一日的预设关机时间。
3.根据权利要求1所述的光伏逆变器智能休眠系统，其特征在于：所述智能休眠系统包括时长计算单元及时长比较单元，其中：所述时长计算单元，用于计算所述逆变器模块的日工作时长，所述日工作时长为光伏电池输出功率从所有逆变器模块当日开机至当日最后一次降低到预设功率变化点以下的时间；时长比较单元，用于从当日及当日之前的多个日工作时长中选择最大的一个作为下一日的预设关机时间。
4.根据权利要求1所述的光伏逆变器智能休眠系统，其特征在于：所述智能休眠系统包括功率检测模块，且该功率检测模块用于实时检测光伏电池的输出功率；所述启动控制模块按照总发电量从小到大的顺序及光伏电池的输出功率依次使多个逆变器模块进入工作状态。
5.根据权利要求4所述的光伏逆变器智能休眠系统，其特征在于：所述关机控制模块根据光伏电池的输出功率，按照逆变器模块的总发电量从大到小的顺序，使所述多个逆变器模块根据对应的预设关机时间进入休眠模式，直到仅有一个逆变器模块处于工作状态。
6.一种光伏逆变器智能休眠方法，所述光伏逆变器包括多个逆变器模块，其特征在于：所述方法包括在每一日执行的以下步骤：
(a)在光伏逆变器开机后，按照光伏电池的输出功率以及各个逆变器模块的开机条件，依次使所述多个逆变器模块进入工作状态；
(b)在所有逆变器模块进入工作状态后，至少一个逆变器模块根据预设关机时间进入休眠模式，所述预设关机时间与预设的多天内光伏电池的输出功率变化相关。
7.根据权利要求6所述的光伏逆变器智能休眠方法，其特征在于：所述步骤(b)之后包括：
(c)在所述逆变器模块进入休眠模式后，若光伏电池的输出功率满足该逆变器模块的开机条件，则使该逆变器模块重新进入工作状态并在光伏电池的输出功率降低到预设关机条件时使该逆变器模块进入休眠模式，同时更新下一日的预设关机时间。
8.根据权利要求6所述的光伏逆变器智能休眠方法，其特征在于：所述逆变器模块的预设关机时间通过以下步骤获得：
计算所述逆变器模块的日工作时长，所述日工作时长为光伏电池输出功率从所有逆变器模块当日开机至当日最后一次降低到预设功率变化点以下的时间；
从当日及当日之前的多个日工作时长中选择最大的一个作为下一日的预设关机时间。
9.根据权利要求6所述的光伏逆变器智能休眠方法，其特征在于：所述步骤(a)包括：
(a1)在光伏逆变器开机且光伏电池的输出功率满足光伏逆变器运行条件时，使总发电量最小的逆变器模块进入工作状态；
(a2)实时检测光伏电池的输出功率；
(a3)判断所述光伏电池的输出功率是否达到下一逆变器模块的开机条件，并在所述光伏电池的输出功率达到下一逆变器模块的开机条件时执行步骤(a4)，否则返回步骤(a2)；
(a4)使下一逆变器模块进入工作状态，并在任一逆变器模块处于休眠状态时返回步骤(a2)，否则执行步骤(b)。
10.根据权利要求9所述的光伏逆变器智能休眠方法，其特征在于：所述步骤(b)中，根据光伏电池的输出功率，按照逆变器模块的总发电量从大到小的顺序，使所述多个逆变器模块根据对应的预设关机时间进入休眠模式，直到仅有一个逆变器模块处于工作状态。
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