CN105811461B - 光伏发电系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏发电系统及其控制方法。其中，该光伏发电系统包括：多路光伏组串，每路光伏组串包含多个控制器和多个光伏组件，每路光伏组串中的一个控制器与一个光伏组件连接，每路光伏组串中的多个控制器串联连接；光伏智能汇流箱，分别与各路光伏组串连接，用于将各路光伏组串输出的电能进行汇流；集群式逆变系统，与光伏智能汇流箱连接，用于将光伏智能汇流箱汇流后输出的电能进行逆变，并将逆变后得到的电能并入电网。本发明解决了现有技术的光伏发电系统中能量损失严重的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电领域，具体而言，涉及一种光伏发电系统及其控制方法。
背景技术
在常规光伏发电系统中光伏组件通过简单串并联进行集成后通过光伏智能汇流箱和直流柜两级汇流输入500KW-2MW逆变器直流侧进行逆变为交流电后并网。常规光伏发电技术目前已基本成熟，但是其在提高效率、可靠性和智能化水平等方面的潜力上存在先天制约，主要表现在如下几个方面：
一、光伏组件串并联导致的失配损失无法避免。
光伏组件串并联的基本原则：串联电流相等，并联电压相等。具体地，1、串联电流受制于最小电流，多余能量以热的形式在小电流电源上损耗，严重时小电流电源将损毁。2、并联电压介于各支路电压之间，假设支路内阻相等，功率损失(发热)正比于△U2/R，电压差值越大，功率损失越大。同时电源内阻极小，功率损失的绝对值大。并且，失配严重时，低压支路也将损毁。
引起光伏组件串并联失配的原因：1、光伏组件的固有特性。每一光伏组件的输出参数均不相同，经严格分选后厂家承诺的功率偏差约为3％。而电流和电压的偏差将大于3％。2、发生局部遮挡时(包括云彩、周围遮挡物，鸟粪，局部清洗等因素)串并联失配损失将加剧。3、温度不均匀。经测量，8月，中等辐照强度，微风条件，每一支架左右两端组件温差约为10摄氏度，功率偏差将达到4％。4、组件老化及损坏：个别组件质量问题，运输和安装中造成的隐裂，安装角度误差，时而发生热斑引起的组件不均匀老化。5、汇集线路长短不均。
二、最大功率点跟踪(MPPT)误差损失严重。
光伏组件输出特性为非线性，当负载匹配时，存在一个最大功率输出点。光伏逆变器一般含有最大功率点跟踪功能，目的是保证光伏组件时刻处于最大功率输出状态。影响最大功率点(MPP)的因素包含组件的初始性能以及工作时的温度和辐照度。
引起光伏组件最大功率点跟踪误差的原因：1、理想状态是：所有光伏组件在任意时刻的最大功率点匹配条件相同，逆变器的MPPT功能可完美跟踪所有光伏组件的最大功率点，但实际情况是：与造成光伏组件串并联失配的原因完全一致，所有组件的MPP匹配条件均是不相同的。2、在实际电站中，根据所选逆变器的不同，单个MPPT控制回路中的组件数成百上千。对该回路整体进行MPPT的结果就是该回路中任一块组件均未处于其自身的MPP状态。造成的结果就是有一部分可输出功率根本就没有发出来。3、发生局部遮挡时(包括云彩、周围遮挡物，鸟粪，局部清洗等因素)，MPPT误差现象将加剧。4、基于上述原理，MPPT控制回路中组件数量越多，功率损失程度越大。
三、逆变器使用效率偏低。
引起逆变器使用效率偏低的原因：1、从能量角度考虑，常规集中式逆变系统中：逆变器输入功率不一定在最优范围内，此时逆变效率偏低，会损失一部分能量。逆变器输入电压不一定处于最优范围内，会损失一部分弱光能量。2、从使用效率角度考虑，常规集中式逆变系统中：对于单台逆变器，无论负荷多少，其内部所有电子元器件都是运行并逐渐老化的。由于光伏发电的特性，逆变器长期处于亏负荷状态，使用效率偏低，元器件无谓损耗。系统控制结构单一，逆变器故障对系统发电量损失的影响严重。
四、电站运行可靠性存在隐患。
引起电站运行可靠性存在隐患的原因：1、单一光伏组件损坏将影响由多个光伏组件组成的整个光伏组串的正常工作。2、单台逆变器故障至少影响500KW光伏发电系统的正常运行。
对于上述问题，相关技术中提出了两种解决方案，分别是组串式逆变方案和微型逆变器方案。
组串式逆变方案是提高光伏发电系统最大功率点跟踪(MPPT)控制精度的一种方案。在该方案中，几千瓦到几十千瓦的光伏组件经过串并联接入组串式逆变器。最大功率跟踪的最小单元由常规光伏发电系统中的上百千瓦光伏方阵变为了几千瓦到几十千瓦的光伏组串，最大功率点跟踪精度有所提升，组串间的失配损失也减小。同时组串式逆变器也存在比较明显的制约因素：1)无法精确监控到各个光伏组件，光伏组件最大功率点误差仍损失严重；2)由于逆变器间谐振问题造成电能质量恶化；3)光伏发电系统的可靠性对逆变器的依赖程度仍然高；4)交流线损较大。
微型逆变器方案也是提高光伏发电系统MPPT精度和抗阴影能力的一种方案，其具体实施形式是每一光伏组件直接通过微型逆变器直接逆变，众多微型逆变器再进行串联或并联进行集成后并网。但是微型逆变器效率普遍偏低，同时由于电压等级太低，光伏阵列类的交流母线线损很大，造成了系统效率的整体降低。另，在电站内大量集成微型逆变器会对电能质量会造成极大的风险。
针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种光伏发电系统及其控制方法，以至少解决现有技术的光伏发电系统中能量损失严重的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种光伏发电系统，包括：多路光伏组串，每路所述光伏组串包含多个控制器和多个光伏组件，每路所述光伏组串中的一个所述控制器与一个所述光伏组件连接，每路所述光伏组串中的多个所述控制器串联连接；光伏智能汇流箱，分别与各路所述光伏组串连接，用于将各路所述光伏组串输出的电能进行汇流；集群式逆变系统，与所述光伏智能汇流箱连接，用于将所述光伏智能汇流箱汇流后输出的电能进行逆变，并将逆变后得到的电能并入电网。
进一步地，所述光伏发电系统还包括：监控平台，分别与所述光伏智能汇流箱和所述集群式逆变系统连接，用于存储并显示所述光伏智能汇流箱以及所述集群式逆变系统上传的光伏发电系统运行数据。
进一步地，每路光伏组串包括n个控制器，每路光伏组串中第一个控制器的第一接线端与所述光伏智能汇流箱的第一接线端连接，所述第一个控制器的第二接线端与该路光伏组串中下一个控制器的第一接线端连接，该路光伏组串中第i个控制器的第一接线端与第i-1个控制器的第二接线端连接，所述第i个控制器的第二接线端与该路光伏组串中第i+1个控制器的第一接线端连接，该路光伏组串中第n个控制器的第一接线端与该路光伏组串中第n-1个控制器的第二接线端连接，所述第n个控制器的第二接线端与所述光伏智能汇流箱的第二接线端连接，1<i<n。
进一步地，每个所述控制器包括：第一控制芯片，所述第一控制芯片的第一端与光伏组件的第一端连接，所述第一控制芯片的第二端与所述光伏组件的第二端连接，用于控制与所述第一控制芯片连接的光伏组件处于最大功率点的输出状态；第一通信单元，与所述第一控制芯片连接，用于将与所述第一控制芯片连接的光伏组件的工作参数传输至所述光伏智能汇流箱，并接收所述光伏智能汇流箱基于所述工作参数返回的目标控制器的目标输出电流；直流转换器，将所述直流转换器的第一端作为所述控制器的第一接线端以及所述直流转换器的第二端作为所述控制器的第二接线端，所述直流转换器的第三端与所述第一控制芯片的第三端连接，所述直流转换器的第四端与所述第一控制芯片的第四端连接，用于将所述目标控制器的实际输出电流调整为所述目标输出电流，其中，所述目标控制器为所述第一控制芯片、所述第一通信单元和所述直流转换器所属的控制器。
进一步地，每个所述控制器还包括：二极管，所述二极管的第一端与所述直流转换器的第一端连接，所述二极管的第二端与所述直流转换器的第二端连接，用于在所述目标控制器或者与所述目标控制器连接的光伏组件故障的情况下，控制所述目标控制器所在的光伏组串电流通畅。
进一步地，所述光伏智能汇流箱包括：第二通信单元，用于接收各路所述光伏组串中每个控制器上传的光伏组件的工作参数；第二控制芯片，与所述第二通信单元连接，用于根据各路所述光伏组串中每个控制器上传的光伏组件的工作参数确定对应的光伏组串中每个控制器的目标输出电流，并将所述目标输出电流发送至对应的光伏组串中的每个控制器，以控制各路所述光伏组串中的每个控制器按照对应的目标输出电流工作。
进一步地，所述第二通信单元还用于将各路光伏组串和各路光伏组串中包含的各个光伏组件的运行数据上传至监控平台。
进一步地，所述光伏智能汇流箱为多个，其中，所述集群式逆变系统包括：直流柜，用于汇集各个所述光伏智能汇流箱输出的电能；第一检测模块，设置在所述直流柜的直流母排上，用于检测所述直流柜的直流母排上的第一电能数据；逆变器组，所述逆变器组包含若干台相同功率的逆变器，各台所述逆变器的直流输入侧并联于所述直流柜的直流母排上；集群控制模块，与所述第一检测模块和所述逆变器组相连接，用于根据所述第一电能数据确定出第一目标逆变器的数量和第二目标逆变器的数量，并向所述第一目标逆变器发送启动指令以及向所述第二目标逆变器发送退出指令，其中，所述启动指令用于指示所述第一目标逆变器处于运行状态，所述退出指令用于指示所述第二目标逆变器处于待机状态。
进一步地，所述集群式逆变系统还包括：交流柜，用于汇集所述逆变器组输出的电能；第二检测模块，设置在所述交流柜的交流母排上，用于检测所述交流柜中交流母排上的第二电能数据，并将检测到的所述第二电能数据上传至所述集群控制模块，其中，各台逆变器的交流输出侧并联在所述交流柜的交流母排上。
进一步地，所述集群控制模块还用于根据所述第一电能数据和所述第二电能数据共同确定出所述第一目标逆变器的数量和所述第二目标逆变器的数量，并向所述第一目标逆变器发送启动指令以及向所述第二目标逆变器发送退出指令。
进一步地，所述集群控制模块还用于将所述直流柜、所述交流柜以及所述逆变器组的运行数据上传至监控平台。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种光伏发电系统的控制方法，包括：光伏智能汇流箱将各路光伏组串输出的电能进行汇流，其中，每路所述光伏组串包含多个控制器和多个光伏组件，每路所述光伏组串中的一个控制器与一个光伏组件连接，每路所述光伏组串中的多个所述控制器串联连接；集群式逆变系统将所述光伏智能汇流箱汇流后输出的电能进行逆变，并将逆变后得到的电能并入电网。
在本发明实施例中，采用具有以下结构的光伏发电系统：多路光伏组串，每路所述光伏组串包含多个控制器和多个光伏组件，每路所述光伏组串中的一个所述控制器与一个所述光伏组件连接，每路所述光伏组串中的多个所述控制器串联连接；光伏智能汇流箱，分别与各路所述光伏组串连接，用于将各路所述光伏组串输出的电能进行汇流；集群式逆变系统，与所述光伏智能汇流箱连接，用于将所述光伏智能汇流箱汇流后输出的电能进行逆变，并将逆变后得到的电能并入电网，通过不再直接的将光伏组件串联，而是先将光伏组件和控制器一一连接，以及将多个控制器串联形成光伏组串，再将多路光伏组串通过光伏智能汇流箱汇流后接入集群式逆变系统，最终转换为交流电后并网，由于一个光伏组件连接一个控制器，达到了提高对每个光伏组件的最大功率点跟踪的控制精度的目的，从而实现了降低了光伏发电系统中能量损失的技术效果，解决了现有技术的光伏发电系统中能量损失严重的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的一种光伏发电系统的示意图；
图2是根据本发明实施例的另一种光伏发电系统的示意图；
图3是根据本发明实施例的光伏智能汇流箱与一路光伏组串的连接方式和控制原理的示意图；
图4是根据本发明实施例的集群式逆变系统的工作原理示意图；以及
图5是根据本发明实施例的一种光伏发电系统的控制方法的流程图。
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方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
根据本发明实施例，提供了一种光伏发电系统的实施例。图1是根据本发明实施例的一种光伏发电系统的示意图，如图1所示，该光伏发电系统包括多路光伏组串10、光伏智能汇流箱20和集群式逆变系统30。其中，每路光伏组串10包含多个控制器11和多个光伏组件12，每路光伏组串10中的一个控制器11与一个光伏组件12连接，每路光伏组串10中的多个控制器11串联连接。光伏智能汇流箱20分别与各路光伏组串连接，光伏智能汇流箱20用于将各路光伏组串输出的电能进行汇流；集群式逆变系统30与光伏智能汇流箱连接，集群式逆变系统30用于将光伏智能汇流箱汇流后输出的电能进行逆变，并将逆变后得到的电能并入电网。
具体地，逆变后得到的电能为交流电能，可以将其并入电网发电。
在本发明实施例中，通过不再直接的将光伏组件串联，而是先将光伏组件和控制器一一连接，以及将多个控制器串联形成光伏组串，再将多路光伏组串通过光伏智能汇流箱汇流后接入集群式逆变系统，最终转换为交流电后并网，由于一个光伏组件连接一个控制器，达到了提高对每个光伏组件的最大功率点跟踪的控制精度的目的，从而实现了降低了光伏发电系统中能量损失技术效果，解决了现有技术的光伏发电系统中能量损失严重的技术问题。
图2是根据本发明实施例的另一种光伏发电系统的示意图。参见图2，一个光伏组件12独立的与一个控制器11连接，相邻的若干个控制器11进行串联形成一路光伏组串10；多路光伏组串10汇接于光伏智能汇流箱20，多个光伏智能汇流箱20再汇接于集群式逆变系统30，集群式逆变系统30对接收到的电能进行逆变后并网发电。
可选地，光伏智能汇流箱与各路光伏组串的连接方式为：每路光伏组串包括n个控制器，每路光伏组串中第一个控制器的第一接线端与光伏智能汇流箱的第一接线端连接，第一个控制器的第二接线端与该路光伏组串中下一个控制器的第一接线端连接，该路光伏组串中第i个控制器的第一接线端与第i-1个控制器的第二接线端连接，第i个控制器的第二接线端与该路光伏组串中第i+1个控制器的第一接线端连接，该路光伏组串中第n个控制器的第一接线端与该路光伏组串中第n-1个控制器的第二接线端连接，第n个控制器的第二接线端与光伏智能汇流箱的第二接线端连接，1<i<n。
其中，i和n均为自然数。需要说明的是，每路光伏组串中包含的控制器的个数虽然都是n个，但不同光伏组串中包含的控制器的数量可以相等，也可以不相等。
一路光伏组串中各个控制器之间以及光伏组串中的控制器与光伏智能汇流箱之间的连接方式可以参见图3。需要说明的是，图3中仅示出了一路光伏组串与光伏智能汇流箱的连接方式，实际应用中一个光伏智能汇流箱可同时接入多路光伏组串。
参见图3，每个控制器11均包括第一控制芯片111、第一通信单元112和直流转换器113，其中：
第一控制芯片111的第一端与光伏组件12的第一端连接，第一控制芯片的第二端与光伏组件的第二端连接，第一控制芯片111用于控制与该第一控制芯片连接的光伏组件处于最大功率点的输出状态。具体地，第一控制芯片的作用也就是保证与其连接的光伏组件时刻(即，一直)工作于最大功率点，从而实现任意工况下上述光伏组件的最大化输出。
第一通信单元112与第一控制芯片连接，第一通信单元112用于将与第一控制芯片连接的光伏组件的工作参数传输至光伏智能汇流箱，并接收光伏智能汇流箱基于工作参数返回的目标控制器的目标输出电流。
具体地，光伏组件的工作参数包括光伏组件的输出电流和输出电压。目标控制器的目标输出电流即为目标控制器所在的光伏组串的工作电流，光伏智能汇流箱可以通过控制信号或者控制指令等方式将目标输出电流返回至第一通信单元。
直流转换器113，将直流转换器的第一端作为控制器的第一接线端以及直流转换器的第二端作为控制器的第二接线端，直流转换器的第三端与第一控制芯片的第三端连接，直流转换器的第四端与第一控制芯片的第四端连接，用于将目标控制器的实际输出电流调整为目标输出电流，其中，目标控制器为直流转换器、第一通信单元和第一控制芯片所属的控制器。
具体地，当目标输出电流以控制信号的形式反馈至第一通信单元时，直流转换器根据第一通信单元接收到的控制信号调整其所属的控制器的实际输出电流，从而使得其所属的控制器的实际输出电流与光伏组串中其它控制器的实际输出电流时刻相等。
参见图3，可选地，控制器还可以包括二极管114。其中，二极管114的第一端与直流转换器的第一端连接，二极管的第二端与直流转换器的第二端连接，二极管114用于在目标控制器或者与目标控制器连接的光伏组件故障的情况下，控制目标控制器所在的光伏组串电流通畅。
其中，二极管的第一端可以为该二极管的阴极，二极管的第二端可以为该二极管的阳极。
进一步可选地，二极管114为旁路二极管。当某个控制器或者与上述控制器连接的光伏组件故障无法输出时，该控制器所在的光伏组串会在旁路二极管两端形成正向偏压使旁路二极管导通，保证该控制器所在的光伏组串电流畅通，以提高光伏发电系统工作的可靠性。
可选地，参见图3，光伏智能汇流箱包括第二通信单元21和第二控制芯片22，其中：
第二通信单元21用于接收各路光伏组串中每个控制器上传的光伏组件的工作参数。
具体地，控制器上传的光伏组件的工作参数是指该控制器上传的与该控制器相连接的光伏组件的工作参数。
第二控制芯片22与第二通信单元连接，第二控制芯片22用于根据各路光伏组串中每个控制器上传的光伏组件的工作参数确定对应的光伏组串中每个控制器的目标输出电流，并将目标输出电流发送至对应的光伏组串中的每个控制器，以控制各路光伏组串中的每个控制器按照对应的目标输出电流工作。
具体地，第二控制芯片在保证每路光伏组串的工作电压为额定工作电压的前提下，根据各路光伏组串中所有光伏组件的输出参数计算出各路光伏组串的工作电流。第二控制芯片可以通过第二通信单元以工作电流指令的形式发送目标输出电流至对应的光伏组串中的每个控制器。
其中，每路光伏组串的额定工作电压可以根据需求设置为600V-1500V中的任意值，优选为800V。每路光伏组串的工作电压允许在该路光伏组串的额定工作电压的3％范围内浮动。
下面结合图3，对各路光伏组串中控制器和光伏智能汇流箱之间的工作过程进行如下说明：
为了保证每路光伏组串中各个控制器的实际输出电流相匹配(即，为了保证同一路光伏组串中的各个控制器的实际输出电流相同)，同时上述各路光伏组串的电压达到额定工作电压，需要光伏智能汇流箱对各路光伏组串中的各个控制器11进行协调控制。其协调控制方式为：光伏智能汇流箱20中的第二通信单元21从各个控制器11的第一通信单元112处获取各个光伏组件12的通过第一控制芯片111的实时输出参数(即，工作参数)，并将获取到的数据传送至第二控制芯片22进行处理。第二控制芯片22可根据接收到的各个光伏组件的实时输出参数计算得到此时每路光伏组串的最高输出功率，再根据每路光伏组串的最高输出功率和预设的光伏组串的额定工作电压计算得到每路光伏组串的工作电流，上述工作电流即为光伏组串中各个控制器的受控输出电流值(也即，目标输出电流)。光伏智能汇流箱20中的第二通信单元21将各路光伏组串的电流控制指令传送至每路光伏组串中的各个控制器，各控制器即通过其内设置的直流转换器113将控制器的实际输出电流调整为受控输出电流。
下面以光伏智能汇流箱对一路由20块(个)光伏组件组成的光伏组串的工作电流进行自动匹配调整(即，协调控制)的过程为例，对上述光伏组串的工作电流的确定过程进行如下说明：
下述表1中示出了该路光伏组串中每个光伏组件的输出电压Vmpp和输出电流Impp，其中，光伏组件的输出电压Vmpp和输出电流Impp是经控制器控制后，该光伏组件在当时工况下的最大功率点输出电压和最大功率点输出电流。根据表1中各个光伏组件的输出电压Vmpp和输出电流Impp可以得出该路光伏组串此时刻的最大输出功率ΣPmpp为4200.86W，假设预设的光伏组串的额定工作电压为800V，则此时各个控制器的受控输出电流为5.25A，也就是各个控制器经过DC/DC(即，直流转换器)直流变换后的输出电流Io(即，实际输出电流)均为5.25A，输出电压Vo之和ΣVo为800V，每个控制器的输出电压Vo可以参见下述表2。
表1
表2
需要说明的是，在上述表1和表2中，控制器序号和光伏组件序号是相对应的，也即，光伏组件1与控制器1连接，光伏组件2与控制器2连接，依次类推，光伏组件20与控制器20连接。
可选地，光伏智能汇流箱还可以包括直流断路器、防雷器、防反二极管、熔断器等元件。
可选地，光伏智能汇流箱为多个，参见图4，其中，集群式逆变系统包括：直流柜31、第一检测模块32、逆变器组33和集群控制模块34。直流柜31用于汇集各个光伏智能汇流箱输出的电能；第一检测模块32设置在直流柜31的直流母排311上，第一检测模块32用于检测直流柜的直流母排上的第一电能数据；逆变器组33包含若干台相同功率的逆变器，各台逆变器的直流输入侧并联于直流柜的直流母排上；集群控制模块34与第一检测模块和逆变器组相连接，用于根据第一电能数据确定出第一目标逆变器的数量和第二目标逆变器的数量，并向第一目标逆变器发送启动指令以及向第二目标逆变器发送退出指令，其中，启动指令用于指示第一目标逆变器处于运行状态，退出指令用于指示第二目标逆变器处于待机状态。
具体地，第一目标逆变器在接收到启动指令后，会启动运行，以处于运行状态；第二目标逆变器在接收到退出指令后，会停止运行，以处于待机状态。第二目标逆变器可以是之前时刻正在运行的逆变器，但是当前时刻需要停止运行的逆变器。
逆变器组中包含的逆变器为三相逆变器，三相逆变器的功率根据光伏发电系统的大小可以在5kW-200kW范围内选择。
第一检测模块可以是传感器。第一电能数据为直流母排上的电流数据和电压数据，也就是直流柜将各个光伏智能汇流箱输出的电能汇集后，该直流柜的直流母排上的电流数据和电压数据。
集群控制模块在不同时刻，根据第一电能数据的大小确定出第一目标逆变器的数量以及第二目标逆变器的数量。例如，逆变器组一共有10台逆变器，时刻1需要启动2台逆变器，则控制2台逆变器启动，所以第一目标逆变器的数量为2，第二目标逆变器的数量为8；时刻2需要启动4台逆变器，则在原有2台逆变器启动的基础上，再新启动2台逆变器，所以第一目标逆变器的数量为4，第二目标逆变器的数量为6；时刻3需要启动3台逆变器，则从之前启动的4台逆变器中关闭1台，所以第一目标逆变器的数量为3，第二目标逆变器的数量为7。
可选地，在本发明实施例中，逆变器组33由10台100kW三相逆变器(即，图4中的330至339)构成，每台逆变器的额定工作电压为800V,额定工作电流125A，额定输出功率100kW,最大输出功率110kW，每台逆变器的直流输入侧并联于直流柜31的直流母排311上。
集群控制模块基于以下两个原则确定出逆变器组中哪些逆变器启动，上述两个原则具体如下：
原则一：根据直流侧输入功率的大小动态调整投入运行的逆变器台数，即直流侧输入功率小时投入运行的逆变器台数少，随着直流侧输入功率的增大逐渐增加投入运行的逆变器台数，当直流侧输入功率波动时动态调整投入运行的逆变器台数。
原则二：集群控制模块会记录各台逆变器的运行时间，优先投运总运行时间少的逆变器，优先退出总运行时间长的逆变器。在全寿命期内，各台逆变器的工作时间趋于相等。
下面结合图4，以1兆瓦光伏方阵为例，对本发明实施例中的集群式逆变系统的工作原理进行说明。
各光伏智能汇流箱的输出端子接入直流柜31的直流母排311上，直流母排上的电流数据和电压数据经第一检测模块32采集后传送至集群控制模块34。集群控制模块34根据总直流功率确定投入运行的逆变器的数量，其基本控制策略是直流侧输入功率小时，投入运行的逆变器台数少，随着直流侧的输入功率的增大逐渐增加投入运行的逆变器台数，当直流侧输入功率波动时动态调整投入运行的逆变器台数。在集群控制过程中，集群控制模块会记录各台逆变器的运行时间，优先投运总运行时间少的逆变器，优先退出总运行时间长的逆变器。在全寿命期内，各台逆变器的工作时间趋于相等。
以1兆瓦光伏发电系统中集群逆变系统对逆变器组中的逆变器进行逆变控制举例说明如下，其中，假设逆变器组由10台100kW三相逆变器构成：
时刻1时直流侧的输入功率为90kW(工作电压V为800V，工作电流I为112.5A)，则控制一台逆变器投入运行；时刻2时直流侧的输入功率为140kW(工作电压V为800V，工作电流I为175A)，则新增一台逆变器投入运行，保持两台逆变器运行；时刻3时直流侧的输入功率为980kW(工作电压V为800V，工作电流I为1225A)，则新增八台逆变器投入运行，保持十台逆变器运行；时刻4时直流侧的输入功率为650kW(工作电压V为800V，工作电流I为812.5A)，则三台逆变器退出运行，保持七台逆变器投入运行；时刻5时直流侧的输入功率为880kW(工作电压V为800V，工作电流I为1100A)，则新增两台逆变器投入运行，保持九台逆变器运行。基于上述原则2，具体控制哪台逆变器运行可以参见下述表3。
表3
在本发明实施例中，通过采用集群逆变控制的方式解决了现有技术中逆变器使用效率偏低的问题，实现了提高逆变器使用效率的技术效果。同时由于采用了组件级最大功率跟踪(即，一个控制器连接一个光伏组件)和集群式逆变控制技术，提高了光伏发电系统的运行效率和运行可靠性，并提升了光伏发电系统智能化运行水平。
进一步可选地，参见图4，集群式逆变系统还包括：交流柜35和第二检测模块36。其中，交流柜35用于汇集逆变器组输出的电能；第二检测模块36设置在交流柜35的交流母排351上，第二检测模块36用于检测交流柜中交流母排上的第二电能数据，并将检测到的第二电能数据上传至集群控制模块，其中，各台逆变器的交流输出侧并联在交流柜的交流母排上。
具体地，各台逆变器的交流输出端子并联于交流柜的交流母排上，逆变器组逆变后得到的电能通过交流母排输出至电网。
第二检测模块也可以称为电能质量检测模块，可以检测出各台逆变器输出电能的电能质量(即，第二电能数据)，并将检测到的数据反馈至集群控制模块。
第二电能数据可以包括电压、电流、功率、频率、相位、三相不平衡度、电压波动和闪变、谐波等数据。
优选地，集群控制模块还用于根据第一电能数据和第二电能数据共同确定出第一目标逆变器的数量和第二目标逆变器的数量，并向第一目标逆变器发送启动指令以及向第二目标逆变器发送退出指令。
也即，集群控制模块可以根据上传的直流柜的直流输入功率数据(即，第一电能数据)并结合上传的交流柜的电能质量数据(即，第二电能数据)确定需要投入运行的逆变器的数量，并向逆变器发出指示运行或退出的指令。
可选地，参见图2，在本发明实施例中，光伏发电系统还包括监控平台40。其中，监控平台40分别与光伏智能汇流箱和集群式逆变系统连接，用于存储并显示光伏智能汇流箱以及集群式逆变系统上传的光伏发电系统运行数据。
具体地，光伏发电系统运行数据中包含每一光伏组件、每一控制器、每一光伏组串、每一光伏智能汇流箱、每一逆变器的全部运行数据。
具体地，监控平台由中控机和人机交互界面组成。中控机用于运行光伏系统监控软件，将光伏智能汇流箱和集群式逆变系统上传的光伏系统运行数据进行存储，并进行处理，再将处理后的数据通过人机交互界面展示给电站运维人员。
可选地，第二通信单元还用于将各路光伏组串和各路光伏组串中包含的各个光伏组件的运行数据上传至监控平台。
具体地，各路光伏组串的运行数据包括各路光伏组串的实际输出电流和实际输出电压。光伏组件的运行数据把控光伏组件的输出电流和输出电压。
可选地，集群控制模块还用于将直流柜、交流柜以及逆变器组的运行数据上传至监控平台。
需要说明的是，图1至图4中的虚线“-----”表示光伏发电系统内部结构之间进行数据通信。
通过上述描述可知，与现有技术相比，本发明实施例所提供的光伏发电系统具有以下三方面的优点：
一、高效
1、组件级最大功率跟踪技术，最大化光伏组件的发电率，大幅度提高了光伏发电系统抗阴影和光照不均匀的能力。
2、通过智能控制实现组件级电流匹配，组串级电压匹配，在光伏发电系统全寿命期消除光伏发电系统中的电学失配损失。
3、直流侧高于800V时，相对于常规600V左右的直流母线电压，该光伏发电系统直流输电线损小。
4、集群式逆变控制方式，提高逆变效率和逆变器的使用效率，并可延长光伏发电系统早晚发电时间。
二、可靠
5、减少光伏组件发热，延长光伏组件的使用寿命。
6、减小单台逆变器的使用时间，提高逆变系统的使用寿命和稳定性。
7、部分光伏组件和逆变器的故障和维护不会影响光伏发电系统的整体运行。
三、智能
8、组件级数据监控，满足光伏电站监控大数据发展要求。
9、各种环境条件下，光伏发电系统直流侧的电流和电压自动匹配。
10、根据直流侧输入功率的变化，光伏发电系统能够自动调节投运的逆变器的数量。
根据本发明实施例还提供了一种光伏发电系统的控制方法，该控制方法应用于上述实施例中的任一种光伏发电系统。图5是根据本发明实施例的一种光伏发电系统的控制方法的流程图，如图5所示，该方法包括如下步骤：
步骤S502，光伏智能汇流箱将各路光伏组串输出的电能进行汇流，其中，每路光伏组串包含多个控制器和多个光伏组件，每路光伏组串中的一个控制器与一个光伏组件连接，每路光伏组串中的多个控制器串联连接。
步骤S504，集群式逆变系统将光伏智能汇流箱汇流后输出的电能进行逆变，并将逆变后得到的电能并入电网。
在本发明实施例中，通过不再直接的将光伏组件串联，而是先将光伏组件和控制器一一连接，以及将多个控制器串联形成光伏组串，再将多路光伏组串通过光伏智能汇流箱汇流后接入集群式逆变系统，最终转换为交流电后并网，由于一个光伏组件连接一个控制器，达到了提高对每个光伏组件的最大功率点跟踪的控制精度的目的，从而实现了降低了光伏发电系统中能量损失的技术效果，解决了现有技术的光伏发电系统中能量损失严重的技术问题。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种光伏发电系统，其特征在于，包括：
多路光伏组串，每路所述光伏组串包含多个控制器和多个光伏组件，每路所述光伏组串中的一个所述控制器与一个所述光伏组件连接，每路所述光伏组串中的多个所述控制器串联连接；
光伏智能汇流箱，分别与各路所述光伏组串连接，用于将各路所述光伏组串输出的电能进行汇流；
集群式逆变系统，与所述光伏智能汇流箱连接，用于将所述光伏智能汇流箱汇流后输出的电能进行逆变，并将逆变后得到的电能并入电网；
其中，所述光伏智能汇流箱包括：
第二通信单元，用于接收各路所述光伏组串中每个控制器上传的光伏组件的工作参数；
第二控制芯片，与所述第二通信单元连接，用于根据各路所述光伏组串中每个控制器上传的光伏组件的工作参数确定对应的光伏组串中每个控制器的目标输出电流，并将所述目标输出电流发送至对应的光伏组串中的每个控制器，以控制各路所述光伏组串中的每个控制器按照对应的目标输出电流工作；
其中，所述光伏智能汇流箱为多个，其中，所述集群式逆变系统包括：
直流柜，用于汇集各个所述光伏智能汇流箱输出的电能；
第一检测模块，设置在所述直流柜的直流母排上，用于检测所述直流柜的直流母排上的第一电能数据；
逆变器组，所述逆变器组包含若干台相同功率的逆变器，各台所述逆变器的直流输入侧并联于所述直流柜的直流母排上；
集群控制模块，与所述第一检测模块和所述逆变器组相连接，用于根据所述第一电能数据确定出第一目标逆变器的数量和第二目标逆变器的数量，并向所述第一目标逆变器发送启动指令以及向所述第二目标逆变器发送退出指令，其中，所述启动指令用于指示所述第一目标逆变器处于运行状态，所述退出指令用于指示所述第二目标逆变器处于待机状态。
2.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，所述光伏发电系统还包括：
监控平台，分别与所述光伏智能汇流箱和所述集群式逆变系统连接，用于存储并显示所述光伏智能汇流箱以及所述集群式逆变系统上传的光伏发电系统运行数据。
3.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，每路光伏组串包括n个控制器，每路光伏组串中第一个控制器的第一接线端与所述光伏智能汇流箱的第一接线端连接，所述第一个控制器的第二接线端与该路光伏组串中下一个控制器的第一接线端连接，该路光伏组串中第i个控制器的第一接线端与第i-1个控制器的第二接线端连接，所述第i个控制器的第二接线端与该路光伏组串中第i+1个控制器的第一接线端连接，该路光伏组串中第n个控制器的第一接线端与该路光伏组串中第n-1个控制器的第二接线端连接，所述第n个控制器的第二接线端与所述光伏智能汇流箱的第二接线端连接，1<i<n。
4.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，每个所述控制器包括：
第一控制芯片，所述第一控制芯片的第一端与光伏组件的第一端连接，所述第一控制芯片的第二端与所述光伏组件的第二端连接，用于控制与所述第一控制芯片连接的光伏组件处于最大功率点的输出状态；
第一通信单元，与所述第一控制芯片连接，用于将与所述第一控制芯片连接的光伏组件的工作参数传输至所述光伏智能汇流箱，并接收所述光伏智能汇流箱基于所述工作参数返回的目标控制器的目标输出电流；
直流转换器，将所述直流转换器的第一端作为所述控制器的第一接线端以及所述直流转换器的第二端作为所述控制器的第二接线端，所述直流转换器的第三端与所述第一控制芯片的第三端连接，所述直流转换器的第四端与所述第一控制芯片的第四端连接，用于将所述目标控制器的实际输出电流调整为所述目标输出电流，其中，所述目标控制器为所述第一控制芯片、所述第一通信单元和所述直流转换器所属的控制器。
5.根据权利要求4所述的光伏发电系统，其特征在于，每个所述控制器还包括：
二极管，所述二极管的第一端与所述直流转换器的第一端连接，所述二极管的第二端与所述直流转换器的第二端连接，用于在所述目标控制器或者与所述目标控制器连接的光伏组件故障的情况下，控制所述目标控制器所在的光伏组串电流通畅。
6.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，所述第二通信单元还用于将各路光伏组串和各路光伏组串中包含的各个光伏组件的运行数据上传至监控平台。
7.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，所述集群式逆变系统还包括：
交流柜，用于汇集所述逆变器组输出的电能；
第二检测模块，设置在所述交流柜的交流母排上，用于检测所述交流柜中交流母排上的第二电能数据，并将检测到的所述第二电能数据上传至所述集群控制模块，其中，各台逆变器的交流输出侧并联在所述交流柜的交流母排上。
8.根据权利要求7所述的光伏发电系统，其特征在于，所述集群控制模块还用于根据所述第一电能数据和所述第二电能数据共同确定出所述第一目标逆变器的数量和所述第二目标逆变器的数量，并向所述第一目标逆变器发送启动指令以及向所述第二目标逆变器发送退出指令。
9.根据权利要求8所述的光伏发电系统，其特征在于，所述集群控制模块还用于将所述直流柜、所述交流柜以及所述逆变器组的运行数据上传至监控平台。
10.一种光伏发电系统的控制方法，其特征在于，应用于权利要求1至9中任意一项所述的光伏发电系统，包括：
光伏智能汇流箱将各路光伏组串输出的电能进行汇流，其中，每路所述光伏组串包含多个控制器和多个光伏组件，每路所述光伏组串中的一个控制器与一个光伏组件连接，每路所述光伏组串中的多个所述控制器串联连接；
集群式逆变系统将所述光伏智能汇流箱汇流后输出的电能进行逆变，并将逆变后得到的电能并入电网。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20190118 Termination date: 20190504 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Former decision: termination of patent right due to unpaid annual fee Former decision publication date: 20200417 |
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| RR01 | Reinstatement of patent right |