CN106253332A - 一种光伏逆变器启动控制的方法、装置及光伏逆变器 - Google Patents

Abstract

一种光伏逆变器启动控制的方法、装置及光伏逆变器，在光伏逆变器启动后的直流母线升压阶段，对光伏面板的输出功率进行预测；根据预测结果判断是否满足预设的继续启动条件，如是，继续启动所述光伏逆变器，如否，停止启动所述光伏逆变器。所述装置包括功率预测模块和启动控制模块。本申请可有效抑制光伏逆变器频繁启动并网，延长逆变器使用寿命，减小对电网的冲击。且无需增添额外的硬件设备，降低了逆变器成本。

Description

一种光伏逆变器启动控制的方法、装置及光伏逆变器

技术领域

本发明涉及光伏逆变器，更具体地，涉及一种光伏逆变器启动控制的方法、装置及光伏逆变器。

背景技术

在光伏发电系统中，光伏(PV)面板输出的是直流电，需要通过光伏逆变器将光伏面板输出的直流电转换成交流电后，才能提供给负荷或者向电网馈电。通常，光伏面板输出电压在最小开启电压和最大开启电压之间时，逆变器才能启动并向电网馈入能量；在低于最小开启电压或者超过最大开启电压时，逆变器需停止工作，谨防受损。

然而，本发明的发明人经研究发现，在光伏面板处于早晨、傍晚和阴雨天气等光照不足的情况下，光伏面板输出电压高且输出功率小，此时逆变器将发生如下工作状态：

光伏面板输出电压超过最小开启电压，逆变器启动并网，由于光伏面板输出功率过小，导致光伏面板电压被逆变器拉低至最小开启电压下，逆变器停止输出功率，处于待机状态；

逆变器停止输出后，由于光伏面板自身特性，光伏面板输出电压恢复至开路电压，此时逆变器检测到的面板电压又高于最小开启电压，将返回到上一步骤执行；

可以看出，在光照条件不良等情况下，逆变器周而复始的重复上述两个步骤，造成逆变器频繁启动并网，这会减小逆变器的使用寿命，且加剧对电网的冲击。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了以下方案。

一种光伏逆变器启动控制的方法，包括：

在光伏逆变器启动后的直流母线升压阶段，对光伏面板的输出功率进行预测；

根据预测结果判断是否满足预设的继续启动条件，如是，继续启动所述光伏逆变器，如否，停止启动所述光伏逆变器。

一种光伏逆变器启动控制的装置，包括：

功率预测模块，用于在光伏逆变器启动后的直流母线升压阶段，对光伏面板的输出功率进行预测；

启动控制模块，用于根据预测结果判断是否满足预设的继续启动条件，如是，继续启动所述光伏逆变器，如否，停止启动所述光伏逆变器。

一种光伏逆变器，包括光伏面板、面板缓冲电容、升压电路和控制器，其中，所述控制器包括如上所述的用于光伏逆变器启动控制的装置。

上述方案可有效抑制光伏逆变器频繁启动并网，延长逆变器使用寿命，减小对电网的冲击。且无需增添额外的硬件设备，降低了逆变器成本。

附图说明

图1为本发明实施例单相光伏逆变器的结构示意图；

图2是本发明实施例一光伏逆变器启动控制方法的流程图；

图3是本发明实施例二光伏逆变器启动控制装置的模块图；

图4为本发明实施例三光伏逆变器启动控制过程的流程图；

图5为本发明实施例四功率预测处理的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

实施例一

图1所示为本实施例单相光伏逆变器的结构示意图，也用于其他实施例。其中的硬件电路与传统逆变器相同，无需增添额外的硬件设备。

如图所示，该单相光伏逆变器包括光伏(PV)面板，面板缓冲电容C_PV，滤波电感L₁，开关管T₁(开关管T₁的驱动信号为PWM)，续流二极管D₁，直流母线电容C_bus，H桥逆变器，控制器DSC，第一电压传感器VS₁，第二电压传感器VS₂和电流传感器CS₁。

控制器DSC可以采用数字信号处理器(DSP)实现，通过电压传感器VS₁、VS₂和电流传感器CS₁以及相应的硬件信号处理电路，分别采集逆变器输入PV电压V_PV、直流母线电压V_bus和boost电感电流i_{L_PV}；其中，boost是滤波电感L₁，开关管T₁，续流二极管D₁共同组成的升压电路，用于将PV面板输出的低压直流电升压成高压电并经直流母线电容C_bus进行能量缓冲和后端H桥逆变器逆变成交流电向电网馈入能量。

如图2所示，本实施例光伏逆变器启动控制方法包括：

步骤110，在光伏逆变器启动后的直流母线升压阶段，对光伏面板的输出功率进行预测；

本实施例中，所述对光伏面板的输出功率进行预测，包括：周期性地采集所述直流母线的电压V_bus，每次采集到N个V_bus后，对所述光伏面板的输出功率进行一次预测，N＝1,2,3,……。

本实施例中，对所述光伏面板的输出功率进行一次预测，包括：根据本次采集和之前采集的所述直流母线的电压V_bus计算V_bus的上升率，根据所述V_bus的上升率及直流母线电容C_bus计算预测的所述光伏面板的输出功率。其中，预测的所述光伏面板的输出功率根据以下公式计算：

$P_{PV\_temp}=C_{bus}\×\frac{v_{bus\_temp}^2\[0\]-V_{bus\_temp}^2\[1\]}{2\×T_{calc}}$

其中，P_{PV_temp}是预测的所述光伏面板的输出功率，V_{bus_temp}[0]是本次采集的V_bus或其统计值，V_{bus_temp}[1]是上一次采集的V_bus或其统计值，T_calc是V_bus的采集周期。

步骤120，根据预测结果判断是否满足预设的继续启动条件，如是，继续启动所述光伏逆变器，如否，停止启动所述光伏逆变器。

在停止启动所述光伏逆变器之后，可以进入待机状态，经过设定的待机时长后，再次对所述光伏逆变器进行启动控制。

本实施例中，在满足以下一种或多种触发条件时，触发根据所述预测结果判断是否满足预设的继续启动条件：

V_bus大于或等于预定的最小直流母线工作电压V_{bus_std}；

对所述光伏面板的输出功率进行预测的时间超过了设定的预测时长。

本实施例中，所述继续启动条件包括以下条件之一：预测的所述光伏面板的输出功率的最大值大于或等于预设的功率阈值；预测的所述光伏面板的输出功率的平均值大于或等于预设的功率阈值。

本实施例采用功率的概念来抑制逆变器频繁启动并网的状态；在现有逆变器控制基础上，实现准确预估面板输出功率，而无需增添硬件检测设备。

实施例二

本实施例提供了一种光伏逆变器启动控制的装置，可以是图1中的控制器DSC，如图3所示，该装置包括：

功率预测模块10，用于在光伏逆变器启动后的直流母线升压阶段，对光伏面板的输出功率进行预测；

启动控制模块20，用于根据预测结果判断是否满足预设的继续启动条件，如是，继续启动所述光伏逆变器，如否，停止启动所述光伏逆变器。

本实施例中，所述功率预测模块对光伏面板的输出功率进行预测，包括：周期性地采集所述直流母线的电压V_bus，每次采集到N个V_bus后，对所述光伏面板的输出功率进行一次预测，N＝1,2,3,……。

本实施例中，所述功率预测模块对所述光伏面板的输出功率进行一次预测，包括：根据本次采集和之前采集的所述直流母线的电压V_bus计算V_bus的上升率，根据所述V_bus的上升率及直流母线电容C_bus计算预测的所述光伏面板的输出功率。

本实施例中，所述功率预测模块计算预测的所述光伏面板的输出功率的公式如下：

$P_{PV\_temp}=C_{bus}\×\frac{v_{bus\_temp}^2\[0\]-v_{bus\_temp}^2\[1\]}{2\×T_{calc}}$

其中，P_{PV_temp}是预测的所述光伏面板的输出功率，V_{bus_temp}[0]是本次采集的V_bus或其统计值，V_{bus_temp}[1]是上一次采集的V_bus或其统计值，T_calc是V_bus的采集周期。

本实施例中，所述启动控制模块在满足以下一种或多种触发条件时，触发根据所述预测结果判断是否满足预设的继续启动条件：

V_bus大于或等于预定的直流母线标准电压V_{bus_std}；

对所述光伏面板的输出功率进行预测的时间超过了设定的预测时长。

本实施例中，所述启动控制模块使用的所述继续启动条件包括以下条件之一：

预测的所述光伏面板的输出功率的最大值大于或等于预设的功率阈值；

预测的所述光伏面板的输出功率的平均值大于或等于预设的功率阈值。

本实施例中，所述启动控制模块停止启动所述光伏逆变器之后，还包括：进入待机状态，经过设定的待机时长后，再次进行所述光伏逆变器的启动控制。

本实施例还提供了一种光伏逆变器，包括光伏面板、面板缓冲电容、升压电路和控制器，其中，所述控制器包括本实施例所述的任一用于光伏逆变器启动控制的装置。

上述两个实施例中，对光伏面板的输出功率进行预测，根据预测结果来判断是否继续启动，在满足继续启动条件时，说明光伏面板的输出功率满足要求，可以继续启动所述光伏逆变器，否则说明光伏面板的输出功率偏小，停止启动所述光伏逆变器，此时如果继续启动逆变器使其并网，容易导致并网后光伏面板电压被逆变器拉低至最小开启电压下，出现逆变器频繁启动并网的情况。因而本实施例方案可有效抑制光伏逆变器频繁启动并网，延长逆变器使用寿命，减小对电网的冲击。且无需增添额外的硬件设备，降低了逆变器成本。另外，无需通过boost开关管短接PV面板以获取PV面板短路电流，可避免开关管短接瞬间的冲击电流。

实施例三

本实施例给出光伏逆变器启动控制的过程，可由控制器DSC执行，如图4所示，该过程包括：

步骤310，利用电压传感器VS₁、VS₂和电流传感器CS₁采样并计算得到逆变器输入PV电压V_PV、直流母线电压V_bus和boost电感电流i_{L_PV}；

步骤320，将PV电压V_PV与预设的最小开启电压V_THl和最大开启电压V_THh比较，以确定逆变器是否满足启动条件，如不满足，结束，如满足，执行步骤330；

步骤330，监测V_bus以确定boost电路是否满足启动条件V_bus<V_{bus_std}：

V_bus≥V_{bus_std}时，控制器DSC不启动boost电路、V_bus升压程序和PV功率预测程序，直接执行步骤410；

V_bus<V_{bus_std}时，执行步骤340；

其中，V_{bus_std}是最小直流母线工作电压。光伏逆变器能够并网发电，对于直流母线的电压是有要求的，即V_bus≥V_{bus_std}。如果外接PV面板的电压过低，那么就需要启动boost进行升压操作。

步骤340，控制器DSC启动boost电路和V_bus升压处理，进入直流母线升压阶段。

以上步骤是光伏逆变器并网前所需要进行的通用逻辑。

步骤350，启动光伏面板的功率预测处理，同时计时；

步骤360，判断是否满足V_bus>V_{bus_std}或者预测超时，如果否，结束，如果是，执行步骤370；

步骤370，停止功率预测，计算预测的光伏面板的输出功率的最大值P_{PV_max}；

步骤380，将P_{PV_max}与预设的功率阈值P_{TH_PV}比较，如果P_{PV_max}≥P_{TH_PV}，执行步骤390，否则，执行步骤400；

虽然这里是将P_{PV_max}与预设的功率阈值P_{TH_PV}比较，但本发明不局限于此，也可以使得预测的输出功率的其他统计值如平均值进行比较。

步骤390，进入直流母线稳压阶段，转入步骤410；

步骤400，停止启动光伏变压器，进入待机状态并一直维持预定的待机时长T_standby，结束本次处理；

停止启动光伏变压器时，可以封锁PWM输出，关闭V_bus升压程序。

步骤410，对相关参数进行检测后开始并网发电。

逆变器维持待机状态T_standby时间后，可以重新开始执行上述流程。

如前所述，相关技术逆变器启动但未并网或者已经并网后，如果因光照等原因造成PV面板功率过低，将导致PV电压被逆变器自身损耗拉低至最小启机电压之下，逆变器待机，后PV电压又恢复至启动电压之上，开始准备并网，如此反复，会造成逆变器频繁启动并网。本实施例通过预设一个功率阈值P_{TH_PV}，在P_{PV_max}≥P_{TH_PV}时，逆变器才继续启动并网，否则逆变器可以停止启动，等待一段时间，让光照发生变化(因频繁振荡情况主要是发生在早晨)再启动，因而可以有效抑制光伏逆变器频繁启动并网，延长逆变器使用寿命，减小对电网的冲击。

实施例四

本实施例对实施例三流程中的功率预测处理进行详细说明，其流程如图5所示，图中，T_cnt为功率预测使用的计时计数器；T_calc为功率预测周期；V_{bus_temp}和P_{PV_temp}分别为直流母线电压V_bus和预测功率的暂存量。

如图5所示，在功率预测过程中的一次功率预测处理的流程包括：

步骤510，启动功率预测的计时功能；

步骤520，判断是否满足T_cnt≥T_calc，如果是，执行步骤530，否则，退出本次功率预测处理，结束；

功率预测周期T_calc可以根据功率预测误差的要求而进行设定如通过试验而得到其合理的范围。

步骤530，控制器保存当前的直流母线电压V_bus，同时复位T_cnt；

保存当前的直流母线电压V_bus时执行以下赋值运算：V_{bus_temp}[0]＝V_bus，复位T_cnt时执行以下赋值运算T_cnt＝0。

步骤540，计算预测功率即预测的光伏面板的输出功率P_{PV_temp}，计算完成后更新前一次的直流母线电压暂存量V_{bus_temp}[1]；

本步骤中，将直流母线电压暂存量V_{bus_temp}[0]和直流母线电容C_bus等代入功率预测的计算公式，得到当前的预测功率P_{PV_temp}；

其中，功率预测计算公式的函数表达式如下：

$P_{PV\_temp}=C_{bus}\&times;\frac{v_{bus\_temp}^2\&lsqb;0\&rsqb;-v_{bus\_temp}^2\&lsqb;1\&rsqb;}{2\&times;T_{calc}}$

上述公式体现了直流母线电压上升率与光伏面板的输出功率之间的逻辑关系。但在具体计算时，也可以采用上述公式的等价公式或简化公式。另外，在另一实施例中，也可以在一次计算周期内采集多个V_bus，使用该多个V_bus的统计值如均值作为上述V_{bus_temp}[0]和V_{bus_temp}[1]。另外，上述V_{bus_temp}[1]除了可以采用上一次采集的直流母线电压V_bus外，也可以之前多次采集的直流母线电压V_bus参与运算。

步骤550，比较当前功率P_{PV_temp}和系统存储的最大功率P_{PV_max}，如果P_{PV_temp}≥P_{PV_max}，执行步骤560，如果P_{PV_temp}<P_{PV_max}，控制器DSC保持当前P_{PV_max}不变，结束本次预测处理；

步骤560，控制器DSC更新存储的最大功率P_{PV_max}，结束本次预测处理。

如实施例三所述，在满足V_bus>V_{bus_std}或者预测超时，控制器DSC会关闭功率预测处理，同时读取暂存的预测功率，得到在直流母线升压阶段内预测的PV面板输出功率的最大值P_{PV_max}。

虽然上述实施例是针对单路PV面板输入逆变器来描述，但是，对于多路PV面板输入逆变器，其基本采用共直流母线的控制结构，因此本实施例方案同样适用于多路PV面板输入的逆变器。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的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(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，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的方法。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种光伏逆变器启动控制的方法，包括：

在光伏逆变器启动后的直流母线升压阶段，对光伏面板的输出功率进行预测；

根据预测结果判断是否满足预设的继续启动条件，如是，继续启动所述光伏逆变器，如否，停止启动所述光伏逆变器。

2.如权利要求1的方法，其特征在于：

所述对光伏面板的输出功率进行预测，包括：周期性地采集所述直流母线的电压V_bus，每次采集到N个V_bus后，对所述光伏面板的输出功率进行一次预测，N＝1,2,3,……。

3.如权利要求2的方法，其特征在于：

对所述光伏面板的输出功率进行一次预测，包括：根据本次采集和之前采集的所述直流母线的电压V_bus计算V_bus的上升率，根据所述V_bus的上升率及直流母线电容C_bus计算预测的所述光伏面板的输出功率。

4.如权利要求3的方法，其特征在于：

预测的所述光伏面板的输出功率根据以下公式计算：

$P_{PV\_temp}=C_{bus}\&times;\frac{V_{bus\_temp}^2\&lsqb;0\&rsqb;-V_{bus\_temp}^2\&lsqb;1\&rsqb;}{2\&times;T_{calc}}$

其中，P_{PV_temp}是预测的所述光伏面板的输出功率，V_{bus_temp}[0]是本次采集的V_bus或其统计值，V_{bus_temp}[1]是上一次采集的V_bus或其统计值，T_calc是V_bus的采集周期。

5.如权利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于：

所述继续启动条件包括以下条件之一：

预测的所述光伏面板的输出功率的最大值大于或等于预设的功率阈值；

预测的所述光伏面板的输出功率的平均值大于或等于预设的功率阈值。

6.如权利要求2-4中任一所述的方法，其特征在于：

在满足以下一种或多种触发条件时，触发根据所述预测结果判断是否满足预设的继续启动条件：

V_bus大于或等于预定的最小直流母线工作电压V_{bus_std}；

对所述光伏面板的输出功率进行预测的时间超过了设定的预测时长。

7.如权利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于：

停止启动所述光伏逆变器之后，所述方法还包括：进入待机状态，经过设定的待机时长后，再次对所述光伏逆变器进行启动控制。

8.一种光伏逆变器启动控制的装置，包括：

功率预测模块，用于在光伏逆变器启动后的直流母线升压阶段，对光伏面板的输出功率进行预测；

启动控制模块，用于根据预测结果判断是否满足预设的继续启动条件，如是，继续启动所述光伏逆变器，如否，停止启动所述光伏逆变器。

9.如权利要求8的装置，其特征在于：

所述功率预测模块对光伏面板的输出功率进行预测，包括：周期性地采集所述直流母线的电压V_bus，每次采集到N个V_bus后，对所述光伏面板的输出功率进行一次预测，N＝1,2,3,……。

10.如权利要求9的装置，其特征在于：

所述功率预测模块对所述光伏面板的输出功率进行一次预测，包括：根据本次采集和之前采集的所述直流母线的电压V_bus计算V_bus的上升率，根据所述V_bus的上升率及直流母线电容C_bus计算预测的所述光伏面板的输出功率。

11.如权利要求10的装置，其特征在于：

所述功率预测模块计算预测的所述光伏面板的输出功率的公式如下：

$P_{PV\_temp}=C_{bus}\&times;\frac{V_{bus\_temp}^2\&lsqb;0\&rsqb;-V_{bus\_temp}^2\&lsqb;1\&rsqb;}{2\&times;T_{calc}}$

其中，P_{PV_temp}是预测的所述光伏面板的输出功率，V_{bus_temp}[0]是本次采集的V_bus或其统计值，V_{bus_temp}[1]是上一次采集的V_bus或其统计值，T_calc是V_bus的采集周期。

12.如权利要求8-11中任一所述的装置，其特征在于：

所述启动控制模块使用的所述继续启动条件包括以下条件之一：

预测的所述光伏面板的输出功率的最大值大于或等于预设的功率阈值；

预测的所述光伏面板的输出功率的平均值大于或等于预设的功率阈值。

13.如权利要求9-11中任一所述的装置，其特征在于：

所述启动控制模块在满足以下一种或多种触发条件时，触发根据所述预测结果判断是否满足预设的继续启动条件：

V_bus大于或等于预定的直流母线标准电压V_{bus_std}；

对所述光伏面板的输出功率进行预测的时间超过了设定的预测时长。

14.如权利要求8-11中任一所述的装置，其特征在于：

所述启动控制模块停止启动所述光伏逆变器之后，还包括：进入待机状态，经过设定的待机时长后，再次进行所述光伏逆变器的启动控制。

15.一种光伏逆变器，包括光伏面板、面板缓冲电容、升压电路和控制器，其特征在于，所述控制器包括如权利要求8-14中任一所述的用于光伏逆变器启动控制的装置。