CN106411249A - 一种光伏发电系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例中，提出一种光伏发电系统，在该方案中，所述N个光伏阵列中的每一个光伏阵列的中线均与相邻的光伏阵列的中线相连，所述N个直流变换器中的每一个直流变换器的中线均与相邻的直流变换器的中线相连，然后，N个直流变换器中的M个直流变换器的中线均与对应的光伏阵列的中线相连接，形成直流变换器‑光伏阵列间的M条公共中线，所述N＞所述M≥1，这样，不需要每一个直流变换器的中线跟对应的光伏阵列的中线相连，只需要N个直流变换器中的1个或者部分直流变换器的中线跟对应的光伏阵列的中线相连即可，因此，降低了光伏发电系统的复杂度。

Description

一种光伏发电系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及发电系统领域，尤其涉及一种光伏发电系统及其控制方法。

背景技术

随着人类社会的不断发展，传统能源被不断的消耗，环境问题越来越严重。为了减少环境的污染，保证能源的可持续利用，世界上很多国家都开始重视太阳能等新能源的开发利用，在这些可再生资源中，太阳能光伏发电已经成为继风力发电之后产业化发展速度最快、最大的产业。

在太阳能光伏发电系统中，光伏电池通常需要将多个光伏组件串联，以满足用户对电压或者功率的要求，图1A为典型的光伏发电系统的结构示意图，多个光伏组件串联后，接入直流变换器，然后接入逆变器，从而将直流电转换为交流电，馈入电网。

目前，有些光伏发电系统带有光伏阵列的中线和直流变换器的中线，光伏阵列的中线由两个光伏组串串联的连接线形成，直流变换器的中线由两个直流变换单元串联的连接线所形成，且光伏阵列的中线跟对应的直流变换器的中线相连接，如图1B所示，图1B中所示的中线1、中线2等是指光伏阵列的中线跟对应的直流变换器的中线的连接后形成的线。

由于在实际工程当中，光伏组件的占地面积较大，光伏阵列到直流变换器的距离较远，如图1C所示。如果采用图1B所示的系统的话，光伏发电系统使用的线缆较多，系统复杂度较高。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明，以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种光伏发电系统及其控制方法，用于解决现有技术中存在的复杂度较高的缺陷。

依据本发明的第一方面，提供了一种光伏发电系统，包括N个光伏阵列、N个直流变换器和逆变器，所述N个光伏阵列中的每一个光伏阵列均与所述N个直流变换器中的一个直流变换器相对应，且所述N个光伏阵列中的任意两个不同的光伏阵列对应的直流变换器均不相同，其中：

所述N个光伏阵列中的每一个光伏阵列均包括两个光伏组串，所述两个光伏组串的连线为该光伏阵列的中线，所述N个光伏阵列中的每一个光伏阵列的中线均与相邻的光伏阵列的中线相连；

所述N个直流变换器中的每一个直流变换器均包括两个直流变换单元，所述两个直流变换单元中的一个直流变换单元的输入正极与另一个直流变换单元的输入负极的连线为该直流变换器的中线；所述N个直流变换器中的每一个直流变换器的中线均与相邻的直流变换器的中线相连，且所述N个直流变换器中的M个直流变换器的中线均与对应的光伏阵列的中线相连接，形成直流变换器-光伏阵列间的M条公共中线，所述N＞所述M≥1，且所述M为整数。

在一个实施方式中，根据本发明的上述实施方式所述的光伏发电系统，所述N个光伏阵列中的任意一光伏阵列的正极与对应的直流变换器的输入正极相连，所述任意一光伏阵列的负极与对应的直流变换器的输入负极相连。

在一些实施方式中，根据本发明的上述任一实施方式所述的光伏发电系统，所述光伏阵列中的每一个光伏组串均包括至少一个串联的光伏组件。

在一些实施方式中，根据本发明的上述任一实施方式所述的光伏发电系统，任意两个不同的光伏组串所串联的光伏组件的个数相等或不相等。

在一些实施方式中，根据本发明的上述任一实施方式所述的光伏发电系统，所述直流变换单元为最大功率点跟踪MPPT功率变换单元。

在一些实施方式中，根据本发明的上述任一实施方式所述的光伏发电系统，所述光伏发电系统还包括控制器，所述控制器用于获取所述N个光伏阵列中每个光伏组串的输出电压和输出电流、所述N个直流变换器的输出电压、所述直流变换器-光伏阵列间的M条公共中线的电流，并根据获取到的电压和电流对所述N个直流变换器进行功率控制。

在一些实施方式中，根据本发明的上述任一实施方式所述的光伏发电系统，所述逆变器的输入端均与所述N个直流变换器的输出端相连。

在一些实施方式中，根据本发明的上述任一实施方式所述的光伏发电系统，所述逆变器的输出端包括U输出端、V输出端和W输出端，所述逆变器的输出端能够与电网或者负载连接。

在一些实施方式中，根据本发明的上述任一实施方式所述的光伏发电系统，所述任意一光伏阵列包括的光伏组串以串联方式进行连接。

依据本发明的第二方面，提供了一种光伏发电系统的控制方法，其特征在于，应用于如第一方面或者第一方面的任意一实施方式所述的光伏发电系统中，所述方法包括：

检测所述直流变换器-光伏阵列间的M条公共中线的电流和所述N个光伏阵列中每个光伏组串的输出电压和输出电流；

判断所述直流变换器-光伏阵列间的M条公共中线的电流是否都在预设定的阈值内；

当所述直流变换器-光伏阵列间的M条公共中线的电流都在所述预设定的阈值内时，将所述N个直流变换器中的每一个直流变换器的两个直流变换子单元均控制处于最大功率点跟踪MPPT工作模式；

当所述直流变换器-光伏阵列间的M条公共中线中，一条或多条公共中线的电流超出所述预设定的阈值时，将所述N个光伏阵列中，正极和负极电流差最大的光伏阵列所对应的直流变换器所包括的直流变换单元的工作模式切换成单路MPPT工作模式。

在一个实施方式中，根据本发明的上述实施方式所述的方法，将所述N个光伏阵列中，正极和负极电流差最大的光伏阵列所对应的直流变换器所包括的直流变换单元的工作模式切换成单路MPPT工作模式之后，所述方法还包括：

如果所述直流变换器-光伏阵列间的M条公共中线中，一条或多条公共中线的电流仍然超出所述预设定的阈值，将所述N个光伏阵列中对应的直流变换器所包括的直流变换单元未切换成单路MPPT工作模式的光伏阵列中，正极和负极电流差最大的光伏阵列所对应的直流变换器所包括的直流变换单元的工作模式切换成单路MPPT工作模式，直到所述直流变换器-光伏阵列间的M条公共中线的电流都未超出所述预设定的阈值。

本发明实施例中，提出一种光伏发电系统，包括N个光伏阵列、N个直流变换器和逆变器，所述N个光伏阵列中的每一个光伏阵列均与所述N个直流变换器中的一个直流变换器相对应，且所述N个光伏阵列中的任意两个不同的光伏阵列对应的直流变换器均不相同，其中：所述N个光伏阵列中的每一个光伏阵列均包括两个光伏组串，所述两个光伏组串的连线为该光伏阵列的中线，所述N个光伏阵列中的每一个光伏阵列的中线均与相邻的光伏阵列的中线相连；所述N个直流变换器中的每一个直流变换器均包括两个直流变换单元，所述两个直流变换单元中的一个直流变换单元的输入正极与另一个直流变换单元的输入负极的连线为该直流变换器的中线；所述N个直流变换器中的每一个直流变换器的中线均与相邻的直流变换器的中线相连，且所述N个直流变换器中的M个直流变换器的中线均与对应的光伏阵列的中线相连接；在该方案中，所述N个光伏阵列中的每一个光伏阵列的中线均与相邻的光伏阵列的中线相连，所述N个直流变换器中的每一个直流变换器的中线均与相邻的直流变换器的中线相连，然后，N个直流变换器中的M个直流变换器的中线均与对应的光伏阵列的中线相连接，形成直流变换器-光伏阵列间的M条公共中线，所述N＞所述M≥1，这样，不需要每一个直流变换器的中线跟对应的光伏阵列的中线相连，只需要N个直流变换器中的1个或部分直流变换器的中线跟对应的光伏阵列的中线相连即可，因此，降低了光伏发电系统的复杂度。

进一步的，如果直流变换器和光伏阵列的连接的中线减少，那么在中线上配置的元件也可以进一步减少，例如，功率电缆、接线端子、熔断器、负荷开关、防雷器等，这样，一方面可以提高光伏发电系统的可靠性，另一方面也可以降低系统的成本、节省现场施工时间。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1A是现有技术光伏发电系统的结构示意图；

图1B是现有技术中包括中线的光伏发电系统的结构示意图；

图1C是现有技术中光伏发电系统的场景示意图；

图2A是根据本发明的实施例提出的光伏发电系统的示意图；

图2B是根据本发明的实施例提出的光伏发电系统的一种具体的示意图；

图2C是根据本发明的实施例提出的光伏发电系统的另一种具体的示意图；

图2D是根据本发明的实施例提出的光伏发电系统的另一种具体的示意图；

图3是根据本发明的实施例提出的光伏发电系统的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

参阅图2A所示，本发明实施例中，提出一种光伏发电系统，包括N个光伏阵列、N个直流变换器和逆变器，所述N个光伏阵列中的每一个光伏阵列均与所述N个直流变换器中的一个直流变换器相对应，且所述N个光伏阵列中的任意两个不同的光伏阵列对应的直流变换器均不相同，其中：

所述N个光伏阵列中的每一个光伏阵列均包括两个光伏组串，所述两个光伏组串的连线为该光伏阵列的中线，所述N个光伏阵列中的每一个光伏阵列的中线均与相邻的光伏阵列的中线相连；

所述N个直流变换器中的每一个直流变换器均包括两个直流变换单元，所述两个直流变换单元中的一个直流变换单元的输入正极与另一个直流变换单元的输入负极的连线为该直流变换器的中线；所述N个直流变换器中的每一个直流变换器的中线均与相邻的直流变换器的中线相连，且所述N个直流变换器中的M个直流变换器的中线均与对应的光伏阵列的中线相连接，形成直流变换器‐光伏阵列间的M条公共中线，所述N＞所述M≥1，且所述M为整数。

现有技术中，如果有N个光伏阵列和N个直流变换器的话，每一个光伏阵列的中线都需要跟对应的直流变换器的中线相连，而在实际应用中光伏阵列与相邻的光伏阵列的距离要远远小于光伏阵列到对应的直流变换器的距离，如果N个直流变换器中的1个或部分直流变换器的中线与对应的光伏阵列的中线相连接的话，会降低光伏发电系统的复杂度和成本。

例如，如图2B所示，光伏发电系统包括2个光伏阵列、2个直流变换器和一个逆变器，所述2个光伏阵列包括光伏阵列1和光伏阵列2，2个直流变换器包括直流变换器1和直流变换器2，光伏阵列1与直流变换器1相对应，光伏阵列2与直流变换器2相对应，光伏阵列1的中线与光伏阵列2的中线相连，直流变换器1的中线与直流变换器2的中线相连，光伏阵列1的中线还与直流变换器1的中线相连。

又例如，如图2C所示，光伏发电系统包括3个光伏阵列、3个直流变换器和一个逆变器，所述3个光伏阵列包括光伏阵列1、光伏阵列2和光伏阵列3，3个直流变换器包括直流变换器1、直流变换器2和直流变换器3，光伏阵列1与直流变换器1相对应，光伏阵列2与直流变换器2相对应，光伏阵列3与直流变换器3相对应，光伏阵列1的中线与光伏阵列2的中线相连，光伏阵列2的中线与光伏阵列3的中线相连，直流变换器1的中线与直流变换器2的中线相连，直流变换器2的中线与直流变换器3的中线相连，光伏阵列1的中线还与直流变换器1的中线相连。

需要说明的是，本发明实施例中的中线与对应的直流变换器的中线相连的M个光伏阵列可以是N个光伏阵列中的任意M个光伏阵列，在此不做具体限定，例如，图2B中可以是光伏组件1和直流变换器1的中线相连，也可以是光伏组件2和直流变换器2的中线相连，图2C中，可以是光伏组件1和直流变换器1的中线相连，也可以是光伏组件2和直流变换器2的中线相连，或者，也可以是光伏组件3和直流变换器3的中线相连，在此不做具体限定。

本发明实施例中，光伏阵列的中线与直流变换器的中线连接后的中线中可以配置接线端子、熔断器、负荷开关、防雷器中的一种或者任意组合，在此不做具体限定。

当然，还可以配置其他器件，在此不做具体限定。

本发明实施例中，逆变器可以是一种将直流电转化为交流电的装置。逆变器的输出依据并网的要求，可以为三相四线(带N线)制或三相三线制(不带N线)。对于三相四线(带N线)制而言，逆变器的输出U、V、W代表U相、V相和W相(火线)，逆变器的输出N为中性线(零线)。

本发明实施例中，可选地，所述N个光伏阵列中的任意一光伏阵列的正极与对应的直流变换器的输入正极相连，所述任意一光伏阵列的负极与对应的直流变换器的输入负极相连，如图2D所示。

本发明实施例中，可选地，所述光伏阵列中的每一个光伏组串均包括至少一个串联的光伏组件。

本发明实施例中，可选地，任意两个不同的光伏组串所串联的光伏组件的个数相等或不相等。

本发明实施例中，可选地，所述直流变换单元为MPPT(Maximum Power PointTracking，最大功率点跟踪)功率变换单元。

本发明实施例中，进一步的，所述光伏发电系统还包括控制器，所述控制器用于获取所述N个光伏阵列中每个光伏组串的输出电压和输出电流、所述N个直流变换器的输出电压、所述直流变换器-光伏阵列间的M条公共中线的电流，并根据获取到的电压和电流对所述N个直流变换器进行功率控制，参阅图2D所示。

本发明实施例中，可选地，所述逆变器的输入端均与所述N个直流变换器的输出端相连。

本发明实施例中，可选地，所述逆变器的输出端包括U输出端、V输出端和W输出端，所述逆变器的输出端能够与电网或者负载连接。

需要说明的是，本发明实施例中的图1A-1C、图2A-2D中的接线端子、防雷器和负荷开关是光伏发电系统中的可选元件，说明书中附图中只是给出了光伏发电系统包括接线端子、防雷器和负荷开关的示例。

本发明实施例中，可选地，所述任意一光伏阵列包括的光伏组串以串联方式进行连接。

参阅图3所示，本发明实施例还提出一种光伏发电系统的控制方法，应用于如图2A-图2D任意一项描述的光伏发电系统中，所述方法包括：

步骤300：检测所述直流变换器-光伏阵列间的M条公共中线的电流和所述N个光伏阵列中每个光伏组串的输出电压和输出电流；

步骤310：判断所述直流变换器-光伏阵列间的M条公共中线的电流是否都在预设定的阈值内，若是，执行步骤320，否则执行步骤330；

步骤320：将所述N个直流变换器中的每一个直流变换器的两个直流变换子单元均控制处于MPPT工作模式；

步骤330：将所述N个光伏阵列中，正极和负极电流差最大的光伏阵列所对应的直流变换器所包括的直流变换单元的工作模式切换成单路MPPT工作模式。

本发明实施例中，进一步的，将所述N个光伏阵列中，正极和负极电流差最大的光伏阵列所对应的直流变换器所包括的直流变换单元的工作模式切换成单路MPPT工作模式之后，所述方法还包括：

如果所述直流变换器-光伏阵列间的M条公共中线中，一条或多条公共中线的电流仍然超出所述预设定的阈值，将所述N个光伏阵列中对应的直流变换器所包括的直流变换单元未切换成单路MPPT工作模式的光伏阵列中，正极和负极电流差最大的光伏阵列所对应的直流变换器所包括的直流变换单元的工作模式切换成单路MPPT工作模式，直到所述直流变换器-光伏阵列间的M条公共中线的电流都未超出所述预设定的阈值。

本发明实施例中，提出一种光伏发电系统，在该方案中，所述N个光伏阵列中的每一个光伏阵列的中线均与相邻的光伏阵列的中线相连，所述N个直流变换器中的每一个直流变换器的中线均与相邻的直流变换器的中线相连，然后，N个直流变换器中的M个直流变换器的中线均与对应的光伏阵列的中线相连接，形成直流变换器-光伏阵列间的M条公共中线，所述N＞所述M≥1，这样，不需要每一个直流变换器的中线跟对应的光伏阵列的中线相连，只需要N个直流变换器中的1个或者部分直流变换器的中线跟对应的光伏阵列的中线相连即可，因此，降低了光伏发电系统的复杂度和成本。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的装置中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个装置中。可以把实施例中的若干模块组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者模块中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

Claims (11)

1.一种光伏发电系统，包括N个光伏阵列、N个直流变换器和逆变器，所述N个光伏阵列中的每一个光伏阵列均与所述N个直流变换器中的一个直流变换器相对应，且所述N个光伏阵列中的任意两个不同的光伏阵列对应的直流变换器均不相同，其中：

所述N个光伏阵列中的每一个光伏阵列均包括两个光伏组串，所述两个光伏组串的连线为该光伏阵列的中线，所述N个光伏阵列中的每一个光伏阵列的中线均与相邻的光伏阵列的中线相连；

所述N个直流变换器中的每一个直流变换器均包括两个直流变换单元，所述两个直流变换单元中的一个直流变换单元的输入正极与另一个直流变换单元的输入负极的连线为该直流变换器的中线；所述N个直流变换器中的每一个直流变换器的中线均与相邻的直流变换器的中线相连，且所述N个直流变换器中的M个直流变换器的中线均与对应的光伏阵列的中线相连接，形成直流变换器-光伏阵列间的M条公共中线，所述N＞所述M≥1，且所述M为整数。

2.如权利要求1所述的光伏发电系统，所述N个光伏阵列中的任意光伏阵列的正极与对应的直流变换器的输入正极相连，所述任意一光伏阵列的负极与对应的直流变换器的输入负极相连。

3.如权利要求1所述的光伏发电系统，所述光伏阵列中的每一个光伏组串均包括至少一个串联的光伏组件。

4.如权利要求3所述的光伏发电系统，任意两个不同的光伏组串所串联的光伏组件的个数相等或不相等。

5.如权利要求1-4任一项所述的光伏发电系统，所述直流变换单元为最大功率点跟踪MPPT功率变换单元。

6.如权利要求1所述的光伏发电系统，所述光伏发电系统还包括控制器，所述控制器用于获取所述N个光伏阵列中每个光伏组串的输出电压和输出电流、所述N个直流变换器的输出电压、所述直流变换器-光伏阵列间的M条公共中线的电流，并根据获取到的电压和电流对所述N个直流变换器进行功率控制。

7.如权利要求1所述的光伏发电系统，所述逆变器的输入端均与所述N个直流变换器的输出端相连。

8.如权利要求7所述的光伏发电系统，所述逆变器的输出端包括U输出端、V输出端和W输出端，所述逆变器的输出端能够与电网或者负载连接。

9.如权利要求1所述的光伏发电系统，所述任意一光伏阵列包括的光伏组串以串联方式进行连接。

10.一种光伏发电系统的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至9任一项所述的光伏发电系统中，所述方法包括：

检测所述直流变换器-光伏阵列间的M条公共中线的电流和所述N个光伏阵列中每个光伏组串的输出电压和输出电流；

判断所述直流变换器-光伏阵列间的M条公共中线的电流是否都在预设定的阈值内；

当所述直流变换器-光伏阵列间的M条公共中线的电流都在所述预设定的阈值内时，将所述N个直流变换器中的每一个直流变换器的两个直流变换子单元均控制处于最大功率点跟踪MPPT工作模式；

当所述直流变换器-光伏阵列间的M条公共中线中，一条或多条公共中线的电流超出所述预设定的阈值时，将所述N个光伏阵列中，正极和负极电流差最大的光伏阵列所对应的直流变换器所包括的直流变换单元的工作模式切换成单路MPPT工作模式。

11.如权利要求10所述的方法，将所述N个光伏阵列中，正极和负极电流差最大的光伏阵列所对应的直流变换器所包括的直流变换单元的工作模式切换成单路MPPT工作模式之后，所述方法还包括：

如果所述直流变换器-光伏阵列间的M条公共中线中，一条或多条公共中线的电流仍然超出所述预设定的阈值，将所述N个光伏阵列中对应的直流变换器所包括的直流变换单元未切换成单路MPPT工作模式的光伏阵列中，正极和负极电流差最大的光伏阵列所对应的直流变换器所包括的直流变换单元的工作模式切换成单路MPPT工作模式，直到所述直流变换器-光伏阵列间的M条公共中线的电流都未超出所述预设定的阈值。