CN106571774B - 一种电池板融雪方法、控制器及光伏发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的电池板融雪方法、控制器及光伏发电系统，在接收融雪模式启动指令之后，即控制所述光伏发电系统的逆变器工作在整流模式，由电网为所述光伏发电系统的电池板提供直流电压，使得电池板加热进而实现融雪；仅需要改变对于所述逆变器的控制即可，无需加设额外的供电电路，解决了现有技术中电路复杂且成本高的问题。并且，在融雪的过程中，实时控制所述逆变器以当前的直流电压基准值为所述电池板提供直流电压，避免了过热而导致的电池板老化现象。

Description

一种电池板融雪方法、控制器及光伏发电系统

技术领域

本发明涉及逆变器负载检测技术领域，特别涉及一种电池板融雪方法、控制器及光伏发电系统。

背景技术

在较寒冷的地区，光伏逆变器发电的一个瓶颈就是冬天遇到下雪天气，积雪覆盖在电池板上，造成电池板不能发电，进而降低光伏电站的发电量。

现有技术中，一般通过供电电路给电池板加热进而实现融雪。但是，由于需要为每个电池板加设额外的供电电路，造成电路复杂且成本高的问题。其次，现有技术并未真正考虑给电池板加热的程度问题；而电池板加热在带来融雪功能的同时，如果过热也可能导致电池板的老化，从而加快电池板的衰减。

发明内容

本发明提供一种电池板融雪方法、控制器及光伏发电系统，以解决现有技术中电路复杂、成本高且易造成电池板老化的问题。

为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：

一种电池板融雪方法，应用于光伏发电系统的控制器，所述电池板融雪方法包括：

S101、接收融雪模式启动指令；

S102、根据所述融雪模式启动指令，控制所述光伏发电系统的逆变器工作在整流模式，初始化直流电压基准值，为所述电池板提供直流电压；

S103、根据实时接收的所述电池板直流电流检测值，计算得到当前的直流电压基准值；

S104、实时控制所述逆变器以所述当前的直流电压基准值为所述电池板提供直流电压。

优选的，在步骤S102之前，还包括：

S201、接收融雪模式设置指令；所述融雪模式设置指令包括：总时间T、融雪时间t1及停止时间t2；且T＝n×(t1+t2)，其中，n为融雪周期个数；

S202、根据所述融雪模式设置指令，控制所述逆变器中的功率器件在总时间T内按照周期(t1+t2)，在停止时间t2内关断，并在融雪时间t1内导通，执行步骤S102至S104。

优选的，所述光伏发电系统还包括与所述逆变器直流端相连的测试电池板，及设置在所述测试电池板上的传感器；所述电池板融雪方法在步骤S102之前，还包括：

S301、实时接收所述传感器的检测信号；

S302、判断所述检测信号是否满足预设条件；

若所述检测信号满足所述预设条件，则执行步骤S303：

S303、根据所述检测信号计算得到当前的融雪时间t3及停止时间t4；

S304、根据当前的融雪时间t3及停止时间t4，控制所述逆变器中的功率器件按照周期(t3+t4)，在停止时间t4内关断，并在融雪时间t3内导通，执行步骤S102至S104；直至计算得到的当前的融雪时间t3为零。

优选的，计算所述当前的直流电压基准值所采用的公式为：

U_dcr(s)＝(k₁+k₂÷s)×i_e(s)＝(k₁+k₂÷s)×[i_ref(s)-i(s)]；

其中，U_dcr(s)为当前的直流电压基准值，i_ref(s)为预设的电流基准值，i(s)为实时接收的所述电池板直流电流检测值，i_e(s)为电池板直流电流检测值与电流基准值之间的差值，k₁与k₂均为预设的系数。

优选的，计算得到当前的融雪时间t3及停止时间t4所采用的公式为：

t3＝k3×F；

t4＝k4÷F；

其中，F为所述检测信号，k3和k4均为预设的系数。

一种控制器，用于为光伏发电系统的电池板融雪，所述控制器包括：

第一接收单元，用于接收融雪模式启动指令；

第一控制单元，用于根据所述融雪模式启动指令，控制所述光伏发电系统的逆变器工作在整流模式，初始化直流电压基准值，为所述电池板提供直流电压；

第一计算单元，用于根据实时接收的所述电池板直流电流检测值，计算得到当前的直流电压基准值；

第二控制单元，用于实时控制所述逆变器以所述当前的直流电压基准值为所述电池板提供直流电压。

优选的，还包括：

第二接收单元，用于接收融雪模式设置指令；所述融雪模式设置指令包括：总时间T、融雪时间t1及停止时间t2；且T＝n×(t1+t2)，其中，n为融雪周期个数；

第三控制单元，用于根据所述融雪模式设置指令，控制所述逆变器中的功率器件在总时间T内按照周期(t1+t2)，在停止时间t2内关断，并在融雪时间t1内导通，控制所述第一控制单元、所述第一计算单元及所述第二控制单元工作。

优选的，所述光伏发电系统还包括与所述逆变器直流端相连的测试电池板，及设置在所述测试电池板上的传感器；所述控制器还包括：

第三接收单元，用于实时接收所述传感器的检测信号；

判断单元，用于判断所述检测信号是否满足预设条件；

第二计算单元，用于若所述检测信号满足所述预设条件，则根据所述检测信号计算得到当前的融雪时间t3及停止时间t4；

第四控制单元，用于根据当前的融雪时间t3及停止时间t4，控制所述逆变器中的功率器件按照周期(t3+t4)，在停止时间t4内关断，并在融雪时间t3内导通，控制所述第一控制单元、所述第一计算单元及所述第二控制单元工作；直至计算得到的当前的融雪时间t3为零。

优选的，计算所述当前的直流电压基准值所采用的公式为：

U_dcr(s)＝(k₁+k₂÷s)×i_e(s)＝(k₁+k₂÷s)×[i_ref(s)-i(s)]；

其中，U_dcr(s)为当前的直流电压基准值，i_ref(s)为预设的电流基准值，i(s)为实时接收的所述电池板直流电流检测值，i_e(s)为电池板直流电流检测值与电流基准值之间的差值，k₁与k₂均为预设的系数。

优选的，计算得到当前的融雪时间t3及停止时间t4所采用的公式为：

t3＝k3×F；

t4＝k4÷F；

其中，F为所述检测信号，k3和k4均为预设的系数。

一种光伏并网系统，包括上述任一所述的控制器。

本发明提供的所述电池板融雪方法，在接收融雪模式启动指令之后，即控制所述光伏发电系统的逆变器工作在整流模式，由电网为所述光伏发电系统的电池板提供直流电压，使得电池板加热进而实现融雪；仅需要改变对于所述逆变器的控制即可，无需加设额外的供电电路，解决了现有技术中电路复杂且成本高的问题。并且，在融雪的过程中，实时控制所述逆变器以当前的直流电压基准值为所述电池板提供直流电压，避免了过热而导致的电池板老化现象。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，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，下面描述内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是本发明实施例提供的电池板融雪方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的光伏并网系统的结构图；

图3是本发明另一实施例提供的电池板融雪方法的另一流程图；

图4是本发明另一实施例提供的光伏并网系统的另一结构图；

图5是本发明另一实施例提供的电池板融雪方法的另一流程图；

图6是本发明另一实施例提供的控制器的控制框图；

图7是本发明另一实施例提供的控制器的结构示意图；

图8是本发明另一实施例提供的控制器的另一结构示意图；

图9是本发明另一实施例提供的控制器的另一结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本发明提供一种电池板融雪方法，以解决现有技术中由于需要为每个电池板加设额外的供电电路而造成的电路复杂且成本高的问题。

具体的，所述电池板融雪方法，应用于光伏发电系统的控制器，所述电池板融雪方法参见图1，包括：

S101、接收融雪模式启动指令；

S102、根据所述融雪模式启动指令，控制所述光伏发电系统的逆变器工作在整流模式，初始化直流电压基准值，为所述电池板提供直流电压；

S103、根据实时接收的所述电池板直流电流检测值，计算得到当前的直流电压基准值；

S104、实时控制所述逆变器以所述当前的直流电压基准值为所述电池板提供直流电压。

不同的电池板存在不同的安全电流上限Imax，当电池板被施加正向的直流电压U_dc后，产生的电流I不能超过安全电流上限Imax，否则容易引起电池板衰减或损坏。直流电压U_dc越大，产生的电流I越大，且两者为非线性关系。

所述光伏发电系统参见图2，由于逆变单元可实现四象限运行，接收融雪模式启动指令后，即可控制逆变器工作在整流模式，DC开关和AC开关均闭合，给电池板提供直流电压。并通过步骤S104，可以不断调整逆变器输出的直流电压的大小，从而实现有效的融雪功能。

对于白天，在光照较强或积雪只是部分覆盖时，此时电池板仍可对外输出直流电压，使系统发电；同时产生的能量，可将电池板上的积雪融化，所以无需控制逆变器进行融雪。而在光照较弱，或积雪大面积覆盖电池板的时候，光伏电站的操作人员可根据实际情况发出该融雪模式启动指令，通过上述步骤实现融雪。当光照恢复到一定强度，或者积雪减少到一定量后，操作人员可根据实际情况停止发出该融雪模式启动指令，电池板接收光照后本身会输出直流电压，随着直流电压的增加，系统得以发电，同时产生的能量，可将电池板上剩余的积雪融化。

本实施例提供的所述电池板融雪方法，仅需要改变对于所述逆变器的控制即可，不需要额外引入复杂的控制电路，可实施性高，系统稳定，避免额外增加控制电路与逆变器自身工作的相互影响。在融雪的过程中，实时调整为所述电池板提供的直流电压，避免了过热而导致的电池板老化现象。

本发明另一实施例还提供了另外一种具体的电池板融雪方法，参见图3，包括：

S101、接收融雪模式启动指令；

S201、接收融雪模式设置指令；所述融雪模式设置指令包括：总时间T、融雪时间t1及停止时间t2；且T＝n×(t1+t2)，其中，n为融雪周期个数；

S202、根据所述融雪模式设置指令，控制所述逆变器中的功率器件在总时间T内按照周期(t1+t2)，在停止时间t2内关断，并在融雪时间t1内导通，执行步骤S102至S104；

S102、根据所述融雪模式启动指令，控制所述光伏发电系统的逆变器工作在整流模式，初始化直流电压基准值，为所述电池板提供直流电压；

S103、根据实时接收的所述电池板直流电流检测值，计算得到当前的直流电压基准值；

S104、实时控制所述逆变器以所述当前的直流电压基准值为所述电池板提供直流电压。

在有下雪的夜晚，光伏电站运维人员可根据天气预报等，通过上位机或逆变器的液晶板发出融雪模式启动指令，使能逆变器工作在整流模式，并且根据具体应用环境的需要，设置融雪持续的总时间T、间歇性控制的融雪时间t1和停止时间t2；在具体的实际应用中，总时间T、融雪时间t1和停止时间t2均有各自的设置范围，此处不做具体限定，视其具体应用环境而定。

设置完毕后，逆变器开启整流模式。逆变器通过采样的电池板直流电流检测值，调节直流电压基准值，进而保证电流在一个较小范围。

具体的，计算所述当前的直流电压基准值所采用的公式为：

U_dcr(s)＝(k₁+k₂÷s)×i_e(s)＝(k₁+k₂÷s)×[i_ref(s)-i(s)]；

其中，U_dcr(s)为当前的直流电压基准值，i_ref(s)为预设的电流基准值，i(s)为实时接收的所述电池板直流电流检测值，i_e(s)为电池板直流电流检测值与电流基准值之间的差值，k₁与k₂均为预设的系数。

可以看出，当前电流低于预设的电流基准值i_ref(s)时，会控制直流电压增加；反之，减小直流电压。为了避免直流电压过压，通过上述过程，对输出的直流电压基准值进行上限值限制，其下限可以为交流电压不控整流值。

如上所述，在寒冷下雪的天气，电站维护人员可以通过上位机或逆变器的液晶板设置的方式，开启融雪功能，当然，也可以通过增加传感器(比如压力传感器)检测是否有积雪，进而实现融雪功能的触发。

因此，本发明另一实施例提供了另外一种具体的电池板融雪方法，所述光伏发电系统参见图4，还包括与所述逆变器直流端相连的测试电池板，及设置在所述测试电池板上的传感器；所述电池板融雪方法，参见图5，包括：

S101、接收融雪模式启动指令；

S301、实时接收所述传感器的检测信号；

S302、判断所述检测信号是否满足预设条件；

在具体的实际应用中，所述预设条件可以是压力传感器检测得到的压力信号大于压力阈值(说明此时积雪量大，已达到影响发电的程度)，或者是温度传感器检测得到的温度信号小于温度阈值，此处不做具体限定，可以根据具体的传感器进行设定，均在本申请的保护范围内。

若所述检测信号满足所述预设条件，则执行步骤S303：

S303、根据所述检测信号计算得到当前的融雪时间t3及停止时间t4；

S304、根据当前的融雪时间t3及停止时间t4，控制所述逆变器中的功率器件按照周期(t3+t4)，在停止时间t4内关断，并在融雪时间t3内导通，执行步骤S102至S104；直至计算得到的当前的融雪时间t3为零。

S102、根据所述融雪模式启动指令，控制所述光伏发电系统的逆变器工作在整流模式，初始化直流电压基准值，为所述电池板提供直流电压；

S103、根据实时接收的所述电池板直流电流检测值，计算得到当前的直流电压基准值；

S104、实时控制所述逆变器以所述当前的直流电压基准值为所述电池板提供直流电压。

值得说明的是，如果如上述实施例所述，固定设置融雪时长，仍将可能会导致组件过度加热，为避免电池板过热对电池板产生影响，参见图6所示的控制器的融雪控制框图，根据当前的电池板直流电流检测值与预设的电流基准值，经融雪电压基准控制逻辑计算得到当前的直流电压基准值U_dcr(s)，再与实时检测得到的直流电压U_dc(s)做差，然后逆变器经电压电流环控制获得最终的功率器件驱动信号，而控制器的控制逻辑引入滞环调节开关，以避免组件被持续加热，具体的：

实时接收所述传感器的检测信号，比如压力传感器的压力信号F；

在检测信号满足预设条件(压力信号F大于压力阈值F0)的情况下，根据检测信号计算得到当前的融雪时间t3及停止时间t4；

优选的，计算得到当前的融雪时间t3及停止时间t4所采用的公式为：

t3＝k3×F；

t4＝k4÷F；

其中，F为所述检测信号，k3和k4均为预设的系数。

上式中表明压力信号F越大，融雪时间t3越长，停止时间t4越短。并且根据电流采样的值，来调整电压的大小。如此既能实现电池板融雪的功能，又能避免电池板的过热带来的老化问题。

上述检测信号并不局限于检测雪厚度的压力信号F，凡是可以表示当前融雪效果的量均可以使用，例如组件发热量等，均在本申请的保护范围内。

本实施例提供的所述电池板融雪方法，在上述实施例的基础之上，结合融雪效果的检测量实时修正加热的时长(融雪时间t3)，以及重新启动的时间间隔(停止时间t4)，从而避免持续加热引起的组件衰减或损坏。

本发明另一实施例还提供了一种控制器，用于为光伏发电系统的电池板融雪，所述控制器参见图7，包括：第一接收单元101、第一控制单元102、第一计算单元103及第二控制单元104；其中：

第一接收单元101用于接收融雪模式启动指令；

第一控制单元102用于根据所述融雪模式启动指令，控制所述光伏发电系统的逆变器工作在整流模式，初始化直流电压基准值，为所述电池板提供直流电压；

第一计算单元103用于根据实时接收的所述电池板直流电流检测值，计算得到当前的直流电压基准值；

第二控制单元104用于实时控制所述逆变器以所述当前的直流电压基准值为所述电池板提供直流电压。

优选的，参见图8，该控制器在图7的基础之上还包括：

第二接收单元105，用于接收融雪模式设置指令；所述融雪模式设置指令包括：总时间T、融雪时间t1及停止时间t2；且T＝n×(t1+t2)，其中，n为融雪周期个数；

第三控制单元106，用于根据所述融雪模式设置指令，控制所述逆变器中的功率器件在总时间T内按照周期(t1+t2)，在停止时间t2内关断，并在融雪时间t1内导通，控制第一控制单元102、第一计算单元103及第二控制单元104工作。

优选的，参见图4，所述光伏发电系统还包括与所述逆变器直流端相连的测试电池板，及设置在所述测试电池板上的传感器；所述控制器还参见图9，该控制器在图7的基础之上包括：

第三接收单元107，用于实时接收所述传感器的检测信号；

判断单元108，用于判断所述检测信号是否满足预设条件；

第二计算单元109，用于若所述检测信号满足所述预设条件，则根据所述检测信号计算得到当前的融雪时间t3及停止时间t4；

第四控制单元110，用于根据当前的融雪时间t3及停止时间t4，控制所述逆变器中的功率器件按照周期(t3+t4)，在停止时间t4内关断，并在融雪时间t3内导通，控制第一控制单元102、第一计算单元103及第二控制单元104工作；直至计算得到的当前的融雪时间t3为零。

优选的，计算所述当前的直流电压基准值所采用的公式为：

U_dcr(s)＝(k₁+k₂÷s)×i_e(s)＝(k₁+k₂÷s)×[i_ref(s)-i(s)]；

其中，U_dcr(s)为当前的直流电压基准值，i_ref(s)为预设的电流基准值，i(s)为实时接收的所述电池板直流电流检测值，i_e(s)为电池板直流电流检测值与电流基准值之间的差值，k₁与k₂均为预设的系数。

优选的，计算得到当前的融雪时间t3及停止时间t4所采用的公式为：

t3＝k3×F；

t4＝k4÷F；

其中，F为所述检测信号，k3和k4均为预设的系数。

具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明另一实施例还提供了一种光伏并网系统，参见图2或图4，包括上述实施例任一所述的控制器。

另外，该DC开关还可以以汇流箱来实现，此处不做具体限定。

具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明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。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种电池板融雪方法，其特征在于，应用于光伏发电系统的控制器，所述电池板融雪方法包括：

S101、接收融雪模式启动指令；

S102、根据所述融雪模式启动指令，控制所述光伏发电系统的逆变器工作在整流模式，初始化直流电压基准值，为所述电池板提供直流电压；

S103、根据实时接收的所述电池板直流电流检测值，计算得到当前的直流电压基准值；

S104、实时控制所述逆变器以所述当前的直流电压基准值为所述电池板提供直流电压；

所述电池板融雪方法在步骤S102之前，还包括：

S201、接收融雪模式设置指令；所述融雪模式设置指令包括：总时间T、融雪时间t1及停止时间t2；且T＝n×(t1+t2)，其中，n为融雪周期个数；

S202、根据所述融雪模式设置指令，控制所述逆变器中的功率器件在总时间T内按照周期(t1+t2)，在停止时间t2内关断，并在融雪时间t1内导通，执行步骤S102至S104；

或者，所述光伏发电系统还包括与所述逆变器直流端相连的测试电池板，及设置在所述测试电池板上的传感器；则所述电池板融雪方法在步骤S102之前，还包括：

S301、实时接收所述传感器的检测信号；

S302、判断所述检测信号是否满足预设条件；

若所述检测信号满足所述预设条件，则执行步骤S303：

S303、根据所述检测信号计算得到当前的融雪时间t3及停止时间t4；

S304、根据当前的融雪时间t3及停止时间t4，控制所述逆变器中的功率器件按照周期(t3+t4)，在停止时间t4内关断，并在融雪时间t3内导通，执行步骤S102至S104；直至计算得到的当前的融雪时间t3为零。

2.根据权利要求1所述的电池板融雪方法，其特征在于，计算所述当前的直流电压基准值所采用的公式为：

U_dcr(s)＝(k₁+k₂÷s)×i_e(s)＝(k₁+k₂÷s)×[i_ref(s)-i(s)]；

其中，U_dcr(s)为当前的直流电压基准值，i_ref(s)为预设的电流基准值，i(s)为实时接收的所述电池板直流电流检测值，i_e(s)为电池板直流电流检测值与电流基准值之间的差值，k₁与k₂均为预设的系数。

3.根据权利要求1所述的电池板融雪方法，其特征在于，计算得到当前的融雪时间t3及停止时间t4所采用的公式为：

t3＝k3×F；

t4＝k4÷F；

其中，F为所述检测信号，k3和k4均为预设的系数。

4.一种控制器，其特征在于，用于为光伏发电系统的电池板融雪，所述控制器包括：

第一接收单元，用于接收融雪模式启动指令；

第一控制单元，用于根据所述融雪模式启动指令，控制所述光伏发电系统的逆变器工作在整流模式，初始化直流电压基准值，为所述电池板提供直流电压；

第一计算单元，用于根据实时接收的所述电池板直流电流检测值，计算得到当前的直流电压基准值；

第二控制单元，用于实时控制所述逆变器以所述当前的直流电压基准值为所述电池板提供直流电压；

所述控制器还包括：

第二接收单元，用于接收融雪模式设置指令；所述融雪模式设置指令包括：总时间T、融雪时间t1及停止时间t2；且T＝n×(t1+t2)，其中，n为融雪周期个数；

第三控制单元，用于根据所述融雪模式设置指令，控制所述逆变器中的功率器件在总时间T内按照周期(t1+t2)，在停止时间t2内关断，并在融雪时间t1内导通，控制所述第一控制单元、所述第一计算单元及所述第二控制单元工作；

或者，所述光伏发电系统还包括与所述逆变器直流端相连的测试电池板，及设置在所述测试电池板上的传感器；则所述控制器还包括：

第三接收单元，用于实时接收所述传感器的检测信号；

判断单元，用于判断所述检测信号是否满足预设条件；

第二计算单元，用于若所述检测信号满足所述预设条件，则根据所述检测信号计算得到当前的融雪时间t3及停止时间t4；

第四控制单元，用于根据当前的融雪时间t3及停止时间t4，控制所述逆变器中的功率器件按照周期(t3+t4)，在停止时间t4内关断，并在融雪时间t3内导通，控制所述第一控制单元、所述第一计算单元及所述第二控制单元工作；直至计算得到的当前的融雪时间t3为零。

5.根据权利要求4所述的控制器，其特征在于，计算所述当前的直流电压基准值所采用的公式为：

U_dcr(s)＝(k₁+k₂÷s)×i_e(s)＝(k₁+k₂÷s)×[i_ref(s)-i(s)]；

其中，U_dcr(s)为当前的直流电压基准值，i_ref(s)为预设的电流基准值，i(s)为实时接收的所述电池板直流电流检测值，i_e(s)为电池板直流电流检测值与电流基准值之间的差值，k₁与k₂均为预设的系数。

6.根据权利要求4所述的控制器，其特征在于，计算得到当前的融雪时间t3及停止时间t4所采用的公式为：

t3＝k3×F；

t4＝k4÷F；

其中，F为所述检测信号，k3和k4均为预设的系数。

7.一种光伏发电系统，其特征在于，包括权利要求4至6任一所述的控制器。