CN107017836A - 一种光伏发电系统及其组件iv曲线扫描方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光伏发电系统及其组件IV曲线扫描方法，通过增设组件级的检测装置，在逆变器调节至少一个组串的输出电压、对相应组串进行IV曲线扫描期间，由相应的检测装置连续记录相连接组件的扫描数据；然后在完成记录后，将记录的扫描数据上传至上位机，进而得到了单个组件的扫描数据。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，特别涉及一种光伏发电系统及其组件IV曲线扫描方法。
背景技术
光伏发电系统中，由于其组件安装工作在复杂的户外环境中，同时受到热循环，高湿度、紫外线等各种环境因素的影响，容易出现组件老化，性能衰减等各种问题。
组件IV曲线的检测和诊断可以延长光伏系统的使用寿命，提高发电效率，降低运营维护成本。随着全球光伏发电装机量的快速增长，光伏发电系统对安全性、可靠性的要求不断提高，因此，组件IV曲线扫描技术显得极为重要。
但是现有的IV曲线扫描方案，只要是通过逆变器控制母线电压来实现在一定范围内的整个组串IV曲线扫描，逆变器检测得到的是整个组串的IV曲线，而无法检测得到单个组件的IV曲线。
发明内容
本发明提供一种光伏发电系统及其组件IV曲线扫描方法，以提供一种能够检测得到单个组件IV曲线的方案。
为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：
一种光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法，应用于光伏发电系统中的逆变器及各个检测装置，各个检测装置的输入端至少连接有一个组件，多个检测装置的输出端串联，串联的两端作为组串的输出端，组串的输出端连接逆变器的直流侧；所述光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法包括：
逆变器及至少一个组串中的各个检测装置接收上位机发送的组件IV曲线扫描指令；
逆变器根据所述组件IV曲线扫描指令，调节所述至少一个组串的输出电压，对相应组串中的组件进行IV曲线扫描；
所述至少一个组串中的各个检测装置在逆变器对相应组串中的组件进行IV曲线扫描的过程中，连续记录相连接组件的扫描数据；
完成组件扫描数据记录的各个检测装置，将记录的扫描数据上传至上位机。
优选的，各个检测装置包括设置于输入端和输出端之间的开关；所述光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法，在所述至少一个组串中的各个检测装置接收上位机发送的组件IV曲线扫描指令之后，还包括：
所述至少一个组串中的各个检测装置根据所述组件IV曲线扫描指令，控制所述开关导通，使相应检测装置工作于直通模式。
优选的，逆变器为单级逆变器，所述逆变器根据所述组件IV曲线扫描指令，调节所述至少一个组串的输出电压，对相应组串中的组件进行IV曲线扫描，包括：
逆变器根据所述组件IV曲线扫描指令，停止抽取各个组串的电能，使各个组串的输出电压为开路电压；
逆变器将各个组串的输出电压从开路电压逐渐调节至最低电压，以对各个组串中的组件进行IV曲线扫描。
优选的，逆变器为包括至少两个最大功率点跟踪MPPT功能电路的组串式逆变器，逆变器的直流侧设置有各个MPPT功能电路的输入端，所述逆变器根据所述组件IV曲线扫描指令，调节所述至少一个组串的输出电压，对相应组串中的组件进行IV曲线扫描，包括：
根据所述组件IV曲线扫描指令，逆变器中至少一个MPPT功能电路停止抽取相连接组串的电能，使相连接组串的输出电压为开路电压；
逆变器将相应组串的输出电压从开路电压逐渐调节至最低电压，以对相应组串中的组件进行IV曲线扫描。
优选的，所述逆变器及各个检测装置接收上位机发送的组件IV曲线扫描指令之后，还包括：
在逆变器对相应组串进行IV曲线扫描期间，至少一个正常运行的MPPT功能电路，记录自身的电流变化；
逆变器判断所述电流变化是否超过阈值；
若所述电流变化未超过阈值，则逆变器输出扫描有效的信号至上位机，以告知上位机扫描未受到光照变化影响。
优选的，所述扫描数据包括电压数据；
所述光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法还包括：
在所述至少一个组串中的各个检测装置连续记录相连接组件的扫描数据的同时，逆变器以同样的起始时刻和时间间隔连续记录所述至少一个组串的电流数据；
在扫描结束后，逆变器将电流数据发送给上位机。
优选的，所述光伏发电系统包括汇流箱，所述扫描数据包括电压数据；所述光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法还包括：
汇流箱接收上位机发送的组件IV曲线扫描指令；
在所述至少一个组串中的各个检测装置连续记录相连接组件的扫描数据的同时，汇流箱以同样的起始时刻和时间间隔连续记录所述至少一个组串的电流数据；
在扫描结束后，汇流箱将电流数据发送给上位机。
一种光伏发电系统，包括：上位机、逆变器及多个检测装置，各个检测装置的输入端至少连接有一个组件，多个检测装置的输出端串联，串联的两端作为组串的输出端；
上位机、逆变器和各个检测装置用于执行上述任一所述的光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法。
优选的，还包括：至少一个汇流箱，用于将相连接组串的电能汇流至逆变器，并在检测装置连续记录相连接组件的扫描数据的同时，以同样的起始时刻和时间间隔连续记录相应组串的电流数据；在扫描结束后，将电流数据发送给上位机。
优选的，还包括：至少一个网关设备，用于实现上位机与逆变器和检测装置之间的通信。
本发明提供的所述光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法，通过增设组件级的检测装置，在逆变器调节至少一个组串的输出电压、对相应组串进行IV曲线扫描期间，由相应的检测装置连续记录相连接组件的扫描数据；然后在完成记录后，将记录的扫描数据上传至上位机，进而得到了单个组件的扫描数据。
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光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法的流程图；
图2是本发明另一实施例提供的集中式光伏发电系统的结构示意图；
图3是本发明另一实施例提供的组串式光伏发电系统的结构示意图；
图4是本发明另一实施例提供的组串式光伏发电系统的通信连接示意图；
图5是本发明另一实施例提供的组串式光伏发电系统的通信连接示意图；
图6是本发明另一实施例提供的光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本发明提供一种光伏发电系统及其组件IV曲线扫描方法，以提供一种能够检测得到单个组件IV曲线的方案。
该光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法，应用于光伏发电系统中的逆变器及各个检测装置，各个检测装置的输入端至少连接有一个组件，多个检测装置的输出端串联，串联的两端作为组串的输出端；具体的，该光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法，参见图1，包括：
S101、逆变器及至少一个组串中的各个检测装置接收上位机发送的组件IV曲线扫描指令；
S102、逆变器根据组件IV曲线扫描指令，调节该至少一个组串的输出电压，对相应组串中的组件进行IV曲线扫描；
S103、该至少一个组串中的各个检测装置，在逆变器对相应组串中的组件进行IV曲线扫描的过程中，连续记录相连接组件的扫描数据；
S104、完成组件扫描数据记录的各个检测装置，将记录的扫描数据上传至上位机。
值得说明的是，该扫描数据可以包括电压数据和电流数据，相应的，检测装置中需要设置有电压传感器和电流传感器；或者，该扫描数据仅包括电压数据即可，而电流数据由逆变器或者汇流箱内原有的电流传感器进行记录；或者，该扫描数据还可以包括温度等其他数据，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。
也即，优选的，当扫描数据包括电压数据时，该光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法，还包括：
在该至少一个组串中的各个检测装置连续记录相连接组件的扫描数据的同时，逆变器以同样的起始时刻和时间间隔连续记录该至少一个组串的电流数据；
在扫描结束后，逆变器将电流数据发送给上位机。
或者，当光伏发电系统包括汇流箱、且扫描数据包括电压数据时，该光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法还包括：
汇流箱接收上位机发送的组件IV曲线扫描指令；
在该至少一个组串中的各个检测装置连续记录相连接组件的扫描数据的同时，汇流箱以同样的起始时刻和时间间隔连续记录该至少一个组串的电流数据；
在扫描结束后，汇流箱将电流数据发送给上位机。
通过逆变器或者汇流箱，以与检测装置同样的起始时刻和时间间隔，连续记录该至少一个组串的电流数据，能够保证不同设备记录数据在时间上对齐。
当电流数据由逆变器或者汇流箱内原有的电流传感器进行记录时，可以利用系统内现有的设备实现本方法，节约设备成本。
另外，由于检测装置可以根据具体应用环境，采用功率优化器、接线盒或者快速关断装置中的任意一种来实现。以接线盒实现检测装置的功能时，其主电路在接收上位机发送的组件IV曲线扫描指令后，无需动作即可工作于直通模式。
而当检测装置包括设置于输入端和输出端之间的开关，比如功率优化器或者快速关断装置时，该光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法，在图1的基础之上，参加图6，在步骤S101之后，还包括：
S201、该至少一个组串中的各个检测装置根据该组件IV曲线扫描指令，控制开关导通，使相应检测装置工作于直通模式。
当以功率优化器实现检测装置的功能时，其主电路可以工作在直通模式，还可以工作在变换器模式，此处不再赘述。当以快速关断装置实现检测装置的功能时，其主电路可以通过一个开关管控制相连接的组件处于直通状态或关断状态。
值得说明的是，根据该组件IV曲线扫描指令，同时进行IV曲线扫描的组串个数视其具体应用环境而定，比如，当逆变器为单级逆变器时，在图2所示的集中式光伏发电系统中，至少一个组件接入检测装置的输入端口，多个检测装置的输出端口串联成组串后接入汇流箱输入端，多个汇流箱的输出端并联后接入逆变器的直流侧，逆变器的交流侧接电网，将组件产生的电能送入电网。
此时，可以通过逆变器控制直流母线电压来实现在一定范围内的全部组串IV曲线扫描，并通过组件级检测装置对单个组件的扫描数据进行记录和上传。
优选的，步骤S102，包括：
逆变器根据组件IV曲线扫描指令，停止抽取各个组串的电能，使各个组串的输出电压为开路电压；
逆变器将各个组串的输出电压从开路电压逐渐调节至最低电压，以对各个组串中的组件进行IV曲线扫描。
具体的，检测装置接收到上位机下发的组件IV扫描指令后，直接进入直通状态，此后逆变器停止抽取和输出电能，所有组件均处于开路状态，逆变器直流母线电压上升到所有组件开路电压之和。此后逆变器调节直流母线电压到最低电压，如逆变器最低工作电压，期间各个检测装置对扫描数据进行连续记录。待扫描结束后，逆变器恢复正常工作，检测装置将收集到的扫描数据通过逆变器进行上传，或者通过网关直接上传至上位机。
或者，当逆变器为包括至少两个MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪)功能电路的组串式逆变器时，如在图3所示的组串式光伏发电系统中，其逆变器中包括至少两个MPPT功能电路，如升压变换单元，逆变器的直流侧设置有各个MPPT功能电路的输入端，分别接收不同组串的直流电，各自进行电压转换后，并联至逆变单元，使直流电转换为交流电，输出至电网。
此时，同时进行IV曲线扫描的组串个数可以为一个或者多个，为了系统输出功率的稳定性，各个组串分时进行IV曲线扫描为佳。
优选的，步骤S102，包括：
根据组件IV曲线扫描指令，逆变器中至少一个MPPT功能电路停止抽取相连接组串的电能，使相连接组串的输出电压为开路电压；
逆变器将相应组串的输出电压从开路电压逐渐调节至最低电压，以对相应组串中的组件进行IV曲线扫描。
此时，该最低电压可以为零。
此时，优选的，步骤S101之后，还包括：
在逆变器对相应组串进行IV曲线扫描期间，至少一个正常运行的MPPT功能电路，记录自身的电流变化；
逆变器判断电流变化是否超过阈值；
若电流变化未超过阈值，则逆变器输出扫描有效的信号至上位机，以告知上位机扫描未受到光照变化影响。
具体的，假设检测装置与逆变器接收到上位机下发的组件IV扫描指令后，逆变器中的第一路MPPT功能电路停止输出电能，该MPPT功能电路接入的组件根据该组件IV扫描指令工作于直通模式，则第一路组串将处于开路状态，第一路MPPT功能电路的输入电压将上升到第一路组串中所有组件的开路电压之和。而第二路MPPT功能电路保持输入电压不变，并记录此时第二路组串的输入电流为第一电流；此后逆变器调节第一路MPPT功能电路的输入电压从开路电压到零，由第一路组串中的各个检测装置记录相应组件的扫描数据；第二路MPPT功能电路获取IV扫描期间输入最大电流和最小电流。在第一路组串与第二路组串处于同样的光照环境下，若第二路MPPT功能电路输入的最大电流与第一电流之差的绝对值小于预设电流阈值，且第二路MPPT功能电路输入的最小电流与第一电流之差的绝对值小于预设电流阈值，则确定第一路组串中各个检测装置所获取的扫描数据未受到光照变化的影响。最后，由各个检测装置将获取的扫描数据上传至上位机，则对第一路组串中组件的IV曲线扫描结束。其他路组串的扫描过程与此类似，此处不再一一赘述。
本实施例提供的该光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法，通过增设组件级的检测装置，在逆变器调节至少一个组串的输出电压、对相应组串中的组件进行IV曲线扫描期间，由相应的检测装置连续记录相连接组件的IV曲线扫描数据；然后在完成IV曲线扫描后，将记录的扫描数据上传至上位机，进而得到了单个组件的扫描数据。
本发明另一实施例还提供了一种光伏发电系统，参见图3，包括：上位机(图中未显示)、逆变器及多个检测装置，各个检测装置的输入端至少连接有一个组件，多个检测装置的输出端串联，串联的两端作为组串的输出端；
上位机、逆变器和各个检测装置用于执行上述任一实施例所述的光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法，具体原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
优选的，该光伏发电系统，参见图2，还包括：至少一个汇流箱，用于将相连接组串的电能汇流至逆变器，并在检测装置连续记录相连接组件的扫描数据的同时，以同样的起始时刻和时间间隔连续记录相应组串的电流数据；在扫描结束后，将电流数据发送给上位机。
优选的，该光伏发电系统参见图5，还包括：至少一个网关设备，用于实现上位机与逆变器和检测装置之间的通信。
此时，各个检测装置采用无线通信方式与网关设备通信，网关设备通过网线与上位机通信。
图5以组串式光伏发电系统为例进行展示，对于采用zigbee通信方式的系统结构，其数据传输方式为：检测装置将扫描数据上传网关设备，网关设备再将这些扫描数据通过网线上传到上位机进行数据处理。
或者，以图4所示的组串式光伏发电系统为例进行说明，此时，该网关设备的功能也可以通过数据采集器来实现，具体的：各个检测装置与逆变器之间采用PLC通信连接，逆变器通过485总线与数据采集器通信，数据采集器通过网线与上位机通信；PLC通信方式下，检测装置将扫描数据上传到逆变器，逆变器再通过485总线将扫描数据上传到数据采集器，最后数据采集器将这些扫描数据通过网线上传到上位机进行数据处理。
在光伏发电电站内部，逆变器与检测装置之间的通信方式可以是PLC通信，也可以是LORA等无线通讯方式，此处均不做具体限定，可以视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
值得说明的是，上位机或者网关可以集成在逆变器内部，与逆变器形成同一个设备；或者，也可以集成在汇流箱中，与汇流箱形成同一个设备；此处不做具体限定，视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
优选的，检测装置包括：
通信单元，用于与上位机进行通信；
主电路，用于在接收上位机发送的组件IV曲线扫描指令后，工作于直通模式；
电流检测电路，用于检测相连接组件的输出电流，生成扫描数据中的电流数据；
电压检测电路，用于检测相连接组件的输出电压，生成扫描数据中的电压数据；
存储器，用于存储扫描数据；
辅助电源，用于为检测装置提供工作电压。
应当指出，当组件输出电压接近检测装置的最低供电电压时，检测装置可能出现供电不足的情况，将会影响其对于IV曲线的记录，此时，可以通过增加辅助电源的供电线路来延缓检测装置的掉电时间，扩大组件IV曲线的扫描范围。
因此，优选的，检测装置还包括：
冗余供电电路，连接于主电路的输出端正极与辅助电源正极之间；
或者，储能模块，连接与辅助电源正负极之间。
其余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 (10)
1.一种光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法，其特征在于，应用于光伏发电系统中的逆变器及各个检测装置，各个检测装置的输入端至少连接有一个组件，多个检测装置的输出端串联，串联的两端作为组串的输出端，组串的输出端连接逆变器的直流侧；所述光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法包括：
逆变器及至少一个组串中的各个检测装置接收上位机发送的组件IV曲线扫描指令；
逆变器根据所述组件IV曲线扫描指令，调节所述至少一个组串的输出电压，对相应组串中的组件进行IV曲线扫描；
所述至少一个组串中的各个检测装置在逆变器对相应组串中的组件进行IV曲线扫描的过程中，连续记录相连接组件的扫描数据；
完成组件扫描数据记录的各个检测装置，将记录的扫描数据上传至上位机。
2.根据权利要求1所述的光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法，其特征在于，各个检测装置包括设置于输入端和输出端之间的开关；所述光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法，在所述至少一个组串中的各个检测装置接收上位机发送的组件IV曲线扫描指令之后，还包括：
所述至少一个组串中的各个检测装置根据所述组件IV曲线扫描指令，控制所述开关导通，使相应检测装置工作于直通模式。
3.根据权利要求1所述的光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法，其特征在于，逆变器为单级逆变器，所述逆变器根据所述组件IV曲线扫描指令，调节所述至少一个组串的输出电压，对相应组串中的组件进行IV曲线扫描，包括：
逆变器根据所述组件IV曲线扫描指令，停止抽取各个组串的电能，使各个组串的输出电压为开路电压；
逆变器将各个组串的输出电压从开路电压逐渐调节至最低电压，以对各个组串中的组件进行IV曲线扫描。
4.根据权利要求1所述的光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法，其特征在于，逆变器为包括至少两个最大功率点跟踪MPPT功能电路的组串式逆变器，逆变器的直流侧设置有各个MPPT功能电路的输入端，所述逆变器根据所述组件IV曲线扫描指令，调节所述至少一个组串的输出电压，对相应组串中的组件进行IV曲线扫描，包括：
根据所述组件IV曲线扫描指令，逆变器中至少一个MPPT功能电路停止抽取相连接组串的电能，使相连接组串的输出电压为开路电压；
逆变器将相应组串的输出电压从开路电压逐渐调节至最低电压，以对相应组串中的组件进行IV曲线扫描。
5.根据权利要求4所述的光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法，其特征在于，所述逆变器及各个检测装置接收上位机发送的组件IV曲线扫描指令之后，还包括：
在逆变器对相应组串进行IV曲线扫描期间，至少一个正常运行的MPPT功能电路，记录自身的电流变化；
逆变器判断所述电流变化是否超过阈值；
若所述电流变化未超过阈值，则逆变器输出扫描有效的信号至上位机，以告知上位机扫描未受到光照变化影响。
6.根据权利要求1至5任一所述的光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法，其特征在于，所述扫描数据包括电压数据；
所述光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法还包括：
在所述至少一个组串中的各个检测装置连续记录相连接组件的扫描数据的同时，逆变器以同样的起始时刻和时间间隔连续记录所述至少一个组串的电流数据；
在扫描结束后，逆变器将电流数据发送给上位机。
7.根据权利要求1至5任一所述的光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法，其特征在于，所述光伏发电系统包括汇流箱，所述扫描数据包括电压数据；所述光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法还包括：
汇流箱接收上位机发送的组件IV曲线扫描指令；
在所述至少一个组串中的各个检测装置连续记录相连接组件的扫描数据的同时，汇流箱以同样的起始时刻和时间间隔连续记录所述至少一个组串的电流数据；
在扫描结束后，汇流箱将电流数据发送给上位机。
8.一种光伏发电系统，其特征在于，包括：上位机、逆变器及多个检测装置，各个检测装置的输入端至少连接有一个组件，多个检测装置的输出端串联，串联的两端作为组串的输出端；
上位机、逆变器和各个检测装置用于执行权利要求1至6任一所述的光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法。
9.根据权利要求8所述的光伏发电系统，其特征在于，还包括：至少一个汇流箱，用于将相连接组串的电能汇流至逆变器，并在检测装置连续记录相连接组件的扫描数据的同时，以同样的起始时刻和时间间隔连续记录相应组串的电流数据；在扫描结束后，将电流数据发送给上位机。
10.根据权利要求8所述的光伏发电系统，其特征在于，还包括：至少一个网关设备，用于实现上位机与逆变器和检测装置之间的通信。
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