CN107154647A - 一种光伏发电系统的功率降额方法及控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光伏发电系统的功率降额方法及控制器，通过获取功率降额数值，和计算当前系统运行的光伏组件的输出功率；再根据功率降额数值和当前系统运行的光伏组件的输出功率进行计算，得到需要关闭输出的光伏组件个数后，根据需要关闭输出的光伏组件个数，确定需要关闭输出的光伏组件；最后发送关闭指令至与需要关闭输出的光伏组件相连接的关断装置，控制相应关断装置关断，无需现有技术中提升整个系统的运行电压，即可降低整个光伏阵列的输出功率，使光伏发电系统降额运行，避免了器件应力增加和电能质量降低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电系统的功率控制技术领域，特别涉及一种光伏发电系统的功率降额方法及控制器。
背景技术
在光伏发电系统中，当逆变器检测到其内部温度过高时，则需要调整功率，使其运行在降功率模式；或者当电网对馈电有调度需求时，也需要逆变器调整输出功率，降低或者恢复并网馈电功率。
现有技术中使光伏发电系统的功率降额输出的方法，是通过逆变器改变MPPT的指令电压，使光伏组件的输出电压上升，其工作点偏离最大功率点。图1为光伏组件的P-U特性曲线，通过传统方法调节逆变器使其降额ΔP运行时，其工作点从A点移动到B点，对应PV输入电压抬升Δu。
由于上述方法提高了整个系统的运行电压，因此增加了器件应力，而且高压下也增加了电流谐波，使得电能质量降低。
发明内容
本发明提供一种光伏发电系统的功率降额方法及控制器，以解决现有技术中器件应力增加和电能质量降低的问题。
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功率降额方法，应用于光伏发电系统的控制器，所述控制器与关断装置通信连接；各个关断装置的输入端至少连接有一个光伏组件，多个关断装置的输出端串联、使相应光伏组件串联成光伏组串；至少一个光伏组串并联至逆变器的直流侧；所述光伏发电系统的功率降额方法包括：
获取功率降额数值；
计算当前系统运行的光伏组件的输出功率；
根据所述功率降额数值和所述光伏组件的输出功率进行计算，得到需要关闭输出的光伏组件个数；
根据所述需要关闭输出的光伏组件个数，确定需要关闭输出的光伏组件；
发送关闭指令至与需要关闭输出的光伏组件相连接的关断装置，控制相应关断装置关断。
优选的，所述获取功率降额数值，包括：
根据接收的电网调度指令η％及系统额定功率PN，采用公式△P＝PN×η％计算得到所述功率降额数值△P；
或者，根据接收的降额指令Pa及系统当前功率Pb，采用公式△P＝Pb-Pa计算得到所述功率降额数值△P。
优选的，所述计算当前系统运行的光伏组件的输出功率，包括：
通过检测设备获取各个光伏组件的输出功率；
所述根据所述功率降额数值和所述光伏组件的输出功率进行计算，得到需要关闭输出的光伏组件个数，包括：
根据所述功率降额数值和所述光伏组件的输出功率进行计算，若满足P1+P2+P3+…Pk≤ΔP，且P1+P2+P3+…Pk+Pk+1>ΔP，则确定需要关闭输出的光伏组件个数为k；
其中，P1、P2、P3、Pk分别为第1个至第k个光伏组件的输出功率，△P为所述功率降额数值。
优选的，所述计算当前系统运行的光伏组件的输出功率，包括：
根据系统当前功率Pb及当前系统运行的光伏组件个数m×n，采用公式Pj＝Pb/(m×n)计算得到各个光伏组串的平均输出功率Pj；
其中，n为光伏组串的个数，m为每个光伏组串中的光伏组件数量；
所述根据所述功率降额数值和所述光伏组件的输出功率进行计算，得到需要关闭输出的光伏组件个数，包括：
根据所述功率降额数值ΔP和所述光伏组件的平均输出功率Pj进行计算，若满足k×Pj≤ΔP，且(k+1)×Pj>ΔP，则确定需要关闭输出的光伏组件个数为k。
优选的，所述根据所述需要关闭输出的光伏组件个数，确定需要关闭输出的光伏组件，包括：
根据所述需要关闭输出的光伏组件个数k，确定需要关闭输出的光伏组件为：分布于各个光伏组串中的共k个光伏组件。
优选的，所述根据所述需要关闭输出的光伏组件个数，确定需要关闭输出的光伏组件，包括：
根据所述需要关闭输出的光伏组件个数k，在所述需要关闭输出的光伏组件个数k大于等于每个光伏组串中的光伏组件数量m的情况下，确定需要关闭输出的光伏组件为：第1个至第x个光伏组串中的全部光伏组件，或者，第1个至第x个光伏组串中的全部光伏组件以及分布于第x+1个至第n个光伏组串中的共s个光伏组件；
其中，x为k÷m得到的商数，s为k÷m得到的余数。
优选的，在所述发送关闭指令至与需要关闭输出的光伏组件相连接的关断装置，控制相应关断装置关断之后，还包括：
发送电压或者电流的调节指令至所述逆变器，以使所述逆变器的输出功率下降，下降的功率值为所述功率降额数值减去关闭输出的光伏组件的原总输出功率；
或者，所述关断装置为功率优化器，在所述发送关闭指令至与需要关闭输出的光伏组件相连接的关断装置，控制相应关断装置关断之后，还包括：
发送降额运行指令至导通的各个功率优化器，控制各个功率优化器调整自身占空比，使光伏阵列的总输出功率下降，下降的功率值为所述功率降额数值减去关闭输出的光伏组件的原总输出功率。
优选的，在所述发送关闭指令至与需要关闭输出的光伏组件相连接的关断装置，控制相应关断装置关断之后，还包括：
获取功率恢复数值；
发送闭合指令至关断的关断装置，控制关断的关断装置导通。
一种光伏发电系统的控制器，与关断装置通信连接；各个关断装置的输入端至少连接有一个光伏组件，多个关断装置的输出端串联、使相应光伏组件串联成光伏组串；至少一个光伏组串并联至逆变器的直流侧；
所述控制器包括：存储器和处理器；
所述处理器用于加载并执行所述存储器中存储的程序时，具体用于加载并执行如上述任一所述的光伏发电系统的功率降额方法。
优选的，所述控制器为所述逆变器中的控制器。
本发明提供的所述光伏发电系统的功率降额方法，通过获取功率降额数值，和计算当前系统运行的光伏组件的输出功率；再根据所述功率降额数值和所述当前系统运行的光伏组件的输出功率进行计算，得到需要关闭输出的光伏组件个数后，根据所述需要关闭输出的光伏组件个数，确定需要关闭输出的光伏组件；最后发送关闭指令至与需要关闭输出的光伏组件相连接的关断装置，控制相应关断装置关断，无需现有技术中提升整个系统的运行电压，即可降低整个光伏阵列的输出功率，使光伏发电系统降额运行，避免了器件应力增加和电能质量降低的问题。
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是现有技术提供的光伏组件的P-U特性曲线；
图2是本发明实施例提供的光伏发电系统的功率降额方法的流程图；
图3是本发明另一实施例提供的光伏发电系统的功率降额方法的流程图；
图4是本发明另一实施例提供的光伏发电系统的功率降额方法的流程图；
图5是本发明另一实施例提供的光伏发电系统的结构示意图；
图6是本发明另一实施例提供的光伏发电系统的结构示意图；
图7是本发明另一实施例提供的光伏发电系统的结构示意图；
图8是本发明另一实施例提供的光伏发电系统的结构示意图；
图9是本发明另一实施例提供的光伏发电系统的控制器的结构示意图。
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的功率降额方法，以解决现有技术中器件应力增加和电能质量降低的问题。
具体的，该光伏发电系统的功率降额方法，应用于光伏发电系统的控制器，控制器与关断装置通信连接；各个关断装置的输入端至少连接有一个光伏组件，多个关断装置的输出端串联、使相应光伏组件串联成光伏组串；至少一个光伏组串并联至逆变器的直流侧；
参见图2，该光伏发电系统的功率降额方法包括：
S101、获取功率降额数值；
若控制器为逆变器内部的控制器，参见图5和图8，此时则可以直接根据逆变器升高的温度或者从外部接收的电网调度指令，直接换算得到具体的功率降额数值。
具体的，如果系统接收的是电网调度指令，则优选的，步骤S101可以为：根据接收的电网调度指令η％及系统额定功率PN，采用公式△P＝PN×η％计算得到功率降额数值△P；
而如果由于过压或过温而需逆变器降额，则优选的，步骤S101可以为：根据接收的降额指令Pa及系统当前功率Pb，采用公式△P＝Pb-Pa计算得到功率降额数值△P。
另外，控制器还可以为该光伏发电系统内单独的控制器，参见图6和图7，此时则需要通过通信技术从逆变器获取相应的信息，可以通过有线或者无线通信技术，视其具体应用环境而定；控制器的设置此处不做具体限定，可以视其具体的应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
S102、计算当前系统运行的光伏组件的输出功率；
如果当前的光伏发电系统具有光伏组件检测功能，则可以直接通过检测设备获取光伏组件的功率数据；
也即，优选的，步骤S102可以为：通过检测设备获取各个光伏组件的输出功率；
如果系统中不含有光伏组件检测功能，则可以通过系统当前功率和光伏组件的数量估算出每个光伏组件的平均功率。
也即，优选的，步骤S102可以为：根据系统当前功率Pb及当前系统运行的光伏组件个数m×n，采用公式Pj＝Pb/(m×n)计算得到各个光伏组串的平均输出功率Pj；
其中，n为光伏组串的个数，m为每个光伏组串中的光伏组件数量。
S103、根据功率降额数值和光伏组件的输出功率进行计算，得到需要关闭输出的光伏组件个数；
如果当前的光伏发电系统具有光伏组件检测功能，可以通过检测设备获取各个光伏组件的输出功率，以完成步骤S102，则步骤S103可以是：
根据所述功率降额数值和所述光伏组件的输出功率进行计算，若满足P1+P2+P3+…Pk≤ΔP，且P1+P2+P3+…Pk+Pk+1>ΔP，则确定需要关闭输出的光伏组件个数为k；
其中，P1、P2、P3、Pk分别为第1个至第k个光伏组件的输出功率，△P为所述功率降额数值。
如果系统中不含有光伏组件检测功能，需要通过系统当前功率和光伏组件的数量估算出每个光伏组件的平均功率，以完成步骤S102，则步骤S103可以是：
根据所述功率降额数值ΔP和所述光伏组件的平均输出功率Pj进行计算，若满足k×Pj≤ΔP，且(k+1)×Pj>ΔP，则确定需要关闭输出的光伏组件个数为k。
S104、根据所述需要关闭输出的光伏组件个数，确定需要关闭输出的光伏组件；
光伏阵列中所选择的需要关闭输出的光伏组件有多种组合方式，可以是纵向的一列光伏组件，也可以是横向的一组光伏组件，或者是同时选取。较佳的，根据数据计算，选择具备相同序列特征的光伏组件，如同一列(如图5和图7中的虚线框所示)或者同一行(如图6中的虚线框所示)。
比如，步骤S104包括：
根据需要关闭输出的光伏组件个数k，确定需要关闭输出的光伏组件为：分布于各个光伏组串中的共k个光伏组件；且，优选的，该k个光伏组件分布在各个光伏组串中的数量差小于等于1；图6中以虚线框内多个光伏组件为例进行展示，最后一个光伏组串中需要关闭输出的光伏组件比前面光伏组串中需要关闭输出的光伏组件仅少一个，尽量使各个光伏组串中仍处于输出状态的光伏组件数量不会差太多，确保各个光伏组串的并联平衡。
或者，步骤S104包括：
根据需要关闭输出的光伏组件个数k，在需要关闭输出的光伏组件个数k大于等于每个光伏组串中的光伏组件数量m的情况下，确定需要关闭输出的光伏组件为：第1个至第x个光伏组串中的全部光伏组件；图5中以虚线框内一列为例进行展示，图7中以虚线框内两列为例进行展示；
或者，确定需要关闭输出的光伏组件为：第1个至第x个光伏组串中的全部光伏组件，以及分布于第x+1个至第n个光伏组串中的共s个光伏组件，且，优选的，该s个光伏组件分布在各个光伏组串中的数量差小于等于1；图8中以虚线框内第一个光伏组串加第二光伏组串中的一个光伏组件为例进行展示，此时s为1；若s为3，则需要在未关闭输出的光伏组串中任意选取3个光伏组串，每个光伏组串中关闭一个光伏组件的输出；
其中，x为k÷m得到的商数，s为k÷m得到的余数。
S105、发送关闭指令至与需要关闭输出的光伏组件相连接的关断装置，控制相应关断装置关断；
该关断装置可以是单独的具备关断功能的装置，也可以是具有独立MPPT功能的功率优化器，均可以接收来自控制器的通信指令，比如接收该关闭指令，进而关闭对应若干光伏组件的输出功率。相应的，亦可以恢复相应的输出功率。
本实施例提供的该光伏发电系统的功率降额方法，通过上述过程，控制相应关断装置关断，即关闭一部分光伏组件的输出，进而降低整个光伏阵列的输出功率，使光伏发电系统降额运行，无需现有技术中提升整个系统的运行电压，能够避免器件应力增加和电能质量降低的问题。
值得说明的是，在带有功率优化器或直流母线电压恒定的光伏发电系统中，现有技术通过逆变器改变MPPT指令电压的降额运行方案是无法适用的。而本实施例提供的该光伏发电系统的功率降额方法，利用组件级的关断装置实时配置系统的功率，关闭一部分光伏组件的输出功率，从而达到降额要求，能够应用于带有功率优化器或直流母线电压恒定的光伏发电系统中，利于推广。
本发明另一实施例还提供另外一种光伏发电系统的功率降额方法，参见图3和图4，包括：
S201、获取功率降额数值；
S202、计算当前系统运行的光伏组件的输出功率；
S203、根据功率降额数值和光伏组件的输出功率进行计算，得到需要关闭输出的光伏组件个数；
S204、根据所述需要关闭输出的光伏组件个数，确定需要关闭输出的光伏组件；
S205、发送关闭指令至与需要关闭输出的光伏组件相连接的关断装置，控制相应关断装置关断；
在步骤S205之后，通过关断一部分光伏组件的输出，使得系统降低了功率降额数值ΔP的全部(ΔP＝P1+P2+P3+…Pk，或者ΔP＝k×Pj的情况)或者其中的绝大部分(ΔP<P1+P2+P3+…Pk，或者ΔP<k×Pj的情况)；如果是后者，则步骤S205之后，系统还将存在一部分超额的功率输出，此时可以通过图3中所示的步骤S206或者图4中所示的步骤S207，来实现剩余降额功率的下降控制。
S206、发送电压或者电流的调节指令至逆变器，以使逆变器的输出功率下降，下降的功率值为功率降额数值减去关闭输出的光伏组件的原总输出功率；
参见上一实施例，此处下降的功率值将等于ΔP-(P1+P2+P3+…Pk)，或者ΔP-k×Pj；
或者，参见图7，关断装置为功率优化器，则在步骤S205之后，执行步骤S207；
S207、发送降额运行指令至导通的各个功率优化器，控制各个功率优化器调整自身占空比，使光伏阵列的总输出功率下降，下降的功率值为功率降额数值减去关闭输出的光伏组件的原总输出功率，即ΔP-(P1+P2+P3+…Pk)，或者ΔP-k×Pj。
具体选用可以视其应用环境而定，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。
优选的，在图2中的S105或者图3和图4中的步骤S205之后，若控制器接收到恢复正常功率输出的指令，则将会控制已关断的关断装置导通；即该光伏发电系统的功率降额方法，在上述实施例及图2至图4的基础之上，还包括：
获取功率恢复数值；
发送闭合指令至关断的关断装置，控制关断的关断装置导通。
当然，在具体的实际应用中，还可以发送新的最大功率点跟踪控制指令至各个汇流箱，或者发送恢复正常运行指令至收到过降额运行指令的功率优化器，以配合相应的运行指令使系统恢复正常输出，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。
其余工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
本发明另一实施例还提供了一种光伏发电系统的控制器，与关断装置通信连接；参见图5至图8，各个关断装置的输入端至少连接有一个光伏组件(图5至图8中均以连接一个光伏组件为例进行展示)，多个关断装置的输出端串联、使相应光伏组件串联成光伏组串；至少一个光伏组串并联至逆变器的直流侧；
参见图9，该控制器包括：存储器101和处理器102；
处理器102用于加载并执行存储器101中存储的程序时，具体用于加载并执行如上述任一实施例所述的光伏发电系统的功率降额方法。
具体的过程及原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
优选的，该控制器为逆变器中的控制器。
在具体的实际应用中，该控制器可以是单独的控制器，用于实现上述功能；或者，该控制器也可以是逆变器内部的控制器，即用逆变器中现有的控制器通过软件编程，使其增加上述功能。具体可以根据实际应用环境而定，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。
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功率降额方法，其特征在于，应用于光伏发电系统的控制器，所述控制器与关断装置通信连接；各个关断装置的输入端至少连接有一个光伏组件，多个关断装置的输出端串联、使相应光伏组件串联成光伏组串；至少一个光伏组串并联至逆变器的直流侧；所述光伏发电系统的功率降额方法包括：
获取功率降额数值；
计算当前系统运行的光伏组件的输出功率；
根据所述功率降额数值和所述光伏组件的输出功率进行计算，得到需要关闭输出的光伏组件个数；
根据所述需要关闭输出的光伏组件个数，确定需要关闭输出的光伏组件；
发送关闭指令至与需要关闭输出的光伏组件相连接的关断装置，控制相应关断装置关断。
2.根据权利要求1所述的光伏发电系统的功率降额方法，其特征在于，所述获取功率降额数值，包括：
根据接收的电网调度指令η％及系统额定功率PN，采用公式△P＝PN×η％计算得到所述功率降额数值△P；
或者，根据接收的降额指令Pa及系统当前功率Pb，采用公式△P＝Pb-Pa计算得到所述功率降额数值△P。
3.根据权利要求1所述的光伏发电系统的功率降额方法，其特征在于，所述计算当前系统运行的光伏组件的输出功率，包括：
通过检测设备获取各个光伏组件的输出功率；
所述根据所述功率降额数值和所述光伏组件的输出功率进行计算，得到需要关闭输出的光伏组件个数，包括：
根据所述功率降额数值和所述光伏组件的输出功率进行计算，若满足P1+P2+P3+…Pk≤ΔP，且P1+P2+P3+…Pk+Pk+1>ΔP，则确定需要关闭输出的光伏组件个数为k；
其中，P1、P2、P3、Pk分别为第1个至第k个光伏组件的输出功率，△P为所述功率降额数值。
4.根据权利要求1所述的光伏发电系统的功率降额方法，其特征在于，所述计算当前系统运行的光伏组件的输出功率，包括：
根据系统当前功率Pb及当前系统运行的光伏组件个数m×n，采用公式Pj＝Pb/(m×n)计算得到各个光伏组串的平均输出功率Pj；
其中，n为光伏组串的个数，m为每个光伏组串中的光伏组件数量；
所述根据所述功率降额数值和所述光伏组件的输出功率进行计算，得到需要关闭输出的光伏组件个数，包括：
根据所述功率降额数值ΔP和所述光伏组件的平均输出功率Pj进行计算，若满足k×Pj≤ΔP，且(k+1)×Pj>ΔP，则确定需要关闭输出的光伏组件个数为k。
5.根据权利要求3或4所述的光伏发电系统的功率降额方法，其特征在于，所述根据所述需要关闭输出的光伏组件个数，确定需要关闭输出的光伏组件，包括：
根据所述需要关闭输出的光伏组件个数k，确定需要关闭输出的光伏组件为：分布于各个光伏组串中的共k个光伏组件。
6.根据权利要求3或4所述的光伏发电系统的功率降额方法，其特征在于，所述根据所述需要关闭输出的光伏组件个数，确定需要关闭输出的光伏组件，包括：
根据所述需要关闭输出的光伏组件个数k，在所述需要关闭输出的光伏组件个数k大于等于每个光伏组串中的光伏组件数量m的情况下，确定需要关闭输出的光伏组件为：第1个至第x个光伏组串中的全部光伏组件，或者，第1个至第x个光伏组串中的全部光伏组件以及分布于第x+1个至第n个光伏组串中的共s个光伏组件；
其中，x为k÷m得到的商数，s为k÷m得到的余数。
7.根据权利要求1至6任一所述的光伏发电系统的功率降额方法，其特征在于，在所述发送关闭指令至与需要关闭输出的光伏组件相连接的关断装置，控制相应关断装置关断之后，还包括：
发送电压或者电流的调节指令至所述逆变器，以使所述逆变器的输出功率下降，下降的功率值为所述功率降额数值减去关闭输出的光伏组件的原总输出功率；
或者，所述关断装置为功率优化器，在所述发送关闭指令至与需要关闭输出的光伏组件相连接的关断装置，控制相应关断装置关断之后，还包括：
发送降额运行指令至导通的各个功率优化器，控制各个功率优化器调整自身占空比，使光伏阵列的总输出功率下降，下降的功率值为所述功率降额数值减去关闭输出的光伏组件的原总输出功率。
8.根据权利要求1至6任一所述的光伏发电系统的功率降额方法，其特征在于，在所述发送关闭指令至与需要关闭输出的光伏组件相连接的关断装置，控制相应关断装置关断之后，还包括：
获取功率恢复数值；
发送闭合指令至关断的关断装置，控制关断的关断装置导通。
9.一种光伏发电系统的控制器，其特征在于，与关断装置通信连接；各个关断装置的输入端至少连接有一个光伏组件，多个关断装置的输出端串联、使相应光伏组件串联成光伏组串；至少一个光伏组串并联至逆变器的直流侧；
所述控制器包括：存储器和处理器；
所述处理器用于加载并执行所述存储器中存储的程序时，具体用于加载并执行如权利要求1至8任一所述的光伏发电系统的功率降额方法。
10.根据权利要求9所述的光伏发电系统的控制器，其特征在于，所述控制器为所述逆变器中的控制器。
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