CN107196604B - 一种光伏发电系统及其组件iv曲线扫描方法 - Google Patents

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，通过各个功率优化器接收上位机发送的组件IV曲线扫描指令后，根据所述组件IV曲线扫描指令，按照预设分组规律，以组为单位在不同时刻进行组件IV曲线扫描，并上传扫描数据；因其每一时刻仅有一组功率优化器对其连接组件进行IV曲线扫描，而其他组功率优化器及相应组件均处于正常工作状态，会对系统输出功率的影响较小，避免了现有技术中系统输出功率波动大的问题。

Description

一种光伏发电系统及其组件IV曲线扫描方法

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

光伏发电系统通常由光伏组件、组串、汇流箱、逆变器等设备构成，根据单个光伏组件开路电压的不同及逆变器输入电压的不同，每个组串的组件数量不同。如果光伏阵列中光伏组串的最大功率点不一致，或存在性能较差的组件，将会造成逆变器输出功率降低，进而影响发电效率，严重时甚至会导致正常的光伏组件向性能较差的组件输送电流，形成热斑。

现行的技术方案通过调节逆变器的母线电压可以获得整个组串的IV曲线，经过智能诊断算法，能够检测出组串的老化程度和运行状态，如旁路二极管短路、组串被遮挡等等。使用组件IV曲线扫描可以增大光伏系统的发电量，降低运营维护成本。

功率优化器是近年来兴起的一种安装在组件和逆变器之间的MPPT(Maximumpower point traking，最大功率点跟踪)装置，可消除组件的串并联失配，并且具有单个组件的IV扫描功能。

现有技术中对于接有功率优化器的大型光伏发电系统，一般通过控制各个功率优化器来同时实现对于全部组件的IV曲线扫描，但是该方案可能导致光伏发电系统的输出功率波动大，影响区域电力系统稳定。

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，以解决现有技术中系统输出功率波动大的问题。

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组件IV曲线扫描方法，应用于光伏发电系统中的各个功率优化器，各个功率优化器的输入端至少连接有一个组件；所述光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法包括：

各个功率优化器接收上位机发送的组件IV曲线扫描指令；

各个功率优化器根据所述组件IV曲线扫描指令，按照预设分组规律，以组为单位在不同时刻进行组件IV曲线扫描，并上传扫描数据。

优选的，所述预设分组规律为：

根据各个功率优化器编码序列号中位于相同位置的至少一位数字进行分组，数字相同的功率优化器为一组；

或者，各个功率优化器随机分为N组，N为大于2且小于功率优化器个数的正整数。

优选的，所述光伏发电系统为集中式光伏发电系统，所述预设分组规律为：

与所述集中式光伏发电系统中同一汇流箱相连的功率优化器为一组。

优选的，所述光伏发电系统为组串式光伏发电系统，所述预设分组规律为：

与所述组串式光伏发电系统中逆变器内同一升压变换单元相连的功率优化器为一组。

优选的，各个功率优化器的输入端连接有M个组件，M为大于2的正整数；

所述以组为单位在不同时刻进行组件IV曲线扫描，并上传扫描数据，包括：

各个功率优化器在不同时刻，对自身所连接的组件逐一进行IV曲线扫描，并上传扫描数据。

优选的，所述以组为单位在不同时刻进行组件IV曲线扫描，并上传扫描数据，包括：

一组功率优化器完成组件IV曲线扫描后，将完成信息上传至上位机；下一组功率优化器根据上位机下发的通知，进行组件IV曲线扫描；直至各个功率优化器均完成组件IV曲线扫描；或者，各组功率优化器在对应的时间段内分别进行组件IV曲线扫描；

各组功率优化器的扫描数据在相应组功率优化器完成组件IV曲线扫描后，分别上传至上位机；或者，全部功率优化器的扫描数据在各组功率优化器均完成组件IV曲线扫描后，同时上传至上位机。

一种光伏发电系统，包括功率优化器，各个功率优化器的输入端至少连接有一个组件；

各个功率优化器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，各个功率优化器中辅助电源的供电电路包括：第一二极管与第二二极管；

所述第一二极管的阳极与所在功率优化器中DC/DC变换电路输入端正极相连；

所述第二二极管的阳极与所在功率优化器中DC/DC变换电路输出端正极相连；

所述第一二极管的阴极及所述第二二极管的阴极均与辅助电源正极相连；

所述辅助电源负极与所在功率优化器中DC/DC变换电路输入端负极相连。

优选的，各个功率优化器中辅助电源的供电电路包括：第一二极管与储能模块；

所述第一二极管的阳极与所在功率优化器中DC/DC变换电路输入端正极相连，阴极与辅助电源正极相连；

所述辅助电源负极与所在功率优化器中DC/DC变换电路输入端负极相连；

所述储能模块连接于所述辅助电源的正极与负极之间。

本发明提供的所述光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法，通过各个功率优化器接收上位机发送的组件IV曲线扫描指令后，根据所述组件IV曲线扫描指令，按照预设分组规律，以组为单位在不同时刻进行组件IV曲线扫描，并上传扫描数据；因其每一时刻仅有一组功率优化器对其连接组件进行IV曲线扫描，而其他组功率优化器及相应组件均处于正常工作状态，会对系统输出功率的影响较小，避免了现有技术中系统输出功率波动大的问题。

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功率优化器与组件的连接示意图；

图5是本发明另一实施例提供的功率优化器的结构示意图；

图6是本发明另一实施例提供的功率优化器的结构示意图。

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组件IV曲线扫描方法，以解决现有技术中系统输出功率波动大的问题。

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各个功率优化器，各个功率优化器的输入端至少连接有一个组件；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、各个功率优化器接收上位机发送的组件IV曲线扫描指令；

S102、各个功率优化器根据组件IV曲线扫描指令，按照预设分组规律，以组为单位在不同时刻进行组件IV曲线扫描，并上传扫描数据。

功率优化器通过控制自身开关管的导通和关断，来调整相应组件的输出电压，并能检测相应组件输出的电流、电压参数数值；同时能够与上位机实现通信。

具体的组件IV曲线扫描过程可以为：先通过控制自身的开关管保证功率优化器关断，使组件开路，再调节组件的输出电压至0，并记录组件IV曲线生成扫描数据，即完成扫描。

值得说明的是，现有技术中还可以逐步控制单个功率优化器实现组件级别的IV扫描，但由于系统中功率优化器数量多，导致系统的组件IV曲线扫描时间过长。

因此，本实施例为避免组件IV曲线扫描时系统输出功率波动大，同时避免分组过多导致消耗时间过长，对其预设分组规律需要进行合理的设置，具体可以根据具体应用环境而定，比如，该预设分组规律可以为：

根据各个功率优化器编码序列号中位于相同位置的至少一位数字进行分组，数字相同的功率优化器为一组；

具体的，接收到上位机下发的组件IV曲线扫描指令后，功率优化器根据其编码序列号中位于相同位置的某一位或某几位，进行分组确定其扫描顺序；如根据编码序列号的最后一位数字进行分组，数字为1的功率优化器首先对其相连组件进行IV曲线扫描，扫描结束后，数字为2的功率优化器开始对其相连组件进行IV曲线扫描，按照这样的方法依次类推，直至所有功率优化器均完成各自的组件IV曲线扫描。这样，可以控制同一时刻进行组件IV曲线扫描的功率优化器数量不超过总量的10％，保证将系统的功率波动限制在一定范围以内。

根据相类似的方法也可以根据编码序列号中的某几位，如根据其最后两位来进行排序，此处不做具体限定，可以根据具体应用环境进行设定，均在本申请的保护范围内。

或者，该预设分组规律也可以为：

各个功率优化器随机分为N组，N为大于2且小于功率优化器个数的正整数。

上位机在t0时刻下发组件IV曲线扫描指令，所有功率优化器接收到该组件IV扫描指令后，在t0～t1的时间段内，随机选择一个时间点对其相连组件进行IV曲线扫描。

假设(t2-t1)为功率优化器进行组件IV曲线扫描所需的最大时间，则在t2时刻时，所有功率优化器均能完成组件IV曲线扫描。

并且，在t0～t1的时间段内，功率优化器进行扫描的时间优选为平均分布，则确保产生的功率波动较小。

又或者，当光伏发电系统为图2所示的集中式光伏发电系统时，该预设分组规律为：

与集中式光伏发电系统中同一汇流箱相连的功率优化器为一组。

参见图2，集中式光伏发电系统包括：组件、功率优化器、汇流箱及逆变器。多个组件接入相应功率优化器的输入端，功率优化器的输出端串联后接入汇流箱的一个输入端，1个或多个汇流箱的输出端再接入逆变器的输入端，逆变器的输出端接入电网。

该集中式光伏发电系统内部的逆变器、功率优化器、汇流箱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。

该集中式光伏发电系统中，根据所连接汇流箱的不同，对功率优化器进行分组，参见图2中的虚线框。当上位机下发组件IV曲线扫描指令后，功率优化器接收该指令，然后由第一组功率优化器进行组件IV曲线扫描，当第一组功率优化器扫描完毕后，第二组功率优化器开始进行组件IV曲线扫描，以此类推直到所有功率优化器完成扫描。每个组进行扫描时，未进行扫描工作的功率优化器处于正常的工作模式，进而保证系统的输出功率稳定。

再或者，当光伏发电系统为图3所示的组串式光伏发电系统时，该预设分组规律为：

与组串式光伏发电系统中逆变器内同一升压变换单元相连的功率优化器为一组。

对于组串式光伏发电系统，其组串式逆变器前级包括了多路升压变换单元与对应的组串相连。

功率优化器接收到上位机的组件IV曲线扫描指令后，第一路组串开始进行IV曲线扫描，扫描结束后，第二路组串开始，此后依次类推直到所有组串完成IV曲线扫描。

按照升压变换单元的输入端来进行组串分时IV曲线扫描，若逆变器的输入端较少，则可以采用上述方法与随机分组/按编码序列号进行分组方式结合的方法进行扫描。

对于组串式光伏发电系统，也可以单独采用上述随机分组/按编码序列号进行分组的方式，此处不做具体限定，可以视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

根据上述方法，当光伏发电系统有多台组串式逆变器时，可先对逆变器按照随机/编码序列号进行分组排序，然后再确定逆变器所接入功率优化器的扫描顺序。具体原理与上述实施例相同，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，通过各个功率优化器接收上位机发送的组件IV曲线扫描指令后，根据组件IV曲线扫描指令，按照预设分组规律，以组为单位在不同时刻进行组件IV曲线扫描，并上传扫描数据；因其每一时刻仅有一组功率优化器对其连接组件进行IV曲线扫描，而其他组功率优化器及相应组件均处于正常工作状态，会对系统输出功率的影响较小，避免了现有技术中系统输出功率波动大的问题。

本发明另一实施例还提供了另外一种光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法，在上述实施例及图1至图3的基础之上，各个功率优化器的输入端连接有M个组件，M为大于2的正整数；

此时，步骤S102中，优选的，以组为单位在不同时刻进行组件IV曲线扫描，并上传扫描数据，包括：

各个功率优化器在不同时刻，对自身所连接的组件逐一进行IV曲线扫描，并上传扫描数据。

图4以连接有两个组件为例进行展示，功率优化器有两个组件接入端和一个输出端，并且该功率优化器对每个组件都可以进行MPPT控制。

在具体的实际应用中，该系统进行组件IV曲线扫描时，可以先对每个功率优化器的组件1进行IV曲线扫描，组件1扫描结束后对组件2进行IV曲线扫描。该方案的优点在于功率优化器接收到组件IV曲线扫描指令后，进行扫描时，其中一个组件可以正常输出电能，另一个组件进行扫描，可以保证功率优化器仍有一定的输出功率，从而保证系统的输出功率不会出现较大的波动；并且在进行组件IV曲线扫描时，总有一个组件处于正常状态来给功率优化器供电，因此，能够保证功率优化器的供电。

但是，上述整个扫描过程中，不论哪个组件在进行IV曲线扫描，均只有50％的组件保证正常工作，其功率波动在50％。因此，更为优选的，可以结合上述实施例所述的按照汇流箱/升压变换单元/编码序列号/随机的方式进行扫描来降低功率波动。

以图2和图4为例进行说明，上位机控制第一组功率优化器进行组件IV曲线扫描，先对所接入的组件1进行IV曲线扫描，扫描结束后再对组件2进行IV曲线扫描；待第一组功率优化器扫描结束或扫描时间完毕，第二组功率优化器进行组件IV曲线扫描，直到所有功率优化器均完成组件IV曲线扫描。

上述方法结合/升压变换单元/编码序列号/随机的方式的原理相类似，此处不再一一赘述。

本发明另一实施例还提供了一种具体的光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法，在上述实施例及图1至图3的基础之上，其步骤S102中，采用上述实施例任一所述的预设分组规律对各个功率优化器进行分组之后，优选的，以组为单位在不同时刻进行组件IV曲线扫描，包括：

一组功率优化器完成组件IV曲线扫描后，将完成信息上传至上位机；下一组功率优化器根据上位机下发的通知，进行组件IV曲线扫描；直至各个功率优化器均完成组件IV曲线扫描；或者，各组功率优化器在对应的时间段内分别进行组件IV曲线扫描；

具体的，图2中的第一组功率优化器在接收到上位机下发的组件IV曲线扫描指令后，直接关断，使组件保持开路，然后功率优化器调节组件的输出电压使其下降到0，从而获得IV曲线。

扫描过程结束后，可以是第一组功率优化器与上位机通信，告知上位机自身的组件IV曲线扫描工作已结束；也可以是通过设定扫描时间段，当各组功率优化器的扫描时间结束，相应功率优化器进入正常工作状态，下一组功率优化器开始扫描。比如，按照编码序列号进行分组时，还可以根据编码序列号来安排相应的扫描时间；上位机在t0时刻下发组件IV曲线扫描指令后，最后一位编码序列号数字为1的功率优化器在t0时刻进行扫描，数字为2的功率优化器在t0+t1时刻进行扫描，t1为两组功率优化器进行组件IV曲线扫描的时间间隔，数字为3的在t0+2×t1时刻进行扫描，依次类推，直到所有功率优化器均完成扫描。

优选的，上传扫描数据的过程可以为：各组功率优化器的扫描数据在相应组功率优化器完成组件IV曲线扫描后，分别上传至上位机；或者，全部功率优化器的扫描数据在各组功率优化器均完成组件IV曲线扫描后，同时上传至上位机。

所有功率优化器均完成组件IV曲线扫描后，对扫描数据进行上传。上传扫描数据，即各个组件的IV曲线，可以是在所有功率优化器完成扫描后统一上传；也可以是在一组功率优化器扫描结束后即直接上传，上传完毕后，另一组功率优化器再进行组件IV曲线扫描。

扫描时间和扫描数据上传时间的安排，均可以视其具体应用环境而定，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

本发明另一实施例还提供了一种光伏发电系统，包括功率优化器，各个功率优化器的输入端至少连接有一个组件；

各个功率优化器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。

该光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法可以参见上述实施例，此处不再赘述。

应当指出，当组件的输出电压接近0时，功率优化器可能出现供电不足，因此，优选的，可以在功率优化器中DC/DC变换电路输出端附加冗余供电支路，参见图5；此时，各个功率优化器中辅助电源的供电电路包括：第一二极管D1与第二二极管D2；

第一二极管D1的阳极与所在功率优化器中DC/DC变换电路输入端正极相连；

第二二极管D2的阳极与所在功率优化器中DC/DC变换电路输出端正极相连；

第一二极管D1的阴极及第二二极管D2的阴极均与辅助电源正极相连；

辅助电源负极与所在功率优化器中DC/DC变换电路输入端负极相连。

辅助电源通过DC/DC变换电路的输入端和输出端进行冗余供电，保证当组件输出电压接近0时，辅助电源仍可以通过DC/DC变换电路输出端进行供电，确保相应IV曲线可以扫描至0。

或者，也可以在其辅助电源的端口增加储能模块，比如输入电容或者其他储能电路，参见图6；此时，各个功率优化器中辅助电源的供电电路包括：第一二极管D1与储能模块101；

第一二极管D1的阳极与所在功率优化器中DC/DC变换电路输入端正极相连，阴极与辅助电源正极相连；

辅助电源负极与所在功率优化器中DC/DC变换电路输入端负极相连；

储能模块101连接于辅助电源的正极与负极之间。

可以看出这种方法，可以保证在IV曲线扫描期间，系统的输出功率和母线电压可以保持稳定。

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 (6)

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各个功率优化器，各个功率优化器的输入端至少连接有一个组件；所述光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法包括：

各个功率优化器同时接收上位机发送的组件IV曲线扫描指令；

各个功率优化器根据所述组件IV曲线扫描指令，按照预设分组规律，以组为单位在不同时刻进行组件IV曲线扫描，并上传扫描数据；

所述预设分组规律为以下两种方式中的至少一个：

根据各个功率优化器编码序列号中位于相同位置的至少一位数字进行分组，数字相同的功率优化器为一组；或者，各个功率优化器随机分为N组，N为大于2且小于功率优化器个数的正整数；

所述光伏发电系统为集中式光伏发电系统时：与所述集中式光伏发电系统中同一汇流箱相连的功率优化器为一组；或者，所述光伏发电系统为组串式光伏发电系统时：与所述组串式光伏发电系统中逆变器内同一升压变换单元相连的功率优化器为一组。

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，各个功率优化器的输入端连接有M个组件，M为大于2的正整数；

所述以组为单位在不同时刻进行组件IV曲线扫描，并上传扫描数据，包括：

各个功率优化器在不同时刻，对自身所连接的组件逐一进行IV曲线扫描，并上传扫描数据。

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，所述以组为单位在不同时刻进行组件IV曲线扫描，并上传扫描数据，包括：

一组功率优化器完成组件IV曲线扫描后，将完成信息上传至上位机；下一组功率优化器根据上位机下发的通知，进行组件IV曲线扫描；直至各个功率优化器均完成组件IV曲线扫描；或者，各组功率优化器在对应的时间段内分别进行组件IV曲线扫描；

各组功率优化器的扫描数据在相应组功率优化器完成组件IV曲线扫描后，分别上传至上位机；或者，全部功率优化器的扫描数据在各组功率优化器均完成组件IV曲线扫描后，同时上传至上位机。

4.一种光伏发电系统，其特征在于，包括功率优化器，各个功率优化器的输入端至少连接有一个组件；

各个功率优化器用于执行权利要求1至3任一所述的光伏发电系统的组件IV曲线扫描方法。

5.根据权利要求4所述的光伏发电系统，其特征在于，各个功率优化器中辅助电源的供电电路包括：第一二极管与第二二极管；

所述第一二极管的阳极与所在功率优化器中DC/DC变换电路输入端正极相连；

所述第二二极管的阳极与所在功率优化器中DC/DC变换电路输出端正极相连；

所述第一二极管的阴极及所述第二二极管的阴极均与辅助电源正极相连；

所述辅助电源负极与所在功率优化器中DC/DC变换电路输入端负极相连。

6.根据权利要求4所述的光伏发电系统，其特征在于，各个功率优化器中辅助电源的供电电路包括：第一二极管与储能模块；

所述第一二极管的阳极与所在功率优化器中DC/DC变换电路输入端正极相连，阴极与辅助电源正极相连；

所述辅助电源负极与所在功率优化器中DC/DC变换电路输入端负极相连；

所述储能模块连接于所述辅助电源的正极与负极之间。

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