CN107453403B - 一种光伏发电系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种光伏发电系统及其控制方法，该光伏发电系统包括：优化器组以及至少一组光伏组串，其中，光伏组串包括至少一个光伏组件。优化器组包括至少一个串联的优化器，且，多个优化器组并联后，连接至并网逆变器的直流输入端。需要说明的是，本方案中的优化器包括至少两个子优化器，且每个子优化器的输入端与一组光伏组串并联，优化器中的子优化器的输出端相互并联。由于优化器中子优化器是并联的连接方式，使得某一子优化器的输出功率低于预设值时(如当某个光伏组件由于遮挡等原因导致发电不足时)，并不会影响其包含该子优化器的优化器停止工作，进而不会影响其优化器组进行发电，因此，光伏发电系统的整体的发电能力提高。

Description

一种光伏发电系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种光伏发电系统及其控制方法。

背景技术

随着科技的不断发展，光伏发电系统也得到了快速发展。通常，在当前的光伏发电系统中，由多个光伏组件串联构成光伏组串，然后光伏组串并联形成光伏阵列，之后，逆变器通过对光伏组串或光伏阵列进行MPPT控制，将直流电转换成交流电输送到电网中。

在常规的光伏发电系统中，集中式光伏发电系统通常只有一路MPPT，组串式光伏发电系统通常有多路MPPT。然而，阴影遮挡、组件参数差异、组件老化衰减等因素会导致组件串联和并联失配问题，从而导致系统部分发电量的损失。

目前，为了解决光伏组件串并联失配问题，结合图1以及图2，通常会在每个光伏组件PV上设置一个具有MPPT功能的优化器101。多个优化器串联后形成一个优化器组，然后多个优化器组并联连接至逆变器的直流输入端。通常，为了降低优化器组的成本，会将多个优化器串联构成一个总优化器，如图3中，将两个优化器相串联，形成一个一拖二优化器。

然而，发明人发现，采用此类结构的优化器，会出现优化器本体局部过热导致器件损坏本体无法工作以及子优化器旁路控制逻辑时序复杂等问题，以使该光伏系统的发电量获得性优化程度较低。

因此，如何提供一种光伏发电系统，能够提高光伏发电系统的整体发电量是本领域技术人员亟待解决的一大技术难题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种光伏发电系统及其控制方法，能够提高光伏发电系统的发电量。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种光伏发电系统，包括：

至少一组光伏组串，所述光伏组串包括至少一个光伏组件；

优化器，包括至少两个子优化器，每个所述子优化器的输入端与一组所述光伏组串并联，所述优化器中的所述子优化器的输出端相互并联；

优化器组，所述优化器组包括至少一个串联的所述优化器，且，多个所述优化器组并联后，连接至并网逆变器的直流输入端。

可选的，还包括：

汇流箱，所述优化器组的输出端与所述汇流箱的输入端相连，且所述汇流箱的输出端与所述并网逆变器的直流输入端相连。

可选的，所述优化器为DC/DC变换器，所述光伏发电系统还包括：

控制器，所述控制器用于控制多个所述DC/DC变换器的运行状态。

可选的，还包括：

通信主机，所述通信主机用于对所述优化器组以及所述并网逆变器进行通信。

可选的，所述通信主机通过PLC、CAN总线、wifi或zigbee方式进行所述优化器组以及所述并网逆变器之间的数据传输。

一种控制方法，应用于任意一项上述的光伏发电系统，包括：

获取所述优化器的输出电压；

判断所述优化器的输出电压是否小于等于第一预设电压值，如果是，控制所述优化器处于第一工作模式，并进一步获取所述优化器的目标电流，所述目标电流包括所述优化器的输出电流或电感电流；

判断所述目标电流是否小于第一预设电流值，如果是，控制所述优化器处于关闭状态，如果否，控制所述优化器处于第一工作模式。

可选的，还包括：

获取所述优化器的输出电压下降值，当所述电压下降值大于阈值电压时，控制所述优化器处于第一工作模式，并进一步获取所述优化器的所述目标电流；

当所述电压下降值小于阈值电压时，控制所述优化器处于关闭模式。

可选的，还包括：

判断所述优化器的输出电压是否大于第二预设电压值，如果是，控制所述优化器处于第二工作模式。

可选的，所述第一工作模式为优化器工作于带输出电压限幅的MPPT模式，所述第二工作模式为优化器工作于能量回馈模式。

一种优化器组，包括至少一个串联连接的优化器，所述优化器包括至少两个子优化器，

所述子优化器的输入端连接至少一个光伏组件，至少两个所述子优化器的输出端相互并联，且所述优化器的输出端相互串联，所述优化器组连接直流负载或逆变器的直流输入端或直流电源。

基于上述技术方案，本发明实施例提供一种光伏发电系统，包括：优化器组以及至少一组光伏组串，其中，所述光伏组串包括至少一个光伏组件。优化器组包括至少一个串联的所述优化器，且，多个所述优化器组并联后，连接至并网逆变器的直流输入端。需要说明的是，本方案中的优化器包括至少两个子优化器，且每个所述子优化器的输入端与一组所述光伏组串并联，所述优化器中的所述子优化器的输出端相互并联。由于优化器中子优化器是并联的连接方式，使得某一子优化器的输出功率低于预设值时，并不会导致包含该子优化器的优化器停止工作，进而不会导致包括该子优化器的优化器组整体因输出功率不足而停止工作。即当某个光伏组件由于遮挡等原因导致发电不足时，并不会影响其优化器组进行发电，因此，光伏发电系统的整体的发电能力提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中一种优化器的结构示意图；

图2为现有技术中一种光伏发电系统的结构示意图；

图3为现有技术中一种一拖二优化器的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种光伏发电系统的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一拖二优化器的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种控制方法的流程示意图；

图7为本发明实施例提供的一种控制方法的又一流程示意图；

图8为本发明实施例提供的一种控制方法的又一流程示意图。

具体实施方式

结合背景技术以及图3，发明人发现，现有技术中，优化器采用串联的方式，会出现光伏发电系统因优化器组中能够正常发电的优化器或子优化器数目达不到系统并网发电最低个数要求而导致优化器组无法发电的现象。

具体的，假设系统中一个优化器组由10个一拖二优化器(每个一拖二优化器输出限幅值为90V，内部两个优化器输出限幅值45V)或20个一拖一优化器(每个一拖一优化器输出限幅值45V)输出串联构成，第一和第二优化器组并联后连接逆变器直流母线，逆变器控制直流母线电压恒定800V。根据直流母线电压恒定值和优化器输出电压限幅值计算(优化器组总的输出电压最大限幅值需大于直流母线电压恒定值)，一个优化器组中需要至少等效9个一拖二优化器正常工作(等效1个一拖二优化器不工作，此时优化器组能够输出的最大电压9×90V＝810V>800V)或18个一拖一优化器正常工作(2个一拖一优化器不工作，此时优化器组能够输出的最大电压18×45V＝810V>800V)。

如果由于某种原因，发生第一优化器组中第1个一拖二优化器和第2个一拖二优化器的第一个子优化器无功率输出，第二优化器组中第3个一拖二优化器和第4个一拖二优化器的第一个子优化器无功率输出，此时每个优化器组最大输出电压变为8.5×90V＝765V<800V，根据优化器组最低工作个数原则，此时逆变器并网但无功率输出，系统无法发电，从而导致系统发电量获得性降低。同理，一拖一优化器构成的系统，也会发生相同情况。

除此，串联的方式，还会出现因为某一子优化器发生旁路器件损毁导致所在优化器组无法工作的问题。

例如，当采用图3所示一拖二优化器构成优化器组时，如果某一优化器的一个子优化器输入端悬空，MOSFET损毁断路(比如，MOSFET管过热损毁)，其余继续发电的优化器的输出电流将会导致此子优化器输出电容因过压而损毁导致呈现断路状态，此时此子优化器所在优化器组将整体无法输出功率，也即降低了系统发电量获得性。

基于上述技术问题，本实施例提供了一种光伏发电系统，如图4以及图5所示，包括：

至少一组光伏组串，所述光伏组串包括至少一个光伏组件；

优化器，包括至少两个子优化器，每个所述子优化器的输入端与一组所述光伏组串并联，所述优化器中的所述子优化器的输出端相互并联；

优化器组，所述优化器组包括至少一个串联的所述优化器，且，多个所述优化器组并联后，连接至并网逆变器的直流输入端。

可见，由于优化器中子优化器是并联的连接方式，使得某一子优化器的输出功率低于预设值时，并不会导致包含该子优化器的优化器停止工作，进而不会导致包括该子优化器的优化器组整体因输出功率不足而停止工作。即当某个光伏组件由于遮挡等原因导致发电不足时，并不会影响其优化器组进行发电，因此，光伏发电系统的整体的发电能力提高。

除此，在本实施例中，根据优化器的封装方式不同，可以将优化器定义成多输入单输出优化器和多个单输入单输出并联的优化器。其中，多输入单输出优化器为图3中，将两个子优化器进行并联后，封装在一个机壳内，此时，该优化器具有两个光伏输入端和一个输出端，所以称之为多输入单输出优化器。而多个单输入单输出并联的优化器是指，将如图1所述的子优化器进行封装，然后将多个封装后的子优化器进行并联连接后，形成多个单输入单输出并联的优化器。

需要说明的是，当所述优化器包括多输入单输出优化器时，所述优化器可以为DC/DC变换器。除此，本实施例提供的光伏发电系统还可以包括控制器，其中，所述控制器用于控制多个所述DC/DC变换器的运行状态。可选的，本实施例提供的光伏发电系统还包括通信模块，所述通信模块设置在所述优化器组与所述汇流箱之间，用于对所述优化器组与所述汇流箱进行通信。具体的，所述通信模块通过PLC、CAN总线、wifi或zigbee方式进行数据传输。

除此，本实施例提供的逆变器组可以直接连接在逆变器的直流输入端，如图2所示，也可以并联连接在汇流箱上，然后通过所述汇流箱再连接至逆变器。

具体的，对本实施例提供的光伏发电系统中两种架构进行原理性说明，如下：

1)多输入单输出优化器，其中所述优化器内部的子优化器采用输出并联的连接方式，每个子优化器对应输入端连接一块或多块光伏板，如图2所示。所述优化器为一个具有升降压功能的DC/DC变换器，内部有一个或者多个MCU控制多个子优化器。多个所述优化器输出端串联构成一个优化器组；多个所述优化器组并联连接到一个汇流箱的输入端；多个汇流箱的输出端并联之后连接到逆变器的直流母线。汇流箱或逆变器同优化器之间存在通信，可以是有线通信(例如，PLC、CAN通信等)，也可以是无线通信(例如，wifi、zigbee等)。

需要说明的是，上述实施例中，优化器组是通过汇流箱与逆变器的直流输入端相连，但本实施例并不局限于此，本发明实施例提供的优化器组还可以直接并联在逆变器的直流输入端，即，此时，光伏发电系统可以没有汇流箱。

2)多个单输入单输出的优化器采用输出并联方式，构成一个优化器单元；多个所述优化器单元采用输出串联形式构成一个优化器组，多个所述优化器组并联连接到一个汇流箱的输入端；多个所述汇流箱的输出端并联之后连接到逆变器的直流母线。汇流箱或逆变器同优化器之间存在通信，可以是有线通信(例如，PLC、CAN通信等)，也可以是无线通信(例如，wifi、zigbee等)。

具体的，与现有技术相比，分别说明本发明实施例提供的光伏发电系统的发电量优化情况，如下：

1)多输入单输出优化器的情况

假设系统中一个优化器组由20个一拖二优化器(每个一拖二优化器输出限幅值为45V)输出串联构成后连接逆变器直流母线，逆变器控制直流母线电压恒定800V。

根据上例中的优化器序列，发生第一优化器组中第1个到第6个一拖二优化器中的第一个子优化器都发生故障(故障子优化器等效位置同上例中相同)，无法输出功率，其余所有子优化器和一拖二优化器正常工作，此时第1个到第6个一拖二优化器输出电压为28.333V，其中故障的子优化器关闭，其余14个一拖二优化器输出电压为45V，根据电压和功率关系可知，正常工作一拖二优化器和只有一个子优化器工作的一拖二优化器功率变比为45：28.333＝1.588：1，优化器组最大输出电压变28.333V×6+45V×14＝800V，此时逆变器并网发电，可知采用本系统架构可以使发电量获得性提高。

2)多个单输入单输出的优化器采用输出并联方式的情况

假设系统中一个优化器组由10个一拖二优化器(每个一拖二优化器输出限幅值为90V，内部两个优化器输出限幅值90V)输出串联构成，第一和第二优化器组并联后连接逆变器直流母线，逆变器控制直流母线电压恒定800V。

如果由于某种原因，发生第一优化器组中第1个、第2个和第3个一拖二优化器的第一个子优化器无功率输出，第二优化器组也发生同样状况。此时第1个到第3个一拖二优化器输出电压为56.667V，其中故障的子优化器关闭，其余7个一拖二优化器输出电压为90V，根据电压和功率关系可知，正常工作一拖二优化器和只有一个子优化器工作的一拖二优化器功率变比为90：56.667＝1.588：1，优化器组最大输出电压变56.667V×3+90V×7＝800V，此时逆变器并网发电，可知采用本系统架构可以使发电量获得性提高。

可见，本实施例提供的光伏发电系统中，将多个子优化器进行并联，当某个光伏组件由于遮挡等原因导致发电不足时，并不会影响其他优化器进行发电，因此，光伏发电系统的整体的发电能力提高。

在上述实施例的基础上，本实施例还提供了一种控制方法，如图6所示，包括步骤：

S41、获取所述优化器的输出电压；

S42、判断所述优化器的输出电压是否小于等于第一预设电压值，如果是，控制所述优化器处于第一工作模式，并进一步获取所述优化器的目标电流，所述目标电流包括所述优化器的输出电流或电感电流；

S43、判断所述目标电流是否小于第一预设电流值，如果是，控制所述优化器处于关闭状态，如果否，控制所述优化器处于第一工作模式。

在上述实施例的基础上，如图7所示，本实施例提供的控制方法还可以包括步骤：

S51、获取所述优化器的输出电压下降值，当所述电压下降值大于阈值电压时，控制所述优化器处于第一工作模式，并，并进一步获取所述优化器的所述目标电流；

S52、当所述电压下降值小于阈值电压时，控制所述优化器处于关闭模式。

除此，如图8所示，在上述实施例的基础上，本实施例提供的控制方法还可以包括步骤：

S61、判断所述优化器的输出电压是否大于第二预设电压值，如果是，控制所述优化器处于第二工作模式。

其中，所述第一工作模式为优化器工作于带输出电压限幅的MPPT模式，这种工作模式下，总体来说能量是从优化器或子优化器的输入端传输到输出端；所述第二工作模式为优化器工作于能量回馈模式，这种工作模式下，总体来说能量是从优化器或子优化器的输出端传输到输入端。

示意性的，本实施例提供的控制方法可以分为如下步骤：

1)当优化器辅助电源上电后，检测输出电压Vout；

2)如果Vout≤Vlim,优化器工作于带输出电压限幅的MPPT模式，检测输出电流或电感电流i

3)如果输出电流或电感电流i>＝0，维持优化器工作于带输出电压限幅的MPPT模式；

4)如果输出电流或电感电流i<0，关闭优化器；检测输出电压下降值>Vth，执行优化器工作于带输出电压限幅的MPPT模式，检测输出电流或电感电流i，根据电流关系执行第3或第4步；检测输出电压下降值<Vth，继续关闭优化器；

5)如果Vout>Vlim2，优化器工作于能量回馈模式；检测输出电压，如果Vout<＝Vlim，则执行第2步，其中，Vth<Vlim<Vlim2。

除此，结合图5，本发明实施例还提供了一种优化器的具体结构示意图，该优化器包括至少一个串联连接的优化器，所述优化器包括至少两个子优化器。其中，所述子优化器的输入端连接至少一个光伏组件，至少两个所述子优化器的输出端相互并联，且所述优化器的输出端相互串联，所述优化器组连接直流负载或逆变器的直流输入端或直流电源。

需要说明的是，本实施例提供的子优化器在封装时，可以是每两个子优化器放置在一个箱体中，即，一个子优化器组安装一个箱体。除此，还可以是其他的装配方式，如将四个子优化器封装在一个箱体中，又或者，可以将不同的两个子优化器中的任意两个子优化器安装在一个箱体中。在本实施例中，并不具体限定子优化器的封装方式，可以根据本领域技术人员的实际设计需求进行调整。

综上所述，本发明实施例提供一种光伏发电系统及其控制方法，该光伏发电系统包括：优化器组以及至少一组光伏组串，其中，光伏组串包括至少一个光伏组件。优化器组包括至少一个串联的优化器，且，多个优化器组并联后，连接至并网逆变器的直流输入端。需要说明的是，本方案中的优化器包括至少两个子优化器，且每个子优化器的输入端与一组光伏组串并联，优化器中的子优化器的输出端相互并联。由于优化器中子优化器是并联的连接方式，使得某一子优化器的输出功率低于预设值时(如当某个光伏组件由于遮挡等原因导致发电不足时)，并不会影响其包含该子优化器的优化器停止工作，进而不会影响其优化器组进行发电，因此，光伏发电系统的整体的发电能力提高。

本说明书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。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种控制方法，其特征在于，应用于光伏发电系统，所述光伏发电系统包括：

至少一组光伏组串，所述光伏组串包括至少一个光伏组件；

优化器，包括至少两个子优化器，每个所述子优化器的输入端与一组所述光伏组串并联，所述优化器中的所述子优化器的输出端相互并联，至少两个所述子优化器设置在一个箱体中；

优化器组，所述优化器组包括至少一个串联的所述优化器，且，多个所述优化器组并联后，连接至并网逆变器的直流输入端；

所述控制方法包括：

获取优化器的输出电压；

判断所述优化器的输出电压是否小于等于第一预设电压值，如果是，控制所述优化器处于第一工作模式，并进一步获取所述优化器的目标电流，所述目标电流包括所述优化器的输出电流或电感电流；

判断所述目标电流是否小于第一预设电流值，如果是，控制所述优化器处于关闭状态，如果否，控制所述优化器继续处于所述第一工作模式，所述第一工作模式为优化器工作于带输出电压限幅的MPPT模式，所述第一预设电流值为零。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，当判断所述目标电流小于所述第一预设电流值，控制所述优化器处于关闭状态后，还包括：

获取所述优化器的输出电压下降值，当所述电压下降值大于阈值电压时，控制所述优化器切换至所述第一工作模式，并进一步获取所述优化器的所述目标电流；

当所述电压下降值小于阈值电压时，控制所述优化器继续处于所述关闭状态。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，还包括：

判断所述优化器的输出电压是否大于第二预设电压值，如果是，控制所述优化器处于第二工作模式，所述第二工作模式为优化器工作于能量回馈模式，所述阈值电压小于所述第一预设电压值小于所述第二预设电压值。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述光伏发电系统还包括：

汇流箱，所述优化器组的输出端与所述汇流箱的输入端相连，且所述汇流箱的输出端与所述并网逆变器的直流输入端相连。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述优化器为DC/DC变换器，所述光伏发电系统还包括：

控制器，所述控制器用于控制多个所述DC/DC变换器的运行状态。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述光伏发电系统还包括：

通信主机，所述通信主机用于对所述优化器组以及所述并网逆变器进行通信。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述通信主机通过PLC、CAN总线、wifi或zigbee方式进行所述优化器组以及所述并网逆变器之间的数据传输。

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