CN107516929A - 光伏输出调节装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种光伏输出调节装置及方法，属于光伏设备技术领域。其中，光伏输出调节装置包括：光伏电池组件、升压模块、电池模块、逆变输出模块和主控模块。升压模块分别与光伏电池组件和电池模块连接，电池模块与逆变输出模块连接，主控模块分别与光伏电池组件、升压模块和逆变输出模块连接，逆变输出模块和主控模块均与外部负载连接。通过主控模块的预先控制，使得光伏输出调节装置的输出功率与外部负载的功率需求保持实时的平衡，进而提高对光伏能源的利用率。

Description

光伏输出调节装置及方法

技术领域

本发明涉及光伏设备技术领域，具体而言，涉及一种光伏输出调节装置及方法。

背景技术

随着全球石化能源的消耗带来的污染加剧，光伏作为一种清洁能源，以及得到了广泛的应用。

目前，光伏设备能够将太阳能转换为电能，并将电能存储或提供给负载使用。但由于负载所需的功率在随时变化。因此，如何能够使得有效的控制光伏设备的输出，以使光伏设备的输出能够有效的与负载所需的功率保持平衡，以提高对光伏能源的利用率是目前业界一大难题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光伏输出调节装置及方法，其能够有效改善上述问题。

本发明实施例的实现方式如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种光伏输出调节装置，所述光伏输出调节装置包括：光伏电池组件、升压模块、电池模块、逆变输出模块和主控模块。所述升压模块分别与所述光伏电池组件和所述电池模块连接，所述电池模块与所述逆变输出模块连接，所述主控模块分别与所述光伏电池组件、所述升压模块和所述逆变输出模块连接，所述逆变输出模块和所述主控模块均与外部负载连接。所述主控模块，用于获取所述外部负载的功率信息，当根据所述功率信息判定所述外部负载的功率变化情况为增加时，控制所述逆变输出模块的输出功率增大，以使所述逆变输出模块的输出功率与所述外部负载的功率变化匹配。

第二方面，本发明实施例提供了一种光伏输出调节方法，所述光伏输出调节方法应用于所述的光伏输出调节装置的主控模块。所述方法包括：获取外部负载的功率信息；当根据所述功率信息判定所述外部负载的功率变化情况为增加时，根据所述功率变化情况控制逆变输出模块的输出功率增大，以使所述逆变输出模块的输出功率与所述外部负载的功率变化匹配。

本发明实施例的有益效果是：

主控模块获取外部负载的功率信息，以根据功率信息来预设外部负载的功率变化情况，当主控模块预先判定外部负载的功率变化情况为增加时，则提前控制逆变输出模块的输出功率增大，以使逆变输出模块将由电源模块获取的电能输出时，逆变输出模块的输出功率与外部负载的功率变化匹配。因此，通过主控模块的预先控制，使得光伏输出调节装置的输出功率与外部负载的功率需求保持实时的平衡，进而提高对光伏能源的利用率。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

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。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1示出了本发明实施例提供的一种光伏输出调节装置的第一结构框图；

图2示出了本发明实施例提供的一种光伏输出调节装置的第二结构框图；

图3示出了本发明实施例提供的一种光伏输出调节装置中DC-DC升压电路的电路图；

图4示出了本发明实施例提供的一种光伏输出调节方法的流程图；

图5示出了本发明实施例提供的一种光伏输出调节方法中步骤S200的子流程图。

图标：100-光伏输出调节装置；110-光伏电池组件；111-光伏电池板；120-升压模块；121-DC-DC升压电路；130-电池模块；140-逆变输出模块；141-三电平逆变器；142-波形变换器；143-变压器；150-主控模块；151-第一控制器；152-第二控制器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1，本发明第一实施例提供了一种光伏输出调节装置100，该光伏输出调节装置100包括：光伏电池组件110、升压模块120、电池模块130、逆变输出模块140和主控模块150。其中，升压模块120分别与光伏电池组件110和电池模块130连接，电池模块130与逆变输出模块140连接，主控模块150分别与光伏电池组件110、升压模块120和逆变输出模块140连接，逆变输出模块140和主控模块150均与外部负载连接。

光伏电池组件110，用于将获取的太阳能转换为电能，并将电能的直流信号输出至升压模块120。

升压模块120，用于获取主控模块150发送的脉冲控制信号，以根据该脉冲控制信号来调节自身开关的占空比，进而将由光伏电池组件110获取的直流信号升压输出，并使得光伏电池组件110输出最大功率。

电池模块130，用于获取升压模块120输出的直流信号，并将该直流信号的电能储存或输出至逆变输出模块140。

逆变输出模块140，用于获取主控模块150发送的逆变控制信号，以根据该逆变控制信号将电池模块130输出的直流信号逆变为交流信号，并根据逆变控制信号，以预先匹配外部负载的输出功率将该交流信号输出至外部负载。

主控模块150，用于获取光伏电池组件110的工作状态信息，以根据工作状态信息调节所述升压模块120的占空比。主控模块150还获取外部负载的功率信息，当根据功率信息预先判定外部负载的功率变化情况为增加时，根据功率变化情况控制逆变输出模块140的输出功率增大。

请参阅图2，光伏电池组件110包括：多个光伏电池板111，本实施例中，并不对光伏电池板111的具体数量进行限定，其数量可根据实际需求进行选择。每个光伏电池板111的型号可以为XTM-100W。多个光伏电池板111串联构成了光伏电池组件110。在串联的结构中，位于其中串联结构一端的光伏电池板111的正极作为光伏电池组件110的正极，位于其中串联结构另一端的光伏电池板111的负极作为光伏电池组件110的负极。光伏电池组件110中每个光伏电池板111在太阳光的照射下，均能够将太阳能转换为电能，并将电能输出给相邻的光伏电池板111，进而位于光伏电池组件110正极端的光伏电池板111则将所有光伏电池板111的电能以直流的方式输出给升压模块120。

如图2所示，升压模块120包括：DC-DC升压电路121，其中，DC-DC升压电路121的输入端与光伏电池组件110的正负极均连接，DC-DC升压电路121的控制端与主控模块150连接，DC-DC升压电路121的输出端与电池模块130连接。

如图3所示，具体的，DC-DC升压电路121包括：电容C1、电感L1、二极管D1和绝缘栅双极晶体管IGBT1。电容C1的两端均为DC-DC升压电路121的输入端。电容C1的一端设有与光伏电池组件110的正极连接的连接端口A1，电容C1的另一端数据设有与光伏电池组件110的负极连接的连接端口A2。电感L1的一端与电容C1的一端连接，电感L1的另一端分别与二极管D1的阳极端和绝缘栅双极晶体管IGBT1的集电极连接，绝缘栅双极晶体管IGBT1的发射极和二极管D1的阴极端均为DC-DC升压电路121的输出端，绝缘栅双极晶体管IGBT1的发射极与电容C1的另一端连接，并设有连接电池模块130负极的连接端口A3。二极管D1的阴极端则设有连接电池模块130正极的连接端子A4。绝缘栅双极晶体管IGBT1的栅极为DC-DC升压电路121的控制端，其设有与主控模块150连接的连接端子A5。

通过上述连接关系，绝缘栅双极晶体管IGBT1的栅极获取主控模块150发送的脉冲控制信号，以根据该脉冲控制信号来实现绝缘栅双极晶体管IGBT1以对应脉冲控制信号占空比的间隙式导通。通过绝缘栅双极晶体管的间隙式导通，进而电感L1和电容C1构成的LC电路则反复充放电来实现对将由光伏电池组件110获取的直流信号升压输出。当升压模块120的绝缘栅双极晶体管IGBT1以脉冲控制信号所对应的占空比的间隙式导通后，升压模块120使得光伏电池组件110输出最大功率。

请参阅图2，电池模块130包括多个像相互连接的蓄电池构成，例如，5个蓄电池串联构成电池模块130，5个蓄电池并联构成电池模块130，或2个蓄电池串联后再与3个串联的蓄电池并联构成电池模块130，其每个蓄电池型号可以为太阳能系列的12V70AH型。本实施例并不限定蓄电池的数量，以及多个蓄电池串并联的具体方式，其满足实际的使用需求即可。

多个蓄电池串并联构成所电池模块130后，电池模块130的正极和负极均与升压模块120的输出端连接。故电池模块130获取升压模块120输出的直流信号的电能，并将该电能存储。此外，电池模块130的正极和负极也均与逆变输出模块140连接，当外部负载需要供能时，电池模块130则将存储的电能以直流的方式输出至逆变输出模块140。

逆变输出模块140包括：三电平逆变器141、波形变换器142和变压器143。

在本实施例的三电平逆变器141中，三电平逆变器141的输入端与电池模块130的正负极均连接，即三电平逆变器141的正极与电池模块130正极连接，三电平逆变器141的负极与电池模块130负极连接。三电平逆变器141的输出端与波形变换器142的输入端连接，即三电平逆变器141输出端的A相、B相和C相均与波形变换器142的输入端连接。此外，三电平逆变器141的控制端与主控模块150连接，即三电平逆变器141的g端口与主控模块150连接。

通过三电平逆变器141的上述连接关系，三电平逆变器141的g端口能够获取主控模块150发送的逆变控制信号。三电平逆变器141获取电源模块输出的直流信号，并根据逆变控制信号将该直流信号逆变为三相交流信号。其中一相交流信号通过A相输出至波形变换器142，另一相交流信号通过B相输出至波形变换器142，而最后一相交流信号通过C相输出至波形变换器142，且每相交流信号均和其他相交流信号相差120°的相位。此外，根据该逆变控制信号，三电平逆变器141还能够通过控制输出交流信号的电流大小来控制自身的输出功率，以使逆变输出模块140的输出功率能够实时和外部负载的功率变化匹配。

在本实施例的波形变换器142中，波形变换器142的输入端与三电平逆变器141的输出端连接，即波形变换器142输入端的A相与三电平逆变器141输出端的A相连接，波形变换器142输入端的B相与三电平逆变器141输出端的B相连接，而即波形变换器142输入端的C相与三电平逆变器141输出端的C相连接。波形变换器142的输出端与变压器143的一次侧绕组，即波形变换器142输出端的A相、B相和C相均与变压器143的一次侧绕组连接。

通过波形变换器142的上述连接关系，波形变换器142的每一相均获取到三电平逆变器141输出的每一相交流信号。本实施例中，波形变换器142获取的每一相交流信号均可为三角波，进而波形变换器142将每一相三角波的交流信号均变换为正弦波的交流信号。波形变换器142再将每相正弦波的交流信号均输出至变压器143的一次侧绕组。

在本实施例的变压器143中，变压器143为三相变压器143。具体的，变压器143的一次侧绕组与波形变换器142的输出端连接，即变压器143的一次侧绕组的A相与波形变换器142输出端的A相连接，变压器143的一次侧绕组的B相与波形变换器142输出端的B相连接，变压器143的一次侧绕组的C相与波形变换器142输出端的C相连接。而变压器143的二次侧绕组与外部负载连接，即变压器143的二次侧绕组的A相、B相和C相均并网连接到外部负载。

通过变压器143的上述连接关系，变压器143能够将获取到每一相交流信号均进行升压，并升压到电网匹配的电压，例如：10KV。将每一相交流信号升压后，变压器143再将每一相交流信号并网输出至外部负载。

如图2所示，主控模块150包括：第一控制器151和第二控制器152。

第一控制器151分别与光伏电池组件110的正极和升压模块120的控制端连接。本实施例中，第一控制器151为MPPT控制器。第一控制器151获取光伏电池组件110的工作状态信息，其中，工作状态信息为光伏电池组件110的电压信息和电流信息。根据获取的工作状态信息，第一控制器151查找到预先存储的该工作状态信息所对应的最佳工作状态信息。第一控制器151根据该最佳工作状态信息则生成对应的脉冲控制指令至升压模块120，以调节升压模块120的占空比，使得光伏电池组件110在当前状态保持最大功率的输出。

第二控制器152可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过第二控制器152中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述第二控制器152可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。

第二控制器152分别与外部负载和逆变输出模块140中三电平逆变器141的控制端连接。本实施例中，第二控制器152按预设时间间隔，在预设时长内持续的外获取部负载的多个功率信息。其中，预设时长可以为：10秒、20秒或30秒等，预设时间间隔可以为：0.1秒、0.2秒或0.5秒等。可以理解到，第二控制器152上一次功率信息获取完成后，再间隔0.1秒、0.2秒或0.5秒再获取下一次的功率信息。故第二控制器152设备在每个预设时长内均能够获取外部负载的多个功率信息。

第二控制器152按照预设的控制程序，在获取到多个功率信息后，根据该多个功率信息获取外部负载在预设时长内的功率变化信息。具体的，第二控制器152获取该预设时长内的多个功率信息的平均值，并将该平均值存储。第二控制器152获取该预设时长的平均值与存储的上一个预设时长的平均值之间的差值，该差值即为第二控制器152所获取的外部负载在该预设时长内的功率变化信息。

第二控制器152能够基于N-Gram模型算法进行深度学习。通过N-Gram模型算法，第二控制器152能够根据功率变化信息而查找到该功率变化信息所对应的预设变化概率系数。具体的，N-Gram模型能够根据该预设时长的功率变化信息查找到在下一个预设时长，外部负载功率变化的预设变化概率系数。例如，该预设时长的功率变化信息为500W，则根据N-Gram模型查找到下一个预设时长时，外部负载的功率减小100W的预设变化概率系数0.5，减小200W的预设变化概率系数0.3，而增加100W的预设变化概率系数0.2。第二控制器152对该功率变化信息所对应的预设变化概率系数进行随机选择，进而获取该功率变化信息所对应的预设变化概率系数。

第二控制器152根据获取到的功率变化信息和预设变化概率系数，则预先判断外部负载的功率变化情况是否增加。当预先判定外部负载的功率变化情况为增加时，根据功率变化情况生成逆变控制指令至逆变输出模块140中三电平逆变器141的控制端，以控制逆变输出模块140在外部负载的功率变化前，预先将输出功率增大，以使逆变输出模块140的输出功率能够实时与外部负载的功率变化匹配。当预先判定外部负载的功率变化情况为减小时，则第二控制器152不做控制动作，以保证逆变输出模块140当前的输出功率能够满足外部负载的当前需求，并在外部负载的需求功率实际减小时，再控制调节逆变输出模块140当前的输出功率减小至与外部负载的功率需求匹配。

请参阅图4，本实施例提供了一种光伏输出调节方法，光伏输出调节方法应用于光伏输出调节装置的主控模块，该光伏输出调节方法包括：步骤S100和步骤S200。

步骤S100：获取外部负载的功率信息；

步骤S200：当根据所述功率信息预先判定所述外部负载的功率变化情况为增加时，根据所述功率变化情况控制逆变输出模块的输出功率增大，以使所述逆变输出模块的输出功率与所述外部负载的功率变化匹配。

请参阅图5，在本实施例提供了一种光伏输出调节方法中，步骤S200的方法子流程还包括：步骤S210、步骤S220和步骤S230。

步骤S210：按预设时间间隔，在预设时长内获取所述外部负载的多个功率信息。

步骤S220：根据多个所述功率信息，获取所述外部负载在所述预设时长内的功率变化信息，以根据所述功率变化信息查找到该所述功率变化信息对应的预先存储的预设变化概率系数。

步骤S230：根据所述功率变化信息和所述预设变化概率系数，预先判断所述外部负载的功率变化情况是否增加；当预先判定所述外部负载的功率变化情况为增加时，根据所述功率变化情况控制所述逆变输出模块的输出功率增大，以使所述逆变输出模块的输出功率与所述外部负载的功率变化匹配。

需要说明的是，由于所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程，可以参考前述系统、装置和单元的实施例中的对应过程，在此不再赘述。

综上所述，本发明实施例提供了一种光伏输出调节装置及方法。其中，光伏输出调节装置包括：光伏电池组件、升压模块、电池模块、逆变输出模块和主控模块。升压模块分别与光伏电池组件和电池模块连接，电池模块与逆变输出模块连接，主控模块分别与光伏电池组件、升压模块和逆变输出模块连接，逆变输出模块和主控模块均与外部负载连接。

主控模块获取外部负载的功率信息，以根据功率信息来预设外部负载的功率变化情况，当主控模块预先判定外部负载的功率变化情况为增加时，则提前控制逆变输出模块的输出功率增大，以使逆变输出模块将由电源模块获取的电能输出时，逆变输出模块的输出功率与外部负载的功率变化匹配。因此，通过主控模块的预先控制，使得光伏输出调节装置的输出功率与外部负载的功率需求保持实时的平衡，进而提高对光伏能源的利用率。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光伏输出调节装置，其特征在于，所述光伏输出调节装置包括：光伏电池组件、升压模块、电池模块、逆变输出模块和主控模块；所述升压模块分别与所述光伏电池组件和所述电池模块连接，所述电池模块与所述逆变输出模块连接，所述主控模块分别与所述光伏电池组件、所述升压模块和所述逆变输出模块连接，所述逆变输出模块和所述主控模块均与外部负载连接；

所述主控模块，用于获取所述外部负载的功率信息，当根据所述功率信息判定所述外部负载的功率变化情况为增加时，控制所述逆变输出模块的输出功率增大，以使所述逆变输出模块的输出功率与所述外部负载的功率变化匹配。

2.根据权利要求1所述的光伏输出调节装置，其特征在于，所述主控模块包括：第一控制器和第二控制器；所述第一控制器分别与所述光伏电池组件和所述升压模块连接，所述第二控制器与逆变输出模块连接，所述第二控制器与所述外部负载连接；

所述第一控制器，用于获取所述光伏电池组件的工作状态信息，以根据所述工作状态信息调节所述升压模块的占空比，以使所述光伏电池组件输出最大功率，其中，所述工作状态信息为所述光伏电池组件的电压信息和电流信息；

所述第二控制器，用于获取所述外部负载的功率信息，当根据所述功率信息判定所述外部负载的功率变化情况为增加时，控制所述逆变输出模块的输出功率增大，以使所述逆变输出模块的输出功率与所述外部负载的功率变化匹配。

3.根据权利要求2所述的光伏输出调节装置，其特征在于，所述第一控制器为MPPT控制器。

4.根据权利要求2所述的光伏输出调节装置，其特征在于，所述升压模块包括DC-DC升压电路，所述DC-DC升压电路的输入端与所述光伏电池组件连接，所述DC-DC升压电路的控制端与所述第一控制器连接，所述DC-DC升压电路的输出端与所述电池模块连接。

5.根据权利要求4所述的光伏输出调节装置，其特征在于，所述DC-DC升压电路包括：电容、电感、二极管和绝缘栅双极晶体管，所述电容的两端均与所述光伏电池组件连接，所述电感的一端与所述电容的一端连接，所述电感的另一端分别与所述二极管的阳极端和所述绝缘栅双极晶体管的集电极连接，所述绝缘栅双极晶体管的发射极分别与所述电容的另一端和所述电池模块连接，所述绝缘栅双极晶体管的栅极与所述第一控制器连接，所述二极管的阴极端与所述电池模块连接。

6.根据权利要求2所述的光伏输出调节装置，其特征在于，所述逆变输出模块包括：三电平逆变器、波形变换器和变压器、所述三电平逆变器的输入端与所述电池模块连接，所述三电平逆变器的输出端与所述波形变换器的输入端连接，所述三电平逆变器的控制端与所述第二控制器连接，所述波形变换器的输出端与所述变压器的一次侧绕组连接，所述变压器的二次侧绕组与所述外部负载连接。

7.根据权利要求1所述的光伏输出调节装置，其特征在于，所述光伏电池组件包括：多个光伏电池板，多个所述光伏电池板串联构成所述光伏电池组件。

8.根据权利要求1所述的光伏输出调节装置，其特征在于，所述电池模块包括相互连接的多个蓄电池。

9.一种光伏输出调节方法，其特征在于，所述光伏输出调节方法应用于权利要求1-8任意一项所述的光伏输出调节装置的主控模块，所述方法包括：

获取外部负载的功率信息；

当根据所述功率信息判定所述外部负载的功率变化情况为增加时，根据所述功率变化情况控制逆变输出模块的输出功率增大，以使所述逆变输出模块的输出功率与所述外部负载的功率变化匹配。

10.根据权利要求9所述的光伏输出调节方法，其特征在于，所述获取外部负载的功率信息，当根据所述功率信息判定所述外部负载的功率变化情况为增加时，根据所述功率变化情况控制逆变输出模块的输出功率增大，以使所述逆变输出模块的输出功率与所述外部负载的功率变化匹配，包括：

按预设时间间隔，在预设时长内获取所述外部负载的多个功率信息；

根据多个所述功率信息，获取所述外部负载在所述预设时长内的功率变化信息，以根据所述功率变化信息查找到该所述功率变化信息对应的预先存储的预设变化概率系数；

根据所述功率变化信息和所述预设变化概率系数，判断所述外部负载的功率变化情况是否增加；当判定所述外部负载的功率变化情况为增加时，根据所述功率变化情况控制所述逆变输出模块的输出功率增大，以使所述逆变输出模块的输出功率与所述外部负载的功率变化匹配。