CN107565903B - 多输入功率优化器容错方法、控制器、优化器和系统 - Google Patents

多输入功率优化器容错方法、控制器、优化器和系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了多输入功率优化器容错方法、控制器、优化器和系统，该容错方法包括：采集多输入功率优化器中各路DC/DC变换电路的预设运行参数；根据本路DC/DC变换电路的预设运行参数，判断本路DC/DC变换电路是否存在电源输入接线故障；如果本路DC/DC变换电路存在电源输入接线故障，控制本路DC/DC变换电路中的预设开关管常通，以避免多输入功率优化器因接线故障而损坏。

Description

多输入功率优化器容错方法、控制器、优化器和系统
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，更具体地说，涉及一种多输入功率优化器容错方法、控制器、多输入功率优化器和光伏发电系统。
背景技术
在光伏发电系统中，单个光伏组件输出往往不足以提供实际的直流电压、功率需求，因此需要将多个光伏组件以串并联的形式构成光伏阵列来满足设计要求。然而，受阴影遮挡或光伏组件自身参数差异等因素影响，光伏阵列中不同光伏组件的输出特性可能不一致，这会导致光伏阵列输出特性降低，即产生失配损耗。
为了使各光伏组件输出一致从而降低失配损耗，现有技术为其配置了多输入功率优化器，所述多输入功率优化器包括多路DC/DC变换电路，各路DC/DC变换电路的输入侧分别连接不同的光伏组件、输出侧相互串联，用以优化其所连接的光伏组件的输出。
但是，由于所述多输入功率优化器输入侧的接线端子较多，所以难免出现接线故障，导致所述多输入功率优化器损坏。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种多输入功率优化器容错方法、控制器、多输入功率优化器和光伏发电系统，以避免多输入功率优化器因接线故障而损坏。
一种多输入功率优化器容错方法，包括：
采集多输入功率优化器中各路DC/DC变换电路的预设运行参数；
根据本路DC/DC变换电路的预设运行参数，判断本路DC/DC变换电路是否存在电源输入接线故障；
如果本路DC/DC变换电路存在电源输入接线故障，控制本路DC/DC变换电路中的预设开关管常通。
其中，所述预设运行参数包括输入电压值、预设采样点处的电流采样值、预设采样点处的温度采样值这三项参数中的一项或任意几项的组合。
可选的，所述控制本路DC/DC变换电路中的预设开关管常通之后，还包括：发出告警信息。
可选的，所述发出告警信息之后，还包括：
在预设时间后控制本路DC/DC变换电路中的预设开关管断开，并返回执行所述根据本路DC/DC变换电路的预设运行参数，判断本路DC/DC变换电路是否存在电源输入接线故障的步骤。
一种控制器，包括：
数据采集单元，用于采集多输入功率优化器中各路DC/DC变换电路的预设运行参数；
判断单元，用于根据本路DC/DC变换电路的预设运行参数，判断本路DC/DC变换电路是否存在电源输入接线故障；
第一开关管控制单元，用于在所述判断单元判断得到本路DC/DC变换电路存在电源输入接线故障时，控制本路DC/DC变换电路中的预设开关管常通。
其中，所述预设运行参数包括输入电压值、预设采样点处的电流采样值、预设采样点处的温度采样值这三项参数中的一项或任意几项的组合。
可选的，所述控制器还包括：告警单元，用于在所述第一开关管控制单元控制本路DC/DC变换电路中的预设开关管常通后，发出告警信息。
可选的，所述控制器还包括：第二开关管控制单元，用于在所述告警单元发出告警信息后，在预设时间后控制本路DC/DC变换电路中的预设开关管断开，并触发所述判断单元。
一种多输入功率优化器，包括主电路和上述公开的任一种控制器。
一种光伏发电系统，包括上述公开的多输入功率优化器。
从上述的技术方案可以看出，本发明根据多输入功率优化器中各路DC/DC变换电路的预设运行参数，判断本路DC/DC变换电路是否存在电源输入接线故障，如果存在，就控制本路DC/DC变换电路中当前存在安全隐患的开关管常通(本路DC/DC变换电路中不存在安全隐患的开关管可以常通也可以不常通)，从而旁路当前存在安全隐患的开关管的体内二极管，避免多输入功率优化器损坏。而且，在接线故障存在的情况下，电源输入接线正常的DC/DC变换电路仍可以正常发电，减少发电损失。
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为本发明实施例公开的一种多输入功率优化器容错方法流程图；
图2为一种具备两路Boost的多输入功率优化器结构示意图；
图3为图2所示多输入功率优化器出现一路光伏组件反接的示意图；
图4为图2所示多输入功率优化器出现一路光伏组件未接的示意图；
图5为图2所示多输入功率优化器出现两路光伏组件交叉错接的示意图；
图6为一种具备两路Buck-Boost的多输入功率优化器出现一路光伏组件反接的示意图；
图7为一种具备两路Buck-Boost的多输入功率优化器出现一路光伏组件未接的示意图；
图8为本发明实施例公开的又一种多输入功率优化器容错方法流程图；
图9为本发明实施例公开的一种控制器结构示意图；
图10为本发明实施例公开的又一种控制器结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
参见图1，本发明实施例公开了一种多输入功率优化器容错方法，包括：
步骤S01：采集多输入功率优化器中各路DC/DC变换电路的预设运行参数。
步骤S02：根据本路DC/DC变换电路的预设运行参数，判断本路DC/DC变换电路是否存在电源输入接线故障；如果本路DC/DC变换电路存在电源输入接线故障，进入步骤S03；否则，控制结束。
步骤S03：控制本路DC/DC变换电路中的预设开关管常通。
上述多输入功率优化器容错方法的原理分析如下。
多输入功率优化器包括多路DC/DC变换电路，各路DC/DC变换电路的输入侧分别连接不同的光伏组件、输出侧相互串联。由于多输入功率优化器输入侧的接线端子较多，所以难免出现接线故障，例如：某路光伏组件反接(即某路DC/DC变换电路的电源输入反接)，某路光伏组件未接(即某路DC/DC变换电路的电源输入未接)，某两路光伏组件交叉错接(即某两路DC/DC变换电路的电源输入交叉错接)。这些接线故障极容易导致多输入功率优化器损坏，因此要求多输入功率优化器具备一定的容错能力。
DC/DC变换电路的拓扑类型包括Boost、Buck或Buck-Boost等。下面，以具备两路Boost的多输入功率优化器为例，通过分析多输入功率优化器在不同接线故障下引发的运行异常现象，来说明如何赋予多输入功率优化器一定的容错能力。
具备两路Boost(分别定义为Boost1和Boost2)的多输入功率优化器可采用如图2所示拓扑结构，具体为：
Boost1包括输入电容C1、输出电容C2、储能电感L1、开关管Q1和开关管S1，其中：C1、C2分别并联在Boost1的输入、输出侧；Boost1的正输入端子依次经过L1、Q1连接到Boost1的正输出端子；S1的第一端连接L1和Q1的公共端，S1的第二端连接Boost1的负输入端子和负输出端子；
Boost2与Boost1拓扑结构相同，Boost1中的输入电容C1、输出电容C2、储能电感L1、开关管Q1和开关管S1，分别对应Boost2中的输入电容C3、输出电容C4、储能电感L2、开关管Q2和开关管S2；
Boost1的负输出端子直接连接Boost2的正输出端子；Boost1的正输出端子和Boost2的负输出端子分别作为多输入功率优化器的正、负输出端子PV+和PV-。
仍参见图2，在多输入功率优化器的两路光伏组件接线正确的情况下，一路光伏组件(定义为PV1)的正极PV1+和负极PV1-分别接在Boost1的正、负输入端子，另一路光伏组件(定义为PV2)的正极PV2+和负极PV2-分别接在Boost2的正、负输入端子。
当某路光伏组件反接时，假设PV2反接时，如图3所示，此时：S2的体内二极管流过PV2的短路电流(短路电流流向如图3中虚线箭头所示)，由于二极管管压降较大，持续的短路电流容易导致S2过热损坏。
当某路光伏组件未接时，假设PV2未接时，如图4所示，此时：多输入功率优化器的工作电流通过S2和Q2的体内二极管续流(续流电流流向如图4中虚线箭头所示)，由于二极管管压降较大，持续的工作电流容易导致S2和Q2过热损坏。
当两路光伏组件输入交叉错接时，假设PV1的负极PV1-错接在Boost2的负输入端子，PV2的负极PV2-错接在Boost1的负输入端子，如图5所示，此时：Q2的体内二极管流过PV2的短路电流(短流电流流向如图5中虚线箭头所示)，由于二极管管压降较大，持续的短路电流容易导致Q2过热损坏。
分析图2～图4可知，PV2正常接入时，Boost2输入电压大于0，处于正常的工作范围，但当PV2反接或未接时，Boost2输入电压会超出正常的工作范围。理论上，PV2反接时，Boost2输入电压小于0；PV2未接时，Boost2输入电压等于0。由此可见，根据Boost2输入电压的大小可以判断出是否存在PV2接线故障，而且可以区别出该接线故障是反接还是未接。
再分析图2～图4可知，PV2反接时会产生短路电流，PV2未接时会产生续流电流，所以可以在Boost2中预设若干个采样电阻，根据采样电阻的电流采样值判断Boost2中是否存在所述短路电流或续流电流，从而可以判断出是否存在PV2接线故障，而且可以区别出该接线故障是反接还是未接。
再分析图2～图5可知，PV2反接、未接或与PV1交叉错节时，Boost2中对应的开关管会过热，所以可以在Boost2中预设若干个温度传感器，根据温度传感器的温度采样值判断出是否存在PV2接线故障。
由于开关管的导通阻抗比体内二极管的导通阻抗要小得多，所以通过导通开关管可以旁路其体内二极管，从而降低本开关管发热量，避免本开关管烧毁，采用这一方法，在PV2反接时需控制S2常通(Q2可以常通也可以不常通)，在PV2未接时需控制S2和Q2常通，在PV2与PV1交叉错接时需控制Q2常通(S2可以常通也可以不常通)，来避免多输入功率优化器损坏。
综上，本发明实施例可以采集多输入功率优化器中各路DC/DC变换电路的预设运行参数，所述预设运行参数可以包括输入电压值、预设采样点处的电流采样值、预设采样点处的温度采样值这三项参数中的一项或任意几项的组合，根据所述预设运行参数判断本路DC/DC变换电路是否存在电源输入接线故障，例如：根据本路DC/DC变换电路输入电压值的大小，来判断本路DC/DC变换电路是否存在电源输入接线故障；或者，通过检测本路DC/DC变换电路中是否存在电源反接时或与另一电源交叉错节时流过的电流，来判断本路DC/DC变换电路是否存在电源输入接线故障；或者，通过检测本路DC/DC变换电路中开关管是否过热，来判断本路DC/DC变换电路是否存在电源输入接线故障。如果本路DC/DC变换电路存在电源输入接线故障，就控制本路DC/DC变换电路中当前存在安全隐患的开关管常通(本路DC/DC变换电路中不存在安全隐患的开关管可以常通也可以不常通)，从而旁路当前存在安全隐患的开关管的体内二极管，避免多输入功率优化器损坏。而且，在接线故障存在的情况下，电源输入接线正常的DC/DC变换电路仍可以正常发电，减少发电损失。
其中需要说明的是，在判断出本路DC/DC变换电路存在电源输入接线故障时，可以进一步识别当前接线故障的类型，也可以不识别。如果未进一步识别当前接线故障的类型，则在各种可能出现的接线故障下本路DC/DC变换电路中会发生过热损坏的开关管都属于当前存在安全隐患的开关管；如果识别了当前接线故障的类型，则在当前接线故障下本路DC/DC变换电路中会发生过热损坏的开关管属于当前存在安全隐患的开关管。
需要进一步说明的是，在以预设采样点处的电流采样值作为预设运行参数时，采样电阻一般采用多输入功率优化器本身进行PWM控制时需要用到的采样电阻，而不必额外设置，以节省硬件成本。下面，以具备两路Buck-Boost的多输入功率优化器为例进行说明。
具备两路Buck-Boost(分别定义为Buck-Boost1和Buck-Boost2)的多输入功率优化器可采用如图6所示拓扑结构，具体为：
Buck-Boost1包括输入电容C1、输出电容C2、储能电感L1、开关管Q1、开关管Q2、开关管S1和开关管S2，其中：C1并联在Buck-Boost1的输入侧；C2并联在Buck-Boost1的输出侧；Buck-Boost1的正输入端子依次经Q1、L1、Q2连接至Buck-Boost1的正输出端子；S1的第一端接Q1和L1的公共端，S1的第二端连接Buck-Boost1的负输入端子；S2的第一端接L1和Q2的公共端，S2的第二端连接Buck-Boost1的负输出端子和S1的第二端；
Buck-Boost2与Buck-Boost1的拓扑结构互为镜像，Buck-Boost1中的输入电容C1、输出电容C2、储能电感L1、开关管Q1、开关管Q2、开关管S1和开关管S2，分别对应Buck-Boost2中的输入电容C3、输出电容C4、储能电感L2、开关管Q3、开关管Q4、开关管S3和开关管S4；
Buck-Boost1的负输出端子直接连接Buck-Boost2的正输出端子；Buck-Boost1的正输出端子和Buck-Boost2的负输出端子分别作为多输入功率优化器的正、负输出端子PV+和PV-。
采样电阻Shunt1和采样电阻Shunt2是多输入功率优化器本身进行PWM控制时需要用到的采样电阻，采样电阻Shunt1串在S1的第二端与S2的第二端之间，采样电阻Shunt2与采样电阻Shunt1互为镜像。
仍参见图6，当某路光伏组件反接时，假设PV1反接时，此时：控制S1和S2交替常通，判断采样电阻Shunt1上的电流变化。理论上，控制S1常通时，Q1的体内二极管和S1上流过短路电流Loop1，控制S2常通时，Q1的体内二极管和S2上流过短路电流Loop2，此时采样电阻Shunt1可以检测到反向电流，从而判断出此时是PV1反接。
当某路光伏组件未接时，假设PV1未接时，如图7所示，此时：控制S1和S2交替常通，判断shunt1上的电流变化。理论上，控制S2常通时，Q2的体内二极管和S2上流过续流电流Loop1，控制S1常通时，Q2的体内二极管和S1上流过续流电流Loop2，此时shunt1可以检测到正向电流，从而判断出此时是PV1未接。
由上述举例可以看出，在利用多输入功率优化器本身进行PWM控制时需要用到的采样电阻，就能够采集到需要的预设运行参数时，不必额外设置采样电阻。
此外，参见图8，在步骤S03后，还可包括步骤S04：发出告警信息，以提醒运维人员检查本路DC/DC变换电路存在的电源输入接线故障、重新接线。当本路DC/DC变换电路的电源输入接线故障排除后，本路DC/DC变换电路即可自动恢复正常运行。
此外，考虑到在实际应用中，可能出现本路DC/DC变换电路的电源输入接线故障已排除，但控制器没有自动控制(或者没有人为控制)本路DC/DC变换电路中预设开关管退出常通状态的情况，此时本路DC/DC变换电路仍无法恢复正常运行，所以在步骤S04后，还可包括步骤S05：在预设时间后控制本路DC/DC变换电路中的预设开关管退出常通状态，并返回步骤S02，仍参见图8。从而，在维修人员重新接好线后，本路DC/DC变换电路可自动恢复正常运行。
与上述方法实施例相对应的，本发明实施例还公开了一种控制器，如图9所示，所述控制器包括：
数据采集单元100，用于采集多输入功率优化器中各路DC/DC变换电路的预设运行参数；
判断单元200，用于根据本路DC/DC变换电路的预设运行参数，判断本路DC/DC变换电路是否存在电源输入接线故障；
第一开关管控制单元300，用于在判断单元200判断得到本路DC/DC变换电路存在电源输入接线故障时，控制本路DC/DC变换电路中的预设开关管常通。
其中，所述预设运行参数包括输入电压值、预设采样点处的电流采样值、预设采样点处的温度采样值这三项参数中的一项或任意几项的组合。
可选的，参见图10，所述控制器还包括：告警单元400，用于在第一开关管控制单元300控制本路DC/DC变换电路中的预设开关管常通后，发出告警信息。
可选的，仍参见图10，所述控制器还包括：第二开关管控制单元500，用于在告警单元400发出告警信息后，在预设时间后控制本路DC/DC变换电路中的预设开关管断开，并触发判断单元200。
本发明实施例还公开了一种多输入功率优化器，包括：主电路和上述公开的任一种控制器。
所述控制器可以是多输入功率优化器自身进行PWM控制时的控制器。
可选的，所述控制器从主电路输入侧的光伏组件取电。所述主电路优选冗余取电方式，即通过多条馈电线路同时从不同的光伏组件上取电，以保障供电可靠性。
本发明实施例还公开了一种光伏发电系统，包括上述公开的任一种多输入功率优化器。
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。
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实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例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 (10)

1.一种多输入功率优化器容错方法，其特征在于，包括：
采集多输入功率优化器中各路DC/DC变换电路的预设运行参数；
根据本路DC/DC变换电路的预设运行参数，判断本路DC/DC变换电路是否存在电源输入接线故障；
如果本路DC/DC变换电路存在电源输入接线故障，控制本路DC/DC变换电路中的预设开关管常通，从而旁路掉所述预设开关管中的体内二极管；其中，所述预设开关管包括在电源输入接线故障下存在安全隐患的开关管。
2.根据权利要求1所述的多输入功率优化器容错方法，其特征在于，所述预设运行参数包括输入电压值、预设采样点处的电流采样值、预设采样点处的温度采样值这三项参数中的一项或任意几项的组合。
3.根据权利要求1或2所述的多输入功率优化器容错方法，其特征在于，所述控制本路DC/DC变换电路中的预设开关管常通之后，还包括：发出告警信息。
4.根据权利要求3所述的多输入功率优化器容错方法，其特征在于，所述发出告警信息之后，还包括：
在预设时间后控制本路DC/DC变换电路中的预设开关管断开，并返回执行所述根据本路DC/DC变换电路的预设运行参数，判断本路DC/DC变换电路是否存在电源输入接线故障的步骤。
5.一种控制器，其特征在于，包括：
数据采集单元，用于采集多输入功率优化器中各路DC/DC变换电路的预设运行参数；
判断单元，用于根据本路DC/DC变换电路的预设运行参数，判断本路DC/DC变换电路是否存在电源输入接线故障；
第一开关管控制单元，用于在所述判断单元判断得到本路DC/DC变换电路存在电源输入接线故障时，控制本路DC/DC变换电路中的预设开关管常通，从而旁路掉所述预设开关管中的体内二极管；其中，所述预设开关管包括在电源输入接线故障下存在安全隐患的开关管。
6.根据权利要求5所述的控制器，其特征在于，所述预设运行参数包括输入电压值、预设采样点处的电流采样值、预设采样点处的温度采样值这三项参数中的一项或任意几项的组合。
7.根据权利要求5或6所述的控制器，其特征在于，所述控制器还包括：告警单元，用于在所述第一开关管控制单元控制本路DC/DC变换电路中的预设开关管常通后，发出告警信息。
8.根据权利要求7所述的控制器，其特征在于，所述控制器还包括：第二开关管控制单元，用于在所述告警单元发出告警信息后，在预设时间后控制本路DC/DC变换电路中的预设开关管断开，并触发所述判断单元。
9.一种多输入功率优化器，其特征在于，包括主电路和权利要求5-8中任一项所述的控制器。
10.一种光伏发电系统，其特征在于，包括：权利要求9所述的多输入功率优化器。
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