CN107591816A - 光伏并网逆变器的无功补偿方法、装置及光伏并网逆变器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了光伏并网逆变器的无功补偿方法、装置及光伏并网逆变器。该方法包括：当光伏并网逆变器处于有功功率输出模式时，获取光伏电池的第一输出状态信息；判断第一输出状态信息是否满足第一切换条件；当第一输出状态信息满足第一切换条件时，将光伏并网逆变器从有功功率输出模式切换到无功功率补偿模式；当光伏并网逆变器处于无功功率补偿模式时，获取光伏电池的第二输出状态信息；判断第二输出状态信息是否满足第二切换条件；当第二输出状态信息满足第二切换条件时，将光伏并网逆变器从无功功率补偿模式切换到有功功率输出模式。本发明的方案，有效解决了光伏电站无功补偿装置引入的容量浪费和成本增加问题和缺陷。

Description

光伏并网逆变器的无功补偿方法、装置及光伏并网逆变器

技术领域

本发明涉及新能源电力电子控制技术领域，尤其涉及光伏并网逆变器的无功补偿方法、装置及光伏并网逆变器。

背景技术

光伏电站项目运行的负荷多为感性负荷。大量存在的感性负荷，不仅造成系统功率因数过低，生产效率降低，企业电能费用支出增加，还会引起电网电压波动，严重时影响带载设备的安全运行，给企业带来不必要的经济损失。根据《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定》规定，大型和中型光伏电站的功率因数应该能够在0.98(超前)～0.98(滞后)范围内连续可调。因而，大型集中式和分布式光伏电站需要通过无功补偿的方式来提高功率因数，保证电能质量和电网安全。

光伏电站中运行的无功需求设备主要是感性元件——升压变压器。为提高功率因素，降低损耗，保证电网系统稳定，根据国家标准《GB/T29321-2012光伏发电站无功补偿技术规范》规定：光伏发电站应充分利用并网逆变器的无功容量及其调节能力，当并网逆变器的无功容量不能满足系统电压与无功调节需要时，应在光伏发电站配置集中无功补偿装置，并综合考虑光伏发电站各种出力水平和接入系统后各种运行工况下的暂态、动态过程，配置足够容量的动态无功补偿装置。

其中，现行光伏电站项目的无功补偿尤其是夜间无功补偿主要采用的加装无功补偿器(SVG)的方法存在以下几点问题：

1、光伏并网逆变器的无功补偿能力没有得到充分挖掘，从而造成无功补偿装置容量浪费和配置成本提高；

2、无功补偿装置的引入，提高了电站运营维护成本，也降低了系统可靠性；

3、相比光伏并网逆变器夜间不停机工作，现行方法缩减了光伏逆变器交流接触器寿命。

发明内容

为了克服现有技术中存在的上述问题，本发明的实施例提供了光伏并网逆变器的无功补偿方法、装置及光伏并网逆变器，能够实现有功功率输出模式和无功功率补偿模式的自动切换，有效解决了光伏电站无功补偿装置引入的容量浪费和成本增加问题和缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

依据本发明实施例的一个方面，提供了一种光伏并网逆变器的无功补偿方法，包括：

当光伏并网逆变器处于有功功率输出模式时，获取光伏电池的第一输出状态信息；

判断所述第一输出状态信息是否满足第一切换条件；

当所述第一输出状态信息满足所述第一切换条件时，将所述光伏并网逆变器从所述有功功率输出模式切换到无功功率补偿模式；

当所述光伏并网逆变器处于所述无功功率补偿模式时，获取所述光伏电池的第二输出状态信息；

判断所述第二输出状态信息是否满足第二切换条件；

当所述第二输出状态信息满足所述第二切换条件时，将所述光伏并网逆变器从所述无功功率补偿模式切换到所述有功功率输出模式。

其中，上述方案中，所述第一输出状态信息包括所述光伏电池的输出功率或输出电压，所述判断所述第一输出状态信息是否满足第一切换条件的步骤，包括：

当所述光伏电池的输出功率小于第一功率阈值时，判断所述光伏电池的输出功率小于所述第一功率阈值所持续的第一时长是否达到第一时间阈值，若所述第一时长达到所述第一时间阈值，则所述第一输出状态信息满足所述第一切换条件；或者

当所述光伏电池的输出电压小于第一电压阈值时，判断所述光伏电池的输出电压小于所述第一电压阈值所持续的第二时长是否达到所述第一时间阈值，若所述第二时长达到所述第一时间阈值，则所述第一输出状态信息满足所述第一切换条件。

其中，上述方案中，所述将所述光伏并网逆变器从所述有功功率输出模式切换到无功功率补偿模式，包括：

关闭所述光伏并网逆变器的最大功率追踪功能；

按照第一预设步长，逐步增大所述光伏电池的输出电压，直到所述光伏电池的输出电流达到第一电流阈值时，停止增大所述光伏电池的输出电压，并将所述光伏电池当前的输出电压记录为第一母线稳压值；

调整所述光伏并网逆变器的母线电压，使其稳定在所述第一母线稳压值；

当所述母线电压的电压值稳定在所述第一母线稳压值的持续时长达到第二时间阈值时，断开所述光伏电池与所述光伏并网逆变器之间的连接；

调整所述光伏并网逆变器的母线电压，使其稳定在第二母线稳压值，所述光伏并网逆变器进入所述无功功率补偿模式；

其中，所述第二母线稳压值大于所述光伏逆变器的交流线电压峰值。

其中，上述方案中，所述第二输出状态信息包括所述光伏电池的开路电压；

所述判断所述第二输出状态信息是否满足第二切换条件的步骤，包括：

当所述开路电压大于或等于第二电压阈值时，判断所述开路电压大于或等于所述第二电压阈值所持续的第三时长是否达到第三时间阈值，若所述第三时长达到所述第三时间阈值，则所述第二输出状态信息满足所述第二切换条件。

其中，上述方案中，所述将所述光伏并网逆变器从所述无功功率补偿模式切换到所述有功功率输出模式，包括：

将所述开路电压作为第三母线稳压值，并调整所述光伏并网逆变器的母线电压使其稳定在所述第三母线稳压值；

恢复所述光伏电池与所述光伏并网逆变器之间的连接；

获取所述光伏电池的当前输出功率和当前输出电压以及所述光伏并网逆变器的当前输出功率；

当所述光伏电池的当前输出功率大于或等于所述第一功率阈值，且所述光伏电池的当前输出电压大于或等于所述第一电压阈值，且所述光伏并网逆变器的当前输出功率小于或等于第二功率阈值时，所述光伏并网逆变器启动最大功率追踪功能，进入所述有功功率输出模式。

其中，上述方案中，所述方法还包括：

当所述光伏并网逆变器处于所述无功功率补偿模式时，获取功率调度指令，并根据所述功率调度指令发出无功功率。

依据本发明实施例的另一个方面，还提供了一种光伏并网逆变器的无功补偿装置，包括：

第一获取模块，用于当光伏并网逆变器处于有功功率输出模式时，获取光伏电池的第一输出状态信息；

第一判断模块，用于判断所述第一输出状态信息是否满足第一切换条件；

第一切换模块，用于当所述第一输出状态信息满足所述第一切换条件时，将所述光伏并网逆变器从所述有功功率输出模式切换到无功功率补偿模式；

第二获取模块，用于当所述光伏并网逆变器处于无功功率补偿模式时，获取所述光伏电池的第二输出状态信息；

第二判断模块，用于判断所述第二输出状态信息是否满足第二切换条件；

第二切换模块，用于当所述第二输出状态信息满足所述第二切换条件时，将所述光伏并网逆变器从所述无功功率补偿模式切换到所述有功功率输出模式。

其中，上述方案中，所述第一输出状态信息包括所述光伏电池的输出功率或输出电压，所述第一判断模块包括：

第一判断单元，用于当所述光伏电池的输出功率小于第一功率阈值时，判断所述光伏电池的输出功率小于所述第一功率阈值所持续的第一时长是否达到第一时间阈值，若所述第一时长达到所述第一时间阈值，则所述第一输出状态信息满足所述第一切换条件；或者

第二判断单元，用于当所述光伏电池的输出电压小于第一电压阈值时，判断所述光伏电池的输出电压小于所述第一电压阈值所持续的第二时长是否达到所述第一时间阈值，若所述第二时长达到所述第一时间阈值，则所述第一输出状态信息满足所述第一切换条件。

其中，上述方案中，所述第一切换模块包括：

关闭单元，用于关闭所述光伏并网逆变器的最大功率追踪功能；

第一调整单元，用于按照第一预设步长，逐步增大所述光伏电池的输出电压，直到所述光伏电池的输出电流达到第一电流阈值时，停止增大所述光伏电池的输出电压，并将所述光伏电池当前的输出电压记录为第一母线稳压值；

第二调整单元，用于调整所述光伏并网逆变器的母线电压，使其稳定在所述第一母线稳压值；

第一控制单元，用于当所述母线电压的电压值稳定在所述第一母线稳压值的持续时长达到第二时间阈值时，断开所述光伏电池与所述光伏并网逆变器之间的连接；

第三调整单元，用于调整所述光伏并网逆变器的母线电压，使其稳定在第二母线稳压值，所述光伏并网逆变器进入所述无功功率补偿模式；

其中，所述第二母线稳压值大于所述光伏逆变器的交流线电压峰值。

其中，上述方案中，所述第二输出状态信息包括所述光伏电池的开路电压，所述第二判断模块包括：

第三判断单元，用于当所述开路电压大于或等于第二电压阈值时，判断所述开路电压大于或等于所述第二电压阈值所持续的第三时长是否达到第三时间阈值，若所述第三时长达到所述第三时间阈值，则所述第二输出状态信息满足所述第二切换条件。

其中，上述方案中，所述第二切换模块包括：

第四调整单元，用于将所述开路电压作为第三母线稳压值，并调整所述光伏并网逆变器的母线电压使其稳定在所述第三母线稳压值；

第二控制单元，用于恢复所述光伏电池与所述光伏并网逆变器之间的连接；

第三获取单元，用于获取所述光伏电池的当前输出功率和当前输出电压以及所述光伏并网逆变器的当前输出功率；

启动单元，用于当所述光伏电池的当前输出功率大于或等于所述第一功率阈值，且所述光伏电池的当前输出电压大于或等于所述第一电压阈值，且所述光伏并网逆变器的当前输出功率小于或等于第二功率阈值时，所述光伏并网逆变器启动最大功率追踪功能，进入所述有功功率输出模式。

其中，上述方案中，所述装置还包括：

调度模块，用于当所述光伏并网逆变器处于所述无功功率补偿模式时，获取功率调度指令，并根据所述功率调度指令发出无功功率。

依据本发明实施例的另一个方面，还提供了一种光伏并网逆变器，包括上述所述的光伏并网逆变器的无功补偿装置。

本发明实施例的有益效果是：

本发明实施例的光伏并网逆变器的无功补偿方法，根据光伏电池的输出状态信息，判断光伏并网逆变器是否满足进行工作模式的切换条件，即当光伏并网逆变器处于有功功率输出模式时，判断光伏电池的输出状态信息是否满足第一切换条件，并在满足时使得光伏并网逆变器从有功功率输出模式切换到无功功率补偿模式；当光伏并网逆变器处于无功功率补偿模式时，判断光伏电池的输出状态信息是否满足第二切换条件，并在满足时，使得光伏并网逆变器从无功功率补偿模式切换到有功功率输出模式。

由此可知，本发明的实施例，能够利用光伏并网逆变器在夜间为电网提供所需要的无功功率，且能够在有功功率输出模式和无功功率补偿模式之间自动切换，有效解决了光伏电站无功补偿装置引入的容量浪费和成本增加问题和缺陷。

附图说明

图1表示本发明第一实施例的光伏并网逆变器的无功补偿方法的流程图；

图2表示本发明第一实施例中光伏并网逆变器的工作循环过程的流程图；

图3表示本发明第一实施例中傍晚时的第一辐照度和第一温度下，光伏电池的电流-电压和功率-电压曲线图；

图4表示本发明第一实施例中光伏并网逆变器从有功功率输出模式切换到无功功率补偿模式的具体实施过程示意图；

图5表示本发明第一实施例中早晨时的第二辐照度和第二温度下，光伏电池的电流-电压和功率-电压曲线图；

图6表示本发明第一实施例中光伏并网逆变器从无功功率补偿模式切换到有功功率输出模式的具体实施过程示意图；

图7表示本发明第一实施例中光伏并网逆变器的有功功率和无功功率输出控制策略示意图；

图8表示本发明第二实施例的光伏并网逆变器的无功补偿装置的结构框图之一；

图9表示本发明第二实施例的光伏并网逆变器的无功补偿装置的结构框图之二。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

第一实施例

本发明的实施例提供了一种光伏并网逆变器的无功补偿方法，如图1所示，该方法包括：

步骤101：当光伏并网逆变器处于有功功率输出模式时，获取光伏电池的第一输出状态信息。

本发明实施例的光伏并网逆变器的无功补偿方法应用于光伏并网逆变器。其中，该光伏并网逆变器在白天处于有功功率输出模式，将光伏电池的电能转换为与电网同频同相的正弦电流；夜晚则处于无功功率补偿模式，为电网提供夜间所需的无功功率。

其中，当光伏并网逆变器处于有功功率输出模式时，若光伏电池的输出功率大于或等于第一功率阈值，且光伏并网逆变器的输出功率小于或等于第二功率阈值S_max，且光伏电池的输出电压大于或等于第一电压阈值时，光伏并网逆变器开启最大功率点追踪功能，以检测光伏电池的最大输出功率。其中，第二功率阈值S_max小于光伏并网逆变器的额定功率，且为预先确定的阈值。

此时，可以根据公式计算在光伏并网逆变器当前输出功率为P的情况下，该光伏并网逆变器可以提供的无功功率的最大值Q_max。其中，由可得第一公式：以及第二公式：即光伏并网逆变器发出的最大无功功率为Q_max2，吸收的最大无功功率为Q_max1。

因而，光伏并网逆变器在白天处于有功功率输出模式时，可在接收到上层的调度指令时，根据调度指令中携带的无功功率的需求值Q_ord发出或吸收对应值的无功功率。即当Q_ord的绝对值小于Q_max的绝对值时，光伏并网逆变器吸收或发出对应的无功功率，而当Q_ord<Q_max1时，逆变器只能吸收无功功率-Q_max1；当Q_ord>Q_max2时，逆变器只能发出无功功率Q_max2。由此可知，光伏并网逆变器处于有功功率输出模式时，可以通过上层调度指令控制光伏并网逆变器为电网提供所需的无功功率。

另外，本发明的实施例中，光伏并网逆变器处于有功功率输出模式时，需要实时获取光伏电池的输出状态信息例如输出电压和输出功率，用以判断是否需要进行工作模式的切换。

步骤102：判断所述第一输出状态信息是否满足第一切换条件。

随着傍晚时分的到来，光伏电池的输出电压及输出功率会逐渐降低，直到达到某一阈值时，光伏电池的发电能力降低，不足以支持光伏并网逆变器的母线电压。因此，可通过光伏电池的输出电压或输出功率，来判断光伏逆变器是否需要从有功功率输出模式切换到无功功率补偿模式。

具体地，步骤102包括：

当所述光伏电池的输出功率小于第一功率阈值时，判断所述光伏电池的输出功率小于所述第一功率阈值所持续的第一时长是否达到第一时间阈值，若所述第一时长达到所述第一时间阈值，则所述第一输出状态信息满足所述第一切换条件；或者

当所述光伏电池的输出电压小于第一电压阈值时，判断所述光伏电池的输出电压小于所述第一电压阈值所持续的第二时长是否达到所述第一时间阈值，若所述第二时长达到所述第一时间阈值，则所述第一输出状态信息满足所述第一切换条件。

其中，为了避免光伏电池的输出电压偶然降低到第一电压阈值，以及输出功率偶然降低到第一功率阈值，而造成光伏并网逆变器工作模式的误切换，需要在检测到光伏电池的输出电压小于第一电压阈值或输出功率小于第一功率阈值时，进一步判断光伏电池的输出电压小于第一电压阈值或输出功率小于第一功率阈值的状态所持续的时长是否达到预先规定的第一时间阈值，当达到时，才能确定光伏电池的第一输出状态信息满足第一切换条件，即此时光伏并网逆变器可以从有功功率输出模式切换到无功功率补偿模式。

另外，上述第一功率阈值、第一电压阈值和第一时间阈值是预先通过多次试验，并根据相关试验数据确定的。

步骤103：当所述第一输出状态信息满足所述第一切换条件时，将所述光伏并网逆变器从所述有功功率输出模式切换到无功功率补偿模式。

具体地，步骤103包括：

关闭所述光伏并网逆变器的最大功率追踪功能；

按照第一预设步长，逐步增大所述光伏电池的输出电压，直到所述光伏电池的输出电流达到第一电流阈值时，停止增大所述光伏电池的输出电压，并将所述光伏电池当前的输出电压记录为第一母线稳压值；

调整所述光伏并网逆变器的母线电压，使其稳定在所述第一母线稳压值；

当所述母线电压的电压值稳定在所述第一母线稳压值的持续时长达到第二时间阈值时，断开所述光伏电池与所述光伏并网逆变器之间的连接；

调整所述光伏并网逆变器的母线电压，使其稳定在第二母线稳压值，所述光伏并网逆变器进入所述无功功率补偿模式；

其中，所述第二母线稳压值大于所述光伏逆变器的交流线电压峰值。

其中，光伏并网逆变器从有功功率输出模式切换到无功功率补偿模式时，需要断开光伏电池与光伏并网逆变器之间的连接。另外，光伏并网逆变器在有功功率输出模式下，开启有最大功率追踪功能，而如果在断开光伏电池与光伏并网逆变器之间的连接之前，不关闭光伏并网逆变器的最大功率追踪功率，将会导致光伏并网逆变器因功率低故障而停机，与电网连接解列，而无法切换到无功功率补偿模式。所以，在此时进行工作模式的切换时，首先需要关闭光伏并网逆变器的最大功率追踪功能。

另外，虽然光伏电池的第二输出状态信息满足第二切换条件，但是此时光伏电池仍与光伏并网逆变器连接，即光伏电池仍有电流输出，只是电流值较小。所以，若在关闭光伏并网逆变器的最大功率追踪功能之后，直接断开光伏电池与光伏并网逆变器之间的连接，会很不安全，因此，需要找到一个可以安全断开的工作点再将光伏电池与光伏并网逆变器断开。

其中，按照第一预设步长，增大光伏电池此时的输出电压，使得光伏电池的输出电流减小，直到达到第一电流阈值时，即光伏电池的输出电流足够小时，可以比较安全地断开光伏电池与光伏并网逆变器之间的连接。另外，为了防止在断开光伏电池与光伏并网逆变器之间的连接时，发生电流冲击，需要使得光伏并网逆变器的母线电压等于光伏电池的输出电压。所以，找到安全的断开点后，需要将此时光伏电池的输出电压作为第一母线稳压值，并使得光伏并网逆变器的母线电压稳定在所述第一母线稳压值。

另外，断开光伏电池与光伏逆变器之间的连接后，为了便于光伏并网逆变器后续从无功功率补偿模式切换到有功功率输出模式，需要将光伏并网逆变器的输出电压进一步调整为第二母线稳压值。其中，第二母线稳压值大于所述光伏逆变器的交流线电压峰值。另外，还可由经验获知，第一母线稳压值小于光伏并网逆变器关闭最大功率追踪功能时光伏电池的开路电压，第二母线稳压值大于该开路电压。

其中，上述第一预设步长、第一电流阈值、第二时间阈值和第二母线稳压值，均是通过多次试验，根据相关试验数据预先确定的。

如图3所示，当辐照度为第一辐照度，温度为第一温度时，光伏电池的电流-电压特性曲线为Curve1，功率-电压特性曲线为Curve2，A点为最大功率点或者为最大功率点电压跟踪下限值，B点电流等于第一电流阈值Ipv_min，C点电压为辐照度为E1和温度为T1时，光伏电池的开路电压。当A点功率小于第一功率阈值，或A点电压小于第一电压阈值时，若该状态持续时长达到第一时间阈值，则判定A点输出有功功率过低，则关闭光伏并网逆变器的最大功率追踪功能，将光伏电池的工作状态从A点向B点调整，并将光伏逆变器的母线电压稳定在B点电压处，并在稳定持续时间达到第二时间阈值时，断开光伏电池输出，并将母线电压稳压值调至第二母线稳压值。

其中，为了能够说明第一母线稳压值、开路电压以及第二母线电压之间的大小关系，将第二母线稳压值在图3中以D点标出。即如图3所示，所述第一母线稳压值小于C点电压值，第二母线稳压值大于C点电压值。

在本发明实施例的另一方面，光伏并网逆变器从有功功率输出模式到无功功率补偿模式的切换过程，可由如图4所示的母线电压外环电感电流内环的控制环路实现。即对直流输入侧光伏电池的输出状态信息(例如电压和电流)进行采样分析，送入最大功率跟踪控制器(MPPT controller)，根据第一切换条件，得到母线稳压参考Vref。母线稳压参考Vref与从母线模型中采集的反馈电压Udc之差经过第一调节器，得到输出电感电流参考Iref。电感电流参考Iref与从逆变器模型中采集的反馈电流I之差经过第二调节器，输出脉冲宽度调制(PWM)波，送入逆变器模型。

在该控制环路中，当母线稳压参考Vref与反馈电压Udc之差发生变化时，得到的PWM波的占空比会发生变化，而当PWM波的占空比稳定不变时，则可将母线电压稳定在母线稳压参考Vref附近。因此，该控制环路能够实现母线电压和电感电流的无静差控制。

其中，在需要将母线电压稳定到第一母线稳压值时，母线稳压参考Vref则等于第一母线稳压值；在需要将母线电压稳定到第二母线稳压值时，母线稳压参考Vref则等于第二母线稳压值。

步骤104：当所述光伏并网逆变器处于所述无功功率补偿模式时，获取所述光伏电池的第二输出状态信息。

光伏并网逆变器通过步骤103的切换过程，使得光伏电池与光伏并网逆变器之间的连接断开后，光伏并网逆变器则进入了无功功率补偿模式。在该模式下，可通过上层的调度指令控制光伏并网逆变器为电网提供所需的无功功率。即光伏并网逆变器可获取功率调度指令，并根据所述功率调度指令发出无功功率。

另外，本发明的实施例中，光伏并网逆变器处于无功功率补偿模式时，需要实时获取光伏电池的输出状态信息例如开路电压，用以判断是否需要进行工作模式的切换。

步骤105：判断所述第二输出状态信息是否满足第二切换条件。

其中，由于光伏并网逆变器处于无功功率补偿模式下，已经断开了与光伏电池之间的连接，可以进行开路电压的测量。所以，上述第二输出状态信息，可包括光伏电池的开路电压。

具体地，步骤105包括：

当所述开路电压大于或等于第二电压阈值时，判断所述开路电压大于或等于所述第二电压阈值所持续的第三时长是否达到第三时间阈值，若所述第三时长达到所述第三时间阈值，则所述第二输出状态信息满足所述第二切换条件。

当光伏并网逆变器处于无功功率补偿模式时，随着外界辐照度和温度的逐渐上升，光伏电池的开路电压则逐渐增大，当增大到第二电压阈值时，光伏电池的发电能力能够满足电网的发电能力，则需要将光伏并网逆变器从无功功率补偿模式切换到有功功率输出模式。

步骤106：当所述第二输出状态信息满足所述第二切换条件时，将所述光伏并网逆变器从所述无功功率补偿模式切换到所述有功功率输出模式。

具体地，步骤106包括：

将所述开路电压作为第三母线稳压值，并调整所述光伏并网逆变器的母线电压使其稳定在所述第三母线稳压值；

恢复所述光伏电池与所述光伏并网逆变器之间的连接；

获取所述光伏电池的当前输出功率和当前输出电压以及所述光伏并网逆变器的当前输出功率；

当所述光伏电池的当前输出功率大于或等于所述第一功率阈值，且所述光伏电池的当前输出电压大于或等于所述第一电压阈值，且所述光伏并网逆变器的当前输出功率小于或等于第二功率阈值时，所述光伏并网逆变器启动最大功率追踪功能，进入所述有功功率输出模式。

其中，将所述光伏并网逆变器从所述无功功率补偿模式切换到所述有功功率输出模式，则需要恢复光伏电池与光伏并网逆变器之间的连接。但是，光伏并网逆变器处于无功功率补偿模式时，其母线电压稳定在第二母线稳压值处，而此时的光伏电池的电压为开路电压，且第二母线稳压值并不等于此时光伏电池的开路电压。所以，相当于光伏并网逆变器两侧的电压不相等，若此时直接恢复光伏电池与光伏并网逆变器之间的连接，会出现电流冲击。因此，在恢复光伏电池与光伏并网逆变器之间的连接之前，需要将母线电压稳定在光伏电池在此时的开路电压。

另外，为了使得光伏并网逆变器能够在连接上光伏电池后正常工作，还需要在光伏电池的输出电压和输出功率以及光伏并网逆变器的输出功率达到预设要求的阈值时，开启光伏并网逆变器的最大功率追踪功能，从而顺利进入有功功率输出模式。

其中，上述第三时间阈值同样是多次试验后，根据相关试验数据预先确定的。

如图5所示，当辐照度为第二辐照度，温度为第二温度时，光伏电池的电流-电压特性曲线为Curve3，功率-电压特性曲线为Curve4，F点为当前辐照和电池温度下的开路电压点。其中，为了方便说明第二母线稳压值与此时光伏电池的开路电压之间的关系，将第二母线稳压值以G点标示在了图5中。

当F点电压不小于第二电压阈值，且该状态持续时长达到第三时间阈值时，判定光伏电池发电能力满足并网发电能力，则将母线电压稳压值从G点向F点调整，随后恢复光伏电池与光伏并网逆变器之间的连接，然后开启光伏并网逆变器的最大功率追踪功能，从而使得光伏电池的工作点从F点向E点调整。

在本发明实施例的另一方面，光伏并网逆变器从无功功率补偿模式到有功功率输出模式的切换过程，可由如图6所示的母线电压外环电感电流内环的控制环路实现。即对直流输入侧光伏电池电压电流信息(例如开路电压)进行采样分析，根据第二切换条件给出母线稳压参考Vref。母线稳压参考Vref与从母线模型中采集的反馈电压Udc之差经过第一调节器，得到输出电感电流参考Iref。电感电流参考Iref与从逆变器模型中采集的反馈电流I之差经过第二调节器，输出脉冲宽度调制(PWM)波，送入逆变器模型。

在该控制环路中，当母线稳压参考Vref与反馈电压Udc之差发生变化时，得到的PWM波的占空比会发生变化，而当PWM波的占空比稳定不变时，则可将母线电压稳定在母线稳压参考Vref附近。当PWM波的占空比稳定不变时，恢复光伏电池与光伏并且逆变器之间的连接后，再将光伏电池电压、电流送入MPPT。

其中，在从无功功率补偿模式切换到有功功率输出模式的过程中，需要将母线电压稳定在第三母线稳压值，则此处的母线稳压参考Vref等于第三母线稳压值。

综上所述，本发明的实施例，相对现有技术，将光伏并网逆变器的工作模式在白天的有功功率输出模式的基础上，增加了夜间的无功功率补偿模式，并能实现这两种工作模式的无缝平滑切换。即如图2所示，白天处于有功功率输出模式，傍晚时则判断是否满足第一切换条件，若满足，则切换到无功功率补偿模式；夜间进入到无功功率补偿模式，早晨则判断是否满足第二切换条件，若满足，则切换到有功功率输出模式，实现光伏并网逆变器在一天的二十四小时的不停歇工作。

另外，光伏并网逆变器在上述工作过程中，按照如图7所示的控制策略输出有功功率和无功功率。即白天有功功率输出模式时，有功功率对应d轴电感电流参考Idref，无功功率对应q轴电感电流参考Iqref。此模式下，母线稳压参考Vref为光伏电池最大功率跟踪控制器输出，光伏电池发电，能量流向电网，电网有功电流反馈Id>0。其中，Vref与反馈电压Udc之差经过第一调节器后输出电感电流参考Idref，Idref与电网有功电流反馈Id之差经第二调节器。Iqref由上层调度决定，若Iqref>0，逆变器发出无功功率，Iqref<0，逆变器吸收无功功率，且Iqref与电网无功电流反馈Iq经第二调节器。第二调节器输出经PWM调制发波，生成PWM波。

夜间无功功率补偿模式时，d轴电感电流参考Idref为0，无功功率对应q轴电感电流参考Iqref。Vref由第二切换条件决定，电网能量整流维持母线电压，并网有功电流反馈Id<0；Id与Idref之差经第二调节器；Iqref由上层调度决定，若Iqref>0，逆变器发出无功功率，Iqref<0，逆变器吸收无功功率，且Iqref与电网无功电流反馈Iq之差经第二调节器。第二调节器输出经PWM调制发波，生成PWM波。由于光伏电站中多为感性负载需要无功功率，所以夜间无功功率补偿时，逆变器为容性，发出无功功率。

第二实施例

本发明的实施例提供了一种光伏并网逆变器的无功补偿装置，如图8所示，该装置800包括：

第一获取模块801，用于当光伏并网逆变器处于有功功率输出模式时，获取光伏电池的第一输出状态信息；

第一判断模块802，用于判断所述第一输出状态信息是否满足第一切换条件；

第一切换模块803，用于当所述第一输出状态信息满足所述第一切换条件时，将所述光伏并网逆变器从所述有功功率输出模式切换到无功功率补偿模式；

第二获取模块804，用于当所述光伏并网逆变器处于无功功率补偿模式时，获取所述光伏电池的第二输出状态信息；

第二判断模块805，用于判断所述第二输出状态信息是否满足第二切换条件；

第二切换模块806，用于当所述第二输出状态信息满足所述第二切换条件时，将所述光伏并网逆变器从所述无功功率补偿模式切换到所述有功功率输出模式。

优选地，所述第一输出状态信息包括所述光伏电池的输出功率或输出电压，如图9所示，所述第一判断模块802包括：

第一判断单元8021，用于当所述光伏电池的输出功率小于第一功率阈值时，判断所述光伏电池的输出功率小于所述第一功率阈值所持续的第一时长是否达到第一时间阈值，若所述第一时长达到所述第一时间阈值，则所述第一输出状态信息满足所述第一切换条件；或者

第二判断单元8022，用于当所述光伏电池的输出电压小于第一电压阈值时，判断所述光伏电池的输出电压小于所述第一电压阈值所持续的第二时长是否达到所述第一时间阈值，若所述第二时长达到所述第一时间阈值，则所述第一输出状态信息满足所述第一切换条件。

优选地，如图9所示，所述第一切换模块803包括：

关闭单元8031，用于关闭所述光伏并网逆变器的最大功率追踪功能；

第一调整单元8032，用于按照第一预设步长，逐步增大所述光伏电池的输出电压，直到所述光伏电池的输出电流达到第一电流阈值时，停止增大所述光伏电池的输出电压，并将所述光伏电池当前的输出电压记录为第一母线稳压值；

第二调整单元8033，用于调整所述光伏并网逆变器的母线电压，使其稳定在所述第一母线稳压值；

第一控制单元8034，用于当所述母线电压的电压值稳定在所述第一母线稳压值的持续时长达到第二时间阈值时，断开所述光伏电池与所述光伏并网逆变器之间的连接；

第三调整单元8035，用于调整所述光伏并网逆变器的母线电压，使其稳定在第二母线稳压值，所述光伏并网逆变器进入所述无功功率补偿模式；

其中，所述第二母线稳压值大于所述光伏逆变器的交流线电压峰值。

优选地，所述第二输出状态信息包括所述光伏电池的开路电压，如图9所示，所述第二判断模块805包括：

第三判断单元8051，用于当所述开路电压大于或等于第二电压阈值时，判断所述开路电压大于或等于所述第二电压阈值所持续的第三时长是否达到第三时间阈值，若所述第三时长达到所述第三时间阈值，则所述第二输出状态信息满足所述第二切换条件。

优选地，如图9所示，所述第二切换模块806包括：

第四调整单元8061，用于将所述开路电压作为第三母线稳压值，并调整所述光伏并网逆变器的母线电压使其稳定在所述第三母线稳压值；

第二控制单元8062，用于恢复所述光伏电池与所述光伏并网逆变器之间的连接；

第三获取单元8063，用于获取所述光伏电池的当前输出功率和当前输出电压以及所述光伏并网逆变器的当前输出功率；

启动单元8064，用于当所述光伏电池的当前输出功率大于或等于所述第一功率阈值，且所述光伏电池的当前输出电压大于或等于所述第一电压阈值，且所述光伏并网逆变器的当前输出功率小于或等于第二功率阈值时，所述光伏并网逆变器启动最大功率追踪功能，进入所述有功功率输出模式。

优选地，如图9所示，所述装置还包括：

调度模块807，用于当所述光伏并网逆变器处于所述无功功率补偿模式时，获取功率调度指令，并根据所述功率调度指令发出无功功率。

本发明实施例的光伏并网逆变器的无功补偿装置，能够利用光伏并网逆变器在夜间为电网提供所需要的无功功率，且能够在有功功率输出模式和无功功率补偿模式之间自动切换，有效解决了光伏电站无功补偿装置引入的容量浪费和成本增加问题和缺陷。

第三实施例

本发明的实施例提供了一种光伏并网逆变器，包括上述所述的光伏并网逆变器的无功补偿装置。

以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种光伏并网逆变器的无功补偿方法，其特征在于，包括：

当光伏并网逆变器处于有功功率输出模式时，获取光伏电池的第一输出状态信息；

判断所述第一输出状态信息是否满足第一切换条件；

当所述第一输出状态信息满足所述第一切换条件时，将所述光伏并网逆变器从所述有功功率输出模式切换到无功功率补偿模式；

当所述光伏并网逆变器处于所述无功功率补偿模式时，获取所述光伏电池的第二输出状态信息；

判断所述第二输出状态信息是否满足第二切换条件；

当所述第二输出状态信息满足所述第二切换条件时，将所述光伏并网逆变器从所述无功功率补偿模式切换到所述有功功率输出模式。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一输出状态信息包括所述光伏电池的输出功率或输出电压，所述判断所述第一输出状态信息是否满足第一切换条件的步骤，包括：

当所述光伏电池的输出功率小于第一功率阈值时，判断所述光伏电池的输出功率小于所述第一功率阈值所持续的第一时长是否达到第一时间阈值，若所述第一时长达到所述第一时间阈值，则所述第一输出状态信息满足所述第一切换条件；或者

当所述光伏电池的输出电压小于第一电压阈值时，判断所述光伏电池的输出电压小于所述第一电压阈值所持续的第二时长是否达到所述第一时间阈值，若所述第二时长达到所述第一时间阈值，则所述第一输出状态信息满足所述第一切换条件。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述光伏并网逆变器从所述有功功率输出模式切换到无功功率补偿模式，包括：

关闭所述光伏并网逆变器的最大功率追踪功能；

按照第一预设步长，逐步增大所述光伏电池的输出电压，直到所述光伏电池的输出电流达到第一电流阈值时，停止增大所述光伏电池的输出电压，并将所述光伏电池当前的输出电压记录为第一母线稳压值；

调整所述光伏并网逆变器的母线电压，使其稳定在所述第一母线稳压值；

当所述母线电压的电压值稳定在所述第一母线稳压值的持续时长达到第二时间阈值时，断开所述光伏电池与所述光伏并网逆变器之间的连接；

调整所述光伏并网逆变器的母线电压，使其稳定在第二母线稳压值，所述光伏并网逆变器进入所述无功功率补偿模式；

其中，所述第二母线稳压值大于所述光伏逆变器的交流线电压峰值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二输出状态信息包括所述光伏电池的开路电压；

所述判断所述第二输出状态信息是否满足第二切换条件的步骤，包括：

当所述开路电压大于或等于第二电压阈值时，判断所述开路电压大于或等于所述第二电压阈值所持续的第三时长是否达到第三时间阈值，若所述第三时长达到所述第三时间阈值，则所述第二输出状态信息满足所述第二切换条件。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将所述光伏并网逆变器从所述无功功率补偿模式切换到所述有功功率输出模式，包括：

将所述开路电压作为第三母线稳压值，并调整所述光伏并网逆变器的母线电压使其稳定在所述第三母线稳压值；

恢复所述光伏电池与所述光伏并网逆变器之间的连接；

获取所述光伏电池的当前输出功率和当前输出电压以及所述光伏并网逆变器的当前输出功率；

当所述光伏电池的当前输出功率大于或等于所述第一功率阈值，且所述光伏电池的当前输出电压大于或等于所述第一电压阈值，且所述光伏并网逆变器的当前输出功率小于或等于第二功率阈值时，所述光伏并网逆变器启动最大功率追踪功能，进入所述有功功率输出模式。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述光伏并网逆变器处于所述无功功率补偿模式时，获取功率调度指令，并根据所述功率调度指令发出无功功率。

7.一种光伏并网逆变器的无功补偿装置，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于当光伏并网逆变器处于有功功率输出模式时，获取光伏电池的第一输出状态信息；

第一判断模块，用于判断所述第一输出状态信息是否满足第一切换条件；

第一切换模块，用于当所述第一输出状态信息满足所述第一切换条件时，将所述光伏并网逆变器从所述有功功率输出模式切换到无功功率补偿模式；

第二获取模块，用于当所述光伏并网逆变器处于无功功率补偿模式时，获取所述光伏电池的第二输出状态信息；

第二判断模块，用于判断所述第二输出状态信息是否满足第二切换条件；

第二切换模块，用于当所述第二输出状态信息满足所述第二切换条件时，将所述光伏并网逆变器从所述无功功率补偿模式切换到所述有功功率输出模式。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一输出状态信息包括所述光伏电池的输出功率或输出电压，所述第一判断模块包括：

第一判断单元，用于当所述光伏电池的输出功率小于第一功率阈值时，判断所述光伏电池的输出功率小于所述第一功率阈值所持续的第一时长是否达到第一时间阈值，若所述第一时长达到所述第一时间阈值，则所述第一输出状态信息满足所述第一切换条件；或者

第二判断单元，用于当所述光伏电池的输出电压小于第一电压阈值时，判断所述光伏电池的输出电压小于所述第一电压阈值所持续的第二时长是否达到所述第一时间阈值，若所述第二时长达到所述第一时间阈值，则所述第一输出状态信息满足所述第一切换条件。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一切换模块包括：

关闭单元，用于关闭所述光伏并网逆变器的最大功率追踪功能；

第一调整单元，用于按照第一预设步长，逐步增大所述光伏电池的输出电压，直到所述光伏电池的输出电流达到第一电流阈值时，停止增大所述光伏电池的输出电压，并将所述光伏电池当前的输出电压记录为第一母线稳压值；

第二调整单元，用于调整所述光伏并网逆变器的母线电压，使其稳定在所述第一母线稳压值；

第一控制单元，用于当所述母线电压的电压值稳定在所述第一母线稳压值的持续时长达到第二时间阈值时，断开所述光伏电池与所述光伏并网逆变器之间的连接；

第三调整单元，用于调整所述光伏并网逆变器的母线电压，使其稳定在第二母线稳压值，所述光伏并网逆变器进入所述无功功率补偿模式；

其中，所述第二母线稳压值大于所述光伏逆变器的交流线电压峰值。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第二输出状态信息包括所述光伏电池的开路电压，所述第二判断模块包括：

第三判断单元，用于当所述开路电压大于或等于第二电压阈值时，判断所述开路电压大于或等于所述第二电压阈值所持续的第三时长是否达到第三时间阈值，若所述第三时长达到所述第三时间阈值，则所述第二输出状态信息满足所述第二切换条件。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第二切换模块包括：

第四调整单元，用于将所述开路电压作为第三母线稳压值，并调整所述光伏并网逆变器的母线电压使其稳定在所述第三母线稳压值；

第二控制单元，用于恢复所述光伏电池与所述光伏并网逆变器之间的连接；

第三获取单元，用于获取所述光伏电池的当前输出功率和当前输出电压以及所述光伏并网逆变器的当前输出功率；

启动单元，用于当所述光伏电池的当前输出功率大于或等于所述第一功率阈值，且所述光伏电池的当前输出电压大于或等于所述第一电压阈值，且所述光伏并网逆变器的当前输出功率小于或等于第二功率阈值时，所述光伏并网逆变器启动最大功率追踪功能，进入所述有功功率输出模式。

12.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

调度模块，用于当所述光伏并网逆变器处于所述无功功率补偿模式时，获取功率调度指令，并根据所述功率调度指令发出无功功率。

13.一种光伏并网逆变器，其特征在于，包括如权利要求7～12任意一项所述的光伏并网逆变器的无功补偿装置。