CN108448621B - 一种光伏发电系统的控制方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光伏发电系统的控制方法及设备，通过获取至少一个功率优化器的，表征功率优化器的输入电压与输出电压的大小关系的特征参数，从而据此生成调节直流母线电压的调节指令，并发送至直流母线控制器，实现对直流母线电压的主动调节，进而控制功率优化器的运行效率，提高整个光伏发电系统的输出功率，解决了现有控制方式，无法可靠控制功率优化器的输出电压接近输入电压，导致光伏发电系统无法运行于最低损耗和最大输出功率的状态的技术问题。

Description

一种光伏发电系统的控制方法及设备
技术领域
本发明涉及光伏发电应用领域，具体涉及一种光伏发电系统的控制方法及设备。
背景技术
光伏发电系统是指无需通过热过程直接将光能转变为电能的发电系统，通常由光伏阵列、光伏逆变器和负载(或电网、蓄电池)组成。其中，光伏阵列由若干个光伏组件串并联形成，将接收到的光能转化为直流电能输出；光伏逆变器是将光伏阵列输出的直流电能转换为交流电能，供给负载或馈入电网。
在传统的光伏发电系统中，为了最大化获取光伏阵列输出的功率，光伏逆变器中通常会设置多个MPPT(MaximumPower Point Tracking，最大功率点跟踪)装置。但是，对于光伏阵列中不同位置的光伏组件，往往会因出厂规格参数差异、安装倾角差异、受障碍物遮挡不同、环境因素导致的衰减不同等因素，导致各光伏组件输出电压电流特性存在差异，无法使串并联的各光伏组件都输出最大功率，并使得光伏阵列存在串并联失配的问题。
为了解决上述问题，目前通常会在每个光伏组件上增加一个MPPT装置，来保证每个光伏组件输出最大功率，解决光伏组件串联失配和光伏组串并联失配的问题。
但是，在改进后的光伏发电系统中，虽然保证了输入光伏逆变器直流侧的功率最大，但这会使得光伏逆变器中MPPT装置的功能弱化，若放弃光伏逆变器中的MPPT装置，采用恒定直流输入电压的控制方式，很容易导致光伏发电系统运行在损耗较大的状态；若保留光伏逆变器中的MPPT装置，光伏阵列增加的MPPT装置与光伏逆变器中的MPPT装置同时工作，很可能会相互干扰，导致光伏发电系统无法运行于最低损耗和最大输出功率的状态。
由此可见，如何实现光伏发电系统输出最大功率、损耗最低成为本领域技术人员重要研究方向之一。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种光伏发电系统的控制方法及设备，通过向直流母线控制器发送调节指令的方式，实现对直流母线电压的主动控制，来减小功率优化器的输入电压和输出电压的压差，提高功率优化器的运行效率，进而提高光伏发电系统的输出功率。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
本实施例提供了一种光伏发电系统的控制方法，所述光伏发电系统包括光伏阵列及直流母线控制器，所述光伏阵列设置有至少一个功率优化器，所述方法包括：
获取所述至少一个功率优化器对应的至少一个特征参数，所述特征参数用于表征相应功率优化器的输入电压与输出电压的大小关系；
利用获取的至少一个特征参数，生成相应的调节指令，所调节指令用于调节直流母线电压；
将所述调节指令发送至所述直流母线控制器，以由所述直流母线控制器调节直流母线电压，直至所述至少一个功率优化器的输入电压与输出电压的压差减小至第一阈值。
可选的，在所述至少一个功率优化器的输入电压与输出电压的压差减小至第一阈值时，所述方法还包括：
在预设时间段内，控制所述至少一个功率优化器对应的输入电压与输出电压的压差不大于第一阈值，以使至少一个功率优化器能够进入直通模式运行。
可选的，所述利用获取的至少一个特征参数，生成相应的调节指令，包括：
利用获取的至少一个特征参数，计算得到目标调节电压，并生成包含所述目标调节电压的调节指令；或者，
利用获取的至少一个特征参数，获取直流母线电压的调节方向，并生成包含所述调节方向的调节指令。
可选的，当所述光伏阵列设置的至少一个功率优化器具体是多个相同类型的组串级功率优化器，所述获取至少一个功率优化器对应的至少一个特征参数，包括：
获取至少一个组串级功率优化器对应的输入电压和输出电压；
相应地，所述利用获取的至少一个特征参数，计算得到目标调节电压，包括：
利用获取的所述至少一个组串级功率优化器对应的输入电压与所述输出电压的计算结果，获取目标调节电压。
可选的，利用获取的所述至少一个组串级功率优化器的输入电压与所述输出电压的计算结果，获取目标调节电压，包括：
获取所述至少一个组串级功率优化器的最大输入电压或最小输入电压，将所述最大输入电压或所述最小输入电压作为目标调节电压；或者，
对获取的多个组串级功率优化器的输入电压进行平均值计算，将得到的平均电压作为目标调节电压；或者，
对获取的多个组串级功率优化器的输入电压进行最小二乘法计算，得到目标调节电压。
可选的，当所述光伏阵列设置的至少一个功率优化器是多个相同类型的组件级功率优化器，所述利用获取的至少一个特征参数，计算得到目标调节电压包括：
获取至少一个光伏组串中各组件级功率优化器对应的输入参数；
利用获取的多个输入参数，计算得到相应的目标调节电压。
可选的，当所述输入参数为输入电压，获取至少一个光伏组串中各组件级功率优化器对应的输入参数，包括：
获取任意一个光伏组串中各组件级功率优化器的输入电压；
所述利用获取的多个输入参数，计算得到相应的目标调节电压，包括：
对获取的多个输入电压进行求和计算，将得到的第一求和电压作为目标调节电压。
可选的：当所述输入参数为输入电压，获取至少一个光伏组串中各组件级功率优化器对应的输入参数，包括：
获取至少两个光伏组串中的各组件级功率优化器对应的输入电压；
相应地，所述利用获取的多个输入参数，计算得到相应的目标调节电压，包括：
对获取的每一个光伏组串中的各组件级功率优化器的输入电压进行求和计算，得到的相应的第二求和电压；
对得到的至少两个光伏组串对应的第二求和电压进行平均值或最小二乘法计算，将计算得到的电压作为目标调节电压。
可选的，所述方法还包括：
获取至少一个光伏组串中各组件级功率优化器对应的修正参数，所述修正参数基于相应组件级功率优化器的功率参数确定；
利用所述修正参数，获取相应组件级功率优化器的输入电压的权重，并对相应组件级功率优化器的输入电压进行修正；
所述利用获取的多个输入参数，计算得到相应的目标调节电压具体为：
利用修正后的输入电压，计算得到相应目标调节电压。
可选的，所述获取至少一个功率优化器对应的至少一个特征参数，包括：
获取至少一个功率优化器对应的工作模式标识；
相应地，所述利用获取的至少一个特征参数，获取直流母线电压的调节方向，包括：
统计各工作模式标识对应的功率优化器数量，确定具有同一工作模式标识数量最多的功率优化器为目标功率优化器；
获取所述目标功率优化器的数量在功率优化器总数量中的比例；
若获取的比例大于预设比例，基于所述目标功率优化器具有的工作模式，确定直流母线电压的调节方向；
相应地，所述直至所述至少一个功率优化器的输入电压与输出电压的压差减小至第一阈值具体为：
直至当前具有不同工作模式标识的功率优化器的数量满足预设条件。
本实施例还提供了一种光伏发电系统的控制设备，所述光伏发电系统包括光伏阵列及直流母线控制器，所述光伏阵列设置有至少一个功率优化器，所述控制设备包括：
通信模块，用于获取所述至少一个功率优化器的至少一个特征参数；
存储器，用于存储如上所述的光伏发电系统的控制方法的计算机程序；
控制器，用于加载并执行所述计算机程序，实现如上所述的光伏发电系统的控制方法的各个步骤。
基于上述技术方案，本发明实施例提供了一种光伏发电系统的控制方法及设备，通过获取至少一个功率优化器的，表征功率优化器的输入电压与输出电压的大小关系的特征参数，从而据此生成调节直流母线电压的调节指令，并发送至直流母线控制器，实现对直流母线电压的主动调节，进而控制功率优化器的运行效率，提高整个光伏发电系统的输出功率，解决了现有控制方式，无法可靠控制功率优化器的输出电压接近输入电压，导致光伏发电系统无法运行于最低损耗和最大输出功率的状态的技术问题。
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为本实施例提供的一种光伏发电系统的结构图；
图2为本实施例提供的另一种光伏发电系统的结构图；
图3a为本实施例提供的一种Buck变换器的结构图；
图3b为本实施例提供的一种Boost变换器的结构图；
图3c为本实施例提供的一种Buck/Boost变换器的结构图；
图4为功率优化器的PV曲线示意图；
图5为本实施例提供的一种光伏发电系统的控制方法流程图；
图6为本实施例提供的又一种光伏发电系统的结构图；
图7为本实施例提供的另一种光伏发电系统的控制方法流程图；
图8为本实施例提供的又一种光伏发电系统的控制方法流程图；
图9为本实施例提供的又一种光伏发电系统的控制方法流程图；
图10为本实施例提供的又一种光伏发电系统的控制方法流程图；
图11为本实施例提供的一种光伏发电系统的控制设备的硬件结构图。
具体实施方式
在光伏发电系统的常规应用中，为了解决光伏阵列中各光伏组件的差异，导致光伏组件无法都输出最大功率，且存在光伏组件串联失配和光伏组串(多个光伏组件串联形成)并联失配的问题，可以采用如图1所示光伏发电系统结构，即在每个光伏组串上增加一个MPPT(MaximumPower Point Tracking，最大功率点跟踪)装置，来保证光伏组串输出最大功能，消除光伏组串并联失配的问题。
进一步地，也可以采用如图2所示的光伏发电系统结构图，即在每个光伏组件上增加一个MPPT装置，使得与各光伏组件连接的MPPT装置构成了分布式结构，利用分布式MPPT装置保证每个光伏组件输出最大功率，同时消除光伏阵列存储的串并联失配的问题。可见，这种结构光伏发电系统比图1所示的光伏发电系统更加优化。
其中，对于图2所示的光伏发电系统结构，其包含的分布式MPPT装置的核心部分通常是直流-直流(DC/DC)变换器，例如降压(Buck)变换器、升压(Boost)变换器、4开关对称的降升压(Buck/Boost)变换器等。本实施例可以将分布式MPPT装置称为功率优化器，具体将光伏组串上增加的分布式MPPT装置称为组串级功率优化器，当然，若其被集成到汇流箱中，也可以将其称为集散式汇流箱；并将光伏组件上增加的分布式MPPT装置称为组件级功率优化器。
在实际应用中，组串级功率优化器一般采用如图3a所示Boost变换器实现MPPT功能，组件级功率优化器一般采用如图3b所示的Buck变换器，或如图3c所示的4开关对称的Buck/Boost变换器，但并不局限于附图所示的变换器电路拓扑结构。
针对在光伏发电系统中增加MPPT装置，导致后级光伏逆变器的MPPT功能的价值被弱化的问题，现有技术考虑是否保留光伏逆变器的MPPT功能，给出了常用的解决方式，一是放弃光伏逆变器MPPT功能，采用恒定直流输出电压控制，简化光伏逆变器的控制过程；二是保留光伏逆变器的MPPT功能。
然而，本发明的发明人经过研究发现，在上述第一种处理方式中，由于光伏逆变器的直流输入电压就是光伏阵列增加的分布式MPPT装置的输出电压，这就要求光伏逆变器控制的直流电压不能超过该分布式MPPT装置的正常工作电压。但对于该分布式MPPT装置来说，恒定的直流输出电压并非一直是最佳工作电压，可能会导致一部分数量或者部分时间段内，该分布式MPPT装置工作在效率较低的区间，这就使得该分布式MPPT装置中DC/DC变换器的效率，在不同状态下差别较大，甚至会超过10％。可见，这种放弃光伏逆变器的MPPT功能，采用恒定的直流电压的处理方式，很容易会使光伏发电系统运行于损耗较大的状态。
而在第二种处理方式中，光伏逆变器的直流输入端的PV曲线(功率-电压曲线)，是由处于不同状态下光伏阵列的分布式MPPT装置输出的PV曲线叠加得到，往往会呈现如图4所示的多峰现象，这就会导致光伏逆变器在执行MPPT功能时，其在其直流输入端的PV曲线(功率-电压曲线)上选择功率最大点并非实际的最大功率点。而且，光伏阵列增加的分布式MPPT装置，与光伏逆变器中的MPPT装置之间的MPPT功能往往会存在相互干扰，从而影响整个光伏发电系统的最大功率输出。
另外，发明人还发现，在分布式MPPT装置的实际工作过程中，通常会进入直通工作状态，即在光伏组件/光伏组串的输入输出电压非常接近的情况下，分布式MPPT装置可以将输入和输出连通，使其DC/DC变换器停止工作，大幅降低损耗。但是，在直通工作状态(即直通模式)下，分布式MPPT装置因放弃MPPT功能，可能会导致其接入的光伏组件/光伏组串偏离其最大功率点。因此，需要分布式MPPT装置权衡自身效率与MPPT效率后，选择是否进入直通工作状态。
其中，在判断是否进入直通工作状态时，通常需要在输入输出电压处于接近状态下持续较长时间，例如5s等，但是，后级的光伏逆变器的MPPT速度较快，通常为0.5s～1s之间，这很容易使前级的分布式MPPT装置错过进入直通工作状态的机会。
可见，现有的第二种处理方式，即光伏逆变器与分布式MPPT装置同时进行MPPT的方式，同样会导致光伏发电系统无法运行于最低损耗和输出最大功率的状态。
为了改善现有光伏发电系统存在的上述问题，本发明的发明人提出主动调节直流母线电压，控制分布式MPPT装置的输入电压和输出电压的压差，从而控制分布式MPPT装置在大部分时间内输入/输出电压接近，或者大部分分布式MPPT装置的输入/输出电压接近，进而控制其进入直通工作状态，保证光伏发电系统输出的功率最大和损耗最低。
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。
基于上述描述的光伏发电系统结构，如图5所示，本发明实施例提出了一种光伏发电系统的控制方法的流程图，该光伏发电系统需要包括至少一个功率优化器(如上文描述光伏组件上设置的分布式MPPT装置)，具体可以是如上图1和2所示的光伏发电系统，所述光伏发电系统可以包括光伏阵列及直流母线控制器，该直流母线控制器用于实现对直流目标电压的调节，例如可以为用于将直流母线上的直流电能转换成交流电能后输送到电网上的DC/AC逆变器，或者为将直流母线上的电能与蓄电池中的电能进行充放电交换的DC/DC变换器等等，本发明对直流母线控制器的具体结构不做限定，该方法可以包括以下步骤：
步骤S11，获取至少一个功率优化器的至少一个特征参数，该特征参数用于表征相应功率优化器的输入电压与输出电压的大小关系；
在本实施例中，由于功率优化器核心部分是DC/DC变换器，例如上文描述的Buck变换器、Boost变换器、4开关对称Buck/Boost变换器等，当DC/DC变换器的输入电压与输出电压越接近时，该DC/DC变换器的运行效率越高，也就是该功率优化器的运行效率越高，进而使得光伏发电系统的输出功率越高，当功率优化器进入直通模式，即其输入电压等于输出电压的情况下，将使得光伏发电系统的输出功率最大。
因此，本实施例可以通过减少功率优化器的输入电压与输出电压的压差，来达到提高光伏发电系统的输出功率的目的，同时尽量控制功率优化器在一定时间内处于直通模式，以降低光伏发电系统的损耗。
经研究发现，由于功率优化器的输出端串并联到了直流母线上(其可包含多个组串级功率优化器输出端并联到直流母线上的情况，以及多个组件级功率优化器的输出端先串联成光伏组串、光伏组串再并联到直流母线上的情况)，从而使得其输出电压(即组串级功率优化器的输出电压或光伏组串的输出电压)与母线直流电压正相关，因此，本实施例可以通过调节直流母线电压，实现对功率优化器的输出电压的调节，即实现功率优化器的输入电压与输出电压的压差的调节，从而达到提高功率优化器的运行效率的目的。
所以，本实施例可以先获取表征功率优化器的输入电压与输出电压之间大小关系的特征参数，以便据此调节直流母线电压。本发明的发明人发现功率优化器的输入电压与输出电压之间大小关系，除了用功率优化器的输入电压与输出电压直接确定外，还可以通过功率优化器的输入电流与输出电流的关系、占空比、当前工作模式等方式确定，提高了特征参数获取的灵活性，进而提高了整个控制方法的灵活性。
具体的，对于功率优化器的DC/DC变换器而言，由于其输入功率等于输出功率，使得其输入电流和输出电流，与对应的输入电压和输出电压呈现反相关，因此，功率优化器的输入电流和输出电流的差值变化，与其输入电压与输出电压的差值变化成正相关，即当功率优化器的输入电流和输出电流的差值减小，其输入电压与输出电压的差值也会减小。所以，本实施例可以利用功率优化器的输入电流和输出电流的关系，同样可以表征输入电压与输出电压的关系。
而功率优化器的占空比，即为DC/DC变换器的开关管的占空比，对于不同的变换器电路来说，该占空比计算方式不同。如图3a所示的Buck变换器，其开关管S的占空比D可以是输出电压Vout与输入电压Vin的比值，即D＝Vout/Vin，可见，当D越大，开关管S的输入电压与输出电压越接近，根据电路结构，可以认为该功率优化器的输入电压与输出电压越接近；对于图3b所示的Boost变换器，开关管S的占空比D＝(Vout-Vin)/Vout，可见，开关管S的D越小，表示开关管S的输入电压与输出电压越接近，即该功率优化器的输入电压与输出电压越接近；对于如图3c所示的4开关对称buckboost变换器，结合上述分析，在其工作在Buck模式，可以由开关管S1的占空比表征功率优化器的输入电压与输出电压的关系；在其工作在Boost模式，可以由开关管S4的占空比表征功率优化器的输入电压与输出电压的关系。综上，无论哪种电路结构的功率优化器，都可以用其占空比来表征输入电压与输出电压的大小关系。
另外，功率优化器具体工作模式(如升压模式、降压模式、直通模式等)也可以直接表示其输入电压与输出电压之间的大小关系。例如，功率优化器运行在Buck模式，则表明其输入电压大于输出电压；运行在Boost模式，表明其输入电压小于输出电压；运行在直通模式，其输入电压等于输出电压，此时可以不用调节输出电压，就能够保证该功率优化器的运行效率最大。因此，本实施例可以针对不同工作模式设置相应的标志位，作为该工作模式的工作模式标识，用来区别各工作模式，但工作模式标识并不局限于这种设置标志位的表示方式。
其中，需要说明，当功率优化器采用的是4开关对称Buck/Boost变换器，通常会限制Buck模式下开关管S1的最大占空比，以及Boost模式下开关管S4的最小占空比，以降低桥臂短路风险，这会导致单独Buck模式或者Boost模式工作下的输入电压和输出电压永远不会相等，如限制其在Buck模式下的占空比最大值为0.95，使其输出电压一直小于输入电压，进而使得功率优化器无法进入直通模式，且若直接将功率优化器输入端和输出端直通，将会导致强烈的电路冲击和振荡，影响电路的可靠性。
基于此，本实施例的功率优化器采用的是4开关对称Buck/Boost变换器的情况下，除了常规的Buck模式、Boost模式、直通模式外，其可以工作在Buck与Boost同时工作的模式，在这种模式下，开关管S1的占空比D1、开关管S4的占空比D4，与功率优化器的输入电压Vin和输出电压Vout关系为：Vout/Vin＝D1/(1-D4)，本实施例可以通过控制D1和D4的值，实现对输入电压和输出电压的大小关系的调节，从而解决上述单独处于Buck模式或Boost模式下，输入电压无法等于输出电压的问题，具体调节方式可以参照下文相应实施例的描述。
综上，本实施例获取的功率优化器的特征参数可以包括输入电压与输出电压、输入电流与输出电流、输入功率与输出功率、占空比、工作模式标识等，其中，功率优化器的工作模式标识可以是区分升压模式、降压模式、直通模式等不同工作模式的标识，具体可以是不同工作模式下的标志位，如0、1、2等，但并不局限于此。
在实际应用中，可以根据光伏发电系统的各功率优化器的类型及其形成的结构，来确定获取的特征参数的内容，可以参照下文各实施例的描述，在此不再一一说明。
步骤S12，利用获取的至少一个特征参数，生成相应的调节指令；
在本实施例实际应用中，在多个功率优化器的情况下，可以获取部分功率优化器分别对应的至少一个特征参数，或者获取每一个功率优化器对应的至少一个特征参数，本实施例对此不做限定。
步骤S13，将该调节指令发送至直流母线控制器进行直流母线电压调节，直至该至少一个功率优化器的输入电压与输出电压的压差减小至第一阈值。
其中，第一阈值通常比较小，甚至可以是0，本实施例对该第一阈值具体数值不作限定，第一阈值越小，表示相应功率优化器的运行效率越高。
而直流母线控制器可以是如图1和2所示的DC/AC逆变器，也可以是DC/DC变换器，如图6所示，该DC/DC变换器可以连接在直流母线上，具体可以是逆变器前级的Boost变换器、储能电池的充放电控制器等。需要说明，直流母线控制器具体结构并不局限于DC/AC逆变器、DC/DC变换器，还可以是其他能够实现直流母线电压调节的器件，本实施例在此不做一一详述，且本实施例提供的光伏发电系统的控制方法适用于的光伏发电系统，也并不局限于图1、2和6所示的系统结构，本领域技术人员可以在本实施例的发明构思基础上进行适当修改，均属于本申请保护范围，本申请不再一一列举。
结合上述对表征功率优化器的输入电压与输出电压的大小关系的特征参数的分析，当获取的特征参数内容不同，对功率优化器的输出电压的调节方式不同，相应生成的调节指令包含的内容也会不同，进而对直流母线电压的调节方式也就不同，本实施例对该调节指令的具体内容及生成方式不做限定。
可选的，当获取的特征参数包括输入电压和输出电压，那么，可以直接据此确定输入电压与输出电压之间的大小关系，从而直接生成增大或减小输出电压的调节指令，即包含调节方向的调节指令，将其发送至光伏逆变器，由光伏逆变器响应该调节指令实现对直流母线电压的调节，但并不局限于此。
比如，获取的功率优化器的输入电压大于输出电压，可以生成包含提高直流母线电压的调节指令，以使光伏逆变器根据该调节指令提高直流母线电压，从而提高该功率优化器的输出电压，减少其输入电压和输出电压的压差，提高其运行效率。当功率优化器的输入电压与输出电压非常接近，压差接近于0，可以控制该功率优化器进入直通模式，取消其内部开关管的高频斩波运行，使其运行效率达到最高。此时，若该功率优化器为Buck变换器(如图3a)，可以控制开关S一直导通，使其进入直通模式；若功率优化器为Boost变换器(如图3b)，可以控制开关S一直关断，使其进入直通模式；若功率优化器为4开关对称Buck/Boost变换器(如图3c)，可以控制开关S1、S3一直导通，开关S2、S4一直关断，使其进入直通模式，可见，对于不同类型的功率优化器，使其进入直通模式时，对开关管的控制方式不同。
若获取的特征参数包括输入电流和输出电流，基于上述分析得到的输入电流和输出电流，与输入电压和输出电压的相关性，可以根据输入电流和输出电流的大小关系，确定输入电压和输出电压的大小关系，确定直流母线电压的调节方向。可见，在该实施例中，可以通过检测功率优化器的输入电流和输出电流的差值变化，来确定其输入电压与输出电压的压差变化(正相关变化)，以确定是否继续调节直流母线电压。
若获取的特征参数包括占空比，则可以结合相应功率优化器的具体变换器类型，确定该功率优化器的输入电压和输出电压的关系，进而确定直流母线电压的调节方向。
具体的，若功率优化器采用的是如图3a所示的Buck变换器，可以增大直流母线电压，在调节过程中，可以监控占空比，直至该占空比逐渐增大接近或等于1；若是如图3b所示的Boost变换器，可以降低直流母线电压，直至占空比逐渐减少接近或等于0；若是如图3c所示的Buck/Boost变换器，可以根据公式Vout/Vin＝D1/(1-D4)，来判断是升压模式还是降压模式，再确定直流母线电压的调节方向，监控对应开关管的占空比，方式与上述Boost变换器及Buck变换器结构下的调节方式类似。
需要说明，利用占空比确定对直流母线电压的调节方向的方式，对于控制器来说，其是已知系统中各功率优化器的类型，即已知其包含Boost变换器，或Buck变换器，或Buck/Boost变换器，因此，本实施例能够直接基于占空比大小，确定功率优化器的工作模式。比如，对于Buck变换器，只有Buck模式和直通模式两种，占空比＜1就是Buck模式，占空比＝1就是直通模式；对于Boost变换器，只有Boost模式和直通模式两种，占空比＞0就是Boost模式，占空比＝0就是直通模式；对应Buck/boost变换器，根据上文公式Vout/Vin＝D1/(1-D4)，知道了占空比D1和D4的大小，也就得知Vout和Vin的大小关系，即可以得知工作模式是buck还是boost。
若获取的是工作模式标识，也可以直接确定输入电压与输出电压之间的大小关系，由于本实施例工作模式标识可以用于区别功率优化器当前工作模式，升压、降压、直通等模式，从而明确其输入电压与输出电压的大小关系，进而确定对直流母线电压的调节方向，实现对直流母线的调节。
需要说明，当功率优化器采用如图3c所示的4开关对称buckboost变换器，针对当前功率优化器的具体工作模式，调节直流母线电压过程中，通常是从升压和降压同时工作的模式，过渡到直通模式。比如，当功率优化器的变换器处于S1占空比D1＝0.95的降压模式时，通过提高直流母线电压，提高功率优化器的输出电压，变换器进入降压和升压同时工作的模式，直到输入电压与输出电压相等(或压差在一个很小的范围内)时，变换器再进入直通模式。
综上所述，本实施例将监控光伏发电系统中各功率优化器的输入电压和输出电压之间的大小关系，通过主动调节直流母线电压，来减小各功率优化器的输入电压和输出电压的压差，提高各功率优化器的运行效率，进而提高光伏发电系统的输出功率。
在实际应用中，由于功率优化器进入直通模式后，将会失去对输入的光伏组件的MPPT控制效果，为了避免一个短暂的瞬变过程(例如光照突变)，导致误入直通模式，功率优化器可能会具有一个预设的判定时间(例如3s)，只有在判定时间内持续满足进入直通条件(例如输入输出电压差在0.5V)才会进入直通模式。
基于此，本实施例可以控制功率优化器的输入电压与输出电压在一段时间(例如5s)内都维持在较小的压差(例如0.2V以内的第一阈值)，以达到功率优化器进入直通模式的直通条件，即满足对电压差要求和判定时间要求，使功率优化器成功进入直通模式。
基于此，在上述实施例基础上，可以通过向直流母线控制器发送调节指令，主动调节直流母线电压的大小，使各功率优化器的输入电压与输出电压的压差减小至第一阈值时，还可以在预设时间段内，使功率优化器的输入电压与输出电压的压差维持在第一阈值，从而使相应功率优化器能够成功进入直通模式，进而使光伏发电系统的输出功率最大。
可见，本实施例提出的这种主动调节直流母线电压，使大部分功率优化器的输入电压和输出电压的压差，能够在较长时间维持在第一阈值的方式，解决了现有技术采用的恒定直流输出电压控制方式或光伏逆变器MPPT控制方式下，功率优化器无法可靠进入直通模式的缺陷。
可选的，当需要对光伏发电系统的直流母线电压大小进行调节时，本实施例可以采用多个方式实现对直流母线电压的调节，比如先获取直流母线电压调节到的目标调节电压，再将直流母线电压直接调节至该目标调节电压；或者，先获取直流母线电压的调节方向，如增大或减小，再向这个方向逐步调节直流母线电压(可以按照预设步长调节，或者在该方向任意调节)，直至满足预设条件为止，后者方式尤其适用于无法直接计算出目标调节电压的情况，但并不局限于这两种实现方式，且对于这两种实现方式的具体实现过程，可以基于光伏发电系统中各功率优化器的结构及类型等因素确定，可以参照下文相应实施例的描述。
如图7所示，为本实施例提供的另一种光伏发电系统的控制方法流程图，该方法主要对利用特征参数，调节直流母线电压大小的实现过程进行细化描述，但并不局限于本文描述的这几种实现方法。本实施例提供的方法主要适用于图1所示的拓扑结构的光伏发电系统，且各组串级功率优化器包含的DC/DC变换器的类型相同，即各功率优化器的工作模式相同的情况，在这种结构下，如图7所示，该方法具体可以包括：
步骤S21，获取至少一个组串级功率优化器的输入电压和输出电压；
在本实施例中，由于如图1所示的光伏发电系统中的各组串级功率优化器的输入端均连接至少一个光伏组件，输出端均直接并联到直流母线电压，使得各组串级功率优化器的输出电压相同，即为直流母线电压。
步骤S22，利用获取的至少一个组串级功率优化器对应的输入电压与输出电压的计算结果，获取目标调节电压；
如上说明，本实施例中各组串级功率优化器包含的DC/DC变换器的结构相同，可以都是Buck变换器、Boost变换器或4开关的Buck/Boost变换器等，对于不同结构的功率优化器，具有的工作模式并不统一，因此，本实施例可以直接获取这些组串级功率优化器的输入电压和输出电压大小关系，从而确定对直流母线电压的调节方向，以便增大或减小输出电压，减小同一组串级功率优化器的输入电压和输出电压的压差，提高其运行效率。
其中，本实施例若获取了多个组串级功率优化器分别对应的输入电压和输出电压的情况下，可以将获取的多个输入电压分别与输出电压进行比较，也可以直接将多个输入电压进行比较，得到最大输入电压或最小输入电压，再将其与输出电压进行比较，从而确定电压调节方向。
基于此，若组串级功率优化器采用的是Boost变换器，此时获取的组串级功率优化器的输出电压大于输入电压，此时需要降低输出电压，使其能够逐渐接近最大输入电压，因此，本实施例可以将最大输入电压作为目标调节电压，及从获取的多个输入电压选择最大输入电压作为目标调节电压，但并不局限于此，也可以选择非常接近最大输入电压的一个电压值作为目标调节电压。
需要说明，若选取的目标调节电压小于最大输入电压，将会导致最大输入电压对应的组串级功率优化器偏离工作点，可能会导致发电量的损失，因此，本实施例所选取的目标调节电压往往不会小于最大输入电压，优选最大输入电压为目标调节电压。
同理，若各组串级功率优化器采用的是Buck变换器，各组串级功率优化器的输出电压小于输入电压，需要增大输出电压，此时，可以从多个输入电压选择最小输入电压为目标调节电压，或者选择接近最小输入电压但不大于该最小输入电压的电压值作为目标调节电压等。
作为另一实施例，也可以对获取的多个组串级功率优化器的输入电压进行平均值计算，将得到的平均电压作为目标调节电压；或者对获取的多个组串级功率优化器的输入电压进行最小二乘法计算，得到目标调节电压等等，本实施例对步骤S22的具体实现方法不做限定。
其中，在最小二乘法计算过程中，可以将目标调节电压作为未知量进行计算，具体计算过程不做详述。
步骤S23，生成包含该目标调节电压的调节指令；
步骤S24，将该调节指令发送至直流母线控制器，由直流母线控制器调节直流母线电压至目标调节电压。
结合上述对目标调节电压的分析，在本实施例适用的光伏发电系统中，通过直流母线控制器将直流母线电压调节至目标调节电压后，将使得至少一个组串级功率优化器的输入电压与输出电压的压差达到第一阈值，如接近零的极小数值，从而提高该组串级功率优化器的运行效率，进而提高了光伏发电系统的输出功率。
其中，当按照上文描述的最优方式选取目标调节电压，将使得至少一个组串级功率优化器进入直通模式，增大光伏发电系统的输出功率。
可选的，对于图7实施例描述的控制方法所适用于的光伏发电系统结构，如图1或图6所示的光伏发电系统，且各组串级功率优化器包含的DC/DC变换器的类型相同，对于直流母线电压的调节，并不局限于上文描述的直接调节至目标调节电压的方式，还可以在确定调节方向后，按照预设步长或任意步长进行逐步调节，每调节一次，可以检测一下各各组串级功率优化器的输入电压和输出电压，并比较当前输出电压与某一个组串级功率优化器的输入电压的压差是否等于或小于第一阈值，若否，继续调节；若是，停止调节并维持在该状态。
需要注意，本实施例对上述调节所用的步长数值不做限定，且在实际应用中，对于上文描述结构的光伏发电系统，为了提高控制效率，可以优先选择图7对应的方法。
作为另一实施例，在该可选实施例描述的光伏发电系统结构中，在已知功率优化器的结构的情况下，也可以通过获取各功率优化器的占空比，来确定直流母线电压的调节方向，具体可以参照上文相应部分的描述。
由于光伏发电系统的结构并不局限于图1和图6所示的结构，还可以是图2所示的结构，或由图2演变得到的类似系统结构，即该系统中的光伏阵列可以包含m个并联在直流母线上的光伏组串，每个所述光伏组串包括n个输出端串联的功率优化器，且每个功率优化器输入端连接至少1个光伏组件，m、n都是正整数，可以将该系统中的功率优化器称为是组件级功率优化器，共n*m个，如图2所示，此时上述实施例描述的获取目标调节电压的方法可能无法适用于该结构的光伏发电系统，针对这种结构的光伏发电系统，本发明提供获取目标调节电压的了另一可选实施例，具体的：
在该可选实施例中，可以获取至少一个光伏组串中各组件级功率优化器的输入参数，如输入电压，必要时还可以获取输入功率，利用获取的多个输入参数，计算得到相应的目标调节电压。
由于获取的输入参数内容不同，计算目标调节电压所用的计算公式可以不同，本实施例在此仅列举四种实现方式，但并局限于下文描述的四种实现方式，下文仅对如何获取目标调节电压的过程进行描述，至于后续利用目标调节电压对直流母线电压的调节，与上文实施例相应部分的实现类似，本实施不做赘述。
方式一：求和计算方式，即获取任意一个光伏组串中各组件级功率优化器的输入电压，对获取的多个输入电压进行求和计算，将得到的第一求和电压作为目标调节电压。
方式二：利用平均值计算方式，获取目标调节压力，具体方法可以如图8所示的流程图，可以包括以下步骤：
步骤S31，获取至少两个光伏组串中的各组件级功率优化器的输入电压；
步骤S32，对获取的每一个光伏组串中的各组件级功率优化器的输入电压进行求和计算，得到第二求和电压；
本实施例，可以计算每一个光伏组串对应的输入电压，即该光伏组串中各各组件级功率优化器的输入电压总和，以便获取各光伏组串对应的输入电压的平均值。
步骤S33，对得到的至少两个光伏组串对应的第二求和电压进行平均值计算，将计算得到的电压作为目标调节电压。
举例说明，将各光伏组串中包含的各组件级功率优化器的输入电压记为：
第一光伏组串中的各组件级功率优化器的输入电压：V11、V12…V1n；
第二光伏组串中的各组件级功率优化器的输入电压：V21、V22…V2n；
……
第m光伏组串中的各组件级功率优化器的输入电压：Vm1、Vm2…Vmn；
对各个光伏组串包含的组件级功率优化器的输入电压进行求和计算，得到相应光伏组串的第二求和电压依次为：
第一光伏组串的第二求和电压：ΣV1＝V11+V12+…V1n；
第二光伏组串的第二求和电压：ΣV2＝V21+V22+…V2n；
……
第m光伏组串的第二求和电压：ΣVm＝Vm1+Vm2+…Vmn；
基于上述计算，若目标调节电压记为V0，可以将本实施例可以通过平均值运算，得到目标调节电压V0＝(ΣV1+ΣV2+…+ΣVm)/m。
方式三：利用最小二乘计算方式，获取目标调节电压。
继上述方式二的例子中，在获取各光伏组串对应的第二求和电压ΣV1、ΣV1……ΣVm后，可以利用最小二乘法计算式(ΣV1-V0)2+(ΣV2-V0)2+…+(ΣVm-V0)2，计算得到目标调节电压，即将使该式结果最小的V0作为目标调节电压，具体计算过程本实施例不作详述。
方式四：在上述方式二和方式三的基础上，设置各输入参数的权重，从而使得输入功率较大的组件级功率优化器对直流母线电压值的影响更大。以上述方式二的平均值计算方式为例，如图9所示，该方法可以包括：
步骤S41，获取至少一个光伏组串中各组件级功率优化器对应的输入电压和输入功率；
步骤S42，对每一个光伏组串中各组件级功率优化器的输入功率进行平均值运算，得到相应光伏组串包含的各组件级功率优化器的平均输入功率；
步骤S43，利用光伏组串中的组件级功率优化器输入功率及平均输入功率，计算相应组件级功率优化器的权重值：
具体的，本实施例可以通过比较各组件级功率优化器的输入功率与对应光伏组串的平均输入功率的大小，若输入功率小于平均输入功率，权重值取为输入功率/平均输入功率，否则权重值可以取为1，但并不局限于这一种计算方式。
步骤S44，利用得到的权重值对相应的组件级功率优化器的输入电压进行修正；
步骤S45，对同一光伏组串中的各组件级功率优化器的修正输入电压进行求和，得到相应光伏组串的修正输入电压；
在本实施例中，对于每一个光伏组串的各功率优化器来说，都可以利用各组件级功率优化器对应的权重值，对相应组件级功率优化器的输入电压进行修正，再对修正后的输入电压进行求和计算，得到该光伏组串的修正后的输入电压，即第三求和电压。
步骤S46，对得到的至少两个光伏组串的修正输入电压进行平均值计算，将计算得到的电压作为目标调节电压。
具体的，继上述方式二的举例，将获取的各光伏组串中包含的各组件级功率优化器的输入功率分别记为：
第一光伏组串中的各组件级功率优化器的输入功率：P11、P12…P1n；
第二光伏组串中的各组件级功率优化器的输入功率：P21、P22…P2n；
……
第m光伏组串中的各组件级功率优化器的输入功率：Pm1、Pm2…Pmn；
并获取每个光伏组串中各组件级功率优化器的平均输入功率，分别为：
第一光伏组串中的各组件级功率优化器的平均输入功率：P1＝(P11+P12+…+P1n)/n；
第二光伏组串中的各组件级功率优化器的平均输入功率：P2＝(P21+P22+…+P2n)/n；
……
第m光伏组串中的各组件级功率优化器的平均输入功率：Pm＝(Pm1+Pm2+…+Pmn)/n；
计算权重值，按照如下公式计算第m光伏组串中第n个组件级功率优化器的权重值为：
Figure BDA0001621039320000191
其中，m、n都是正整数。
根据权重值修正相应组件级功率优化器的输入电压值，对于第m个光伏组串中第n个组件级功率优化器，其输入电压修正值为kmn*Vmn，之后，根据修正后的输入电压值，对相应光伏组串中的各组件级功率优化器的修正输入电压进行求和计算，得到第三求和电压即相应光伏组串的修正输入电压依次为：
第一光伏组串的修正输入电压：ΣV1＝k11*V11+k12*V12+…k1n*V1n；
第二光伏组串的修正输入电压：ΣV2＝k21*V21+k22*V22+…k2n*V2n；
……
第m光伏组串的修正输入电压：ΣVm＝km1*Vm1+km2*Vm2+…kmn*Vmn；
若将目标调节电压记为V0，按照平均值运算，可以计算得到目标调节电压V0＝(ΣV1+ΣV2+…+ΣVm)/m。可选的，在方式三中，也可以将各组件级功率优化器的输入功率，作为对应输入电压的权重，计算目标调节电压，过程与上文描述类似，本实施例不再详述。
综上所述，本实施例提供的方式四，通过引入权重值，弱化了发电功率小的组件级功率优化器的输入电压对计算目标调节电压的影响，相应地，强化了发电功率大的组件级功率优化器的输入电压对计算目标调节电压的影响，从而使得直流母线电压达到目标调节电压后，发电功率大的组件级功率优化器的输入输出电压差更小、效率更高、更容易进入直通模式，进而能够更好地提高光伏系统的发电量。
需要说明，本实施例对各输入电压的权重计算并不局限于上述kmn的计算关系式，权重值计算的优选方法为权重值与功率值正相关。也就是说，本实施例可以获取各组件级功率优化器的修正参数，作为相应组件级功率优化器的输入电压的权重，实现对相应组件级功率优化器的输入电压的修正，该修正参数可以是基于相应级功率优化器的功率参数确定，即并不局限于上述方式四描述的输入功率这一功率参数，还可以是输出功率，或与功率参数呈正相关的其他参数，利用修正参数进行修正的实现过程可以参照上述方式四描述的实现过程，但并不局限于方式四描述的实现过程。
可选的，作为本实施例提供的另一种计算权重值的方式为：在步骤S46的例子中，可以将获取每个光伏组串中各组件级功率优化器的平均输入功率的过程，更改为获取每个光伏组串中各组件级功率优化器的最大输入功率Pmax，然后，利用该光伏组串中任意一个组件级功率优化器的输入功率除以最大输入功率Pmax，得到该组件级功率优化器对应的权重值。
当然，如上述分析，权重值计算也不局限于采用输入功率参数，其他与输入功率参数呈正相关的参数也可以，例如，输出功率、输出电压、输入电流等，本实施例在此不再一一详述。
在上述多个实施例中，通过获取组件级功率优化器的输入电压来计算目标调节电压的方法中，也可以改为通过获取其他参数(即除输入电压之外的其他参数)来计算目标调节电压。例如，通过获取功率优化器的输入电流、输出电压等其他参数来计算目标调节电压，具体计算方法可以参照上述各实施例描述的计算方法，在此不一一详述。
综上，在本实施例实际应用中，当光伏发电系统的光伏阵列是按照如图2所示方式增加的功率优化器，且功率优化器采用同一类型的变换器，可以灵活选择上述列举的方式，计算目标调节电压，进而实现对直流母线电压的调节，不仅提高了光伏发电系统的输出功率，且提高了光伏发电系统的控制灵活性。
可选的，在上述描述的图2所示的光伏发电系统中，对直流母线电压的调节，并不局限于上文给出的设置目标调节电压的方式，也可以在确定调节方向后，直接对直流母线电压进行调节。需要说明，在确定调节方向后，可以生成包含该调节方向的调节指令，发送至直流母线控制进行直流母线电压的调节。
对于上述任一实施例，在计算出目标调节电压后，可以再获取当前的直流母线电压，两者进行比较，确定对直流母线电压的调节方向，从而按照该调节方向进行电压调节，如目标调节电压大于当前直流母线电压，可以提高直流母线电压；反之可以降低直流母线电压，从而使实时的直流母线电压与目标调节电压尽量靠近，使得光伏系统中的功率优化器尽可能运行于效率更高的状态。
其中，每次可以按照预设步长或任意步长对直流母线电压进行调节，且每次调节后可以按照上述方式，重新计算新的目标调节电压，以及当前直流母线电压(即最新直流母线电压)，并对当前直流母线电压与新的目标调节电压进行重新比较，确定新的调节方向，从而按照该调节方向对直流母线电压进行调节，直至得到的比较差值小于第二阈值(其可以与上述第一阈值相同，也可以不同，通常取值都很小)，可以停止调节；否则，重复上述方式继续调节。
此外，在实际应用中，对于光伏发电系统中的多个功率优化器的当前工作模式不一定总是相同的，在同一时刻，有的功率优化器可能处于升压模式，有的功率优化器可能处于降压模式，而有的功率优化器可能处于直通模式等，从而使光伏发电系统的控制复杂，往往无法计算出目标调节电压，在这种情况下，本实施例选用按照调节方向逐步调节的方式，实现对直流母线电压的调节。
具体的，参照图10所示的又一种光伏发电系统的控制方法的流程图，该方法可以包括：
步骤S51，获取至少一个功率优化器的工作模式标识；
其中，功率优化器的工作模式可以包括升压模式、降压模式以及直通模式等，工作模式标识可以用来区分各工作模式，具体可以是预设的对应不同工作模式的标志位，如0、1、2等，但并不局限于此。
对于本实施例描述的这种包含多个组件级功率优化器，若各组件级功率优化器的输入电压和输出电压不同，即存在输入电压高于输出电压的组件级功率优化器(即为处于降压模式的组件级功率优化器)、输入电压等于输出电压的组件级功率优化器(即为处于直通模式的组件级功率优化器)、输入电压低于输出电压的组件级功率优化器(即为处于升压模式的组件级功率优化器)，无法直接计算出目标调节电压，本实施例提出统计处于各工作模式的组件级功率优化器的数量，从而据此确定电压调节方向，以使更多功率优化器进入直通模式运行。
步骤S52，统计各工作模式标识对应的功率优化器数量，确定具有同一工作模式标识数量最多的功率优化器为目标功率优化器；
步骤S53，获取目标功率优化器的数量在功率优化器总数量中的比例；
步骤S54，若该比例大于预设比例，基于所述目标功率优化器具有的工作模式，确定直流母线电压的调节方向；
步骤S55，生成包含所述调节方向的调节指令；
步骤S56，将该调节指令发送至直流母线控制器进行直流母线电压的调节，直至具有各工作模式标识的功率优化器的数量满足预设条件。
具体的，若目标功率优化器是处于升压模式的组件级功率优化器，其数量占了大多数，比如其数量是组件级功率优化器总数量的80％，甚至更多，可以确定需要降低直流母线电压，以减少处于升压模式的组件级功率优化器的数量，增多处于直通模式的组件级功率优化器的数量，以提高大部分组件级功率优化器运行效率。其中，对于直流母线电压的调节，可以按照预设步长实现，如每次减少10V，本实施对步长具体数值不做限定。
每次调整后，可以按照上述方式继续检测，若处于升压模式的组件级功率优化器仍占大多数，如超过70％，可以按照预设步长继续降低直流母线电压，直至处于直通模式的组件级功率优化器的数量超过50％，或者，处于降压模式的组件级功率优化器的数量与处于升压模式的组件级功率优化器的数量接近。
可见，上述步骤S54的预设比例可以是50％，但并不局限于此，其预设条件可以是处于直通模式的组件级功率优化器的数量超过预设比例，或者，处于降压模式的组件级功率优化器的数量与处于升压模式的组件级功率优化器的数量接近(数量差值小于第三阈值)或相等。
综上，对于功率优化器的工作模式不统一的光伏发电系统，本实施例可以通过统计各工作模式下的功率优化器的数量，即不同类型的功率优化器的数量，据此确定出对直流母线电压的调节方向，从而实现对直流母线电压的调节，提高大部分功率优化器的运行效率，进而提高光伏发电系统的输出功率。
需要说明，上述各实施例的控制方法是从光伏发电系统的控制设备的角度进行的描述，其可以通过设置的通信模块，从各功率优化器及直流母线控制器(如DC/AC逆变器、DC/DC变换器)获取所需的参数，如各功率优化器的特征参数，直流母线控制器采集的直流母线电压等等。
其中，本实施例对光伏发电系统中的控制器、功率优化器及直流母线控制器之间的通信方式不做限定，可以是RS485、CAN等有线通信，或者WIFI、蓝牙、Zigbee等无线通信，或者电力线载波通信等方式，可以根据实际情况确定。
参照图11，为本实施例提供的一种光伏发电系统的控制设备的硬件结构图，本实施例适用的光伏发电系统可以包括光伏发电系统包括光伏阵列及直流母线控制器，如上图1、图2和图6所示的系统结构，但并不局限于此，其中，所述光伏阵列设置有至少一个功率优化器，关于各功率优化器的连接方式，可以参照上文相应实施例的描述，如多个组串级功率优化器输出端并联到直流母线上；多个组件级功率优化器的输出端先串联成光伏组串、光伏组串再并联到直流母线上等等，本实施例在此不做赘述。基于此，控制设备可以包括：
通信模块10，用于获取至少一个功率优化器的至少一个特征参数；
需要说明，光伏发电系统中的功率优化器以及直流母线控制器中也可以设置通信模块，以实现与本实施例的控制设备的通信，可见，该通信模块还可以用于获取直流母线控制器采集到的直流母线电压，以及向直流母线控制器发送调节指令，以使直流母线控制器响应该调节指令，实现对直流母线电压的调节，从而提高光伏发电系统的输出功率。
可选的，该通信模块10具体可以是实现RS485、CAN等有线通信的有线通信模块，也可以是WIFI模块、蓝牙模块、Zigbee模块等无线通信模块，或者是用于电力载波通信的通信模块等等，本实施例对该通信模块的具体结构不做限定，且该控制设备可以包括至少一种通信模块。
其中，在本实施例的光伏发电系统中，直流母线控制器可以与各功率优化器共享一个通信模块或通信通道，与本实施例控制设备进行通信，比如，直流母线控制器可以与各功率优化器通过同一个RS485总线，连接控制设备中的RS485通信模块；当然，直流母线控制器可以与各功率优化器也可以通过不同的通信模块，实现与控制设备的通信，比如控制设备可以通过PLC通信模块与各功率优化器的通信模块连接，通过RS485通信模块与直流母线控制器的通信模块连接等等。
可选的，本实施例的直流母线控制器可以是用于将直流母线上的直流电能转换成交流电能后输送到电网上的DC/AC逆变器，或者为将直流母线上的电能与蓄电池中的电能进行充放电交换的DC/DC变换器等等，本发明对直流母线控制器的具体结构不做限定。
存储器20，用于存储实现上述光伏发电系统的控制方法的计算机程序；
在本实施例中，该存储器还可以存储获取的特征参数，以及控制过程中产生的各种中间参数等等。
控制器30，用于加载并执行所述计算机程序，实现上述光伏发电系统的控制方法的各个步骤，具体可以参照上述方法实施例描述的部分，本实施例在此不再赘述。
可选的，存储器和控制器可以为相互独立的两个电路，也可以集成在一起。例如，DSP(DigitalSignalProcessor，数字信号处理器)芯片同时具有存储器功能和控制器功能，此时，光伏发电系统的控制设备可以包括DSP芯片和通信模块，可以不用再单独设置存储器。
结合方法实施例的分析，本实施例提供的控制设备通过主动调节直流母线电压，使大部分功率优化器的输入电压和输出电压的压差，能够在较长时间维持在第一阈值的方式，解决了现有技术采用的恒定直流输出电压控制方式或光伏逆变器MPPT控制方式下，功率优化器无法可靠进入直通模式的缺陷。
可选的，为了节省成本，简化光伏发电系统结构，本实施例的控制设备可以与光伏发电系统中的功率优化器、汇流箱、逆变器、通信管理机或者数据采集器集成在一起。比如，可以将控制设备集成在光伏发电系统的直流母线控制器内部，以共用直流母线控制器的外壳结构、辅助电源及部分控制电路等，本实施例对其具体结构不做详述。
作为另一实施例，控制设备也可以独立设置在光伏发电系统，如图1、图2、图6所示的结构，这种情况下，控制设备可以获取直流母线控制器采集到的直流母线电压，也可以由控制设备直接采集直流母线电压，以实现对直流母线电压的控制。而且，本实施例可以使用直流母线电压作为控制设备的供电电压，无需单独设置供电电源。
参照上图1、图2、图6所示的系统结构，本申请实施例还提供了一种光伏发电系统，该系统可以包括光伏阵列、直流母线控制器及控制设备，该光伏阵列可以包括至少一个功率优化器。
其中，功率优化器的输入端可以连接至少一个光伏组件，输出端可以并联到直流母线上，此时，该功率优化器可以称为组串级功率优化器。当功率优化器为组件级功率优化器时，多个组件级功率优化器的输出端可以先串联成光伏组串，光伏组串再并联到直流母线电压上，如图2所示。
控制设备的组成结构及其功能，可以参照上述控制设备实施例的描述，本实施例在此不做赘述。
可选的，该控制设备可以连接到直流母线上，也可以集成到直流母线控制器中。
需要说明，当光伏阵列中的各功率优化器的连接关系不同，控制设备实现对直流母线电压的主动调节方式会有所差异，具体可以参照上述控制方法实施例的描述，本实施例在此不做详述。
最后，需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
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。对于实施例公开的控制设备、光伏发电系统而言，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核心思想或范围的情况下，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 (10)

1.一种光伏发电系统的控制方法，其特征在于，所述光伏发电系统包括光伏阵列、直流母线控制器及控制设备，所述光伏阵列设置有至少一个功率优化器，所述方法包括：
获取所述至少一个功率优化器对应的至少一个特征参数，所述特征参数用于表征相应功率优化器的输入电压与输出电压的大小关系，其中，
若所述至少一个功率优化器具体是多个相同类型的组串级功率优化器，所述至少一个特征参数包括至少一个所述组串级功率优化器对应的输入电压和输出电压；
若所述至少一个功率优化器具体是多个相同类型的组件级功率优化器，所述至少一个特征参数包括至少一个光伏组串中各所述组件级功率优化器对应的输入参数；
利用获取的至少一个特征参数，生成相应的调节指令，所调节指令用于调节直流母线电压；
将所述调节指令发送至所述直流母线控制器，以由所述直流母线控制器调节直流母线电压，直至所述至少一个功率优化器的输入电压与输出电压的压差减小至第一阈值；
在所述至少一个功率优化器的输入电压与输出电压的压差减小至第一阈值时，还包括：
在预设时间段内，控制所述至少一个功率优化器对应的输入电压与输出电压的压差不大于第一阈值，以使至少一个功率优化器能够进入直通模式运行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用获取的至少一个特征参数，生成相应的调节指令，包括：
利用获取的至少一个特征参数，计算得到目标调节电压，并生成包含所述目标调节电压的调节指令；或者，
利用获取的至少一个特征参数，获取直流母线电压的调节方向，并生成包含所述调节方向的调节指令。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用获取的至少一个特征参数，计算得到目标调节电压，包括：
利用获取的所述至少一个组串级功率优化器对应的输入电压与所述输出电压的计算结果，获取目标调节电压。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，利用获取的所述至少一个组串级功率优化器的输入电压与所述输出电压的计算结果，获取目标调节电压，包括：
获取所述至少一个组串级功率优化器的最大输入电压或最小输入电压，将所述最大输入电压或所述最小输入电压作为目标调节电压；或者，
对获取的多个组串级功率优化器的输入电压进行平均值计算，将得到的平均电压作为目标调节电压；或者，
对获取的多个组串级功率优化器的输入电压进行最小二乘法计算，得到目标调节电压。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用获取的至少一个特征参数，计算得到目标调节电压包括：
利用获取的所述组件级功率优化器对应的多个输入参数，计算得到相应的目标调节电压。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当所述输入参数为输入电压，获取至少一个光伏组串中各组件级功率优化器对应的输入参数，包括：
获取任意一个光伏组串中各组件级功率优化器的输入电压；
所述利用获取的多个输入参数，计算得到相应的目标调节电压，包括：
对获取的多个输入电压进行求和计算，将得到的第一求和电压作为目标调节电压。
7.根据权利要求5所述的方法，包括：当所述输入参数为输入电压，获取至少一个光伏组串中各组件级功率优化器对应的输入参数，包括：
获取至少两个光伏组串中的各组件级功率优化器对应的输入电压；
相应地，所述利用获取的多个输入参数，计算得到相应的目标调节电压，包括：
对获取的每一个光伏组串中的各组件级功率优化器的输入电压进行求和计算，得到的相应的第二求和电压；
对得到的至少两个光伏组串对应的第二求和电压进行平均值或最小二乘法计算，将计算得到的电压作为目标调节电压。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取至少一个光伏组串中各组件级功率优化器对应的修正参数，所述修正参数基于相应组件级功率优化器的功率参数确定；
利用所述修正参数，获取相应组件级功率优化器的输入电压的权重，并对相应组件级功率优化器的输入电压进行修正；
所述利用获取的多个输入参数，计算得到相应的目标调节电压具体为：
利用修正后的输入电压，计算得到相应目标调节电压。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取至少一个功率优化器对应的至少一个特征参数，还包括：
获取至少一个功率优化器对应的工作模式标识；
相应地，所述利用获取的至少一个特征参数，获取直流母线电压的调节方向，包括：
统计各工作模式标识对应的功率优化器数量，确定具有同一工作模式标识数量最多的功率优化器为目标功率优化器；
获取所述目标功率优化器的数量在功率优化器总数量中的比例；
若获取的比例大于预设比例，基于所述目标功率优化器具有的工作模式，确定直流母线电压的调节方向；
相应地，所述直至所述至少一个功率优化器的输入电压与输出电压的压差减小至第一阈值具体为：
直至当前具有不同工作模式标识的功率优化器的数量满足预设条件。
10.一种光伏发电系统的控制设备，其特征在于，所述光伏发电系统包括光伏阵列及直流母线控制器，所述光伏阵列设置有至少一个功率优化器，所述控制设备包括：
通信模块，用于获取所述至少一个功率优化器的至少一个特征参数；
存储器，用于存储如权利要求1-9任意一项所述的光伏发电系统的控制方法的计算机程序；
控制器，用于加载并执行所述计算机程序，实现如权利要求1-9任意一项所述的光伏发电系统的控制方法的各个步骤。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109193777B (zh) * 2018-10-12 2022-05-24 阳光电源股份有限公司 一种功率优化器以及光伏发电系统
CN112994212B (zh) * 2019-12-02 2023-05-19 科华恒盛股份有限公司 一种电气设备的功率调节方法
CN111478571B (zh) * 2020-03-30 2022-10-18 海信空调有限公司 一种变频器的控制方法及装置
CN111711227B (zh) * 2020-07-22 2022-05-24 阳光电源股份有限公司 光伏发电系统及其启动控制方法
CN113037086B (zh) * 2021-03-11 2022-06-17 浙江艾罗网络能源技术股份有限公司 一种适合光伏功率限制的光伏储能逆变器
CN113572384B (zh) * 2021-06-08 2023-03-31 固德威技术股份有限公司 一种逆变器变步长降载控制方法
CN113452071A (zh) * 2021-06-25 2021-09-28 江苏领充创享新能源科技有限公司 光伏发电系统控制方法、装置、功率优化器及存储介质
CN113625041B (zh) * 2021-09-17 2022-07-26 珠海格力电器股份有限公司 光伏空调直流电压的采样计算方法、装置和空调
CN114268088B (zh) * 2022-03-01 2022-07-22 深圳市瀚强科技股份有限公司 供电系统及其控制方法
CN116154861B (zh) * 2023-04-21 2023-07-04 深圳市中旭新能源有限公司 基于直通与功率变换双模式mlpe组件的光伏系统
CN117791709A (zh) * 2023-12-26 2024-03-29 上海英发睿盛新能源科技集团有限公司 一种基于升降压变换的mppt电路及其控制方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103166239B (zh) * 2011-12-09 2015-07-08 上海康威特吉能源技术有限公司 集中-分布混合式新能源发电系统及最大功率点跟踪控制方法
CN103490650A (zh) * 2012-06-14 2014-01-01 江南大学 分布式光伏功率优化器以及控制方法
CN104969139B (zh) * 2013-03-20 2016-10-05 富士电机株式会社 太阳能发电系统
CN104158482B (zh) * 2014-07-30 2017-11-03 深圳科士达科技股份有限公司 一种高效率的光伏发电系统
WO2017087988A1 (en) * 2015-11-19 2017-05-26 Beamreach Solar, Inc. Multi-modal maximum power point tracking optimzation solar photovoltaic system

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