CN108964136B - 一种光伏关断系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光伏关断系统及其控制方法，若逆变器根据关断装置上传的状态标识，判断所述关断装置处于打嗝状态，则将在预设时长内降低自身的直流侧功率，使所述关断装置在所述预设时长内能够投入到相应组串中，再在预设时长之后恢复正常运行工况，进而避免了现有技术中关断装置带载投入陷入打嗝状态后带来的系统发电量损失的问题。

Description

一种光伏关断系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种光伏关断系统及其控制方法。

背景技术

光伏发电技术作为一种可再生能源发电技术，在国内外得到广泛应用，光伏阵列输出直流电，经逆变器变换成交流电后，就能将清洁能源传输到电网。但随着光伏产业的不断扩大，发生事故的概率也在不断增加。串联的光伏阵列具有很高的电压，为了提高光伏系统安全，现有技术通常是为每个光伏组件增设额外的关断装置，或者以集成在光伏组件中的智能接线盒来实现该关断装置的功能，组成的系统结构如图1所示。

当某一个光伏组件被遮挡时，如浮云、树荫、杂物或灰尘等，会导致该光伏组件输出功率不足，外部组串电流将该光伏组件电压拉低，甚至到0V进入旁路模式。由于关断装置的取电来自于光伏组件，一旦光伏组件欠压或者没电，关断装置的开关就会断开，外部组串电流从该光伏组件支路转移到其旁路二极管支路。之后，由于关断装置断开后光伏组件属于轻载状态，该光伏组件的输出又会立即恢复到较高的开路电压，因此其控制系统又将重新获电，会重新闭合开关。

此时闭合相当于带载启动，在闭合瞬间，由于逆变器母线电压在瞬间保持不变，组串多增加了一个组件电压，使得每个关断装置的输出电压都要减小；根据IV曲线，电压减小、电流增大，进一步加重了正在投入的关断装置的负载。如果这个光伏组件的功率相对较弱，就会使得该关断装置投入瞬间组件电压被瞬间拉低，低于欠压点后将导致再次因驱动信号变化而关机，如此反复，将使该关断装置呈现如图2所示的打嗝状态，相应的光伏组件难以投入组串运行，严重影响发电量。

发明内容

本发明提供一种光伏关断系统及其控制方法，以解决现有技术中带载投入困难而影响发电量的问题。

为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：

一种光伏关断系统的控制方法，所述光伏关断系统包括：逆变器，以及，与所述逆变器直流侧并联的多个组串；所述组串包括分别通过相应关断装置实现串联的多个光伏组件；所述光伏关断系统的控制方法包括：

所述关断装置上传自身的状态标识；

所述逆变器根据所述关断装置上传的状态标识，判断所述关断装置是否处于打嗝状态；

若所述关断装置处于打嗝状态，则所述逆变器在预设时长内降低自身的直流侧功率，使所述关断装置在所述预设时长内投入到相应组串中；

所述逆变器在所述预设时长之后恢复正常运行工况。

优选的，在所述关断装置上传自身的状态标识之前，还包括：

所述关断装置在计时周期内对自身的开关动作次数进行累计；

若所述计时周期内的开关动作次数超过预设次数，则所述关断装置将自身的状态标识设置为打嗝状态的表征值。

优选的，所述关断装置上传自身的状态标识，包括：

在所述逆变器按照预设周期轮询所述关断装置的状态时，所述关断装置上传自身的状态标识。

优选的，所述逆变器在预设时长内降低自身的直流侧功率之前，还包括：

所述逆变器判断所述关断装置处于打嗝状态的次数是否满足预设要求；

若所述关断装置处于打嗝状态的次数满足所述预设要求，则执行所述逆变器在预设时长内降低自身的直流侧功率的步骤。

优选的，所述逆变器在预设时长内降低自身的直流侧功率，包括：

所述逆变器在预设时长内抬升直流母线电压，或者，降低直流电流。

优选的，所述逆变器在所述预设时长之后恢复正常运行工况，包括：

所述逆变器在所述预设时长之后恢复最大功率点跟踪控制模式。

一种光伏关断系统，包括：逆变器，以及，与所述逆变器直流侧并联的多个组串；所述组串包括分别通过相应关断装置实现串联的多个光伏组件；其中：

所述关断装置包括：关断主电路、关断控制器和关断通信模块；

所述逆变器包括：逆变主电路、逆变控制器和逆变通信模块；

所述关断通信模块用于上传自身所属关断装置的状态标识；

所述逆变逆变通信模块用于接收所述状态标识并转发至所述逆变控制器；

所述逆变控制器用于根据所述状态标识，判断所述状态标识对应的关断装置是否处于打嗝状态；若所述关断装置处于打嗝状态，则在预设时长内降低自身的直流侧功率，使所述关断装置在所述预设时长内投入到相应组串中；并在所述预设时长之后恢复正常运行工况。

优选的，所述关断控制器用于在所述关断通信模块上传自身所属关断装置的状态标识之前，在计时周期内对相应关断主电路的开关动作次数进行累计；若所述计时周期内的开关动作次数超过预设次数，则将自身所属关断装置的状态标识设置为打嗝状态的表征值。

优选的，所述关断通信模块用于上传自身所属关断装置的状态标识时，具体应用于：

在所述逆变器按照预设周期轮询所述关断装置的状态时，上传自身的状态标识。

优选的，所述逆变控制器在预设时长内降低自身的直流侧功率之前，还用于：

判断所述关断装置处于打嗝状态的次数是否满足预设要求；若所述关断装置处于打嗝状态的次数满足所述预设要求，则在预设时长内降低自身的直流侧功率。

优选的，所述逆变控制器用于在预设时长内降低自身的直流侧功率时，具体用于：

在预设时长内抬升直流母线电压，或者，降低直流电流。

优选的，所述逆变控制器用于在所述预设时长之后恢复正常运行工况时，具体用于：

在所述预设时长之后恢复最大功率点跟踪控制模式。

本发明提供的光伏关断系统的控制方法，若逆变器根据关断装置上传的状态标识，判断所述关断装置处于打嗝状态，则将在预设时长内降低自身的直流侧功率，使所述关断装置在所述预设时长内能够投入到相应组串中，再在预设时长之后恢复正常运行工况，进而避免了现有技术中关断装置带载投入陷入打嗝状态后带来的系统发电量损失的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，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，下面描述内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是现有技术和本发明实施例提供的光伏关断系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的关断装置的波形示意图；

图3是本发明实施例提供的光伏关断系统的控制方法的流程图；

图4是本发明另一实施例提供的光伏关断系统的控制方法的流程图；

图5是本发明另一实施例提供的光伏关断系统的控制方法的流程图；

图6是本发明另一实施例提供的关断装置的结构示意图；

图7是本发明另一实施例提供的逆变器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本发明提供一种光伏关断系统的控制方法，以解决现有技术中带载投入困难而影响发电量的问题。

该光伏关断系统的控制方法，应用于图1所示的光伏关断系统，该光伏关断系统包括：逆变器，以及，与逆变器直流侧并联的多个组串；组串包括分别通过相应关断装置实现串联的多个光伏组件。

请参见图3，该光伏关断系统的控制方法包括：

S101、关断装置上传自身的状态标识；

优选的，逆变器与各个关断装置之间采用主从通信的轮询方式进行通信，即逆变器为主机，定时的轮询(比如每5分钟轮询一次)下面的每个关断装置的信息，当轮询到对应的关断装置时，关断装置上传自身相应的数据，其中包含了关断器的工作状态位。实际应用中，各个关断装置还可以同时上传自身的多种信息，比如状态信息和电压电流信息等，此处不做具体限定。

当然，各个关断装置可以在逆变器按照预设周期轮询关断装置的状态时，上传自身的状态标识，也可以按照预设的上传周期主动进行上传；此处不做具体限定，视其应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

S102、逆变器根据关断装置上传的状态标识，判断关断装置是否处于打嗝状态；

该状态标识能够表征相应关断装置处于打嗝状态、正常输出状态或者关断状态。

若关断装置处于打嗝状态，则需要通过下述调整过程避免系统发电量的损失，首先应执行步骤S103；

S103、逆变器在预设时长内降低自身的直流侧功率，使关断装置在预设时长内投入到相应组串中；

逆变器可以通过抬升直流母线电压，或者，降低直流电流，进而降低自身的直流侧功率，以使关断装置投入使所带的负载变小；逆变器所采用的方式此处不做具体限定，视其应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

通过将降低后的直流侧功率保持一段时间(比如2秒)，即该预设时长，可以为关断装置的带载投入提供一个时间窗口；由于相应的关断装置全程在保持一直不断的投入(比如1秒投入一次)，则在此时间窗口内，因为负载功率减小，可以轻易的投入到组串中并保持发电，避免了投入瞬间因为负载太重、功率突变，导致再次欠压关断的情况屡次发生的问题。

S104、逆变器在预设时长之后恢复正常运行工况。

逆变器为关断装置提供的该时间窗口能够保证关断装置的顺利投入，之后即可恢复正常运行工况，比如最大功率点跟踪控制模式，进而确保系统的发电量。

本实施例提供的该光伏关断系统的控制方法，若逆变器根据关断装置上传的状态标识，判断关断装置处于打嗝状态，则将在预设时长内降低自身的直流侧功率，使关断装置在预设时长内能够投入到相应组串中，再在预设时长之后恢复正常运行工况，进而避免了现有技术中关断装置带载投入陷入打嗝状态后带来的系统发电量损失的问题。

本发明另一实施例还提供了另外一种光伏关断系统的控制方法，在上述实施例的基础之上，优选的，如图4所示，在步骤S101之前，还包括：

S201、关断装置在计时周期内对自身的开关动作次数进行累计；

S202、关断装置判断计时周期内的开关动作次数是否超过预设次数；

若计时周期内的开关动作次数超过预设次数，则执行步骤S203；

S203、关断装置将自身的状态标识设置为打嗝状态的表征值。

在识别打嗝状态时，如果光伏组件出现异常遮挡等工况，会导致相应关断装置欠压关机，关断装置关断后由于组件电压恢复，又会重新自动投入；但是由于光伏组件功率弱等因素，可能将在一段时间内连续投入失败。这种状态下，关断装置可以在计时周期内记录自身的开关动作次数，也即其准备投入的次数；如果这个次数达到一定的预设次数N_set，比如连续1分钟内开关动作的次数超过50次，则该关断装置将自动改变其工作状态标示位，也即该状态标识，标志自己处于打嗝状态，然后继续尝试投入。

其余原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

进一步的，如果遮挡是短时的，那么，按照上述方案，只要遮挡消失，相应的关断装置就能顺利投入。但是，如果是光伏组件面临的是一个长期的遮挡，如建筑物的阴影，则即便投入成功，但是由于其功率比其他光伏组件都小，所以逆变器进入最大功率点跟踪控制模式后会将该关断装置的输出电压拉到欠压点以下，进而被迫关断，此时原则上是应该保持关断的，但是关断装置仍会继续投入并打嗝，到了第二个轮询周期，又上报了打嗝状态，逆变器将再次调整直流侧功率，如此反复上传打嗝状态给逆变器，逆变器也将反复的调整其直流侧功率。因此，面对长期遮挡，理论上相应光伏组件应该被旁路，而不是投入到组串中，逆变器如此反复调整直流功率，势必错误的带来一定的发电损失。因此，本发明另一实施例提供了另外一种光伏关断系统的控制方法，在上述实施例的基础之上，还包含了对连续打嗝状态的识别。

具体的，参见图5，在步骤S103之前，该光伏关断系统的控制方法还包括：

S301、逆变器判断关断装置处于打嗝状态的次数是否满足预设要求；

若关断装置处于打嗝状态的次数满足预设要求，则执行步骤S103。

比如，在逆变器收集到某个关断装置表征处于打嗝状态的状态标识时，判断该处于打嗝状态的状态标识上传的次数，如果仅是第一次或者第二次上传，那么逆变器将直接降低其直流侧功率，以便关断装置投入；而如果是第三到五次上传，则仅在第五次上传时给予直流侧功率降低的调整；如果是第六到第十次上传，则依次类推，给予功率调整的机会逐步减少。

也即，如果多次上传打嗝状态的话，说明光伏组件此时面临的遮挡是一个长期遮挡，应给予忽略，减少逆变器功率调整的次数，减少发电损失。

本实施例提供的该光伏关断系统的控制方法，在每次的轮询过程中，逆变器记录了相应关断装置上传状态标识的次数，只有次数达到预设要求，才会调整功率，而不是每次都调整，进而通过区分对待短时遮挡和长期遮挡，避免了长期遮挡下反复调整功率所带来的发电量的损失。

其余原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

图5以在图3的基础上为例进行展示，实际应用中也可以结合图4所示内容进行融合，此处不做具体限定，视其应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

本发明另一实施例还提供了一种光伏关断系统，如图1所示，包括：逆变器300，以及，与逆变器300直流侧并联的多个组串(如图1中的S1、S2及Sn)；组串包括分别通过相应关断装置200实现串联的多个光伏组件100；其中：

如图6所示，该关断装置200包括：关断主电路、关断控制器和关断通信模块；

如图7所示，该逆变器300包括：逆变主电路、逆变控制器和逆变通信模块；

关断通信模块用于上传自身所属关断装置200的状态标识；

逆变逆变通信模块用于接收状态标识并转发至逆变控制器；

逆变控制器用于根据状态标识，判断状态标识对应的关断装置200是否处于打嗝状态；若关断装置200处于打嗝状态，则在预设时长内降低自身的直流侧功率，使关断装置200在预设时长内投入到相应组串中；并在预设时长之后恢复正常运行工况。

优选的，关断控制器用于在关断通信模块上传自身所属关断装置200的状态标识之前，在计时周期内对相应关断主电路的开关动作次数进行累计；若计时周期内的开关动作次数超过预设次数，则将自身所属关断装置200的状态标识设置为打嗝状态的表征值。

优选的，关断通信模块用于上传自身所属关断装置200的状态标识时，具体应用于：

在逆变器300按照预设周期轮询关断装置200的状态时，上传自身的状态标识。

优选的，逆变控制器在预设时长内降低自身的直流侧功率之前，还用于：

判断关断装置200处于打嗝状态的次数是否满足预设要求；若关断装置200处于打嗝状态的次数满足预设要求，则在预设时长内降低自身的直流侧功率。

优选的，逆变控制器用于在预设时长内降低自身的直流侧功率时，具体用于：

在预设时长内抬升直流母线电压，或者，降低直流电流。

优选的，逆变控制器用于在预设时长之后恢复正常运行工况时，具体用于：

在预设时长之后恢复最大功率点跟踪控制模式。

具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本实施例提供的该光伏关断系统，配合通信采用相应的软件控制算法即可实现关断装置200的带载投入，进而避免发电量的损失，同时无硬件成本增加，利于推广。

本发明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。

以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (12)

1.一种光伏关断系统的控制方法，其特征在于，所述光伏关断系统包括：逆变器，以及，与所述逆变器直流侧并联的多个组串；所述组串包括分别通过相应关断装置实现串联的多个光伏组件；所述光伏关断系统的控制方法包括：

所述关断装置上传自身的状态标识；

所述逆变器根据所述关断装置上传的状态标识，判断所述关断装置是否处于打嗝状态；

若所述关断装置处于打嗝状态，则所述逆变器在预设时长内降低自身的直流侧功率，使所述关断装置在所述预设时长内投入到相应组串中；

所述逆变器在所述预设时长之后恢复正常运行工况。

2.根据权利要求1所述的光伏关断系统的控制方法，其特征在于，在所述关断装置上传自身的状态标识之前，还包括：

所述关断装置在计时周期内对自身的开关动作次数进行累计；

若所述计时周期内的开关动作次数超过预设次数，则所述关断装置将自身的状态标识设置为打嗝状态的表征值。

3.根据权利要求1所述的光伏关断系统的控制方法，其特征在于，所述关断装置上传自身的状态标识，包括：

在所述逆变器按照预设周期轮询所述关断装置的状态时，所述关断装置上传自身的状态标识。

4.根据权利要求1所述的光伏关断系统的控制方法，其特征在于，所述逆变器在预设时长内降低自身的直流侧功率之前，还包括：

所述逆变器判断所述关断装置处于打嗝状态的次数是否满足预设要求；

若所述关断装置处于打嗝状态的次数满足所述预设要求，则执行所述逆变器在预设时长内降低自身的直流侧功率的步骤。

5.根据权利要求1-4任一所述的光伏关断系统的控制方法，其特征在于，所述逆变器在预设时长内降低自身的直流侧功率，包括：

所述逆变器在预设时长内抬升直流母线电压，或者，降低直流电流。

6.根据权利要求1-4任一所述的光伏关断系统的控制方法，其特征在于，所述逆变器在所述预设时长之后恢复正常运行工况，包括：

所述逆变器在所述预设时长之后恢复最大功率点跟踪控制模式。

7.一种光伏关断系统，其特征在于，包括：逆变器，以及，与所述逆变器直流侧并联的多个组串；所述组串包括分别通过相应关断装置实现串联的多个光伏组件；其中：

所述关断装置包括：关断主电路、关断控制器和关断通信模块；

所述逆变器包括：逆变主电路、逆变控制器和逆变通信模块；

所述关断通信模块用于上传自身所属关断装置的状态标识；

所述逆变通信模块用于接收所述状态标识并转发至所述逆变控制器；

所述逆变控制器用于根据所述状态标识，判断所述状态标识对应的关断装置是否处于打嗝状态；若所述关断装置处于打嗝状态，则在预设时长内降低自身的直流侧功率，使所述关断装置在所述预设时长内投入到相应组串中；并在所述预设时长之后恢复正常运行工况。

8.根据权利要求7所述的光伏关断系统，其特征在于，所述关断控制器用于在所述关断通信模块上传自身所属关断装置的状态标识之前，在计时周期内对相应关断主电路的开关动作次数进行累计；若所述计时周期内的开关动作次数超过预设次数，则将自身所属关断装置的状态标识设置为打嗝状态的表征值。

9.根据权利要求7所述的光伏关断系统，其特征在于，所述关断通信模块用于上传自身所属关断装置的状态标识时，具体应用于：

在所述逆变器按照预设周期轮询所述关断装置的状态时，上传自身的状态标识。

10.根据权利要求7所述的光伏关断系统，其特征在于，所述逆变控制器在预设时长内降低自身的直流侧功率之前，还用于：

判断所述关断装置处于打嗝状态的次数是否满足预设要求；若所述关断装置处于打嗝状态的次数满足所述预设要求，则在预设时长内降低自身的直流侧功率。

11.根据权利要求7-10任一所述的光伏关断系统，其特征在于，所述逆变控制器用于在预设时长内降低自身的直流侧功率时，具体用于：

在预设时长内抬升直流母线电压，或者，降低直流电流。

12.根据权利要求7-10任一所述的光伏关断系统，其特征在于，所述逆变控制器用于在所述预设时长之后恢复正常运行工况时，具体用于：

在所述预设时长之后恢复最大功率点跟踪控制模式。

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