CN111446738A - 光伏逆变系统及其控制方法 - Google Patents

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黄凯伦
曾春保
林镇煌
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Abstract

本发明适用能源技术领域，尤其涉及一种光伏逆变系统及其控制方法。该系统包括：多个光伏组件模块，用于将太阳能转换为电能，并以直流功率进行输出；开关网络模块，与所述光伏组件模块连接，用于计算所述多个光伏组件模块的输出特性，并根据所述多个光伏组件模块的输出特性对所述多个光伏组件模块进行分类，将属于同一类的光伏组件模块连接至相同的输出端口进行输出；多个逆变模块，与所述开关网络模块的输出端口一一对应连接，用于将所述开关网络模块的输出端口输出的直流功率转换为交流功率。上述系统可以减小光伏组件特性不同产生的失配损失，并且不需要增加多路DC/DC变换器进行MPPT，进而避免了额外功率损耗的增加。

Description

光伏逆变系统及其控制方法
技术领域
本发明属于能源技术领域，尤其涉及一种光伏逆变系统及其控制方法。
背景技术
随着科技的不断发展，化石能源的日益紧缺，太阳能作为一种对环境无污染的清洁能源越来越受到人们的重视。地球每秒获得的太阳能量相当于燃烧500万吨优质煤发出的能量。我国是世界上太阳能最丰富的国家之一，我国太阳能辐照总量大于502万千焦平方米，年日照时数2200小时的地区约占我国国土面积2/3以上，特别是西部地区，年日照时间达3000小时以上，充分利用太阳能资源逐步成为社会前进发展的趋向，因而光伏板组件应运而生。
光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于光伏板组件型号、串并联数量、朝向、环境温度等因素存在差异，在光伏板组件的使用过程中，存在光伏板组件输出特性呈现不一致的情况。而当输出特性不一致的组件并联一起进行输出时，会导致组件整体发电量达不到最优。
现有的光伏逆变系统中，为了减小组件特性不同产生的失配损失，一般是通过增加多路DC/DC变换器进行MPPT，但这种方式需要额外的DC/DC变换器，从而增加功率损耗。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了光伏逆变系统及其控制方法，以解决现有的光伏逆变系统在为了减小组件特性不同产生的失配损失时，额外增加功率损耗的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种光伏逆变系统，包括：
多个光伏组件模块，用于将太阳能转换为电能，并以直流功率进行输出；
开关网络模块，与所述多个光伏组件模块连接，用于计算所述多个光伏组件模块的输出特性，并根据所述多个光伏组件模块的输出特性对所述多个光伏组件模块进行分类，将属于同一类的光伏组件模块连接至相同的输出端口进行输出；
多个逆变模块，与所述开关网络模块的输出端口一一对应连接，用于将所述开关网络模块的输出端口输出的直流功率转换为交流功率。
可选的，所述开关网络模块包括：
多个开关单元；其中，所述多个开关单元的输入端与所述多个光伏组件模块连接；所述多个开关单元的输出端口连接所述多个逆变模块；
控制单元，与所述多个开关单元和所述多个光伏组件模块连接，用于计算所述多个光伏组件模块的输出特性，并根据所述多个光伏组件模块的输出特性，对所述多个光伏组件模块进行分类，并控制所述多个开关单元将属于同一类的光伏组件模块并联连接至同一逆变模块。
可选的，开关单元包括具有M个输出端口的单刀多掷开关；其中，所述单刀多掷开关的输入端口与所述多个光伏组件模块一一对应连接；
相应的，所述多个开关单元包括：
N个所述具有M个输出端口的单刀多掷开关；其中，M≤N；
其中，各个单刀多掷开关的第m个输出端口并联连接，m∈(1,M)。
可选的，所述多个逆变模块包括：
M个逆变器；其中，第m个逆变器与所述各个单刀多掷开关的第m个输出端口连接，m∈(1,M)。
可选的，所述计算所述多个光伏组件模块的输出特性，并根据所述多个光伏组件模块的输出特性，对所述多个光伏组件模块进行分类，包括：
获取所述多个光伏组件模块的预置参数；
根据所述多个光伏组件模块的预置参数计算各个光伏组件模块的理论输出特性；
根据所述各个光伏组件模块的理论输出特性，对所述多个光伏组件模块进行分类。
可选的，当所述光伏组件模块包括光伏板组件时，所述光伏组件模块的预置参数包括：光伏板组件的型号、光伏板组件的安装容量、光伏板组件的串并联数量和光伏板组件的安装环境中的至少一种。
可选的，所述计算所述多个光伏组件模块的输出特性，并根据所述多个光伏组件模块的输出特性，对所述多个光伏组件模块进行分类，包括：
获取所述多个光伏组件模块的U-I曲线；
基于所述多个光伏组件模块的U-I曲线，通过预设算法对所述多个光伏组件模块进行分类。
可选的，所述开关网络模块还用于：
将属于同一类的光伏组件模块连接至运行在与该类别的光伏组件模块的输出特性相匹配的工作模式的逆变模块；其中，所述多个逆变模块以多个预设的工作模式运行。
可选的，所述开关网络模块还用于：
将属于同一类的光伏组件模块连接至任意逆变模块；
调整该逆变模块的工作模式至与该类别的光伏组件模块的输出特性相匹配的工作模式。
本发明实施例的第二方面提供了一种光伏逆变系统的控制方法，该光伏逆变系统包括：多个光伏组件模块，用于将太阳能转换为电能，并以直流功率进行输出；
开关网络模块，与所述多个光伏组件模块连接，用于计算所述多个光伏组件模块的输出特性，并根据所述多个光伏组件模块的输出特性对所述多个光伏组件模块进行分类，将属于同一类的光伏组件模块连接至相同的输出端口进行输出；
多个逆变模块，与所述开关网络模块的输出端口一一对应连接，用于将所述开关网络模块的输出端口输出的直流功率转换为交流功率；
该控制方法包括：计算多个光伏组件模块的输出特性，并根据所述多个光伏组件模块的输出特性对所述多个光伏组件模块进行分类，将属于同一类的光伏组件模块连接至相同的输出端口进行输出。
本发明实施例通过多个光伏组件模块，将太阳能转换为电能，并以直流功率进行输出；通过设置开关网络模块与所述光伏组件模块连接，计算所述多个光伏组件模块的输出特性，并根据所述多个光伏组件模块的输出特性对所述多个光伏组件模块进行分类，将属于同一类的光伏组件模块连接至相同的输出端口进行输出；通过设置多个逆变模块与光伏组件模块的输出端口连接，从而可以相同输出特性的组件分配至同一逆变模块，将不同输出特性的组件分配至不同的逆变模块，最终减小组件特性不同产生的失配损失，并且不需要增加多路DC/DC变换器进行MPPT，避免了额外功率损耗的增加。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的光伏逆变系统的结构示意图；
图2是发明实施例提供的开关网络模块包括多个开关单元和控制单元的光伏逆变系统的结构示意图；
图3本发明另一实施例提供的光伏逆变系统的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他任何变形，是指“包括但不限于”，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
图1为本实施例提供的光伏逆变系统的结构示意图，参示图1，该光伏逆变系统包括：
多个光伏组件模块100，用于将太阳能转换为电能，并以直流功率进行输出。
本发明实施例中，参示图1中，所述多个光伏组件模块100可以由光伏组件模块1、光伏组件模块2…光伏组件模块N组成。
开关网络模块200，与所述多个光伏组件模块100连接，用于计算所述多个光伏组件模块100的输出特性，并根据所述多个光伏组件模块100的输出特性对所述多个光伏组件模块100进行分类，将属于同一类的光伏组件模块连接至相同的输出端口进行输出。
本发明实施例中，开关网络模块200用于识别计算光伏组件模块1～光伏组件模块N的输出特性，根据光伏组件模块1～光伏组件模块N的输出特性相似度，对光伏组件模块1～光伏组件模块N进行分类，并将属于同一类的光伏组件模块连接至开关网络模块200的同一个输出端口进行输出，同理，不同种类的光伏组件模块通过开关网络模块200不同的输出端口进行输出。
多个逆变模块300，与所述开关网络模块的输出端口一一对应连接，用于将所述开关网络模块的输出端口输出的直流功率转换为交流功率。
本发明实施例中，多个逆变模块300可以由逆变模块1、逆变模块2…逆变模块M组成。并且，每个逆变模块和开关网络模块200的输出端口一一对应连接。例如，当所述开关网络模块200将N个光伏组件模块分为M个种类时，每一类输出特性对应一个开关网络模块200的输出端口，而每一个开关网络模块200的输出端口对应一个逆变模块，则将N个光伏组件模块通过开关网络模块200的M个输出端口分别输出至M个逆变模块，从而将具有相似输出特性的光伏组件模块连接至同一个开关网络模块200的输出端口，并最终送入同一个逆变模块，实现统一输出控制。此时，由于光伏组件模块的组件特性相对一致，可以有效减小光伏组件失配的情况，使其能够达到发电量最优的输出状态。
上述光伏逆变系统，通过设置多个光伏组件模块，将太阳能转换为电能，并以直流功率进行输出；通过设置开关网络模块与所述光伏组件模块连接，计算所述多个光伏组件模块的输出特性，并根据所述多个光伏组件模块的输出特性对所述多个光伏组件模块进行分类，将属于同一类的光伏组件模块连接至相同的输出端口进行输出；通过设置多个逆变模块与光伏组件模块的输出端口连接，从而可以相同输出特性的组件分配至同一逆变模块，将不同输出特性的组件分配至不同的逆变模块，最终减小组件特性不同产生的失配损失，并且不需要增加多路DC/DC进行MPPT，避免了额外功率损耗的增加。
一些实施例中，所述开关网络模块可以包括：多个开关单元；其中，所述多个开关单元的输入端与所述多个光伏组件模块连接；所述多个开关单元的输出端口连接所述多个逆变模块；控制单元，与所述多个开关单元和所述多个光伏组件模块连接，用于计算所述多个光伏组件模块的输出特性，并根据所述多个光伏组件模块的输出特性，对所述多个光伏组件模块进行分类，并控制所述多个开关单元将属于同一类的光伏组件模块并联连接至同一逆变模块。
本发明实施例中，参示图2，所述开关网络模块200可以包括多个开关单元210和控制单元220。其中，多个开关单元210可以由开关单元1、开关单元2…开关单元N组成。各个开关单元的输出端与输出端分别连接光伏组件模块和逆变模块。控制单元220与所述多个开关单元210和所述多个光伏组件模块100连接，计算多个光伏组件模块100的输出特性，并根据所述多个光伏组件模块100的输出特性，对所述多个光伏组件模块进行分类，并控制所述多个开关单元将属于同一类的光伏组件模块并联连接至同一逆变模块。
一些实施例中，参示图2，控制单元220可以通过获取多个光伏组件模块的预置参数，分别计算光伏组件模块1～光伏组件模块N的理论输出特性，对光伏组件模块1～光伏组件模块N进行分类，控制开关单元1～开关单元N以改变开关单元之间的连接关系，使得属于同一类的光伏组件并联连接至同一逆变模块。
本发明实施例中，当所述光伏组件模块包括光伏板组件时，所述光伏组件模块的预置参数可以包括光伏板组件的型号、光伏板组件的安装容量、光伏板组件的串并联数量和光伏板组件的安装环境中的至少一种。可以根据上述参数计算光伏组件模块的理论输出特性。
一些实施例中，参示图2，控制单元220也可以分别获取光伏组件模块1～光伏组件模块N的U-I曲线，并根据光伏组件模块1～光伏组件模块N的U-I曲线通过预设算法对光伏组件模块1～光伏组件模块N进行分类。
本发明实施例中，当每个逆变模块包括一个逆变器时，控制单元可以通过逆变器的U-I曲线扫描功能，对每一个光伏组件模块进行扫描，以获得每一个光伏组件模块的U-I曲线特性，进而通过预设算法进行汇总；示例性的，该预设算法可以包括模式识别算法和聚类算法等，。
一些实施例中，开关单元可以包括：具有M个输出端口的单刀多掷开关；其中，所述单刀多掷开关的输入端口与所述多个光伏组件模块一一对应连接；相应的，所述多个开关单元包括：N个所述具有M个输出端口的单刀多掷开关；其中，M≤N；其中，各个单刀多掷开关的第m个输出端口并联连接，m∈(1,M)。
一些实施例中，所述多个逆变模块可以包括：M个逆变器；其中，第m个逆变器与所述各个单刀多掷开关的第m个输出端口连接，m∈(1,M)。
本发明实施例中，参示图3，图3旨在说明多个开关单元间的连接关系、多个逆变器之间的连接关系以及多个开关单元与多个逆变器之间的连接关系，因此省略了控制单元。在本实施例中，为了方便说明，各个光伏组件模块对应图3中的PV1～PVN，PV可以包括光伏板组件；各个逆变模块对应DC/AC1～DC/ACM，DC/AC可以把控逆变器。每个开关单元对应一个具有M个输出端口的单刀多掷开关，该单刀多掷开关适用于直流输出器件。以第一个开关单元为例进行说明，该开关单元对应单刀多掷开关K1，该单刀多掷开关K1的输入端连接PV1，输出端具有M个端口Port1～portM。单刀多掷开关的数量与光伏组件模块的数量对应，当具有N个光伏组件模块时，即具有N个单刀多掷开关K1～KN，其中，N个单刀多掷开关K1～KN中的第m个端口Portm并联连接，m∈(1,M)。上述设置可以保证为每个光伏组件模块通过其对应的单刀多掷开关选择一个输出端口，以此达到将具有相似输出特性的光伏组件模块通过单刀多掷开关的开关动作并联至同一个输出端口，并且即使对于每个光伏组件模块的似输出特性均不相似的情况，也存在足够的输出端口数量用于分类输出。多个逆变模块可以包括M个逆变器，M≤N。示例性的，第m个逆变器与所述各个单刀多掷开关K1～KN的第m个输出端口连接，m∈(1,M)。以上多个逆变器和多个单刀多掷开关的连接关系仅仅是一个示例，保证在对光伏组件模块分类后，通过控制单元动作后的并联的各个单刀多掷开关K1～KN的输出端口均有且只连接有一个逆变器即可。同理，各个单刀多掷开关K1～KN的第m个输出端口的并联关系也是示例性的，只要保证并联后的同类输出特性的光伏组件模块对应相同的输出端口，而不同类输出特性的光伏组件模块对应不同的输出端口即可。上述实施例记载的单元结构，通过单刀多掷开关即可在硬件上完成对光伏组件模块的分类汇总连接和输出，不仅没有引入额外的DC/DC变换器造成功率损耗，还具有成本低，易于实施的优势。
一些实施例中，所述开关网络模块还可以用于：将属于同一类的光伏组件模块连接至运行在与该类别的光伏组件模块的输出特性相匹配的工作模式的逆变模块；其中，所述多个逆变模块以多个预设的工作模式运行。
本发明实施例中，可以设置多个逆变模块各自以预设的工作模式运行，此时开光网络模块在将多个光伏组件模块根据输出特性进行分类，将属于同一类的光伏组件模块输出至同一输出端口。在选择输出端口时，依据该输出端口连接的逆变模块的工作模式进行选择，使得选择的输出端口连接的逆变模块的工作模式和该类别的光伏组件模块的输出特性是最匹配的。通过上述设置，不仅可以通过将属于同一类的光伏组件模块输出至同一输出端口，减小组件特性不同产生的失配损失，还可以将提前预设好的逆变模块的工作模式与该类别的光伏组件模块的输出特性进行匹配，提高逆变效率，进一步提高整体发电量。
一些实施例中，所述开关网络模块还可以用于：将属于同一类的光伏组件模块连接至任意逆变模块；调整该逆变模块的工作模式至与该类别的光伏组件模块的输出特性相匹配的工作模式。
本发明实施例中，设置将属于同一类的光伏组件模块输出至同一输出端口，该输出端口可以是任意选择的，该输出端口连接的逆变模块也可以是多个逆变模块中的任意一逆变模块。之后，根据该类别的光伏组件模块输出特性，调整该类别的光伏组件模块连接的输出端口所对应的逆变模块的工作模式，使该逆变模块的工作模式和该类别的光伏组件模块输出特性相匹配。上述设置也可以在减小组件特性不同产生的失配损失的同时，提高逆变效率，进一步提高整体发电量。
本发明还提供一种光伏逆变系统的控制方法，该方法包括：计算多个光伏组件模块的输出特性，并根据所述多个光伏组件模块的输出特性对所述多个光伏组件模块进行分类，将属于同一类的光伏组件模块连接至相同的输出端口进行输出。该光伏逆变系统可以参照前述各个实施例中记载的内容，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述光伏逆变系统装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，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、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。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申请的范围。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光伏逆变系统，其特征在于，包括：
多个光伏组件模块，用于将太阳能转换为电能，并以直流功率进行输出；
开关网络模块，与所述多个光伏组件模块连接，用于计算所述多个光伏组件模块的输出特性，并根据所述多个光伏组件模块的输出特性对所述多个光伏组件模块进行分类，将属于同一类的光伏组件模块连接至相同的输出端口进行输出；
多个逆变模块，与所述开关网络模块的输出端口一一对应连接，用于将所述开关网络模块的输出端口输出的直流功率转换为交流功率。
2.如权利要求1所述的光伏逆变系统，其特征在于，所述开关网络模块包括：
多个开关单元；其中，所述多个开关单元的输入端与所述多个光伏组件模块连接；所述多个开关单元的输出端口连接所述多个逆变模块；
控制单元，与所述多个开关单元和所述多个光伏组件模块连接，用于计算所述多个光伏组件模块的输出特性，并根据所述多个光伏组件模块的输出特性，对所述多个光伏组件模块进行分类，并控制所述多个开关单元将属于同一类的光伏组件模块并联连接至同一逆变模块。
3.如权利要求2所述的光伏逆变系统，其特征在于，开关单元包括：
具有M个输出端口的单刀多掷开关；其中，所述单刀多掷开关的输入端口与所述多个光伏组件模块一一对应连接；
相应的，所述多个开关单元包括：
N个所述具有M个输出端口的单刀多掷开关；其中，M≤N；
其中，各个单刀多掷开关的第m个输出端口并联连接，m∈(1,M)。
4.如权利要求3所述的光伏逆变系统，其特征在于，所述多个逆变模块包括：
M个逆变器；其中，第m个逆变器与所述各个单刀多掷开关的第m个输出端口连接，m∈(1,M)。
5.如权利要求2所述的光伏逆变系统，其特征在于，所述计算所述多个光伏组件模块的输出特性，并根据所述多个光伏组件模块的输出特性，对所述多个光伏组件模块进行分类，包括：
获取所述多个光伏组件模块的预置参数；
根据所述多个光伏组件模块的预置参数计算各个光伏组件模块的理论输出特性；
根据所述各个光伏组件模块的理论输出特性，对所述多个光伏组件模块进行分类。
6.如权利要求5所述的光伏逆变系统，其特征在于，当所述光伏组件模块包括光伏板组件时，所述光伏组件模块的预置参数包括：光伏板组件的型号、光伏板组件的安装容量、光伏板组件的串并联数量和光伏板组件的安装环境中的至少一种。
7.如权利要求2所述的光伏逆变系统，其特征在于，所述计算所述多个光伏组件模块的输出特性，并根据所述多个光伏组件模块的输出特性，对所述多个光伏组件模块进行分类，包括：
获取所述多个光伏组件模块的U-I曲线；
基于所述多个光伏组件模块的U-I曲线，通过预设算法对所述多个光伏组件模块进行分类。
8.如权利要求1-7任一项所述的光伏逆变系统，其特征在于，所述开关网络模块还用于：
将属于同一类的光伏组件模块连接至运行在与该类别的光伏组件模块的输出特性相匹配的工作模式的逆变模块；其中，所述多个逆变模块以多个预设的工作模式运行。
9.如权利要求1-7任一项所述的光伏逆变系统，其特征在于，所述开关网络模块还用于：
将属于同一类的光伏组件模块连接至任意逆变模块；
调整该逆变模块的工作模式至与该类别的光伏组件模块的输出特性相匹配的工作模式。
10.一种光伏逆变系统的控制方法，其特征在于，
光伏逆变系统包括：
多个光伏组件模块，用于将太阳能转换为电能，并以直流功率进行输出；
开关网络模块，与所述多个光伏组件模块连接，用于计算所述多个光伏组件模块的输出特性，并根据所述多个光伏组件模块的输出特性对所述多个光伏组件模块进行分类，将属于同一类的光伏组件模块连接至相同的输出端口进行输出；
多个逆变模块，与所述开关网络模块的输出端口一一对应连接，用于将所述开关网络模块的输出端口输出的直流功率转换为交流功率；
控制方法包括：
计算多个光伏组件模块的输出特性，并根据所述多个光伏组件模块的输出特性对所述多个光伏组件模块进行分类，将属于同一类的光伏组件模块连接至相同的输出端口进行输出。
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