CN111786409A - 光伏逆变系统及其控制方法 - Google Patents

光伏逆变系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开一种光伏逆变系统及其控制方法，包括数据采集控制器、多台光伏逆变器；数据采集控制器被配置为确定光伏逆变系统的总需求功率以及光伏逆变器的运行状态；根据总需求功率以及处于运行状态的光伏逆变器的数量，计算处于运行状态的光伏逆变器的目标功率；将目标功率下发给处于运行状态的光伏逆变器；每台光伏逆变器被配置为接收数据采集控制器下发的目标功率，并判断该台光伏逆变器的输出功率是否大于目标功率；当输出功率大于目标功率时，控制该台光伏逆变器的直流侧输入电压降低。本申请通过数据采集控制器下发光伏逆变器的目标功率，光伏逆变器根据目标功率控制直流侧输入电压降低，保证了光伏逆变系统运行的可靠性。

Description

光伏逆变系统及其控制方法
技术领域
本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种光伏逆变系统及其控制方法。
背景技术
随着光伏发电的推广，光伏电站的应用越来越广，光伏组件的价格大幅下降。为了提高电站的整体收益率，光伏组件大容量超配，让电站更多时候满功率输出成为了必然的选择。但是光伏组件的PV曲线有个特点，就是在冬天气温低的时候输出电压高，而且功率大，这样往往设计选择环境温度(25℃)时将超配20％，对于1MW的光伏逆变系统将达到1.2MW的组件功率，在低温-20℃下就能够输出1.4MW的功率。但对于1MW的光伏逆变系统中的逆变器和箱变来说，最大只能输出1.1MW的功率，所以需要降低功率运行。另外在AGC(Automatic Generation Control，自动发电控制)运行时，需要逆变器自动调节功率，限定功率运行，此时逆变器也需要降功率输出。
在超配情况下，特别是冬天气温低的情况下，如果需要限制光伏组件功率输出，降低其能量输出，那么需要让抬高光伏组件的输出电压，让逆变器工作在持续高母线电压下，这对逆变器的可靠性和寿命有大大的影响。如果逆变器为了自身的可靠性，采取过压保护的方法又会导致系统停机，进而停止发电。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种光伏逆变系统及其控制方法，以解决在光伏组件的输出功率远大于逆变器需要的功率时导致逆变器在高直流母线下运行，可靠性和寿命大大降低的问题。
本申请解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
根据本申请的一个方面，提供一种光伏逆变系统，包括数据采集控制器、多台光伏逆变器，所述多台光伏逆变器均与所述数据采集控制器连接；
所述数据采集控制器被配置为：
确定光伏逆变系统的总需求功率以及光伏逆变器的运行状态；根据所述总需求功率以及处于运行状态的光伏逆变器的数量，计算处于运行状态的光伏逆变器的目标功率；将所述目标功率下发给处于运行状态的光伏逆变器；
每台光伏逆变器被配置为：
在处于运行状态的情况下，接收所述数据采集控制器下发的目标功率，并判断该台光伏逆变器的输出功率是否大于所述目标功率；当所述输出功率大于所述目标功率时，控制该台光伏逆变器的直流侧输入电压降低。
根据本申请的另一个方面，提供一种光伏逆变系统的控制方法，所述光伏逆变系统包括数据采集控制器、多台光伏逆变器，所述多台光伏逆变器均与所述数据采集控制器连接；所述方法包括：
所述数据采集控制器确定光伏逆变系统的总需求功率以及光伏逆变器的运行状态；根据所述总需求功率以及处于运行状态的光伏逆变器的数量，计算处于运行状态的光伏逆变器的目标功率；将所述目标功率下发给处于运行状态的光伏逆变器；
每台光伏逆变器在处于运行状态的情况下，接收所述数据采集控制器下发的目标功率，并判断该台光伏逆变器的输出功率是否大于所述目标功率；当所述输出功率大于所述目标功率时，控制该台光伏逆变器的直流侧输入电压降低。
本申请实施例的光伏逆变系统及其控制方法，通过数据采集控制器下发光伏逆变器的目标功率，光伏逆变器根据目标功率控制直流侧输入电压降低，保证了光伏逆变系统运行的可靠性，避免了光伏逆变系统在光伏组件的输出功率远大于逆变器需要的功率时导致逆变器在高直流母线下运行，可靠性和寿命大大降低的问题。
附图说明
图1为本申请实施例提供的光伏逆变系统示意图；
图2为本申请实施例提供的光伏组件PV曲线示意图；
图3为本申请实施例提供的一组串式方案光伏逆变系统示意图；
图4为图3对应的光伏组件PV曲线示意图；
图5为本申请实施例提供的光伏逆变系统的控制方法流程示意图；
图6为本申请实施例提供的光伏逆变系统的控制方法另一流程示意图。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语中“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例1
如图1所示，本申请实施例提供一种光伏逆变系统，包括数据采集控制器、多台光伏逆变器(逆变器1～逆变器n)，所述多台光伏逆变器均与所述数据采集控制器连接。
其中，数据采集控制器与逆变器1～逆变器n进行通信连接，包括逆变器接收数据采集控制器下发的目标功率，数据采集控制器接收逆变器的运行时的功率、电压、电流和其他状态信息。
基于图1所述的光伏逆变系统，所述数据采集控制器被配置为：
确定光伏逆变系统的总需求功率以及光伏逆变器的运行状态；根据所述总需求功率以及处于运行状态的光伏逆变器的数量，计算处于运行状态的光伏逆变器的目标功率；将所述目标功率下发给处于运行状态的光伏逆变器；
每台光伏逆变器被配置为：
在处于运行状态的情况下，接收所述数据采集控制器下发的目标功率，并判断该台光伏逆变器的输出功率是否大于所述目标功率；当所述输出功率大于所述目标功率时，控制该台光伏逆变器的直流侧输入电压降低。
在一实施方式中，所述数据采集控制器还被配置为：
轮询每台光伏逆变器的直流侧输入电压；
若光伏逆变器的直流侧输入电压大于第一预设电压阀值，则确定该台光伏逆变器为处于运行状态的光伏逆变器。
在一实施方式中，所述数据采集控制器还被配置为：
若光伏逆变器的直流侧输入电压小于等于第一预设电压阀值，则确定该台光伏逆变器为处于待机运行状态的光伏逆变器，并向该台光伏逆变器发送待机运行状态标识信息；
每台光伏逆变器还被配置为：
接收所述数据采集控制器下发的待机运行状态标识信息，控制该台光伏逆变器待机运行。
具体地，可将光伏逆变器的目标功率置为0，光伏逆变器在接收所述数据采集控制器下发的目标功率之后，若目标功率为0，则光伏逆变器待机运行直到数据采集控制器下发的目标功率不为0时，执行限功率控制。
在一实施方式中，每台光伏逆变器还被配置为：
判断该台光伏逆变器的直流侧输入电压是否小于等于第二预设电压阀值；当该台光伏逆变器的直流侧输入电压小于等于第二预设电压阀值，则控制该台光伏逆变器的直流侧输入电压维持为第二预设电压阀值；否则，继续控制该台光伏逆变器的直流侧输入电压降低。
在一实施方式中，每台光伏逆变器还被配置为：
当所述输出功率不大于所述目标功率时，控制该台光伏逆变器处于最大功率点跟踪运行。
在一实施方式中，所述数据采集控制器还被配置为：
确定所有光伏逆变器的输出功率之和；当所有光伏逆变器的输出功率之和小于光伏逆变系统的总需求功率时，控制处于待机运行状态的至少一个光伏逆变器进入运行状态。
以下结合图2-图4进行说明：
如图2所示的光伏组件PV曲线示意图，k1为高温情况下的光伏组件PV曲线，k2为低温情况下的光伏组件PV曲线。低温情况下的输出功率P更大，同时在输出相同功率的情况下，低温时的工作点电压U更高。在正常情况下，光伏逆变系统做最大功率点跟踪(MPPT)运行，低温时工作在曲线的A点，高温时工作在曲线的D点，但是在A点或者D点的功率输出大于光伏逆变系统需要的功率时，此时需要降低功率，让工作点沿着曲线上A-B或者D-E点运行，逐步降低输入电压和功率的方式来满足系统要求。同时Ur为逆变器的直流输入电压预设值，为逆变器的最低直流输入电压。
如图3所示的一种组串式方案光伏逆变系统，采用一个3.15MW的箱变，该箱变下面连接有14台额定功率为225kw的组串式逆变器，同时该箱变的低压侧通讯柜安装有数据采集控制器，该数据采集控制器通过RS485与14台逆变器形成环网通讯连接，而且该数据采集控制器接受更上级主控的指令作为该3.15MW光伏逆变系统的总发电目标功率(总需求功率)。
系统设计如下：在25℃、光照1000W/m2下的组件配置功率按照额定容量的1.2倍超配设计，开路电压1350V，这样单台225KW逆变器接入的光伏组件功率有280kw左右。但是到了冬天环境功率低时(假定为-20℃)，单台逆变器的功率达到320kw，开路电压达到1500V，MPPT电压达到1200V(图4中的A点位置)。这样系统中的总功率达到320*14＝4.5MW，远超过了3.15MW系统的功率要求，所以需要对所有逆变器下发限制功率输出的要求。此时对于单台逆变器最大功率点跟踪输出功率320kw、跟踪PV电压1200V(图4中运行点A的P1和U1)，需要把单台逆变器的功率输出限制到250kw(额定功率的1.1倍)，对应运行的逆变器直流输入PV电压1000V(图4中运行点B的P2和U2)。
如果此时收到上级主控的AGC限功率指令要求，对应3.15MW的光伏逆变系统，要求限功率输出1MW，那么对应14台逆变器，每台逆变器的输出只有1000/14＝71kw，此时逆变器继续降低输入直流电压来降低功率，但是当降低到运行点C(逆变器的直流输入电压预设值Ur为600V)时，P3的功率还有150kw，远大于71kw。设计Ur的原因在于防止组串式逆变器的前端DC/DC变换器工作在较大的占空比，同时电感的纹波大，导致DC/DC变换器过热失效。
根据前述的数据采集控制器和光伏逆变器的配置，此时14台逆变器中，先把逆变器直流输入电压降低到输入电压小于等于600V，即工作点C的逆变器会优先进入待机运行状态(数据采集控制器把该逆变器的待机运行状态标识信息置为0标识)，该逆变器停止逆变发波，直到未进入待机运行状态的逆变器数量为6台时，光伏逆变系统的数据采集控制器分配每台逆变器的目标功率为1000/6＝167kW。同时逆变器在收到数据采集控制器发出的167kw目标功率后，控制逆变器工作在D点(P4功率167kw、U3直流输入电压630V)，从而完成系统1MW的限功率要求。
实施例2
本申请实施例提供一种光伏逆变系统的控制方法，光伏逆变系统可参考前述内容，在此不作赘述。
所述方法包括：
所述数据采集控制器确定光伏逆变系统的总需求功率以及光伏逆变器的运行状态；根据所述总需求功率以及处于运行状态的光伏逆变器的数量，计算处于运行状态的光伏逆变器的目标功率；将所述目标功率下发给处于运行状态的光伏逆变器；
每台光伏逆变器在处于运行状态的情况下，接收所述数据采集控制器下发的目标功率，并判断该台光伏逆变器的输出功率是否大于所述目标功率；当所述输出功率大于所述目标功率时，控制该台光伏逆变器的直流侧输入电压降低。
在一实施方式中，所述数据采集控制器轮询每台光伏逆变器的直流侧输入电压；若光伏逆变器的直流侧输入电压大于第一预设电压阀值，则确定该台光伏逆变器为处于运行状态的光伏逆变器。
在一实施方式中，所述数据采集控制器还在每台光伏逆变器的直流侧输入电压小于等于第一预设电压阀值的情况下，确定该台光伏逆变器为处于待机运行状态的光伏逆变器，并向该台光伏逆变器发送待机运行状态标识信息；
每台光伏逆变器接收所述数据采集控制器下发的待机运行状态标识信息，控制该台光伏逆变器待机运行。
在一实施方式中，每台光伏逆变器还判断该台光伏逆变器的直流侧输入电压是否小于等于第二预设电压阀值；当该台光伏逆变器的直流侧输入电压小于等于第二预设电压阀值，则控制该台光伏逆变器的直流侧输入电压维持为第二预设电压阀值；否则，继续控制该台光伏逆变器的直流侧输入电压降低。
在一实施方式中，每台光伏逆变器在所述输出功率不大于所述目标功率时，控制该台光伏逆变器处于最大功率点跟踪运行。
在一实施方式中，所述数据采集控制器还确定所有光伏逆变器的输出功率之和；当所有光伏逆变器的输出功率之和小于光伏逆变系统的总需求功率时，控制处于待机运行状态的至少一个光伏逆变器进入运行状态。
如图5所示，光伏逆变器的控制过程包括：
步骤S11：判断逆变器当前接收到的数据采集控制器下发的目标功率是否为0，即数据采集控制器是否要求逆变器待机运行；
步骤S12：如果目标功率不为0，则获取逆变器的输出功率；否则继续执行步骤S11；
步骤S13：判断逆变器的输出功率是否大于目标功率；
步骤S14：如果逆变器的输出功率不大于目标功率，则逆变器做MPPT运行；
步骤S15：如果逆变器的输出功率大于目标功率，则判断逆变器的直流输入电压是否小于等于第二预设电压阀值；
步骤S16：如果逆变器的直流输入电压小于等于第二预设电压阀值，则逆变器控制直流侧输入电压维持为第二预设电压阀值；
步骤S17：如果逆变器的直流输入电压大于第二预设电压阀值，降低直流侧输入电压。
通过重复执行上述步骤S11-S17，直至逆变器完成MPPT运行和限功率运行的切换。
如图6所示，数据采集控制器的控制过程包括：
步骤S21：轮询每台光伏逆变器的直流侧输入电压；
步骤S22：判断光伏逆变器的直流侧输入电压是否大于第一预设电压阀值；
步骤S23：若光伏逆变器的直流侧输入电压小于等于第一预设电压阀值，则确定该台光伏逆变器为处于待机运行状态的光伏逆变器，即置该逆变器的目标功率为0；向该台光伏逆变器发送待机运行状态标识信息；
步骤S24：若光伏逆变器的直流侧输入电压大于第一预设电压阀值，计算目标功率不为0的逆变器数量；
步骤S25：将光伏逆变系统的总需求功率除以目标功率不为0的逆变器数量，得到逆变器的目标功率；
步骤S26：把目标功率下发给目标功率不为0的逆变器；
步骤S27：计算光伏逆变系统中所有光伏逆变器的输出功率之和；
步骤S28：判断所有光伏逆变器的输出功率之和是否小于光伏逆变系统的总需求功率；
步骤S29：若所有光伏逆变器的输出功率之和小于光伏逆变系统的总需求功率，则控制待机运行的逆变器中至少一台逆变器恢复功率输出，并置该逆变器的目标功率不为0；否则执行步骤S21。
通过重复执行上述步骤S21-S29，直至逆变器完成限功率输出要求。
需要说明的是，第一预设电压阀值与第二预设电压阀值可以相同，也可以不同。
以上参照附图说明了本申请的优选实施例，并非因此局限本申请的权利范围。本领域技术人员不脱离本申请的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本申请的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种光伏逆变系统，包括数据采集控制器、多台光伏逆变器，所述多台光伏逆变器均与所述数据采集控制器连接；其特征在于，
所述数据采集控制器被配置为：
确定光伏逆变系统的总需求功率以及光伏逆变器的运行状态；根据所述总需求功率以及处于运行状态的光伏逆变器的数量，计算处于运行状态的光伏逆变器的目标功率；将所述目标功率下发给处于运行状态的光伏逆变器；
每台光伏逆变器被配置为：
在处于运行状态的情况下，接收所述数据采集控制器下发的目标功率，并判断该台光伏逆变器的输出功率是否大于所述目标功率；当所述输出功率大于所述目标功率时，控制该台光伏逆变器的直流侧输入电压降低。
2.根据权利要求1所述的光伏逆变系统，其特征在于，所述数据采集控制器还被配置为：
轮询每台光伏逆变器的直流侧输入电压；
若光伏逆变器的直流侧输入电压大于第一预设电压阀值，则确定该台光伏逆变器为处于运行状态的光伏逆变器。
3.根据权利要求2所述的光伏逆变系统，其特征在于，
所述数据采集控制器还被配置为：
若光伏逆变器的直流侧输入电压小于等于第一预设电压阀值，则确定该台光伏逆变器为处于待机运行状态的光伏逆变器，并向该台光伏逆变器发送待机运行状态标识信息；
每台光伏逆变器还被配置为：
接收所述数据采集控制器下发的待机运行状态标识信息，控制该台光伏逆变器待机运行。
4.根据权利要求1所述的光伏逆变系统，其特征在于，每台光伏逆变器还被配置为：
判断该台光伏逆变器的直流侧输入电压是否小于等于第二预设电压阀值；当该台光伏逆变器的直流侧输入电压小于等于第二预设电压阀值，则控制该台光伏逆变器的直流侧输入电压维持为第二预设电压阀值；否则，继续控制该台光伏逆变器的直流侧输入电压降低。
5.根据权利要求1所述的光伏逆变系统，其特征在于，每台光伏逆变器还被配置为：
当所述输出功率不大于所述目标功率时，控制该台光伏逆变器处于最大功率点跟踪运行。
6.根据权利要求1所述的光伏逆变系统，其特征在于，所述数据采集控制器还被配置为：
确定所有光伏逆变器的输出功率之和；当所有光伏逆变器的输出功率之和小于光伏逆变系统的总需求功率时，控制处于待机运行状态的至少一个光伏逆变器进入运行状态。
7.一种光伏逆变系统的控制方法，所述光伏逆变系统包括数据采集控制器、多台光伏逆变器，所述多台光伏逆变器均与所述数据采集控制器连接；其特征在于，所述方法包括：
所述数据采集控制器确定光伏逆变系统的总需求功率以及光伏逆变器的运行状态；根据所述总需求功率以及处于运行状态的光伏逆变器的数量，计算处于运行状态的光伏逆变器的目标功率；将所述目标功率下发给处于运行状态的光伏逆变器；
每台光伏逆变器在处于运行状态的情况下，接收所述数据采集控制器下发的目标功率，并判断该台光伏逆变器的输出功率是否大于所述目标功率；当所述输出功率大于所述目标功率时，控制该台光伏逆变器的直流侧输入电压降低。
8.根据权利要求7所述的光伏逆变系统的控制方法，其特征在于，所述数据采集控制器轮询每台光伏逆变器的直流侧输入电压；若光伏逆变器的直流侧输入电压大于第一预设电压阀值，则确定该台光伏逆变器为处于运行状态的光伏逆变器。
9.根据权利要求8所述的光伏逆变系统的控制方法，其特征在于，所述数据采集控制器还在每台光伏逆变器的直流侧输入电压小于等于第一预设电压阀值的情况下，确定该台光伏逆变器为处于待机运行状态的光伏逆变器，并向该台光伏逆变器发送待机运行状态标识信息；
每台光伏逆变器接收所述数据采集控制器下发的待机运行状态标识信息，控制该台光伏逆变器待机运行。
10.根据权利要求7所述的光伏逆变系统的控制方法，其特征在于，每台光伏逆变器还判断该台光伏逆变器的直流侧输入电压是否小于等于第二预设电压阀值；当该台光伏逆变器的直流侧输入电压小于等于第二预设电压阀值，则控制该台光伏逆变器的直流侧输入电压维持为第二预设电压阀值；否则，继续控制该台光伏逆变器的直流侧输入电压降低。
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