CN111864802B - 光伏系统直流侧电力电子设备及其测试系统和控制方法 - Google Patents

光伏系统直流侧电力电子设备及其测试系统和控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了光伏系统直流侧电力电子设备及其测试系统和控制方法，以实现在光伏系统直流侧电力电子设备的生产过程或故障排查过程中，简单快速低成本地对其进行功能性测试。该电力电子设备用于检测自身输入端电信号参数波动，当波动符合预设条件时，由限制输出状态切换至非限制输出状态；其输入端电信号参数波动是由一带扰动输出的直流电源在所述光伏系统直流侧电力电子设备的输入端施加扰动而产生。

Description

光伏系统直流侧电力电子设备及其测试系统和控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及光伏系统直流侧电力电子设备及其测试系统和控制方法。
背景技术
光伏系统直流侧使用的电力电子设备包括但不限于光伏优化器、光伏关断器、储能控制器这几类。出于安全考虑，光伏系统直流侧电力电子设备上电后默认处于限制输出状态(也称关断状态)，此时其输出端电压为零电压或低电压。在光伏系统直流侧电力电子设备的生产过程或故障排查过程中，需要多次对其进行功能性测试(例如出厂测试或老化测试)，以验证该设备的功能是否正常，而进行功能性测试时必然需要该设备处于非限制输出状态(也称启动状态)。
现有技术一般是利用通讯方式向待测的光伏系统直流侧电力电子设备发送开通信号来使之由限制输出状态切换至非限制输出状态。但这样会增加相应的外围通讯设备，造成设备生产成本增加以及现场故障排查工作量增加。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了光伏系统直流侧电力电子设备及其测试系统和控制方法，以实现在光伏系统直流侧电力电子设备的生产过程或故障排查过程中，简单快速低成本地对其进行功能性测试。
一种光伏系统直流侧电力电子设备，所述光伏系统直流侧电力电子设备用于检测自身输入端电信号参数波动，当波动符合预设条件时，由限制输出状态切换至非限制输出状态；
其输入端电信号参数波动是由一带扰动输出的直流电源在所述光伏系统直流侧电力电子设备的输入端施加扰动而产生。
可选的，所述电信号参数为电压、空载电流或功率。
可选的，所述光伏系统直流侧电力电子设备具体用于检测自身输入端电信号参数波动，当输入端电信号参数突变至预设参数范围时，由限制输出状态切换至非限制输出状态。
可选的，所述光伏系统直流侧电力电子设备具体用于检测自身输入端电信号参数波动，当输入端电信号参数产生符合预设规律的波动时，由限制输出状态切换至非限制输出状态。
可选的，所述光伏系统直流侧电力电子设备为光伏关断器；
所述光伏关断器包括半导体开关管和二极管；所述半导体开关管的电能输入端作为光伏关断器的输入正极，所述半导体开关管的电能输出端连接所述二极管的阳极后作为光伏关断器的输出正极，所述二极管的阴极同时作为光伏关断器的输入负极和输出负极；
在限制输出状态下，所述半导体开关管处于断开状态；在非限制输出状态下，所述半导体开关管处于开通状态。
可选的，所述光伏系统直流侧电力电子设备为光伏优化器；
所述光伏优化器包括：半导体开关管Q1、Q2、Q3和Q4，电感L，并联在光伏优化器输入端口的电容C1，以及并联在光伏优化器输出端口的电容C2；半导体开关管Q1的电能输入端接光伏优化器的输入正极，半导体开关管Q1的电能输出端接半导体开关管Q2的电能输入端和电感L的一端，电感L的另一端接半导体开关管Q3的电能输入端和半导体开关管Q4的电能输出端，半导体开关管Q4的电能输入端接光伏优化器的输出正极，半导体开关管Q2和Q3的电能输出端相连接后再同时连接到光伏优化器的输入负极和输出负极；
在限制输出状态下，半导体开关管Q1、Q2、Q3和Q4均处于断开状态；在非限制输出状态下，半导体开关管Q1和Q4处于开通状态，半导体开关管Q2和Q3处于断开状态。
一种光伏系统直流侧电力电子设备测试系统，包括：带扰动输出的直流电源、检测设备，以及上述公开的任一种光伏系统直流侧电力电子设备；
所述光伏系统直流侧电力电子设备的输入端连接所述带扰动输出的直流电源、输出端连接所述检测设备；
所述带扰动输出的直流电源用于在所述光伏系统直流侧电力电子设备的输入端施加扰动；
所述检测设备用于检测所述光伏系统直流侧电力电子设备的输出端电信号参数。
可选的，所述检测设备为电压表、示波器或万用表。
可选的，所述带扰动输出的直流电源包括：电压稳定的直流电源、电阻和开关器件；所述电压稳定的直流电源与所述电阻串联后接入光伏系统直流侧电力电子设备的输入端，所述开关器件并联在所述电阻两端。
可选的，所述开关器件为可控开关或手动开关。
可选的，所述带扰动输出的直流电源为可编程直流电源，用于通过编程输出波动的电信号参数。
一种光伏系统直流侧电力电子设备控制方法，包括：
光伏系统直流侧电力电子设备检测自身输入端的电信号参数波动，判断波动是否符合预设条件，当波动符合预设条件时，由限制输出状态切换至非限制输出状态；
其输入端电信号参数波动是由一带扰动输出的直流电源在所述光伏系统直流侧电力电子设备的输入端施加扰动而产生。
可选的，所述波动符合预设条件，是指光伏系统直流侧电力电子设备输入端的电信号参数突变至预设参数范围。
可选的，所述波动符合预设条件，是指光伏系统直流侧电力电子设备输入端的电信号参数产生符合预设规律的波动。
从上述的技术方案可以看出，鉴于在光伏系统直流侧电力电子设备处于限制输出状态并且其输入端连接电压稳定的直流电源时，其输入端电信号参数短期内基本是恒定的，所以本发明在生产过程或故障排查过程中人为的在其输入端施加扰动，光伏系统直流侧电力电子设备以达到预设条件的输入端电信号参数波动作为由限制输出状态切换至非限制输出状态的指令，在其接收到该指令并切换至非限制输出状态以后，生产或测试人员便可通过检测设备直接检测光伏系统直流侧电力电子设备的输出端电信号参数从而判断其功能好坏，相比现有技术能够更加简单快速低成本地完成对其功能性测试。
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为本发明实施例公开的一种光伏系统直流侧电力电子设备测试系统结构示意图；
图2为光伏系统直流侧电力电子设备为一种光伏关断器时的测试系统结构示意图；
图3为光伏系统直流侧电力电子设备为一种光伏优化器时的测试系统结构示意图；
图4为现有技术公开的一种光伏系统直流侧电力电子设备输出开路示意图；
图5为本发明实施例公开的一种光伏系统直流侧电力电子设备输入端电压波动示意图；
图6为本发明实施例公开的又一种光伏系统直流侧电力电子设备输入端电压波动示意图；
图7为本发明实施例公开的又一种光伏系统直流侧电力电子设备输入端电压波动示意图；
图8为应用于图1所示系统中的一种带扰动输出的直流电源结构示意图；
图9为应用于图1所示系统中的又一种带扰动输出的直流电源结构示意图；
图10为本发明实施例公开的一种光伏系统直流侧电力电子设备控制方法流程图。
具体实施方式
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。
如图1所示，本发明实施例公开了一种光伏系统直流侧电力电子设备测试系统，包括：检测设备300、带扰动输出的直流电源100，以及待测的光伏系统直流侧电力电子设备200；
其中，光伏系统直流侧电力电子设备具有四个端子，分别为输入正极vin+、输入负极vin-、输出正级vout+和输出负极vout-；
所述光伏系统直流侧电力电子设备200的输入端连接所述带扰动输出的直流电源100、输出端连接所述检测设备300；
所述带扰动输出的直流电源100用于在所述光伏系统直流侧电力电子设备200的输入端施加扰动；
所述光伏系统直流侧电力电子设备200用于检测自身输入端电信号参数波动，当波动符合预设条件时，由限制输出状态切换至非限制输出状态；
所述检测设备300用于检测所述光伏系统直流侧电力电子设备200的输出端电信号参数，作为判断所述光伏系统直流侧电力电子设备200功能好坏的依据。
本发明实施例的工作原理如下：
光伏系统直流侧电力电子设备在常规工况下，其输入端连接电压稳定的直流电源，如光伏组件或蓄电池等。如图4所示，当光伏系统直流侧电力电子设备的输入端连接该电压稳定的直流电源并且光伏系统直流侧电力电子设备处于限制输出状态(此时光伏系统直流侧电力电子设备相当于输出端开路)时，除非故意的人为干预，该电压稳定的直流电源的输出电压短期内基本是恒定的。比如说，当光伏系统直流侧电力电子设备的输入端连接光伏组件并且光伏系统直流侧电力电子设备处于限制输出状态时，光伏组件的输出电压随着光照强度的变化而变化，除非故意的人为遮挡，光伏组件的输出电压短期内基本是恒定的；当光伏系统直流侧电力电子设备的输入端连接蓄电池并且光伏系统直流侧电力电子设备处于限制输出状态时，蓄电池的电压随蓄电池电量的变化而缓慢变化，除非故意的人为干预，蓄电池的输出电压短期内基本是恒定的。
此外，当光伏系统直流侧电力电子设备的输入端连接该电压稳定的直流电源并且光伏系统直流侧电力电子设备处于限制输出状态时，除非故意的人为干预，该光伏系统直流侧电力电子设备输入端其他的电参数信号(例如空载电流、功率等)短期内也基本是恒定的。
鉴于在光伏系统直流侧电力电子设备的输入端连接电压稳定的直流电源并且光伏系统直流侧电力电子设备处于限制输出状态时，其输入端电信号参数短期内基本是恒定的，本发明实施例在生产过程或故障排查过程中人为的在其输入端施加扰动，使得其输入端电信号参数产生波动，光伏系统直流侧电力电子设备检测自身输入端的电信号参数波动(可以检测电压、空载电流或功率波动，并不局限)，当波动符合预设条件时，取消上电后默认处于的限制输出状态，切换至非限制输出状态(也即是说，光伏系统直流侧电力电子设备以达到预设条件的输入端电信号参数波动作为由限制输出状态切换至非限制输出状态的指令)，在切换至非限制输出状态以后，生产或测试人员便可通过检测设备30直接检测光伏系统直流侧电力电子设备的输出端电信号参数从而判断其功能好坏，相比现有技术能够更加简单快速低成本地完成了对其功能性测试。
其中，待测的光伏系统直流侧电力电子设备可以是光伏优化器、光伏关断器或储能控制器等。
当待测的光伏系统直流侧电力电子设备是一种光伏关断器时，该光伏关断器例如可采用如图2所示电路拓扑结构，包括半导体开关管201和二极管；半导体开关管201的电能输入端作为光伏关断器的输入正极vin+，半导体开关管201的电能输出端连接所述二极管的阳极后作为光伏关断器的输出正极vout+，所述二极管的阴极作为光伏关断器的输入负极vin-和输出负极vout-。在限制输出状态下，半导体开关管201处于断开状态；在非限制输出状态下，半导体开关管201处于开通状态。
当待测的光伏系统直流侧电力电子设备是一种光伏优化器时，该光伏优化器例如可采用如图3所示电路拓扑结构，包括：半导体开关管Q1、Q2、Q3和Q4，电感L，并联在光伏优化器输入端口的电容C1，以及并联在光伏优化器输出端口的电容C2；半导体开关管Q1的电能输入端接光伏优化器的输入正极vin+，半导体开关管Q1的电能输出端接半导体开关管Q2的电能输入端和电感L的一端，电感L的另一端接半导体开关管Q3的电能输入端和半导体开关管Q4的电能输出端，半导体开关管Q4的电能输入端接光伏优化器的输出正极vout+，半导体开关管Q2和Q3的电能输出端相连接后再同时连接到光伏优化器的输入负极vin-和输出负极vout-。在限制输出状态下，半导体开关管Q1、Q2、Q3和Q4都处于断开状态；在非限制输出状态下，半导体开关管Q1和Q4处于开通状态，半导体开关管Q2和Q3处于断开状态。
图2和图3的目的在于更清楚的解释本发明的内容，而不是限制本发明的实施范围。
可选的，所述检测设备30可以采用现有的电压表、示波器或万用表等，或者也可以采用自制设备，并不局限。
可选的，在上述公开的任一实施例中，光伏系统直流侧电力电子设备输入端的电信号参数波动符合预设条件，可以是指光伏系统直流侧电力电子设备输入端的电信号参数突变至预设参数范围(以电压为例，例如图5或图6所示，其中U表示电压、t表示时间)；这里的电信号参数突变可以是电信号参数突增也可以是电信号参数突降，图5以电压突增作为示例，图6以电压突降作为示例。
或者，光伏系统直流侧电力电子设备输入端的电信号参数波动符合预设条件，也可以是指光伏系统直流侧电力电子设备输入端的电信号参数产生符合预设规律的波动(以电压为例，例如图7所示，其中U表示电压、t表示时间)。
本发明实施例利用带扰动输出的直流电源100直接在光伏系统直流侧电力电子设备的输入端施加扰动。可选的，在上述公开的任一实施例中，所述带扰动输出的直流电源100可采用如图8所示结构，包括：电压稳定的直流电源E、电阻R和开关器件K；电压稳定的直流电源E与电阻R串联后接入光伏系统直流侧电力电子设备的输入端，开关器件K并联在电阻R两端；通过操纵开关器件K产生开/合动作，所述带扰动输出的直流电源100即可产生输出电信号参数波动。其中，所述开关器件K可以为可控开关和手动开关。所述可控开关例如可以为继电器或开关管等，并不局限。
或者，在上述公开的任一实施例中，所述带扰动输出的直流电源100也可采用一可编程直流电源，用于通过编程输出波动的电信号参数信号，如图9所示。
与上述系统实施例相对应的，本发明实施例还公开了一种光伏系统直流侧电力电子设备，该光伏系统直流侧电力电子设备用于检测自身输入端电信号参数波动，当波动符合预设条件时，由限制输出状态切换至非限制输出状态；其输入端电信号参数波动是由一带扰动输出的直流电源在所述光伏系统直流侧电力电子设备的输入端施加扰动而产生。光伏系统直流侧电力电子设备切换至非限制输出状态后，工作人员便可将根据其输出端电信号参数直接判断其功能好坏，从而简单快速低成本地完成其功能性测试。
可选的，所述电信号参数为电压、空载电流或功率。
可选的，上述公开的任一种光伏系统直流侧电力电子设备具体用于检测自身输入端电信号参数波动，当输入端电信号参数突变至预设参数范围时，由限制输出状态切换至非限制输出状态。
可选的，上述公开的任一种光伏系统直流侧电力电子设备具体用于检测自身输入端电信号参数波动，当输入端电信号参数产生符合预设规律的波动时，由限制输出状态切换至非限制输出状态。
与上述设备实施例相对应的，本发明实施例还公开了一种光伏系统直流侧电力电子设备控制方法，如图10所示，包括：
步骤S01：光伏系统直流侧电力电子设备检测自身输入端的电信号参数，之后进入步骤S02。
步骤S02：判断自身输入端的电信号参数波动是否符合预设条件，当波动符合预设条件时，进入步骤S03，否则，返回步骤S01。其输入端电信号参数波动是由一带扰动输出的直流电源在所述光伏系统直流侧电力电子设备的输入端施加扰动而产生。
步骤S03：由限制输出状态切换至非限制输出状态，至此光伏系统直流侧电力电子设备自控制结束。
可选的，所述波动符合预设条件，是指光伏系统直流侧电力电子设备输入端的电信号参数突变至预设参数范围。或者，所述波动符合预设条件，是指光伏系统直流侧电力电子设备输入端的电信号参数产生符合预设规律的波动。
对于实施例公开的设备和控制方法而言，由于其与实施例公开的测试系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见测试系统部分说明即可。
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。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
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实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例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 (14)

1.一种光伏系统直流侧电力电子设备，其特征在于，所述光伏系统直流侧电力电子设备用于检测自身输入端电信号参数波动，当波动符合预设条件时，由限制输出状态切换至非限制输出状态；
其输入端电信号参数波动是在需要对所述光伏系统直流侧电力电子设备进行功能性测试时，由一带扰动输出的直流电源在所述光伏系统直流侧电力电子设备的输入端施加扰动而产生。
2.根据权利要求1所述的光伏系统直流侧电力电子设备，其特征在于，所述电信号参数为电压、空载电流或功率。
3.根据权利要求1所述的光伏系统直流侧电力电子设备，其特征在于，所述光伏系统直流侧电力电子设备具体用于检测自身输入端电信号参数波动，当输入端电信号参数突变至预设参数范围时，由限制输出状态切换至非限制输出状态。
4.根据权利要求1所述的光伏系统直流侧电力电子设备，其特征在于，所述光伏系统直流侧电力电子设备具体用于检测自身输入端电信号参数波动，当输入端电信号参数产生符合预设规律的波动时，由限制输出状态切换至非限制输出状态。
5.根据权利要求1所述的光伏系统直流侧电力电子设备，其特征在于，所述光伏系统直流侧电力电子设备为光伏关断器；
所述光伏关断器包括半导体开关管和二极管；所述半导体开关管的电能输入端作为光伏关断器的输入正极，所述半导体开关管的电能输出端连接所述二极管的阳极后作为光伏关断器的输出正极，所述二极管的阴极同时作为光伏关断器的输入负极和输出负极；
在限制输出状态下，所述半导体开关管处于断开状态；在非限制输出状态下，所述半导体开关管处于开通状态。
6.根据权利要求1所述的光伏系统直流侧电力电子设备，其特征在于，所述光伏系统直流侧电力电子设备为光伏优化器；
所述光伏优化器包括：半导体开关管Q1、Q2、Q3和Q4，电感L，并联在光伏优化器输入端口的电容C1，以及并联在光伏优化器输出端口的电容C2；半导体开关管Q1的电能输入端接光伏优化器的输入正极，半导体开关管Q1的电能输出端接半导体开关管Q2的电能输入端和电感L的一端，电感L的另一端接半导体开关管Q3的电能输入端和半导体开关管Q4的电能输出端，半导体开关管Q4的电能输入端接光伏优化器的输出正极，半导体开关管Q2和Q3的电能输出端相连接后再同时连接到光伏优化器的输入负极和输出负极；
在限制输出状态下，半导体开关管Q1、Q2、Q3和Q4均处于断开状态；在非限制输出状态下，半导体开关管Q1和Q4处于开通状态，半导体开关管Q2和Q3处于断开状态。
7.一种光伏系统直流侧电力电子设备测试系统，其特征在于，包括：带扰动输出的直流电源、检测设备，以及如权利要求1-6中任一项所述的光伏系统直流侧电力电子设备；
所述光伏系统直流侧电力电子设备的输入端连接所述带扰动输出的直流电源、输出端连接所述检测设备；
所述带扰动输出的直流电源用于在需要对所述光伏系统直流侧电力电子设备进行功能性测试时，在所述光伏系统直流侧电力电子设备的输入端施加扰动；
所述检测设备用于检测所述光伏系统直流侧电力电子设备的输出端电信号参数。
8.根据权利要求7所述的光伏系统直流侧电力电子设备测试系统，其特征在于，所述检测设备为电压表、示波器或万用表。
9.根据权利要求7所述的光伏系统直流侧电力电子设备测试系统，其特征在于，所述带扰动输出的直流电源包括：电压稳定的直流电源、电阻和开关器件；所述电压稳定的直流电源与所述电阻串联后接入光伏系统直流侧电力电子设备的输入端，所述开关器件并联在所述电阻两端。
10.根据权利要求9所述的光伏系统直流侧电力电子设备测试系统，其特征在于，所述开关器件为可控开关或手动开关。
11.根据权利要求7所述的光伏系统直流侧电力电子设备测试系统，其特征在于，所述带扰动输出的直流电源为可编程直流电源，用于通过编程输出波动的电信号参数。
12.一种光伏系统直流侧电力电子设备控制方法，其特征在于，包括：
光伏系统直流侧电力电子设备检测自身输入端的电信号参数波动，判断波动是否符合预设条件，当波动符合预设条件时，由限制输出状态切换至非限制输出状态；
其输入端电信号参数波动是在需要对所述光伏系统直流侧电力电子设备进行功能性测试时，由一带扰动输出的直流电源在所述光伏系统直流侧电力电子设备的输入端施加扰动而产生。
13.根据权利要求12所述的光伏系统直流侧电力电子设备控制方法，其特征在于，所述波动符合预设条件，是指光伏系统直流侧电力电子设备输入端的电信号参数突变至预设参数范围。
14.根据权利要求12所述的光伏系统直流侧电力电子设备控制方法，其特征在于，所述波动符合预设条件，是指光伏系统直流侧电力电子设备输入端的电信号参数产生符合预设规律的波动。
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