一种IV曲线的扫描方法和光储系统
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域,特别是涉及一种IV曲线的扫描方法和光储系统。
背景技术
光伏逆变系统在设计时,通常采用与逆变器额定功率相匹配的光伏配置方式,图1中的虚曲线所示即为常规光伏发电功率曲线;不过目前,光伏逆变系统在设计时通常采用超配技术,即设置光伏阵列的配置功率P与系统中逆变器交流输出的额定功率Pn之比大于1,比如P:Pn=1.3:1,图1中的实曲线所示即为超配下的光伏发电功率曲线,其阴影部分即为光伏的超配功率。
虽然光伏超配可以降低光伏逆变系统的度电成本,但是,上述光伏逆变系统在进行IV扫描时,即动态改变光伏阵列的负载大小,以得到一组I、V数据时,如果自身输入功率超过逆变器交流输出的额定功率Pn,则逆变器会进入限功率状态,限制光伏逆变系统的功率,从而使扫描得到的IV曲线如图2所示,只包括ab段和cd端,IV曲线并不完整。
另外,常规光伏逆变系统在限功率模式下运行时,同样会存在上述IV曲线不完整的问题。因此,如何实现光伏超配下和限功率模式下IV曲线的完整扫描即为当下亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种IV曲线的扫描方法和光储系统,以实现光伏超配下和限功率模式下IV曲线的完整扫描。
为实现上述目的,本发明实施例提供如下技术方案:
本申请一方面提供一种IV曲线的扫描方法,应用于逆变器直流母线耦合有储能单元的光储系统,所述IV曲线的扫描方法,包括:
对所述光储系统的光伏阵列进行IV扫描时,判断逆变器运行参数是否满足预设限功率条件;
若所述逆变器运行参数满足所述预设限功率条件,则控制所述储能单元进行充电。
可选的,所述逆变器运行参数为:电流参数、电压参数或者功率参数。
可选的,当所述逆变器运行参数为电流参数时,所述预设限功率条件为所述电流参数处于相应的电流参数范围内;
当所述逆变器运行参数为电压参数时,所述预设限功率条件为所述电压参数处于相应的电压参数范围内;
当所述逆变器运行参数为功率参数时,所述预设限功率条件为所述功率参数大于预设功率阈值。
可选的,所述功率参数为:所述逆变器的逆变功率或者所述光储系统中光伏阵列的输出功率。
可选的,所述预设功率阈值小于等于限功率模式指令阈值;
或者,所述光伏阵列的配置功率与所述逆变器交流输出的额定功率之比大于1时,所述预设功率阈值小于等于所述逆变器的额定功率。
可选的,所述功率参数为所述逆变器的逆变功率时,若所述预设功率阈值为零,则由所述储能单元中的储能变换器对所述光储系统的光伏阵列进行IV扫描。
可选的,所述电压参数为光伏阵列中各个光伏组串的输出电压,所述电压参数范围为:各个光伏组串的输出功率总和大于所述逆变器的预设功率阈值时,各个光伏组串对应输出电压的取值范围。
可选的,所述电流参数为光伏阵列中各个光伏组串的输出电流,所述电流参数范围为:各个光伏组串的输出功率总和大于所述逆变器的预设功率阈值时,各个光伏组串对应输出电流的取值范围。
可选的,控制所述储能单元进行充电,包括:
控制所述储能单元以使所述逆变器的逆变功率小于等于自身的额定功率为目标进行充电。
可选的,所述储能单元的充电功率为固定值或者变化的动态值。
可选的,在对所述光储系统的光伏阵列进行IV扫描之前,还包括:
判断所述储能单元的剩余存储电量是否满足对所述光伏阵列进行IV扫描的需求;
若所述储能单元的剩余存储电量不满足对所述光伏阵列进行IV扫描的需求,则控制所述储能单元放电,直到所述储能单元的剩余存储电量满足对所述光伏阵列进行IV扫描的需求后,再对所述光储系统的光伏阵列进行IV扫描。
可选的,若所述逆变器为单级式逆变器,则所述IV曲线的扫描方法,在对所述光储系统的光伏阵列进行IV扫描时,还包括:
判断所述直流母线的电压是否低于并网电压要求的下限值;
若所述直流母线的电压低于所述并网电压要求的下限值,则控制所述逆变器停止并网和IV扫描,并控制所述储能单元中的储能变换器继续对所述光储系统的光伏阵列进行IV扫描。
可选的,在对所述光储系统的光伏阵列进行IV扫描的过程中,所述光伏阵列的电能负载为:所述逆变器,和/或,所述储能单元中的储能变换器。
可选的,所述IV扫描的方向为:
从所述光伏阵列的短路状态扫描到所述光伏阵列的开路状态;或者,
从所述开路状态扫描到所述短路状态;又或者,
从所述开路状态与短路状态之间的任意中间状态,分别向两边扫描。
本申请另一方面提供一种光储系统,包括:光伏阵列、储能单元、逆变器和控制器;其中:
所述光伏阵列与所述逆变器的直流侧相连,所述逆变器的交流侧与电网相连,所述储能单元耦合于所述逆变器的直流母线处;
所述控制器分别与所述储能单元和所述逆变器相连;
所述控制器用于执行本申请上一方面任一项所述的IV曲线的扫描方法。
可选的,所述逆变器为集中式逆变器、组串式逆变器或者集散式逆变器。
可选的,所述储能单元包括:电池系统和储能变换器;
所述电池系统通过所述储能变换器与所述直流母线相连。
可选的,所述逆变器、所述控制器以及所述储能变换器集成为光储一体机。
可选的,所述控制器为独立设置的系统控制器,或者,集成于所述逆变器或所述储能变换器内部。
可选的,所述控制器为所述逆变器的内部控制器和/或所述储能变换器的内部控制器。
可选的,所述光伏阵列的配置功率与所述逆变器交流输出的额定功率之比大于1。
由上述技术方案可知,本申请提供了一种IV曲线的扫描方法,应用于在逆变器直流母线处耦合有储能单元的光储系统。该IV曲线的扫描方法中,在对光储系统进行IV扫描后,若逆变器运行参数满足预设限功率条件,则控制储能单元充电,减少逆变器接收的光伏功率,避免该逆变器进入限功率状态,从而使得对光储系统的IV扫描可以完整进行,即可以实现光伏超配下和限功率模式下IV曲线的完整扫描。
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为超配下的光伏发电功率曲线与常规光伏发电功率曲线的对比示意图;
图2为现有技术中光伏阵列PV曲线与逆变器的额定功率的对比示意图;
图3为本申请实施例提供的IV曲线的扫描方法的流程示意图;
图4a、图4b和图4c分别为IV扫描方向的三种示意图;
图5为本申请中预设参数范围的设定示意图;
图6和图7分别为本申请实施例提供的IV曲线的扫描方法的流程示意图;
图8为、图9、图10和图11分别为本申请实施例提供的光储系统的四种实施方式的结构示意图。
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。
在本申请中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且术语“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、物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、物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,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
为实现光伏超配下和限功率模式下IV曲线的完整扫描,本申请实施例提供一种IV曲线的扫描方法,应用于图8所示的光储系统,在该光储系统中,光伏阵列10的输出侧与逆变器30的直流侧相连,逆变器30的交流与电网50相连,储能单元20包括储能变换器21和电池系统22,储能变换器21的一侧与逆变器30中的直流母线并联连接,电池系统22的电源侧与储能变换器21的另一侧相连,控制器40的输出端分别与逆变器30和储能变换器21的控制端相连。
该IV曲线的扫描方法的流程如图3所示,具体包括以下步骤:
S110、对光储系统的光伏阵列进行IV扫描时,判断逆变器运行参数是否满足预设限功率条件。
由背景技术可知,对光储系统的光伏阵列进行IV扫描,具体为:通过改变该光伏阵列的负载,得到一组IV数据,从而可以得到该光储系统的IV曲线。
其中,对该光储系统的光伏阵列进行的IV扫描,可以由逆变器中的逆变电路来执行。
其次,在对该光储系统的光伏阵列进行IV扫描的过程中,其扫描方向不固定,可以为:如图4a所示,从光伏阵列的开路状态扫描到光伏阵列的短路状态,即a→b→c→d;也可以为:如图4b所示,从光伏阵列的短路状态扫描到光伏阵列的开路状态,即d→c→b→a;还可以为:如图4c所示,从光伏阵列的最大功率点处向两侧扫描,即e→b→a,e→c→d。
上述仅为IV扫描的三种优选实施方式,在实际应用中,包括但不限于上述实施方式,比如,从光伏阵列的开路状态与短路状态之间的任意中间状态,分别向两边扫描,此处不做具体限定,可视具体情况而定,均在本申请的保护范围内。
在步骤S110中,逆变器运行参数可以表明逆变器的当前运行状态,比如其当前的运行功率或者接收功率等;而限功率条件可以理解为使逆变器进入限功率状态的预设条件,从而,判断逆变器运行参数是否满足预设限功率条件,就是判断逆变器的当前运行状态是否满足自身进入限功率状态的预设条件。
因此,若逆变器运行参数满足预设限功率条件,即逆变器进入限功率状态,则执行步骤S120;若逆变器运行参数不满足预设限功率条件,则返回执行步骤S110。
S120、控制储能单元进行充电。
在步骤S120中,通过控制储能单元进行充电,转移了光伏阵列的输出功率,从而可以避免逆变器进入限功率状态。
由上述技术方案可知,本申请提供的IV曲线的扫描方法,在对光储系统进行IV扫描后,若逆变器运行参数满足预设限功率条件,则控制储能单元充电,减少逆变器接收的光伏功率,避免该逆变器进入限功率状态,从而使得对光储系统的IV扫描可以完整进行,即可以实现光伏超配下和限功率模式下IV曲线的完整扫描。
具体而言,在步骤S120中,对于任何光储系统,比如常规光储系统或者超配光储系统,控制储能单元进行充电的目标可以为:使逆变器的逆变功率,比如其输出功率或者其逆变电路的输入功率,小于等于限功率模式指令阈值,以使逆变器的逆变功率满足限功率模式的要求。而对于超配光储系统,即光伏阵列的配置功率与逆变器交流输出的额定功率之比大于1时,控制储能单元进行充电的目标可以为:使逆变器的逆变功率,比如其输出功率或者其逆变电路的输入功率,小于等于自身的额定功率,以防止逆变器的逆变功率超过自身的额定功率而进入限功率状态。
值得说明的是,在现有技术中,也存在两种可以获取超配下和限功率模式下完整IV曲线的方式,第一种为:进行分组扫描,以降低逆变器的运行功率,从而避免逆变器对光伏阵列的输出进行限制,进而实现超配下和限功率模式下IV曲线的完整扫描。第二种为:功率互补扫描,即:从不同的功率方向开始,大小互补,以降低逆变的峰值功率,从而避免逆变器对光伏阵列的输出进行限制,进而实现超配下和限功率模式下IV曲线的完整扫描。上述两种方式仅适用于组串式逆变器,并且,第一种方式获得的电流I、电压V数据,无法保证数据的单一性,即在同一光照状态下获得。
但是,与现有技术中这两种方式相比,本申请提供的IV曲线的扫描方法不仅适用于组串式逆变器,也可以适用于集中式逆变器或者集散式逆变器,从而本申请提供的IV曲线的扫描方法的适用场景更广;并且本申请提供的IV曲线的扫描方法,还可以避免数据单一性不足的问题。
由上述实施例可知,通过在逆变器运行参数满足预设限功率条件时,控制单元进行充电,即可实现光伏超配下和限功率模式下IV曲线的完整扫描;而在实际应用中,其中的逆变器运行参数可以选取不同类型的参数,具体而言,其中的逆变器运行参数可以为电流参数、也可以为电压参数,还可以为功率参数,此处不做具体限定,可视具体情况进行选取。
一、当逆变器运行参数为功率参数时,其中的预设限功率条件为:功率参数大于预设功率阈值。
可选的,在实际应用中,功率参数可以为逆变器的逆变功率,比如其输出功率或者其逆变电路的输入功率,还可以为该光储系统中光伏阵列的输出功率,此处不做具体限定,可视具体情况进行选择。
需要说明的是,在理想状况下,光伏阵列的输出功率和后级设备的输入功率相同,但是实际应用中,考虑到光伏阵列与逆变器之间、逆变器的直流侧与交流侧之间均存在损耗,所以当选择逆变器内逆变电路的输入功率或者该逆变器的输出功率作为功率参数时,可以对步骤S110中对特征参数是否满足预设限功率条件的判断进行修正,比如可以修正预设功率条件中的预设功率阈值,或者,对检测得到的功率参数进行修正,其他可以达到相同目的的修正方式均在本申请的保护范围内,此处不做具体限定,可视具体情况而定。
另外,对于任何光储系统,比如常规光储系统或者超配光储系统,预设功率阈值可以是根据限功率模式指令阈值预先设定的,即设置其小于等于限功率模式指令阈值。而对于超配光储系统,即光伏阵列的配置功率与逆变器交流输出的额定功率之比大于1时,该预设功率阈值可以设置为小于等于限功率模式指令阈值,也可以是根据逆变器的额定功率预先设定的,使预设功率阈值不能超过逆变器的额定功率,即小于等于逆变器的额定功率;当然,还可以设置该预设功率阈值小于等于限功率模式指令阈值和逆变器的额定功率中的较小值。
当预设功率阈值介于0和逆变器的额定功率之间时,储能单元和逆变器各自转移光伏阵列的一部分输出功率;当预设功率阈值等于逆变器的额定功率时,储能单元只转移光伏阵列超出逆变器额定功率的那部分输出功率;当预设功率阈值为零时,逆变器不再转移光伏阵列的输出功率,而是由储能单元转移光伏阵列的全部输出功率;此处不做具体限定,可视具体情况而定,均在本申请的保护范围内。
需要说明的是,基于预设功率阈值小于等于逆变器的额定功率的基础上,预设功率阈值的设定方式也是多种多样的,可以为:预设功率阈值被设定为固定值,比如,预设功率阈值被设定为逆变器额定功率的90%,则储能单元只转移光伏阵列超出预设功率阈值的输出功率,即储能单元的充电功率为变化的动态值;还可以为:预设功率阈值被设定为变化值,比如,预设功率阈值被设定为:光伏阵列中各个光伏组串的输出功率总和与逆变器的一半额定功率之差,即储能单元转移光伏阵列的输出功率为固定值,比如,上述逆变器的一半额定功率;在此不做具体限定,可视具体情况而定,均在本申请的保护范围内。
不过,当功率参数为逆变器的逆变功率时,若预设功率阈值等于零,则可以由储能单元中的储能变换器对光储系统的光伏阵列进行IV扫描。
二、当逆变器运行参数为电压参数时,其中的预设限功率条件为:电压参数处于电压参数范围内。
具体而言,当电压参数为光伏阵列中各个光伏组串的输出电压时,电压参数范围为:各个光伏组串的输出功率总和大于逆变器的预设功率阈值时,各个光伏组串对应输出电压的取值范围。
例如,如图5所示,以预设功率阈值90%Pn为例,由图5所示的光伏阵列的PV曲线可知,当各个光伏组串的输出功率总和等于90%Pn时,各个光伏组串对应的输出电压有两个电压值,分别为Vmin和Vmax,因此各个光伏组串的输出功率总和大于90%Pn时,各个光伏组串对应输出电压的取值范围为:[Vmin,Vmax],也即电压参数范围为:[Vmin,Vmax]。
其中,Pn为逆变器的额定功率,Vmin和Vmax分别为光伏阵列的输出功率等于90%Pn时,各个光伏组串对应输出电压的两个取值,Vmin为其中的较小值,Vmax为为其中的较大值。
三、当逆变器运行参数为电流参数时,其中的预设限功率条件为:电流参数处于电流参数范围内。
具体而言,当电流参数为光伏阵列中各个光伏组串的输出电流时,电流参数范围为:各个光伏组串的输出功率总和大于逆变器的预设功率阈值时,各个光伏组串对应输出电流的取值范围。
需要说明的是,电流参数范围的计算过程与上述电压参数范围的计算过程相同,此处不再一一赘述,可参见上述实施例。并且,由于功率转换传输的过程中不可避免的存在损耗,所以实际应用中,在对于预设限功率条件中的电压参数范围和电流参数范围进行折算的过程中,可以结合实际应用场景将功率转换和传输的损耗考虑在内。
上述仅为逆变器运行参数的三种优选实施方式,在实际应用中,包括但不限定上述三种优选实施方式,此处不做具体限定,可视具体情况进行选择,均在本申请的保护范围内。
本申请另一实施例提供IV曲线的扫描方法的另一种实施方式,其流程如图6所示,在上述实施例的步骤S110之前,还包括以下步骤:
S210、判断储能单元的剩余存储电量是否满足对光伏阵列进行IV扫描的需求。
若储能单元的剩余存储电量满足对光伏阵列进行IV扫描的需求,则执行步骤S110;若储能单元的剩余存储电量不满足对光伏阵列进行IV扫描的需求,则先执行步骤S220,之后再执行步骤S110。
在步骤S210中,储能单元的剩余储能电量的获得过程,具体为:先通过监测储能单元的初始状态来预判当前已储存的电量,之后再根据储能单元可储存的总电量和当前已存储的电量做差,即可获得储能单元的剩余存储电量。
S220、控制储能单元放电,直到储能单元的剩余存储电量满足对光伏阵列进行IV扫描的需求。
具体而言,步骤S220中控制储能单元放电的方式可以为:提前控制逆变器并网,并控制储能单元通过逆变器向电网放电;此放电方式仅为储能单元的一种优选放电方式,在实际应用中,包括但不限于上述实施方式,比如还可以向交流侧所接负载进行放电,可视具体情况而定,均在本申请的保护范围内。
需要说明的是,由于IV扫描的时间很快,大都在1s以内,并且IV扫描的功率是变化的,大多数时间低于最大功率,所以,IV扫描过程中,储能单元实际所需的可存储电量是很小的,尤其是当预设功率阈值的取值为Pn时,储能单元实际所需的可存储电量就更小,因此,该IV曲线的扫描方法适用于配置直流储能的光储系统。
另外,实际应用中,当该IV曲线的扫描方法应用于单级式逆变器所在系统时,其流程如图7所示,在上述实施例的步骤S110中对光伏阵列进行IV扫描时,还包括以下步骤:
S310、判断直流母线的电压是否低于并网电压要求的下限值。
若直流母线的电压低于并网电压要求的下限值,则先执行步骤S320,之后再返回执行步骤S110;若逆变器的输入电压大于等于并网电压要求的下限值,则执行步骤S110。
S320、控制逆变器停止并网和IV扫描,并控制储能单元中的储能变换器继续对光储系统的光伏阵列进行IV扫描。
需要说明的是,设置步骤S310和步骤S320是考虑到:在IV扫描过程中,由于单级式逆变器没有Boost电路,如果光伏阵列的输入电压过低、低于逆变器的并网电压要求的下限值,则逆变器会脱网,从而IV扫描会被迫中断。而设置步骤S310和步骤S320后,使得对光伏阵列的IV扫描不会停止,从而可以获得完整的IV曲线。
另外实际应用中,除上述情况外,在逆变器不进入限功率状态时,也可以由储能单元的储能变换器控制对光伏阵列的IV扫描,从而逆变器不一定需要并网,可视具体情况而定,均在本申请的保护范围内。
本申请另一实施例提供一种光储系统,其内部结构如图8所示,具体包括:光伏阵列10、储能单元20、逆变器30和控制器40。
在该光储系统中,光伏阵列10与逆变器30的直流侧相连,逆变器30的交流侧与电网50相连,储能单元20耦合于逆变器的直流母线处;控制器40分别与储能单元20和逆变器30相连,用于执行上述任一实施例提供的IV曲线的扫描方法。
具体而言,储能单元20的内部结构如图8-图10所示,具体包括:电池系统22和储能变换器21,其中,电池系统22通过储能变换器21与逆变器30中的直流母线相连。
可选的,逆变器30可以为集中式逆变器,如图9所示,其主电路中仅包括逆变电路31。逆变器30也可以为组串式逆变器,如图10所示,其主电路中包括逆变电路31和至少一个升压电路32(图10中仅示例性展示了一路),其中,升压电路32的一侧作为逆变器30的直流侧一组端口,升压电路32的另一侧通过直流母线与逆变电路31的直流侧相连,逆变电路31的交流侧作为逆变器30的交流侧。逆变器30还可以是集散式逆变器,其主电路中的逆变电路前级还设置有至少一个MPPT控制器,用于实现MPPT最大功率点的跟踪,未进行图示。
上述为逆变器的三种实施方式,在实际应用中,包括但不限于上述实施方式,在此不作具体限定,可视具体情况而定,均在本申请保护范围内。
可选的,在实际应用中,逆变器30、控制器40和储能变换器21还可以集成为光储一体机,如图11所示:其中的DC/AC可以实现逆变器30中的逆变功能,Boost可以实现前级的升压变换功能,DC/DC可以实现电池(即前文的电池系统22)与直流母线之间的双向变换,即前文储能变换器21的功能,其控制器能够实现对于三者的控制,进而使得光储系统的成本、所占体积以及安装成本均相对降低。
另外,控制器40可以为独立设置的光储系统的系统控制器;也可以集成于逆变器30或者储能变换器21内部;还可以用逆变器30的内部控制器和/或储能变换器21的内部控制器来集成自身的功能,即实现共用。
上述仅为控制器40的三种实施方式,在实际应用中,包括但不限于上述实施方式,可视具体情况而定,均在本申请的保护范围内。
值得说明的是,该光储系统可以是常规光储系统,在限功率模式下进行IV扫描时,应用上述任一实施例提供的IV曲线的扫描方法;也可以是超配光储系统,即其光伏阵列的配置功率P与系统中逆变器交流输出的额定功率Pn之比大于1,比如P:Pn=1.3:1,应用上述任一实施例提供的IV曲线的扫描方法,此处不再赘述。
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。