CN112636383B - 一种风光一体化大功率并网系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的风光一体化大功率并网系统及其控制方法，其光伏阵列通过第二直流开关，与直流母线上第一直流开关后级的m个网侧模组相连；即光伏阵列与风力发电机组共用该m个网侧模组进行逆变滤波，以减小系统的成本，提高整个系统的可利用小时数。并且，其系统控制器能够根据风光一体化大功率并网系统的风况状态和辐照状态，确定n个与直流母线直接相连的网侧模组和/或另外m个通过第一直流开关与直流母线相连的网侧模组是否投入运行；因此，当风况及光照均不好的情况下，可以仅通过这两种网侧模组中一种网侧模组的运行来实现系统并网发电，而另外一种网侧模组并不投入运行，进而减少了该情况下网侧模组的运行数量，减小损耗，提高系统效率。

Description

一种风光一体化大功率并网系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及风光一体化技术领域，特别涉及一种风光一体化大功率并网系统及其控制方法。

背景技术

目前风机变流器的功率越来越大，很多单机组功率已达到4MW甚至更高，因受技术发展路线的限制以及器件应力的限制，现有的风力发电并网系统一般采用内部模组并联的方案，如图1所示，一般而言全功率机组中网侧变流器与机侧变流器内的并联模组数量相等。其机侧变流器内的模组包括相应的滤波器和AC/DC变换电路，其网侧变流器内的模组包括相应的滤波器和DC/AC变换电路。网侧变流器的各个输出端并联，并通过并网开关和变压器接入电网的输电线。

然而实际应用情况下，风场中的风况并不能保证时刻满足并网要求，同时为了充分利用现场土地资源，考虑采用风光互补输出技术，即采用一定容量的光伏发电并网系统来对其进行输出电能的补充。目前常用的风光互补输出拓扑如图2a所示，由图2a可以发现，其光伏发电支路和风力发电支路在集电站实现并联，而在集电站之前，两个发电支路则是相互独立的，整个系统的成本相对较高。

为了降低成本，现有技术中还存在另外一种方案，如图2b所示，其光伏和风能发电系统共用网侧变流器，使得风光互补在成本上的优势能够进一步发挥出来。但是，当风况及光照均不好的情况下，系统并网发电的损耗高、效率低。

发明内容

本发明提供一种风光一体化大功率并网系统及其控制方法，以解决现有技术在风况及光照均不好的情况下系统并网发电所导致的损耗高和效率低的问题。

为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：

本发明第一方面提供了一种风光一体化大功率并网系统，包括：风力发电机组、机侧变流器、网侧变流器、光伏阵列、第一直流开关、第二直流开关及系统控制器；其中：

所述机侧变流器包括多个机侧模组，所述网侧变流器包括m+n个网侧模组；m和n均为正整数；

各个机侧模组的交流侧并联至所述风力发电机组的输出端；

各个机侧模组的直流侧并联于直流母线；

全部网侧模组中的n个网侧模组的直流侧并联于所述直流母线；

全部网侧模组中的另外m个网侧模组的直流侧，均通过所述第一直流开关连接所述直流母线，并均通过所述第二直流开关连接所述光伏阵列的输出端；

所述系统控制器分别与各个机侧模组、各个网侧模组、所述第一直流开关及所述第二直流开关的控制端相连，用于根据所述风光一体化大功率并网系统的风况状态和辐照状态，确定n个与所述直流母线直接相连的网侧模组和/或另外m个通过第一直流开关与所述直流母线相连的网侧模组是否投入运行。

优选的，所述机侧模组的个数为m+n。

优选的，m的取值与所述光伏阵列的容量满足预设关系。

优选的，还包括：

设置于所述光伏阵列的输出端与所述第二直流开关之间的升压电路。

优选的，还包括：并网开关及并网变压器；

全部网侧模组的交流侧并联，并通过所述并网开关连接所述并网变压器的低压侧；

所述并网变压器的高压侧连接电网；

所述并网开关的控制端与所述系统控制器相连。

优选的，所述机侧模组包括：第一滤波器和AC/DC变换电路；

所述第一滤波器的输入端为所述机侧模组的交流侧；

所述第一滤波器的输出端与所述AC/DC变换电路的交流侧相连；

所述AC/DC变换电路的直流侧为所述机侧模组的直流侧；

所述AC/DC变换电路的控制端为所述机侧模组的控制端。

优选的，所述网侧模组包括：第二滤波器和DC/AC变换电路；

所述DC/AC变换电路的直流侧为所述网侧模组的直流侧；

所述DC/AC变换电路的交流侧与所述第二滤波器的输入端相连；

所述第二滤波器的输出端为所述网侧模组的交流侧；

所述DC/AC变换电路的控制端为所述网侧模组的控制端。

本发明第二方面还提供了一种风光一体化大功率并网系统的控制方法，应用于风光一体化大功率并网系统的系统控制器，所述风光一体化大功率并网系统为如上述任一所述的风光一体化大功率并网系统；所述风光一体化大功率并网系统的控制方法包括：

确定所述风光一体化大功率并网系统的风况状态和辐照状态；

根据所述风况状态和所述辐照状态，确定所述风光一体化大功率并网系统内第一直流开关和第二直流开关的开关状态、n个与所述直流母线直接相连的网侧模组的第一工作模式以及另外m个通过第一直流开关与所述直流母线相连的网侧模组的第二工作模式；

根据所述开关状态、所述第一工作模式以及所述第二工作模式，分别下发对应的控制信号至所述风光一体化大功率并网系统内各个机侧模组、各个网侧模组、所述第一直流开关及所述第二直流开关的控制端，使所述风光一体化大功率并网系统进入相应的工作状态。

优选的，若所述风况状态不满足第一部分并网功率要求但满足风电最小并网功率要求、所述辐照状态不满足光伏最小并网功率要求，则所述第一工作模式为正常运行且所述第二工作模式为待机；

若所述风况状态不满足所述风电最小并网功率要求、所述辐照状态不满足第二部分并网功率要求但满足所述光伏最小并网功率要求，则所述第一工作模式为正常运行待机且所述第二工作模式为正常运行；

若所述风况状态不满足所述风电最小并网功率要求、所述辐照状态不满足所述光伏最小并网功率要求，则所述第一工作模式和所述第二工作模式同时为待机；

其余情况下，所述第一工作模式和所述第二工作模式同时为正常运行。

优选的，若所述风况状态满足满功率要求，则所述开关状态为所述第一直流开关闭合、所述第二直流开关断开；

若所述风况状态不满足满功率要求、所述辐照状态不满足光伏最小并网功率要求，则所述开关状态中所述第二直流开关的状态为断开；

若所述风况状态不满足满功率要求、所述辐照状态满足光伏最小并网功率要求，则所述开关状态中所述第二直流开关的状态为闭合；

若所述风况状态不满足所述满功率要求但满足第一部分并网功率要求，则所述开关状态中所述第一直流开关的状态为闭合；

若所述风况状态不满足第一部分并网功率要求、所述辐照状态满足第二部分并网功率要求，则所述开关状态中所述第一直流开关的状态为闭合；

若所述风况状态不满足第一部分并网功率要求、所述辐照状态不满足第二部分并网功率要求，则所述开关状态中所述第一直流开关的状态为断开。

优选的，若所述风况状态不满足风电最小并网功率要求，则所述风光一体化大功率并网系统将进入的工作状态中，所述风力发电机组的状态为不并网发电；其余情况下，所述风力发电机组的状态均为并网发电；

若所述风况状态满足满功率要求，或者，若所述辐照状态不满足光伏最小并网功率要求，则所述风光一体化大功率并网系统将进入的工作状态中，所述光伏阵列的状态为不并网发电；其余情况下，所述光伏阵列的状态均为并网发电。

优选的，根据所述风况状态和所述辐照状态，确定所述风光一体化大功率并网系统内第一直流开关和第二直流开关的开关状态、n个与所述直流母线直接相连的网侧模组的第一工作模式以及另外m个通过第一直流开关与所述直流母线相连的网侧模组的第二工作模式，包括：

判断所述风况状态是否满足所述满功率要求；

若所述风况状态满足所述满功率要求，则确定所述开关状态为所述第一直流开关闭合、所述第二直流开关断开，所述第一工作模式和所述第二工作模式同时为正常运行；

若所述风况状态不满足所述满功率要求，则判断所述风况状态是否满足所述第一部分并网功率要求；

若所述风况状态满足所述第一部分并网功率要求，则判断所述辐照状态是否满足所述光伏最小并网功率要求；

若所述辐照状态满足所述光伏最小并网功率要求，则确定所述开关状态为所述第一直流开关和所述第二直流开关均闭合，所述第一工作模式和所述第二工作模式同时为正常运行；

若所述辐照状态不满足所述光伏最小并网功率要求，则确定所述开关状态为所述第一直流开关闭合、所述第二直流开关断开，所述第一工作模式和所述第二工作模式同时为正常运行；

若所述风况状态不满足所述第一部分并网功率要求，则判断所述风况状态是否满足所述风电最小并网功率要求；

若所述风况状态满足所述风电最小并网功率要求，则判断所述辐照状态是否满足所述第二部分并网功率要求；

若所述辐照状态满足所述第二部分并网功率要求，则确定所述开关状态为所述第一直流开关和所述第二直流开关均闭合，所述第一工作模式和所述第二工作模式同时为正常运行；

若所述辐照状态不满足所述第二部分并网功率要求，则判断所述辐照状态是否满足所述光伏最小并网功率要求；

若所述辐照状态满足所述光伏最小并网功率要求，则确定所述开关状态为所述第一直流开关断开、所述第二直流开关闭合，所述第一工作模式和所述第二工作模式同时为正常运行；

若所述辐照状态不满足所述光伏最小并网功率要求，则确定所述开关状态为所述第一直流开关和所述第二直流开关均断开，所述第一工作模式为正常运行且所述第二工作模式为待机；

若所述风况状态不满足所述风电最小并网功率要求，则判断所述辐照状态是否满足所述第二部分并网功率要求；

若所述辐照状态满足所述第二部分并网功率要求，则确定所述开关状态为所述第一直流开关和所述第二直流开关均闭合，所述第一工作模式和所述第二工作模式同时为正常运行；

若所述辐照状态不满足所述第二部分并网功率要求，则判断所述辐照状态是否满足所述光伏最小并网功率要求；

若所述辐照状态满足所述光伏最小并网功率要求，则确定所述开关状态为所述第一直流开关断开、所述第二直流开关闭合，所述第一工作模式为正常运行待机且所述第二工作模式为正常运行；

若所述辐照状态不满足所述光伏最小并网功率要求，则确定所述开关状态为所述第一直流开关和所述第二直流开关均断开，所述第一工作模式和所述第二工作模式同时为待机。

优选的，所述满功率要求为P1≥Po，所述第一部分并网功率要求为P1≥n×Pn，所述风电最小并网功率要求为P1≥Pa；

所述第二部分并网功率要求为P2≥m×Pm，所述光伏最小并网功率要求为P2≥Pb；

其中，P1为根据所述风况状态计算得到的所述风力发电机组的可输出功率，P2为根据所述辐照状态计算得到的所述光伏阵列的可输出功率，Pa为所述风力发电机组的最小并网功率，Pb为所述光伏阵列的最小并网功率，Pn是n个与所述直流母线直接相连的网侧模组各自的功率等级，Pm是另外m个通过第一直流开关与所述直流母线相连的网侧模组各自的功率等级，Po是所述网侧变流器的可输出功率，且，Po＝n×Pn+m×Pm。

优选的，若所述光伏阵列与所述第二直流开关之间设置有升压电路，则：

在下发对应的控制信号至所述第二直流开关的控制端，使所述第二直流开关的状态为闭合的同时，还包括：下发对应的控制信号至所述升压电路的控制端，使所述升压电路处于运行状态；

在下发对应的控制信号至所述第二直流开关的控制端，使所述第二直流开关的状态为断开的同时，还包括：下发对应的控制信号至所述升压电路的控制端，使所述升压电路处于待机状态。

优选的，在任一步骤前后，还包括：

根据接收到的光伏组件检修指令，下发对应的控制信号至所述第二直流开关的控制端，使所述第二直流开关的状态为断开。

本发明提供的风光一体化大功率并网系统，其光伏阵列通过第二直流开关，与直流母线上第一直流开关后级的m个网侧模组相连；即光伏阵列通过该m个网侧模组进行电能输出，使得风力发电机组除了单独应用的n个网侧模组以外，还与光伏阵列共用该m个网侧模组进行电能输出。并且，其系统控制器能够根据所述风光一体化大功率并网系统的风况状态和辐照状态，确定n个与所述直流母线直接相连的网侧模组和/或另外m个通过第一直流开关与所述直流母线相连的网侧模组是否投入运行；因此，当风况及光照均不好的情况下，可以仅通过这两种网侧模组中一种网侧模组的运行来实现系统并网发电，而另外一种网侧模组并不投入运行，进而减少了该情况下网侧模组的运行数量，减小损耗，提高系统效率。

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是现有技术提供的风力发电并网系统的结构示意图；

图2a和图2b是现有技术提供的风光一体化大功率并网系统的结构示意图；

图3是本发明申请实施例提供的风光一体化大功率并网系统的一种结构示意图；

图4是本发明申请实施例提供的风光一体化大功率并网系统的另一种结构示意图；

图5是本发明申请实施例提供的风光一体化大功率并网系统的流程图；

图6是本发明申请实施例提供的风光一体化大功率并网系统的部分流程图。

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。

本发明提供一种风光一体化大功率并网系统，以解决现有技术在风况及光照均不好的情况下系统并网发电所导致的损耗高和效率低的问题。

请参见图3，该风光一体化大功率并网系统包括：风力发电机组(图中以M进行展示)、机侧变流器、网侧变流器、光伏阵列、第一直流开关Q1、第二直流开关Q2及系统控制器(图中未示出)；其中：

机侧变流器包括多个机侧模组(如图3和图4中的M-1至M-k)；各个机侧模组的交流侧并联至风力发电机组的输出端；各个机侧模组的直流侧并联于直流母线。

网侧变流器包括m+n个网侧模组；m和n均为正整数；其中的n个网侧模组(如图3和图4中的G1-1至G1-n)，其直流侧并联于直流母线；另外m个网侧模组(如图3和图4中的G2-1至G2-m)的直流侧，均通过第一直流开关Q1连接直流母线，并均通过第二直流开关Q2连接光伏阵列的输出端。

实际应用中，光伏阵列可以由多个光伏组串串并联实现，以使该光伏阵列的输出电压可以达到直流母线的电压，无需设置额外的升压环节，能够节约系统成本。或者，光伏阵列也可以不必设置成能够达到直流母线的电压的形式，而是多个光伏组串通过合适的串并联之后，再在光伏阵列的输出端与第二直流开关Q2之间，增设升压电路，以将光伏阵列的输出电压变换至直流母线的电压，如图4所示。根据具体的应用环境，该光伏阵列可以通过多个升压电路并联于第二直流开关Q2的左侧，又或者还可以通过汇流柜汇流之后再输出至同一个升压电路。实际应用中，该升压电路的高压侧还设置有相应的支撑电容，与现有技术相同，此处不再赘述。该光伏阵列内部的结构及其与第二直流开关Q2之间的连接形式，视其具体应用环境而定即可，此处不做限定，均在本申请的保护范围内。

其中，机侧模组包括：第一滤波器和AC/DC变换电路；第一滤波器的输入端为机侧模组的交流侧；第一滤波器的输出端与AC/DC变换电路的交流侧相连；AC/DC变换电路的直流侧为机侧模组的直流侧；AC/DC变换电路的控制端为机侧模组的控制端。

网侧模组包括：第二滤波器和DC/AC变换电路；DC/AC变换电路的直流侧为网侧模组的直流侧；DC/AC变换电路的交流侧与第二滤波器的输入端相连；第二滤波器的输出端为网侧模组的交流侧；DC/AC变换电路的控制端为网侧模组的控制端。

实际应用中，每个变换电路的直流侧均设置有相应的支撑电容，与现有技术相同，此处不再赘述。

另外，如图3和图4所示，该风光一体化大功率并网系统还包括：并网开关及并网变压器；全部网侧模组的交流侧并联，并通过该并网开关连接并网变压器的低压侧；并网变压器的高压侧连接电网。当该风光一体化大功率并网系统处于工作状态时，系统控制器将控制该并网开关处于闭合状态。

本实施例提供的该风光一体化大功率并网系统，其光伏阵列通过第二直流开关Q2，与直流母线上第一直流开关Q1后级的m个网侧模组(如图3和图4中的G2-1至G2-m)相连；即光伏阵列通过该m个网侧模组进行电能输出，使得风力发电机组除了单独应用的n个网侧模组以外，还与光伏阵列共用该m个网侧模组进行电能输出；因此，光伏阵列无需配备单独的输出支路，整个风光一体化大功率并网系统的变流器部分，仅需要传统风力发电并网系统中的风机变流器即可，相比现有技术中光伏阵列独立输出的风光互补方案而言，避免了光伏阵列独立输出的成本。

值得说明的是，一般系统所在风场每年均会有较长的枯风期，光伏阵列在夜间也无法发电，在风况及光照均不好的情况下，并不需要所有网侧变流器组均投入工作，否则系统的效率、器件的寿命均不能达到最优。特别地，对于风光互补的场合，根据风机周围的环境安装光伏组件，相对来说可安装的光伏系统功率较小，在枯风期，只能通过光伏组件进行发电，需要的网侧变流器容量也低，不需要所有的网侧变流器工作。

因此，本实施例提供的该风光一体化大功率并网系统，其系统控制器根据风光一体化大功率并网系统的风况状态和辐照状态，确定n个与直流母线直接相连的网侧模组和/或另外m个通过第一直流开关与直流母线相连的网侧模组是否投入运行；再通过分别输出相应的控制信号至各个机侧模组、各个网侧模组、第一直流开关Q1、第二直流开关Q2及并网开关的控制端，来实现对于各个控制端的控制，进而控制该风光一体化大功率并网系统中投入运行的网侧模组的数量，使该风光一体化大功率并网系统进入相应的工作状态。比如，当该风况状态表征风况较小、无需启动全部网侧模组且辐照状态表征光照不足以进行发电时，该系统控制器将控制该第一直流开关Q1和第二直流开关Q2均断开、全部机侧模组(如图3和图4中的M-1至M-k)和n个与风光一体化大功率并网系统的直流母线直接相连的网侧模组(如图3和图4中的G1-1至G1-n)均处于运行状态，而另外m个网侧模组(如图3和图4中的G2-1至G2-m)处于待机状态；当风况状态表征风况不足以进行发电且辐照状态表征光照适于发电时，则控制第一直流开关Q1断开、第二直流开关Q2闭合、全部机侧模组(如图3和图4中的M-1至M-k)和n个与风光一体化大功率并网系统的直流母线直接相连的网侧模组(如图3和图4中的G1-1至G1-n)均处于待机状态，而另外m个网侧模组(如图3和图4中的G2-1至G2-m)处于运行状态。上述两种情况下的待机损耗只有该系统控制器中较少的能量，能够实现网侧模组的效率最大化，整个系统的效率可以达到最优，同时也能降低对于各网侧模组内器件寿命的影响。

另外，若风况状态表征风况能够实现满发，则控制第一直流开关Q1闭合、第二直流开关Q2断开、全部机侧模组和全部网侧模组均处于运行状态，整个系统与单独的风力发电并网系统无异；而若风况状态表征风况不能实现满发且辐照状态表征光照足以进行发电，则控制第一直流开关Q1和第二直流开关Q2均闭合、全部机侧模组和全部网侧模组均处于运行状态，以使该风光一体化大功率并网系统能够实现最大功率发电。而且，当需要对光伏组件进行检修时，可以通过系统控制器控制第二直流开关Q2断开，不会影响风电机组并网发电。

通过上述控制可知，本实施例提供的该风光一体化大功率并网系统，能够根据风况及光照情况，进行网侧模组的连接及投切控制，合理减小待机损耗，提高整个系统的发电效率，同时提高整个发电系统的可利用小时数。

实际应用中，网侧变流器的容量按照整个风力发电机组来设计，机侧变流器内机侧模组的个数与网侧模组的个数相同，即k＝m+n；因此整个变流器部分主体上与正常的风机变流器配置基本全部一致，只是额外增加了一个第一直流开关Q1。并且，可以根据现场环境能满足的光伏系统容量，来选择图3中m的值，即m的取值与光伏阵列的容量满足预设关系；而其余的n个网侧模组仍然直接与各个机侧模组互连。根据光伏系统容量的大小来选择投切用直流开关的位置及共用网侧模组的容量，使该风光一体化大功率并网系统的应用范围更广，适应性更强。

本发明另一实施例还提供了一种风光一体化大功率并网系统的控制方法，应用于风光一体化大功率并网系统的系统控制器，该风光一体化大功率并网系统为如上述实施例所述的风光一体化大功率并网系统，其结构及原理参见上述实施例即可，此处不再赘述。

如图5所示，该风光一体化大功率并网系统的控制方法包括：

S101、确定风光一体化大功率并网系统的风况状态和辐照状态。

该风况状态和辐照状态，可以均是实时数据，也可以均是预测数据，此处不做限定，视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

S102、根据风况状态和辐照状态，确定风光一体化大功率并网系统内第一直流开关和第二直流开关的开关状态、n个与直流母线直接相连的网侧模组的第一工作模式以及另外m个通过第一直流开关与直流母线相连的网侧模组的第二工作模式。

S103、根据开关状态、第一工作模式以及第二工作模式，分别下发对应的控制信号至风光一体化大功率并网系统内各个机侧模组、各个网侧模组、第一直流开关及第二直流开关的控制端，使风光一体化大功率并网系统进入相应的工作状态。

实际应用中，可以先根据风况状态计算得到风力发电机组的可输出功率P1，并根据辐照状态计算得到光伏阵列的可输出功率P2；然后根据这两个可输出功率的具体情况，确定开关状态、第一工作模式以及第二工作模式；再输出各种相应的控制信号，使系统中的两个直流开关、各个机侧模组及各个网侧模组分别执行相应的动作，进而使该风光一体化大功率并网系统进入其应当进入的工作状态。

具体的，假如图3或图4所示风光一体化大功率并网系统中，风力发电机组的最小并网功率为Pa，光伏阵列的最小并网功率为Pb，n个与直流母线直接相连的网侧模组(如图3和图4中的G1-1至G1-n)各自的功率等级为Pn，另外m个通过第一直流开关Q1与直流母线相连的网侧模组(如图3和图4中的G2-1至G2-m)各自的功率等级为Pm，网侧变流器的可输出功率为Po，且，Po＝n×Pn+m×Pm，则有：

当P1<Pa时，即风况状态不满足风电最小并网功率要求，说明该情况下的风况较差、不足以进行风力发电；当Pa≤P1≤n×Pn时，即风况状态满足风电最小并网功率要求、但不满足第一部分并网功率要求，说明该情况下的风况可以进行风力发电但是发电量较少、无需启动全部网侧模组；当P1≥n×Pn时，即风况状态满足第一部分并网功率要求，说明该情况下的风况较好，可以启动全部网侧模组；当P1≥Po时，即风况状态满足满功率要求，说明该情况下的风况产生的发电量足以实现满发、无需光伏出力。

当P2<Pb时，即辐照状态不满足光伏最小并网功率要求，说明该情况下的辐照度低、不足以进行发电；当P2<m×Pm时，即辐照状态满足光伏最小并网功率要求、但不满足第二部分并网功率要求，说明该情况下的辐照度可以进行光伏发电、但发电量较少；当P2≥m×Pm时，即辐照状态满足第二部分并网功率要求，说明该情况下进行光伏发电产生的发电量较多。

对于上述P1和P2不同情况下的结合，上述两个工作模式的具体情况分为：

(1)若风况状态不满足第一部分并网功率要求但满足风电最小并网功率要求、辐照状态不满足光伏最小并网功率要求，则第一工作模式为正常运行且第二工作模式为待机。

(2)若风况状态不满足风电最小并网功率要求、辐照状态不满足第二部分并网功率要求但满足光伏最小并网功率要求，则第一工作模式为正常运行待机且第二工作模式为正常运行。

(3)若风况状态不满足风电最小并网功率要求、辐照状态不满足光伏最小并网功率要求，则第一工作模式和第二工作模式同时为待机。

(4)其余情况下，第一工作模式和第二工作模式同时为正常运行。

对于上述P1和P2不同情况下的结合，上述开关状态的具体情况分为：

(1)若风况状态满足满功率要求，则开关状态为第一直流开关Q1闭合、第二直流开关Q2断开。

(2)若风况状态不满足满功率要求、辐照状态不满足光伏最小并网功率要求，则开关状态中第二直流开关Q2的状态为断开。

(3)若风况状态不满足满功率要求、辐照状态满足光伏最小并网功率要求，则开关状态中第二直流开关Q2的状态为闭合。

(4)若风况状态不满足满功率要求但满足第一部分并网功率要求，则开关状态中第一直流开关Q1的状态为闭合。

(5)若风况状态不满足第一部分并网功率要求、辐照状态满足第二部分并网功率要求，则开关状态中第一直流开关Q1的状态为闭合。

(6)若风况状态不满足第一部分并网功率要求、辐照状态不满足第二部分并网功率要求，则开关状态中第一直流开关Q1的状态为断开。

对于上述P1和P2不同情况下的结合，该风光一体化大功率并网系统将进入工作状态的具体情况分为：

(1)若风况状态不满足风电最小并网功率要求，则该风光一体化大功率并网系统将进入的工作状态中，风力发电机组的状态为不并网发电；其余情况下，风力发电机组的状态均为并网发电。

(2)若风况状态满足满功率要求，或者，若辐照状态不满足光伏最小并网功率要求，则该风光一体化大功率并网系统将进入的工作状态中，光伏阵列的状态为不并网发电；其余情况下，光伏阵列的状态均为并网发电。

结合上述各个具体情况，可以得到该风光一体化大功率并网系统所可能产生的全部情况有：

(1)若风况状态满足满功率要求，则无论辐照状态如何，都将得到相同的确定信息：开关状态为第一直流开关Q1闭合、第二直流开关Q2断开，第一工作模式和第二工作模式同时为正常运行、网侧变流器中网侧模组的运行数量为m+n，风光一体化大功率并网系统将进入的工作状态为风力发电机组并网发电且光伏阵列不并网发电。

(2)若风况状态不满足满功率要求但满足第一部分并网功率要求、辐照状态不满足光伏最小并网功率要求，则得到的确定信息与上述(1)情况相同：开关状态为第一直流开关Q1闭合、第二直流开关Q2断开，第一工作模式和第二工作模式同时为正常运行、网侧变流器中网侧模组的运行数量为m+n，风光一体化大功率并网系统将进入的工作状态为风力发电机组并网发电且光伏阵列不并网发电。

(3)若风况状态不满足满功率要求但满足第一部分并网功率要求、辐照状态满足光伏最小并网功率要求，则得到的确定信息为：开关状态为第一直流开关Q1和第二直流开关Q2均闭合，第一工作模式和第二工作模式同时为正常运行、网侧变流器中网侧模组的运行数量为m+n，风光一体化大功率并网系统将进入的工作状态为风力发电机组和光伏阵列均并网发电。

(4)若风况状态不满足第一部分并网功率要求但满足风电最小并网功率要求、辐照状态满足第二部分并网功率要求，则得到的确定信息与上述(3)情况相同：开关状态为第一直流开关Q1和第二直流开关Q2均闭合，第一工作模式和第二工作模式同时为正常运行、网侧变流器中网侧模组的运行数量为m+n，风光一体化大功率并网系统将进入的工作状态为风力发电机组和光伏阵列均并网发电。

(5)若风况状态不满足第一部分并网功率要求但满足风电最小并网功率要求、辐照状态不满足第二部分并网功率要求但满足光伏最小并网功率要求，则得到的确定信息为：开关状态为第一直流开关Q1断开、第二直流开关Q2闭合，第一工作模式和第二工作模式同时为正常运行、网侧变流器中网侧模组的运行数量为m+n，风光一体化大功率并网系统将进入的工作状态为风力发电机组和光伏阵列均并网发电。

(6)若风况状态不满足第一部分并网功率要求但满足风电最小并网功率要求、辐照状态不满足光伏最小并网功率要求，则得到的确定信息为：开关状态为第一直流开关Q1和第二直流开关Q2均断开，第一工作模式为正常运行且第二工作模式为待机、网侧变流器中网侧模组的运行数量为n，风光一体化大功率并网系统将进入的工作状态为风力发电机组并网发电以及光伏阵列不并网发电。

(7)若风况状态不满足风电最小并网功率要求、辐照状态满足第二部分并网功率要求，则得到的确定信息为：开关状态为第一直流开关Q1和第二直流开关Q2均闭合，第一工作模式和第二工作模式同时为正常运行、网侧变流器中网侧模组的运行数量为m+n，风光一体化大功率并网系统将进入的工作状态为风力发电机组不并网发电以及光伏阵列并网发电。

(8)若风况状态不满足风电最小并网功率要求、辐照状态不满足第二部分并网功率要求但满足光伏最小并网功率要求，则得到的确定信息为：开关状态为第一直流开关Q1断开、第二直流开关Q2闭合，第一工作模式为正常运行待机且第二工作模式为正常运行、网侧变流器中网侧模组的运行数量为m，风光一体化大功率并网系统将进入的工作状态为风力发电机组不并网发电以及光伏阵列并网发电。

(9)若风况状态不满足风电最小并网功率要求、辐照状态不满足光伏最小并网功率要求，则得到的确定信息为：开关状态为第一直流开关Q1和第二直流开关Q2均断开，第一工作模式和第二工作模式同时为待机、网侧变流器中网侧模组的运行数量为0，风光一体化大功率并网系统将进入的工作状态为风力发电机组和光伏阵列均不并网发电。

实际应用中，可以分别对风况状态和辐照状态进行比较判断，得到判断结果后即可通过输出相应的控制信号控制系统进入对应状态；或者，也可以以风况状态为优先进行逐步判断，此时，参见图6，步骤S102具体包括：

S201、判断风况状态是否满足满功率要求。

若风况状态满足满功率要求，则执行步骤S202、确定开关状态为第一直流开关闭合、第二直流开关断开，第一工作模式和第二工作模式同时为正常运行，即全部机侧模组和全部网侧模组均正常运行。此时风光一体化大功率并网系统中，仅风力发电机组并网发电，光伏阵列不并网发电。

若风况状态不满足满功率要求，则执行步骤S203。

S203、判断风况状态是否满足第一部分并网功率要求。

若风况状态满足第一部分并网功率要求，则执行步骤S204。若风况状态不满足第一部分并网功率要求，则执行步骤S207。

S204、判断辐照状态是否满足光伏最小并网功率要求。

若辐照状态满足光伏最小并网功率要求，则执行步骤S205、确定开关状态为第一直流开关和第二直流开关均闭合，第一工作模式和第二工作模式同时为正常运行，即全部机侧模组和全部网侧模组均正常运行。此时系统中，风力发电机组和光伏阵列共同并网发电。

若辐照状态不满足光伏最小并网功率要求，则执行步骤S206、确定开关状态为第一直流开关闭合、第二直流开关断开，第一工作模式和第二工作模式同时为正常运行，即全部机侧模组和全部网侧模组均正常运行。此时系统中仅风力发电机组并网发电，光伏阵列不并网发电。

S207、判断风况状态是否满足风电最小并网功率要求。

若风况状态满足风电最小并网功率要求，则执行步骤S208。若风况状态不满足风电最小并网功率要求，则执行步骤S213。

S208、判断辐照状态是否满足第二部分并网功率要求。

若辐照状态满足第二部分并网功率要求，则执行步骤S209、确定开关状态为第一直流开关和第二直流开关均闭合，第一工作模式和第二工作模式同时为正常运行，即全部机侧模组和全部网侧模组均正常运行。此时系统中，风力发电机组和光伏阵列共同并网发电。

若辐照状态不满足第二部分并网功率要求，则执行步骤S210。

S210、判断辐照状态是否满足光伏最小并网功率要求。

若辐照状态满足光伏最小并网功率要求，则执行步骤S211、确定开关状态为第一直流开关断开、第二直流开关闭合，第一工作模式和第二工作模式同时为正常运行，即全部机侧模组和全部网侧模组均正常运行。此时系统中，风力发电机组和光伏阵列共同并网发电。

若辐照状态不满足光伏最小并网功率要求，则执行步骤S212、确定开关状态为第一直流开关和第二直流开关均断开，第一工作模式为正常运行且第二工作模式为待机，即全部机侧模组和n个与风光一体化大功率并网系统的直流母线直接相连的网侧模组均正常运行、另外m个网侧模组待机。此时系统中仅风力发电机组并网发电，光伏阵列不并网发电。

S213、判断辐照状态是否满足第二部分并网功率要求。

若辐照状态满足第二部分并网功率要求，则执行步骤S214、确定开关状态为第一直流开关和第二直流开关均闭合，第一工作模式和第二工作模式同时为正常运行，即全部机侧模组和全部网侧模组均正常运行。此时系统中仅光伏阵列并网发电，风力发电机组不并网发电。

若辐照状态不满足第二部分并网功率要求，则执行步骤S215。

S215、判断辐照状态是否满足光伏最小并网功率要求。

若辐照状态满足光伏最小并网功率要求，则执行步骤S216、确定开关状态为第一直流开关断开、第二直流开关闭合，第一工作模式为待机且所述第二工作模式为正常运行，即全部机侧模组和n个与直流母线直接相连的网侧模组均待机、另外m个网侧模组正常运行。此时系统中仅光伏阵列并网发电，风力发电机组不并网发电。

若辐照状态不满足光伏最小并网功率要求，则执行步骤S217、确定开关状态为第一直流开关和第二直流开关均断开，第一工作模式和第二工作模式同时为待机，即全部机侧模组和全部网侧模组均待机。此时系统中，光伏阵列和风力发电机组均不并网发电。

步骤S102的具体判断顺序并不仅限于上述形式，此处仅为一种示例，通过对于直流开关的投切控制实现对于系统运行控制的方案均在本申请的保护范围内。

可选的，若光伏阵列与第二直流开关Q2之间设置有升压电路(如图4所示)，则步骤S103中还包括：

在下发对应的控制信号至第二直流开关的控制端，使第二直流开关的状态为闭合的同时需要执行的：下发对应的控制信号至升压电路的控制端，使升压电路处于运行状态；以及，

在下发对应的控制信号至第二直流开关的控制端，使第二直流开关的状态为断开的同时需要执行的：下发对应的控制信号至升压电路的控制端，使升压电路处于待机状态。

实际应用中，在上述任一步骤前后，还包括：

根据接收到的光伏组件检修指令，下发对应的控制信号至第二直流开关的控制端，使第二直流开关的状态为断开。

该光伏组件检修指令是指当需要对光伏组件进行检修时，运维人员通过上位机发送给系统控制器的相应指令，也可以是运维人员通过本地操作柜上的相应操作键来实现对于系统控制器的相应指令下发，此处不做具体限定，视其应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

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。

以上所述，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 (15)

1.一种风光一体化大功率并网系统，其特征在于，包括：风力发电机组、机侧变流器、网侧变流器、光伏阵列、第一直流开关、第二直流开关及系统控制器；其中：

所述机侧变流器包括多个机侧模组，所述网侧变流器包括m+n个网侧模组；m和n均为正整数；

各个机侧模组的交流侧并联至所述风力发电机组的输出端；

各个机侧模组的直流侧并联于直流母线；

全部网侧模组中的n个网侧模组的直流侧并联于所述直流母线；

全部网侧模组中的另外m个网侧模组的直流侧，均通过所述第一直流开关连接所述直流母线，并均通过所述第二直流开关连接所述光伏阵列的输出端；

所述系统控制器分别与各个机侧模组、各个网侧模组、所述第一直流开关及所述第二直流开关的控制端相连，用于根据所述风光一体化大功率并网系统的风况状态和辐照状态，确定n个与所述直流母线直接相连的网侧模组和/或另外m个通过第一直流开关与所述直流母线相连的网侧模组是否投入运行。

2.根据权利要求1所述的风光一体化大功率并网系统，其特征在于，所述机侧模组的个数为m+n。

3.根据权利要求1所述的风光一体化大功率并网系统，其特征在于，m的取值与所述光伏阵列的容量满足预设关系。

4.根据权利要求1所述的风光一体化大功率并网系统，其特征在于，还包括：

设置于所述光伏阵列的输出端与所述第二直流开关之间的升压电路。

5.根据权利要求1所述的风光一体化大功率并网系统，其特征在于，还包括：并网开关及并网变压器；

全部网侧模组的交流侧并联，并通过所述并网开关连接所述并网变压器的低压侧；

所述并网变压器的高压侧连接电网；

所述并网开关的控制端与所述系统控制器相连。

6.根据权利要求1-5任一所述的风光一体化大功率并网系统，其特征在于，所述机侧模组包括：第一滤波器和AC/DC变换电路；

所述第一滤波器的输入端为所述机侧模组的交流侧；

所述第一滤波器的输出端与所述AC/DC变换电路的交流侧相连；

所述AC/DC变换电路的直流侧为所述机侧模组的直流侧；

所述AC/DC变换电路的控制端为所述机侧模组的控制端。

7.根据权利要求1-5任一所述的风光一体化大功率并网系统，其特征在于，所述网侧模组包括：第二滤波器和DC/AC变换电路；

所述DC/AC变换电路的直流侧为所述网侧模组的直流侧；

所述DC/AC变换电路的交流侧与所述第二滤波器的输入端相连；

所述第二滤波器的输出端为所述网侧模组的交流侧；

所述DC/AC变换电路的控制端为所述网侧模组的控制端。

8.一种风光一体化大功率并网系统的控制方法，其特征在于，应用于风光一体化大功率并网系统的系统控制器，所述风光一体化大功率并网系统为如权利要求1-7任一所述的风光一体化大功率并网系统；所述风光一体化大功率并网系统的控制方法包括：

确定所述风光一体化大功率并网系统的风况状态和辐照状态；

根据所述风况状态和所述辐照状态，确定所述风光一体化大功率并网系统内第一直流开关和第二直流开关的开关状态、n个与所述直流母线直接相连的网侧模组的第一工作模式以及另外m个通过第一直流开关与所述直流母线相连的网侧模组的第二工作模式；

根据所述开关状态、所述第一工作模式以及所述第二工作模式，分别下发对应的控制信号至所述风光一体化大功率并网系统内各个机侧模组、各个网侧模组、所述第一直流开关及所述第二直流开关的控制端，使所述风光一体化大功率并网系统进入相应的工作状态。

9.根据权利要求8所述的风光一体化大功率并网系统的控制方法，其特征在于，若所述风况状态不满足第一部分并网功率要求但满足风电最小并网功率要求、所述辐照状态不满足光伏最小并网功率要求，则所述第一工作模式为正常运行且所述第二工作模式为待机；

若所述风况状态不满足所述风电最小并网功率要求、所述辐照状态不满足第二部分并网功率要求但满足所述光伏最小并网功率要求，则所述第一工作模式为正常运行待机且所述第二工作模式为正常运行；

若所述风况状态不满足所述风电最小并网功率要求、所述辐照状态不满足所述光伏最小并网功率要求，则所述第一工作模式和所述第二工作模式同时为待机；

其余情况下，所述第一工作模式和所述第二工作模式同时为正常运行。

10.根据权利要求8所述的风光一体化大功率并网系统的控制方法，其特征在于，若所述风况状态满足满功率要求，则所述开关状态为所述第一直流开关闭合、所述第二直流开关断开；

若所述风况状态不满足满功率要求、所述辐照状态不满足光伏最小并网功率要求，则所述开关状态中所述第二直流开关的状态为断开；

若所述风况状态不满足满功率要求、所述辐照状态满足光伏最小并网功率要求，则所述开关状态中所述第二直流开关的状态为闭合；

若所述风况状态不满足所述满功率要求但满足第一部分并网功率要求，则所述开关状态中所述第一直流开关的状态为闭合；

若所述风况状态不满足第一部分并网功率要求、所述辐照状态满足第二部分并网功率要求，则所述开关状态中所述第一直流开关的状态为闭合；

若所述风况状态不满足第一部分并网功率要求、所述辐照状态不满足第二部分并网功率要求，则所述开关状态中所述第一直流开关的状态为断开。

11.根据权利要求8所述的风光一体化大功率并网系统的控制方法，其特征在于，若所述风况状态不满足风电最小并网功率要求，则所述风光一体化大功率并网系统将进入的工作状态中，所述风力发电机组的状态为不并网发电；其余情况下，所述风力发电机组的状态均为并网发电；

若所述风况状态满足满功率要求，或者，若所述辐照状态不满足光伏最小并网功率要求，则所述风光一体化大功率并网系统将进入的工作状态中，所述光伏阵列的状态为不并网发电；其余情况下，所述光伏阵列的状态均为并网发电。

12.根据权利要求9-11任一所述的风光一体化大功率并网系统的控制方法，其特征在于，根据所述风况状态和所述辐照状态，确定所述风光一体化大功率并网系统内第一直流开关和第二直流开关的开关状态、n个与所述直流母线直接相连的网侧模组的第一工作模式以及另外m个通过第一直流开关与所述直流母线相连的网侧模组的第二工作模式，包括：

判断所述风况状态是否满足满功率要求；

若所述风况状态满足所述满功率要求，则确定所述开关状态为所述第一直流开关闭合、所述第二直流开关断开，所述第一工作模式和所述第二工作模式同时为正常运行；

若所述风况状态不满足所述满功率要求，则判断所述风况状态是否满足第一部分并网功率要求；

若所述风况状态满足所述第一部分并网功率要求，则判断所述辐照状态是否满足所述光伏最小并网功率要求；

若所述辐照状态满足所述光伏最小并网功率要求，则确定所述开关状态为所述第一直流开关和所述第二直流开关均闭合，所述第一工作模式和所述第二工作模式同时为正常运行；

若所述辐照状态不满足所述光伏最小并网功率要求，则确定所述开关状态为所述第一直流开关闭合、所述第二直流开关断开，所述第一工作模式和所述第二工作模式同时为正常运行；

若所述风况状态不满足所述第一部分并网功率要求，则判断所述风况状态是否满足风电最小并网功率要求；

若所述风况状态满足所述风电最小并网功率要求，则判断所述辐照状态是否满足第二部分并网功率要求；

若所述辐照状态满足所述第二部分并网功率要求，则确定所述开关状态为所述第一直流开关和所述第二直流开关均闭合，所述第一工作模式和所述第二工作模式同时为正常运行；

若所述辐照状态不满足所述第二部分并网功率要求，则判断所述辐照状态是否满足所述光伏最小并网功率要求；

若所述辐照状态满足所述光伏最小并网功率要求，则确定所述开关状态为所述第一直流开关断开、所述第二直流开关闭合，所述第一工作模式和所述第二工作模式同时为正常运行；

若所述辐照状态不满足所述光伏最小并网功率要求，则确定所述开关状态为所述第一直流开关和所述第二直流开关均断开，所述第一工作模式为正常运行且所述第二工作模式为待机；

若所述风况状态不满足所述风电最小并网功率要求，则判断所述辐照状态是否满足所述第二部分并网功率要求；

若所述辐照状态满足所述第二部分并网功率要求，则确定所述开关状态为所述第一直流开关和所述第二直流开关均闭合，所述第一工作模式和所述第二工作模式同时为正常运行；

若所述辐照状态不满足所述第二部分并网功率要求，则判断所述辐照状态是否满足所述光伏最小并网功率要求；

若所述辐照状态满足所述光伏最小并网功率要求，则确定所述开关状态为所述第一直流开关断开、所述第二直流开关闭合，所述第一工作模式为正常运行待机且所述第二工作模式为正常运行；

若所述辐照状态不满足所述光伏最小并网功率要求，则确定所述开关状态为所述第一直流开关和所述第二直流开关均断开，所述第一工作模式和所述第二工作模式同时为待机。

13.根据权利要求9-11任一所述的风光一体化大功率并网系统的控制方法，其特征在于，满功率要求为P1≥Po，第一部分并网功率要求为P1≥n×Pn，风电最小并网功率要求为P1≥Pa；

第二部分并网功率要求为P2≥m×Pm，所述光伏最小并网功率要求为P2≥Pb；

其中，P1为根据所述风况状态计算得到的所述风力发电机组的可输出功率，P2为根据所述辐照状态计算得到的所述光伏阵列的可输出功率，Pa为所述风力发电机组的最小并网功率，Pb为所述光伏阵列的最小并网功率，Pn是n个与所述直流母线直接相连的网侧模组各自的功率等级，Pm是另外m个通过第一直流开关与所述直流母线相连的网侧模组各自的功率等级，Po是所述网侧变流器的可输出功率，且，Po＝n×Pn+m×Pm。

14.根据权利要求9-11任一所述的风光一体化大功率并网系统的控制方法，其特征在于，若所述光伏阵列与所述第二直流开关之间设置有升压电路，则：

在下发对应的控制信号至所述第二直流开关的控制端，使所述第二直流开关的状态为闭合的同时，还包括：下发对应的控制信号至所述升压电路的控制端，使所述升压电路处于运行状态；

在下发对应的控制信号至所述第二直流开关的控制端，使所述第二直流开关的状态为断开的同时，还包括：下发对应的控制信号至所述升压电路的控制端，使所述升压电路处于待机状态。

15.根据权利要求9-11任一所述的风光一体化大功率并网系统的控制方法，其特征在于，在任一步骤前后，还包括：

根据接收到的光伏组件检修指令，下发对应的控制信号至所述第二直流开关的控制端，使所述第二直流开关的状态为断开。

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