CN112953385A - 一种光伏系统控制器、光伏系统及控制方法 - Google Patents

一种光伏系统控制器、光伏系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光伏系统控制器、光伏系统及控制方法，用于将异常的光伏组件从电池组串中脱离，所述光伏系统控制器包括：采集模块，采集所述光伏组件上的运行参数，包括IV数值；通信模块，与所述采集模块连接，将所述采集模块采集到的数据通过无线或有线的方式进行传输至云端，接收云端发出的选通指令；选通模块，与所述云端连接，根据云端发出的选通指令，对光伏组件的任一一端进行择一选通，并将选通到的一端连接至连接端；主控和电源模块，与所述光伏组件、采集模块、通信模块和选通模块连接，对各模块操作进行调度和管理，并从所述光伏组件上取电。本发明提供的一种光伏系统控制器、光伏系统及控制方法具有提升电池组串效率等优点。

Description

一种光伏系统控制器、光伏系统及控制方法
技术领域
本发明涉及光伏板的技术领域，尤其涉及其一种光伏系统控制器、光伏系统及控制方法。
背景技术
在光伏平价上网与国家的可再生能源战略的大趋势下，光伏发电在能源系统中的占比逐年提高。然而，传统光伏系统结构复杂，维护成本较高。光伏系统由大量单块光伏板构成，在串联组串情况下，一块光伏板的输出都会对整条支路造成非常大的影响。因此对系统的监控尤为重要，而目前最新型的智能光伏系统也只能做到对逆变器组串级别的监控预警。尤其是在工商业分布式的应用场景下，如工业厂房等，无法配备大型光伏地面电站的驻场运维人员，从发现到处理问题组件往往需要较长的时间。长时间的不仅降低了光伏系统的输出效率，对工商业业主利益造成损害，严重情况下甚至会因光伏板热斑效应引发火灾，造成生命财产的损失。
目前传统光伏系统只有通过旁路二极管触发被动防御，并且其效果并不能使得效率提升，还需要人为进行问题排查。而相对比较先进的智能运维也只能做到逆变器组串级别的监控，就算远程定位到可疑组串数据也需要人工进行排查，不仅费时费力而且效率低下。同时对于光伏电站业主而言，其中耽误的时间也意味着收入的减少。不及时排查的损坏组件因热斑效应还可能造成火灾引发严重的后果。
请参阅图1，现有的光伏电站通过以串联的形式将各个光伏组件C连接起来，形成电池组串Z；光伏组件C的光电性能可以用伏安特性曲线图表示，多个串联光伏组件C的伏安特性曲线可以看作是多个单组件特性曲线的累加。请参阅图2，实线a是单个光伏组件C的伏安特性曲线，点划线b是N个相同组件串联后的伏安特性曲线，虚线c是在此基础上再串联一个相同组件后的伏安特性曲线。
由于环境或自身原因的影响，光伏组件C内太阳能电池片会产生电流或电压不均衡的现象，因此每一块光伏组件C都会并联一个或几个旁路二极管。所以当其中一块光伏组件C被阴影遮挡的时候，光伏组件的伏安特性曲线大致如图3的实线d所示，另外，相同的N个没有被阴影遮挡的电池串联后的伏安特性曲线仍然如虚线e所示。
被遮挡的光伏组件C与另外相同的N个组件串联的时候，所组成的电池组串的伏安特性曲线如图4中实线g所示。根据伏安特性曲线，可以找到电池组串Z最大的输出功率。其中，虚线f所围起来的面积是这N个没有被遮挡的光伏组件C串联而成的电池组串的最大输出功率；实线g所围起来的面积是这N个没有被遮挡的电池加上被阴影遮挡一半面积的光伏组件的电池组串的最大输出功率。虚线区域比实线区域大；而二者的差异，就是电池组串所损失的能源，通常以热量的形式消耗，而温度对升高会对组件输出功率造成影响，进一步降低发电效率。
造成上述情况的原因有很多种情况，主要分成外在和内在因素两大类原因。这两类情况，都会使得单块光伏组件C的伏安特性曲线呈现异常并最终导致整个电池组串Z的伏安特性曲线出现阶梯状或者凹陷等偏离正常曲线的现象，进而降低了电池组串Z的输出功率。因此，在N+1个光伏组件C串联的组串中，其中一块光伏组件C发生了上述现象时，整体电池组串的功率不仅仅比N+1个正常的电池组串Z的功率低，而且比N个正常的电池组串Z的功率还也要低。因此把发生异常的光伏组件C从电池组串Z中脱离出去，可以提升电池组串的整体效率。
发明内容
本发明提供了一种光伏系统控制器、光伏系统及控制方法，旨在解决现有的光伏系统存在的问题。
根据本申请实施例，提供了一种光伏系统控制器，用于将异常的光伏组件从电池组串中脱离，所述光伏系统控制器包括：
采集模块，采集所述光伏组件上的运行参数，包括IV数值；
通信模块，与所述采集模块连接，将所述采集模块采集到的数据通过无线或有线的方式进行传输至云端，接收云端发出的选通指令；
选通模块，与所述云端连接，根据云端发出的选通指令，对光伏组件的任一一端进行择一选通，并将选通到的一端连接至连接端；
主控和电源模块，与所述光伏组件、采集模块、通信模块和选通模块连接，对各模块操作进行调度和管理，并从所述光伏组件上取电。
优选地，所述光伏系统控制器的一端与所述光伏组件的至少两端连接，并对所述光伏组件的至少两端进行选通，所述光伏系统控制器的另一端上设置有连接端，当所述光伏系统控制器的连接端与光伏组件的任一一端连通时，所述光伏组件的其他端与所述连接端断开。
优选地，所述光伏组件包括第一端和第二端，当所述光伏系统控制器的连接端与光伏组件的第一端连通时，所述光伏组件的第二端与所述连接端断开，此时所述光伏组件从所述电池组串中脱离，当所述光伏系统控制器的连接端与光伏组件的第二端连通时，所述光伏组件的第一端与所述连接端断开，此时所述光伏组件与所述电池组串连接。
优选地，所述选通模块包括选通芯片或开关的任一种，对所述光伏组件的第一端和第二端进行择一选通。
根据本申请实施例，提供了一种光伏系统，包括上述的光伏系统控制器和光伏组件，多个光伏组件组成电池组串，任一所述光伏组件上设置有光伏系统控制器，所述光伏系统控制器与光伏组件的第一端和第二端连接，所述光伏系统控制器的连接端与另一光伏组件的第一端连接。
优选地，所述光伏系统包括集中器，所述集中器的一端分别与多个所述光伏系统控制器中的通信模块建立通信连接，所述集中器的另一端与云端建立通信连接。
根据本申请实施例，提供了一种光伏系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：云端通过集中器监控光伏系统中各个光伏组件；
步骤S2：云端通过集中器监测到异常的光伏组件；
步骤S3：云端传输指令至光伏系统控制器，光伏系统控制器与光伏组件的第一端连通，所述光伏组件的第二端与所述连接端断开，此时该异常的光伏组件从所述电池组串中脱离；
步骤S4：待该异常的光伏组件恢复正常状态，云端传输指令至光伏系统控制器，光伏系统控制器与光伏组件的第二端连通，所述光伏组件的第一端与所述连接端断开，此时该光伏组件接入至电池组串。
优选地，所述步骤S3中光伏系统控制器的通信模块与云端实时通信连接，包括以下步骤：
步骤S31：采集模块采集所述异常光伏组件上的运行参数，并通过通信模块传输至云端；
步骤S32：通信模块接收云端发出的选通指令；
步骤S33：选通模块根据通信模块接收的选通指令，选通模块与光伏组件的第一端连通，选通模块的连接端与光伏组件的第二端断开；
步骤S34：此时该异常的光伏组件从所述电池组串中脱离。
优选地，所述步骤S4中光伏系统控制器的通信模块与云端实时通信连接，包括以下步骤：
步骤S41：采集模块采集异常的光伏组件恢复正常状态上的运行参数，并通过通信模块传输至云端；
步骤S42：云端获取该异常的光伏组件恢复正常状态的指令，并传输指令至采集模块；
步骤S43：采集模块接收云端传输的选通指令，选通模块与光伏组件的第二端连通，选通模块的连接端与光伏组件的第一端断开；
步骤S44：此时该光伏组件接入至电池组串。
本申请实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
1、本申请设计了一种光伏系统控制器、光伏系统及控制方法，与传统方案相比，本方案通过光伏系统控制器的连接端与光伏组件的任一一端连通时，所述光伏组件的其他端与所述连接端断开。采用此设计，光伏组件的至少两端进行选通，把发生异常的光伏组件从电池组串中脱离出去，从而提升电池组串的整体效率。
2、通过光伏系统控制器对光伏组件的两端进行选通，光伏系统控制器选择第一端与连接端连接时，第二端与连接端断开，此时光伏组件不会连接到电池组串中，光伏系统控制器选择第二端与连接端连接时，第一端与连接端断开，此时光伏组件可重新添加到电池组串中。
3、光伏系统搭建集中器，利用无线通信或有线通信的方式，集中器与光伏组件的通信模块建立起通信连接，集中器与云端建立起通信连接。通过这个信息通信框架，电站中所有的光伏组件、集中器以及云端可以进行双向通信，把光伏组件的参数数据以及光伏组件的接入权移植到云端，方便远端管理者工程师对每一块光伏组件进行监测和控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例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是本发明背景技术中光伏系统的结构示意图；
图2是本发明背景技术中单个光伏组件的伏安特性曲线；
图3是本发明背景技术中单个光伏组件被遮挡的伏安特性曲线；
图4是本发明背景技术中电池组串的伏安特性曲线；
图5是本发明第一实施例中光伏组件的连接结构示意图；
图6是本发明第一实施例中光伏组件的连接结构示意图；
图7是本发明第一实施例中光伏系统控制器的结构示意图；
图8是本发明第二实施例中光伏系统的结构示意图；
图9是本发明第三实施例中光伏系统控制方法的流程示意图；
图10是本发明第三实施例中光伏系统控制方法步骤S3的流程示意图；
图11是本发明第三实施例中光伏系统控制方法步骤S4的流程示意图。
标号说明:
10、光伏系统控制器；11、连接端；20、采集模块；30、通信模块；40、选通模块；50、云端；60、主控和电源模块；70、光伏系统；71、集中器；100、光伏系统的控制方法。
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。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及其“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及其所有可能组合，并且包括这些组合。
从背景技术可得出，当串联光伏支路中其中有一块光伏组件C被遮挡或者受损时，把该光伏组件进行输出功率调控甚至直接从电池组串Z中剔除脱离，可以增大整个电池组串Z线路的输出功率。当该光伏组件的遮挡物移走后或者更换受损电池片更换后，再把该光伏组件C重新串联接入到原电池组中。通过这样操作，可以最大化电池组的输出功率。因此，请参阅图5，本发明第一实施例公开了一种光伏系统控制器10，用于将异常的光伏组件C从电池组串中脱离，所述光伏系统控制器10的一端与所述光伏组件C的至少两端连接，并对所述光伏组件C的至少两端(A1、A2…An,B1、B2…Bn,n≥2)进行选通，所述光伏系统控制器10的另一端上设置有连接端11，当所述光伏系统控制器10的连接端11与光伏组件C的任一一端连通时，所述光伏组件C的其他端与所述连接端11断开。
与传统方案相比，本方案通过光伏系统控制器10的连接端11与光伏组件C的任一一端连通时，所述光伏组件C的其他端与所述连接端11断开。采用此设计，光伏组件C的至少两端进行选通，把发生异常的光伏组件C从电池组串Z中脱离出去，从而提升电池组串Z的整体效率。
优选地，作为本发明最优的实施例，请参阅图6，本发明提供一种光伏系统控制器10，所述光伏组件C包括第一端A和第二端B，所述光伏系统控制器10的一端与所述光伏组件C的第一端A和第二端B连接，并对所述光伏组件C的第一端A和第二端B进行选通，当所述光伏系统控制器10的连接端11与光伏组件C的第一端A连通时，所述光伏组件C的第二端B与所述连接端11断开，此时所述光伏组件C从所述电池组串中脱离，当所述光伏系统控制器10的连接端11与光伏组件C的第二端B连通时，所述光伏组件C的第一端A与所述连接端11断开，此时该光伏组件C与所述电池组串连接。
请参阅图7，所述光伏系统控制器10包括：
采集模块20，采集所述光伏组件C上的运行参数，包括IV数值及其他参数；
通信模块30，与所述采集模块20连接，将所述采集模块20采集到的数据通过无线或有线的方式进行传输至云端50，接收云端50发出的选通指令；
选通模块40，与所述云端50连接，根据云端50发出的选通指令，对光伏组件C的第一端A和第二端B进行择一选通，并将选通到的一端连接至连接端11；其中，选通模块40包括选通芯片或开关的任一种，对所述光伏组件C的第一端A和第二端B进行择一选通。
主控和电源模块60，与所述光伏组件C、采集模块20、通信模块30和选通模块40连接，对各模块操作进行调度和管理，并从所述光伏组件C上取电并实现降压稳压的功能。
优选地，在本实施例中，所述云端50实现光伏组件C和光伏系统控制器10的指令上传以及下发。
请参阅图6、图7和图8，多个光伏组件C组成电池组串Z，本发明第二实施例提供一种光伏系统70，光伏系统70包括电池组串Z，任一所述光伏组件C上设置有光伏系统控制器10，所述光伏系统控制器10与光伏组件C的第一端A和第二端B连接，所述光伏系统控制器10的连接端11与另一光伏组件C的第一端A连接。
所述光伏系统70包括集中器71，所述集中器71的一端分别与多个所述光伏系统控制器10中的通信模块30建立通信连接，所述集中器71的另一端与云端50建立通信连接。
光伏系统70搭建集中器71，利用无线通信或有线通信的方式，集中器71与光伏组件C的通信模块30建立起通信连接，集中器71与云端50建立起通信连接。通过这个信息通信框架，电站中所有的光伏组件C、集中器71以及云端50可以进行双向通信，把光伏组件C的参数数据以及光伏组件C的接入权移植到云端50，方便远端管理者工程师对每一块光伏组件C进行监测和控制。
请参阅图9，本发明第三实施例提供一种光伏系统的控制方法100，包括以下步骤：
步骤S1：云端50通过集中器71监控光伏系统70中各个光伏组件C；
步骤S2：云端50通过集中器71监测到异常的光伏组件C；
步骤S3：云端50传输指令至光伏系统控制器10，光伏系统控制器10与光伏组件C的第一端A连通，所述光伏组件C的第二端B与所述连接端11断开，此时该异常的光伏组件C从所述电池组串Z中脱离；
步骤S4：待该异常的光伏组件C恢复正常状态，云端50传输指令至光伏系统控制器10，光伏系统控制器10与光伏组件C的第二端B连通，所述光伏组件C的第一端A与所述连接端11断开，此时该光伏组件C接入至电池组串Z。
其中，异常的光伏组件C包括被遮挡的光伏组件C或电池片受损的光伏组件C。
请参阅图10，所述步骤S3中光伏系统控制器10的通信模块30与云端50实时通信连接，包括以下步骤：
步骤S31：采集模块20采集所述异常光伏组件C上的运行参数，并通过通信模块30传输至云端50；
步骤S32：通信模块30接收云端50发出的选通指令；
步骤S33：选通模块40根据通信模块30接收的选通指令，选通模块40与光伏组件C的第一端A连通，选通模块40的连接端11与光伏组件C的第二端B断开；
步骤S34：此时该异常的光伏组件C从所述电池组串Z中脱离。
请参阅图11，所述步骤S4中光伏系统控制器的通信模块30与云端50实时通信连接，包括以下步骤：
步骤S41：采集模块20采集异常的光伏组件C恢复正常状态上的运行参数，并通过通信模块30传输至云端50；
步骤S42：云端50获取该异常的光伏组件C恢复正常状态的指令，并传输指令至采集模块20；
步骤S43：采集模块20接收云端50传输的选通指令，选通模块40与光伏组件C的第二端B连通，选通模块40的连接端11与光伏组件C的第一端A断开；
步骤S44：此时该光伏组件C接入至电池组串Z。
本发明针对光伏系统70结构复杂，维护成本高等特点，颠覆了传统光伏运维中人工依次排查的手段。通过在光伏组件C中集成光伏系统控制器10，对单块光伏组件C进行实时检测，并将数据上传到至云端50，通过AI人工智能算法进行智能调控，从而做到对光伏系统70的板级运维，提高了电站整体输出功率。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种光伏系统控制器，用于将异常的光伏组件从电池组串中脱离，其特征在于，所述光伏系统控制器包括：
采集模块，采集所述光伏组件上的运行参数，包括IV数值；
通信模块，与所述采集模块连接，将所述采集模块采集到的数据通过无线或有线的方式进行传输至云端，接收云端发出的选通指令；
选通模块，与所述云端连接，根据云端发出的选通指令，对光伏组件的任一一端进行择一选通，并将选通到的一端连接至连接端；
主控和电源模块，与所述光伏组件、采集模块、通信模块和选通模块连接，对各模块操作进行调度和管理，并从所述光伏组件上取电。
2.如权利要求1所述的一种光伏系统控制器，其特征在于：所述光伏系统控制器的一端与所述光伏组件的至少两端连接，并对所述光伏组件的至少两端进行选通，所述光伏系统控制器的另一端上设置有连接端，当所述光伏系统控制器的连接端与光伏组件的任一一端连通时，所述光伏组件的其他端与所述连接端断开。
3.如权利要求2所述的一种光伏系统控制器，其特征在于：所述光伏组件包括第一端和第二端，当所述光伏系统控制器的连接端与光伏组件的第一端连通时，所述光伏组件的第二端与所述连接端断开，此时所述光伏组件从所述电池组串中脱离，当所述光伏系统控制器的连接端与光伏组件的第二端连通时，所述光伏组件的第一端与所述连接端断开，此时所述光伏组件与所述电池组串连接。
4.如权利要求3所述的一种光伏系统控制器，其特征在于：所述选通模块包括选通芯片或开关的任一种，对所述光伏组件的第一端和第二端进行择一选通。
5.一种光伏系统，包括多个如权利要求2-4中任一项所述的光伏系统控制器和光伏组件，其特征在于：多个光伏组件组成电池组串，任一所述光伏组件上设置有光伏系统控制器，所述光伏系统控制器与光伏组件的第一端和第二端连接，所述光伏系统控制器的连接端与另一光伏组件的第一端连接。
6.如权利要求5所述的一种光伏系统，其特征在于：所述光伏系统包括集中器，所述集中器的一端分别与多个所述光伏系统控制器中的通信模块建立通信连接，所述集中器的另一端与云端建立通信连接。
7.一种光伏系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：云端通过集中器监控光伏系统中各个光伏组件；
步骤S2：云端通过集中器监测到异常的光伏组件；
步骤S3：云端传输指令至光伏系统控制器，光伏系统控制器与光伏组件的第一端连通，所述光伏组件的第二端与所述连接端断开，此时该异常的光伏组件从所述电池组串中脱离；
步骤S4：待该异常的光伏组件恢复正常状态，云端传输指令至光伏系统控制器，光伏系统控制器与光伏组件的第二端连通，所述光伏组件的第一端与所述连接端断开，此时该光伏组件接入至电池组串。
8.如权利要求7所述的一种光伏系统，其特征在于，所述步骤S3中光伏系统控制器的通信模块与云端实时通信连接，包括以下步骤：
步骤S31：采集模块采集所述异常光伏组件上的运行参数，并通过通信模块传输至云端；
步骤S32：通信模块接收云端发出的选通指令；
步骤S33：选通模块根据通信模块接收的选通指令，选通模块与光伏组件的第一端连通，选通模块的连接端与光伏组件的第二端断开；
步骤S34：此时该异常的光伏组件从所述电池组串中脱离。
9.如权利要求7所述的一种光伏系统，其特征在于：所述步骤S4中光伏系统控制器的通信模块与云端实时通信连接，包括以下步骤：
步骤S41：采集模块采集异常的光伏组件恢复正常状态上的运行参数，并通过通信模块传输至云端；
步骤S42：云端获取该异常的光伏组件恢复正常状态的指令，并传输指令至采集模块；
步骤S43：采集模块接收云端传输的选通指令，选通模块与光伏组件的第二端连通，选通模块的连接端与光伏组件的第一端断开；
步骤S44：此时该光伏组件接入至电池组串。
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