CN112994107A - 一种控制供电系统的方法、装置和系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种控制供电系统的方法，包括：控制器确定供电系统中的N个光伏组串符合：
Figure DDA0003004422330000011
其中，Pmax(i)表示N个光伏组串中的每个光伏组串在上一次MPPT中对应的最大功率点功率，Pout表示逆变单元的调度功率；控制器通过控制直流电压变换单元，使得N个光伏组串中的X个光伏组串处于MPPT状态，N‑X个光伏组串处于限制功率输出状态，N≥2，1≤X≤N‑1，其中，X个光伏组串符合：
Figure DDA0003004422330000012
本申请提供的控制供电系统的方法，在弃光状态下，通过分别放开部分光伏组串的功率限制，使其进行MPPT检测，可以实现对于光伏组串的独立控制，实现更加准确的光功率预测。

Description

一种控制供电系统的方法、装置和系统
技术领域
本申请涉及一种控制供电系统的方法和装置和系统，更具体地，涉及一种检测光伏供电系统光功率信息的方法和装置。
背景技术
光伏发电是一种重要的可再生能源技术。随着产业链的不断完善，光伏发电的规模持续发展，逐渐成长为世界能源供应的重要组分。由于光伏发电功率具有明显的周期性和波动性，大规模光伏发电接入电网时会对电网安全稳定带来冲击。光伏电站为了提高输出功率的稳定性，通常会存在一定的弃光现象。弃光现象无疑大大减少了光伏利用率。在有储能装置的光伏电站，可以通过储能装置来储存额外光能来减少弃光率。为此，光伏电站需要实时检测当前的光功率，从而对储能装置的配比做预测或者对储能装置的充放电做调控。
然而，组串式光伏发电系统在面对弃光现象时，所有组串共同承担一定的弃光比例，这会导致所有组串都进入限制功率输出状态。处于限制功率输出状态的组串无法进行正常的最大功率点追踪(maximum power point tracking，MPPT)，因此无法获得当前的光功率信息，导致光伏电站无法准确地预测光伏组串的光功率信息。
发明内容
本申请提供一种控制供电系统的方法，使得光伏电站在弃光的状态下，仍然可以较为及时地获取光伏组串的光功率信息。
第一方面，提供了一种控制供电系统的方法，其特征在于，所述供电系统包括N个光伏组串、直流电压变换单元、逆变单元和控制器，所述N个光伏组串用于将光能转化为直流电，所述直流电压变换单元用于对所述N个光伏组串输出的直流电进行电压转换，所述逆变单元用于将所述直流直流电压变换单元输出的直流电转换为交流电，并向电网供电，所述方法包括：所述控制器确定所述N个光伏组串符合以下条件：
Figure BDA0003004422310000011
其中，Pmax(i)表示所述N个光伏组串中的每个光伏组串在上一次最大功率点追踪MPPT中对应的最大功率点功率，Pout表示所述逆变单元的调度功率；所述控制器通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串中的X个光伏组串处于MPPT状态，N-X个光伏组串处于限制功率输出状态，N≥2，1≤X≤N-1，且N和X均为正整数，其中，所述X个光伏组串符合以下条件：
Figure BDA0003004422310000012
因此，本申请实施例的控制供电系统的方法，在弃光状态下，通过分别放开部分光伏组串的功率限制，使其处于正常工作状态，进行MPPT检测，可以实现对于光伏组串的独立控制，实时地更新光伏组串的光功率信息。
因此，本申请提供的控制供电系统的方法，在弃光状态下，通过分别放开部分光伏组串的功率限制，使其处于正常工作状态，进行MPPT检测，可以实现对于光伏组串的独立控制。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述控制器通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串中的X个光伏组串处于MPPT状态，包括：所述控制器确定所述X个光伏组串中每个光伏组串的最大功率点功率P′max(i)，其中i∈[1,X]。
因此，本申请实施例的控制供电系统的方法，在弃光状态下，通过分别放开各个光伏组串的功率限制，使其处于正常工作状态，可以实时地更新光伏组串的最大功率点功率，以便光伏电站可以对储能装置的配比做预测或者对储能装置的充放电做调控。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述控制器通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串中的X个光伏组串处于MPPT状态，包括：所述控制器确定所述X个光伏组串中每个光伏组串的最大功率点电压U′max(i)，其中i∈[1,X]。
因此，本申请实施例的控制供电系统的方法，基于分别放开光伏组串的功率限制并进行MPPT检测的方法，可以较快地更新各个光伏组串的最大功率电压U′max。使得供电系统结束弃光状态后，各个光伏组串可以更快地调节到最大功率点，减少发电量损失。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述控制器通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串中的X个光伏组串处于MPPT状态，N-X个光伏组串处于限制功率输出状态之后，所述方法还包括：所述控制器通过控制所述电源变换单元使得所述X个光伏组串处于限制功率输出状态，并使得所述N个光伏组串中的Y个光伏组串处于MPPT状态，所述Y个光伏组串为所述N个组串中除所述X个组串之外的至少一个组串，1≤Y≤N-X。
因此，本申请提供的控制供电系统的方法，在弃光状态下，通过轮流放开各个光伏组串的功率限制，使其处于正常工作状态，进行MPPT检测，可以实现对于光伏组串的独立控制，进而实时地更新每个光伏组串的光功率信息。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述控制器通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串中的X个光伏组串处于MPPT状态，N-X个光伏组串处于限制功率输出状态之后，所述方法还包括：所述控制器确定所述N个光伏组串符合以下条件：
Figure BDA0003004422310000021
所述控制器通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串均处于MPPT状态。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述控制器通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串均处于MPPT状态，包括：所述控制器通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串中的X个光伏组串根据U′max(i)进行MPPT，其中i∈[1,X]。
因此，本申请实施例的控制供电系统的方法，基于光伏组串更新的最大功率点电压U′max，令该光伏组串在下一次放开功率限制之后，根据更新后的最大功率点电压U′max进行MPPT。光伏组串在系统放开功率限制后，可以较快地追踪到最大功率点，减少MPPT检测的时长，提高系统运行效率。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述控制器通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串中的X个光伏组串处于MPPT状态，N-X个光伏组串处于限制功率输出状态，包括：所述控制器确定所述N个光伏组串中的第i个光伏组串符合以下条件：Pmax(i)≤Pout，i∈[1,N]；所述控制器通过控制直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串中的第i个光伏组串处于MPPT状态，其余光伏组串处于限制功率输出状态。
因此，本申请实施例的控制供电系统的方法，通过逐一放开各个光伏组串的功率限制，使其处于正常工作状态，进行MPPT检测，可以在供电系统弃光状态下，实时地更新N个光伏组串的光功率信息。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，根据如下公式确定所述N个光伏组串的弃光率η：
Figure BDA0003004422310000031
因此，本申请实施例的控制供电系统的方法，在弃光状态下，通过计算N个光伏组串的弃光率，可以实时地反馈供电系统的工作状态，以便光伏电站可以对储能装置的配比做预测或者对储能装置的充放电做调控。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述控制器通过控制直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串中的第i个光伏组串处于MPPT状态，其余光伏组串处于限制功率输出状态之后，所述方法还包括：所述控制器确定所述N个光伏组串符合以下条件：
Figure BDA0003004422310000032
所述控制器通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串处于MPPT状态。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述控制器通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串处于MPPT状态，包括：所述控制器通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串根据U′max(i)进行MPPT，其中i∈[1,N]。
因此，本申请实施例的控制供电系统的方法，基于每个光伏组串更新的最大功率点电压U′max，令该光伏组串在下一次放开功率限制之后，根据更新后的最大功率点电压U′max进行MPPT。可以使得光伏组串较快地追踪到最大功率点，减少MPPT检测的时长，提高系统运行效率。
第二方面，提供了一种用于控制供电系统的装置，包括用于执行上述第一方面或第一方面中任意一种可能的实现方式中的控制供电系统的方法。
第三方面，提供了一种供电系统，包括N个光伏组串，所述N个光伏组串用于将光能转化为直流电；直流电压变换单元，所述直流电压变换单元用于对所述N个光伏组串输出的直流电进行电压转换；逆变单元，所述逆变单元用于将所述直流电压变换单元输出的直流电转换为交流电，并向电网供电；控制器，所述控制器用于执行上述第一方面或第一方面中任意一种可能的实现方式中的控制供电系统的方法。
基于上述技术方案，使得光伏电站在弃光的状态下，仍然可以较为及时地获取光伏组串的光功率信息，实现各个光伏组串的独立控制和MPPT检测，实时地更新最大功率点功率和最大功率点电压。进一步地，可以实时地反馈供电系统的工作状态，以便光伏电站可以对储能装置的配比做预测或者对储能装置的充放电做调控。在弃光状态结束后，光伏供电系统较快地恢复到正常工作状态，从而减少发电量损失。
附图说明
图1是本申请的实施例应用的光伏发电系统的架构示意图。
图2是根据本申请实施例的控制供电系统的方法的示意性流程图。
图3是根据本申请实施例的控制供电系统的方法的示意性流程图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。
本申请实施例的技术方案可以应用于光伏发电系统，对光伏电站内的并网组件做进行光功率预测和弃光率计算。
图1示出了适用于本申请实施例提供的控制供电系统的方法的光伏发电系统100的示意图。如图所示，该光伏发电系统100包括：电网(grid)107，逆变单元(inverter)106，直流电压变换单元104，控制器103，和N个光伏组串102组成的光伏阵列。N个光伏组串102用于将光能转化为直流电，直流电压变换单元104用于对N个光伏组串输出的直流电进行电压转换，逆变单元106用于将直流电压变换单元104输出的直流电转换为交流电，并向电网107供电。控制器103可以通过控制直流变换单元104，控制N个光伏组串切换不同的工作状态。
图1中仅示例性地画出了N个光伏组串102组成的一组光伏阵列，以及与该光伏阵列对应的直流电压变换单元104，控制器103，和逆变单元106。除此以外，本申请实施例中的光伏发电系统还可以包括其他多组光伏阵列，以及与之对应的多个直流电压变换单元104，控制器103，和逆变单元106，本申请对此不作限定。
如图1所示，一个光伏组串102由若干个光伏组件101串联而成，串联数量可以为5～25个/组串，N个类似结构的光伏组串102并联组成一个光伏阵列，该光伏阵列的输出端连接到直流电压变换单元104的输入端，其输入端电压称为母线(bus)电压。直流电压变换单元104中包括若干个直流电压变换模块105，每个直流电压变换模块105可以相互独立地控制与之对应的光伏组串102。直流电压变换单元104在控制器103的控制下，可以通过直流电压变换模块105，独立地控制每个光伏组串102。直流电压变换单元104的输出端连接到逆变单元106的输入端，逆变单元106的输出端连接到电网，逆变单元106实现直流(directcurrent，DC)交流(alternating current，AC)变换，将直流电逆变成交流电送入电网。
应理解，一个直流电压变换模块105可以同时接入多个光伏组串，该直流电压变换模块105同步地控制这些光伏组串切换不同的工作状态。此时，多个不同直流电压变换模块105之间仍然可以实现相互独立地控制各自对应的光伏组串。
应理解，控制器103可以是独立的设备，也可以设置于直流电压变换单元104上，还可以设置于逆变单元106上。可选地，控制器103可以包括多个控制模块，分别位于每个直流电压变换模块105上，每个控制模块之间可以通过有线或无线的方式通信，或者其中一个直流电压变换模块105上的控制模块为主控制模块，可以控制其余直流电压变换模块105上的辅控制模块，本申请对此不作限定。
应理解，N个不同的光伏组串102中，其内部串联的光伏组件101数目可以不完全相同，各个光伏组件101的功率也可以不完全相同。光伏组件的功率差异可能是由于光伏组件型号不同造成的，也可能受到光照、遮挡等外部因素的影响。若其中一个光伏组件或是优化器出现故障，可以相应地切除该组件，同样也可以在故障消除时恢复切入。类似地，不同光伏组串的功率和电压也可以不完全相同。
作为一种可选的方式，光伏组件101在接入直流电压控制单元104的输入端之前，可以采用串联的方式，也可以采用并联的方式组成光伏组串102。其中，光伏组件串联数量越大，输入电压越高；并联数量越大，输入电流越大。
如果逆变单元输出功率无限制，则控制器103可以通过控制直流电压控制单元104，使得N个光伏组串处于正常工作状态。在正常工作状态下，N个光伏组串可以工作在最大功率点处，即光伏组串的输出功率跟踪光伏组串的最大功率点功率。控制器103可以控制N个光伏组串进行MPPT检测，同时可以实时监测每个光伏组串的光功率。此时，直流电压控制单元104当前的输出功率为：
Figure BDA0003004422310000051
其中，控制器103所控制的光伏组串数目N为正整数，且N≥2。Pmax(i)为第i个组串在其最大功率点处的功率。
如果控制器103收到指令，指示其当前的逆变单元调度功率，即直流电压控制单元104所允许的最大输出功率为Pout。若
Figure BDA0003004422310000052
直流电压控制单元104当前的输出功率未超过最大输出功率Pout的限制，此时，所有的光伏组串都可以工作在最大功率点处。如果控制器接到调度指令，Pout降低，导致
Figure BDA0003004422310000053
直流电压控制单元104当前的输出功率已超出最大输出功率Pout的限制。此时，为了避免光伏发电接入电网对电网安全带来的冲击，光伏电站进入弃光状态。控制器103会控制光伏组串进入限制功率输出状态。在限制功率输出状态下，光伏组串将从最大功率点转向较低输出功率的稳定工作点，即光伏组串的输出功率降低以满足逆变单元最大输出功率限制，不再跟踪光伏组串的最大功率点功率。当光伏组串处于限制功率输出状态时，控制器103不能控制光伏组串进行MPPT，同时也无法监测该光伏组串的光功率。
针对处于限制功率输出状态的光伏组串，由控制器103无法控制光伏组串进行MPPT，无法监测光伏组串的光功率，导致供电系统无法对储能装置的配比做预测，同时也无法调控储能装置的充放电情况。另一方面，在功率限制消失后，控制器需要控制光伏快速追踪到最大功率点，以减少光伏系统发电量的损失。
为了实现限制功率状态下，对光伏发电系统的光功率预测，以及在限制功率结束后，光伏组串的快速追踪到最大功率点，可以采用以下的方法：
方法一：采用天文算法，根据光伏电站的经纬度和时间计算出太阳的辐照角，再根据电池板倾角与功率参数预测最大功率，再根据当前的天气状态校准预测的最大功率。
方法二：通过数据采集系统直接记录限制功率开始前一段时间内的输出功率，绘制输出功率曲线，预测下一短期时间段的光功率信息。当功率限制开始时，光伏组串分别锁存限制功率前的电压参考值，功率限制结束后，所有组串从锁存的电压参考值开始重新追踪最大功率点，直到功率追踪稳定。
但是，这两种方法均存在精度低、误差大的问题。在方法一中，太阳对电池板辐照功率影响因素较为复杂，此外还存在空气质量等于环境相关的影响因素，天文算法很难真实、全面地模拟功率的变化情况。同时，当日天气状态难以做定量评估，且超短期内(例如，4小时内)的天气状态很难被真实地预测，这些不确定因素进一步增加了预测误差，导致光功率预测精度差。方法二虽不再依赖天文算法与天气信息，在控制器接到调整Pout的调度指令之前，可以较高精度地预测短期内的光功率。但是一旦光伏电站进行功率调度，输出功率不再等于最大光功率，即存在弃光现象时，原有曲线便无法进行预测下一步的光功率信息。同时，在光照波动大的情况下，功率限制开始时锁存的电压参考值会严重偏离实际的最大功率电压值，这会导致系统在功率限制结束后重新追踪最大功率点时响应延迟大、系统恢复慢。
基于光伏发电系统的复杂场景下，为了实现较为及时的光伏组串光功率检测，本申请提供一种控制供电系统的方法，使得光伏电站在弃光情况下，仍然可以较为及时地获取光伏组串的光功率信息。
图2示出了本申请实施例的控制供电系统的方法200的示意性流程图，该方法200由控制器103执行。如图2所示，该方法200包括：
S201，控制器103确定N个光伏组串符合以下条件：
Figure BDA0003004422310000061
其中，Pmax(i)表示N个光伏组串中的每个光伏组串在上一次最大功率点追踪MPPT中对应的最大功率点功率，Pout表示逆变单元的调度功率。
具体地，在控制器103接收到调整Pout的调度指令后，根据上一次MPPT检测所记录的结果确定N个光伏组串符合限制功率输出的条件。若N个光伏组串在上一次MPPT中的最大功率点功率之和
Figure BDA0003004422310000062
超出了Pout的限制，则光伏系统应处于弃光状态，N个光伏组串不能继续进行MPPT检测，其中的部分光伏组串或全部光伏组串处于限制功率输出状态，无法进行MPPT检测。
S202，控制器103通过控制直流电压变换单元104，使得所述N个光伏组串中的X个光伏组串处于MPPT状态，N-X个光伏组串处于限制功率输出状态，N≥2，1≤X≤N-1，且N和X均为正整数，其中，所述X个光伏组串符合以下条件：
Figure BDA0003004422310000063
具体地，在弃光状态下，控制器103控制直流电压变换单元104，通过控制母线电压，分别控制N个光伏组串的电流，从而实现对光伏组串的独立控制。除此以外，控制器103也可以通过其他方式实现对光伏组串的独立控制，本申请对此不作限定。在一次工作循环中，控制器103放开一个目标光伏组串的功率限制，使其处于MPPT状态。同时，在母线电压的作用下，除该目标光伏组串以外的其他光伏组串将进入深度的限制功率输出状态，即做功率补偿，所有光伏组串的输出功率仍然可以满足最大输出功率限制Pout。
应理解，控制器103至少可以控制2个光伏组串，即N≥2。控制器103可以一次仅放开1个目标光伏组串的功率限制，也可以通过控制X个直流电压控制模块105，一次性放开X个目标光伏组串的功率限制，1≤X≤N-1。被放开功率限制的X个光伏组串应当满足最大输出功率限制，即X个光伏组串满足：
Figure BDA0003004422310000064
具体地，对于被放开功率限制的X个目标光伏组串，控制器103可以控制其进行正常的MPPT检测。追踪稳定后，控制器103可以获取并更新该目标光伏组串的最大功率点功率P′max、最大功率点电压U′max。
应理解，控制器103获取该目标光伏组串的最大功率点电压U′max时，可以使用阶跃方式逼近上一次MPPT中所记录的电压参考值，也可以使用非阶跃方式比较电压参考值，本申请对此不作限定。
应理解，本申请所采用的MPPT方法可以是扰动观察法、增量电导法、电流扫描法、粒子群算法、遗传算法等，本申请对此不作限定。
对X个目标光伏组串进行MPPT后，控制器103可以通过控制直流电压变换单元104，使得X个光伏组串处于限制功率输出状态，并使得N个光伏组串中的Y个光伏组串处于MPPT状态，Y个光伏组串为所述N个组串中除所述X个组串之外的至少一个组串，1≤Y≤N-X。
具体地，控制器103可以依照类似的方法，轮流放开各个光伏组串的功率限制。经过多次工作循环，控制器103可以分别记录各个光伏组串的最大功率点功率Pm′ax、最大功率点电压U′max，最终得到实时更新的直流电压变换单元104的最大光功率之和
Figure BDA0003004422310000065
通过比较
Figure BDA0003004422310000066
与Pout，可以计算当前用于表征N个光伏组串工作效率的弃光率η：
Figure BDA0003004422310000067
同时，控制器103还可以将N个光伏组串的弃光率数据上传到中央控制单元汇总，得到整个电站的实时最大光功率与弃光率。
应理解，中央控制单元可以用于调度控制器103，也可以用于采集多个控制器103的运行数据，例如控制器103记录的N个光伏组串的MPPT信息、光功率信息、弃光率数据等。中央控制单元可以是位于电网侧的设备，例如数据采集器，也可以是集成在其他设备上的一个调度模块，本申请对此不作限定。中央控制单元与控制器103之间的通信可以采用有线通信的方式，也可以采用无线通信的方式，本申请对此不作限定。应理解，光伏中央控制系统只是本申请实施例中可选的模块。若只需计算与一个直流电压控制单元对应的光伏阵列的光功率与弃光率，也可以不选用该中央控制单元。
应理解，向控制器发送调整Pout的调度指令的可以是中央控制单元，也可以是光伏供电系统中用于向光伏电站发送控制指令的设备或模块，例如上位机等，本申请对此不作限定。
应理解，控制器103可以轮流放开各个光伏组串的功率限制，逐一更新每个光伏组串的最大功率点功率P′max和最大功率点电压U′max。可选地，控制器103也可以仅更新部分的光伏组串的P′max和U′max。控制器103还可以恒定放开部分光伏组串的功率限制，反复更新这些光伏组串光功率并计弃光率，本申请对此不作限定。
因此，本申请实施例的控制供电系统的方法，在弃光状态下，通过分别放开各个光伏组串的功率限制，使其处于正常工作状态，进行MPPT检测，可以实现对于光伏组串的独立控制，实时地更新光伏组串的光功率信息。
控制器103可以循环上述控制方法，对同一个光伏组串可以进行反复的光功率信息更新。经过一次更新后，控制器已经重新记录了本次MPPT检测中，该光伏组串的最大功率点电压U′max。因此，在下一次放开该光伏组串的功率限制时，控制器103可以控制这个光伏组串从U′max开始进行MPPT检测。
基于分别放开光伏组串的功率限制并进行MPPT检测的方法，控制器103可以较快地更新各个光伏组串的最大功率电压U′max。因此，根据每个光伏组串实时更新的最大功率点电压U′max，可以使该光伏组串在下一次放开功率限制之后，较快地追踪到最大功率点，减少MPPT检测的时长。
相应地，在供电系统结束弃光状态后，控制器103确定所述N个光伏组串符合以下条件：
Figure BDA0003004422310000071
控制器103通过控制直流电压变换单元104，使得所述N个光伏组串均处于MPPT状态。
具体地，控制器103通过控制直流电压变换单元104，使得所述N个光伏组串中的X个光伏组串根据U′max(i)进行MPPT，其中i∈[1,X]。
因此，本申请实施例的控制供电系统的方法，基于分别放开光伏组串的功率限制并进行MPPT检测的方法，可以较快地更新各个光伏组串的最大功率电压U′max。使得供电系统结束弃光状态后，各个光伏组串可以更快地调节到最大功率点，减少发电量损失。
下面以X＝1为例，结合具体的控制器103工作循环描述本申请控制供电系统的方法。图3示出了本申请实施例的控制供电系统的方法300的示意性流程图，该方法300由控制器103执行。
S301，控制器103根据当前的输出功率Pin与逆变单元的调度功率Pout，判断光伏阵列是否进入限制功率输出状态。若Pin≤Pout，则进行步骤S302；若Pin>Pout，则进行步骤S303。
其中，Pin＝∑NPmax，Pmax表示所述N个光伏组串中的每个光伏组串在上一次MPPT中对应的最大功率点功率，逆变单元的调度功率Pout表示当前所允许的直流电压变换单元的最大输出功率。
S302，控制器103确定N个光伏组串的最大功率点功率Pmax(i)和最大功率点电压Umax(i)，返回步骤S201。
具体地，若Pin≤Pout，则光伏阵列可以处于正常工作状态。控制器103可以控制N个光伏组串进行MPPT，确定每个光伏组串在其最大功率点处的输出功率Pmax(i)和最大功率点对应的电压Umax(i)。
S303，令当前的目标光伏组串为第i个光伏组串，i＝1。
S304，控制器103判断i≤N是否成立。若成立，则进行步骤S305；若不成立，则返回步骤S201。
S305，当i≤N时，控制器103控制第i个光伏组串处于正常工作状态。
具体地，控制器103可以控制母线电压，进而分别控制光伏组串的电流。控制器103放开第i个光伏组串的功率限制，使其处于正常工作状态，光伏组串的输出功率跟踪最大功率点功率。同时，在母线电压的作用下，除该目标光伏组串以外的其他光伏组串将进入深度的限制功率输出状态，即做功率补偿，所有光伏组串的输出功率仍然可以满足最大输出功率限制Pout。
S306，控制器103控制第i个光伏组串进行MPPT。
具体地，控制器103可以确定并更新第i个光伏组串的最大功率点功率P′max(i)和最大功率点电压U′max(i)。
S307，令i＝i+1，返回步骤S304。
控制器103进入第二次循环，放开第i+1个光伏组串的功率限制，更新其最大功率点功率P′max(i+1)和最大功率点电压U′max(i+1)。
控制器103轮流放开N个光伏组串的功率限制，并更新光功率信息。直至N个光伏组串全部更新完毕，返回步骤S301，重新判断光伏阵列是否符合限制功率输出的条件。
经过循环，控制器103可以分别记录N个光伏组串的最大功率点功率P′max(i)、最大功率点电压U′max(i)，最终得到整个光伏阵列的最大光功率∑NP′max(i)。通过比较∑NP′max(i)与Pout，可以计算当前的弃光率η：
Figure BDA0003004422310000081
同时，控制器103还可以将一个光伏阵列的弃光率数据上传到中央控制单元汇总，得到整个电站的实时最大光功率与弃光率。
应理解，控制器103可以反复循环上述步骤，不断地、实时地更新每个光伏组串的最大功率点功率P′max(i)和最大功率点电压U′max(i)。
因此，本申请实施例的控制供电系统的方法，在弃光状态下，通过逐一分别放开各个光伏组串的功率限制，使其处于正常工作状态，进行MPPT检测，可以实现对于光伏组串的独立控制，实时地更新光伏组串的光功率信息。
应理解，与方法200类似，第i个光伏组串在经过本次更新后，控制器103已经重新记录了最大功率点电压U′max。因此，在下一次放开该光伏组串的功率限制时，控制器103可以控制第i个光伏组串从U′max开始进行MPPT检测。相应地，在光伏阵列结束弃光状态后，第i个光伏组串可以从U′max开始更快地调节到最大功率点，减少发电量损失。
经过N次从步骤S304到S307的循环，控制器103可以完成一轮对N个光伏组串的光功率信息更新。回到步骤S301后，若光伏组串的最大功率点功率之和∑NP′max(i)满足调度功率的限制，即∑NP′max(i)≤Pout，则光伏阵列可以结束弃光状态，重新回到正常工作状态。控制器103可以控制N个光伏组串进行MPPT。此时，控制器103可以根据更新过的U′max(i)，控制N个光伏组串进行MPPT。
因此，本申请实施例的控制供电系统的方法，在完成N个光伏组串的光功率信息更新并结束弃光状态后，令N个光伏组串根据最近更新后的最大功率点电压U′max进行MPPT，使得各个光伏组串可以更快地调节到最大功率点，光伏供电系统较快地恢复到正常工作状态，从而减少发电量损失。
应理解，本申请实施例中，一个直流电压变换单元104、一个控制器103、一个逆变单元106可以合设为一台逆变器设备中，独立地控制N个光伏组串实时地预测光功率信息。在独立光伏组串的MPPT与光功率预测中，该逆变器并网输出特性理论上始终保持一致，不会对相邻组网的其它逆变器组件产生影响，因此不同逆变器组件可以独立做光功率预测与弃光率计算，可以实现逆变器级别的功率实时预测。
本申请实施例中，在限制功率输出状态下做光伏组串的独立MPPT检测，其追踪精度取决于逆变器追踪精度，单一并网逆变器组件的光功率预测可以达到1KW以下的精度。每个逆变器完成一轮光功率预测的周期为组串个数N乘以单次MPPT追踪时间，单次MPPT的追踪时间可以达到秒级精度。因此，单台50KW逆变器的弃光率预测精度可以达到98％以上，预测时效性可以达到1分钟以下，基本上可以做到实时反馈光功率与弃光率。
应理解，本申请所提到的逆变器的输入级为DC/DC变换器，其拓扑可以为Buck、Boost、Buck-Boost或Boost-Buck电路。逆变器的输出级为DC/AC变换器，可以存在中间级，不同变换器可以是分离式的。逆变器将能量经变换后可以送入电网，或是给负载供电。
向逆变器发送调整Pout的调度指令的可以是中央控制系统，也可以是客户调度系统中的上位机，用于调度整个光伏电站的运行情况。本申请对此不作限定。
本申请还提供一种用于控制供电系统的装置，可对应于前述方法实施例的控制供电系统的控制器103，可以用于执行前述方法实施例中涉及控制器103的各个步骤，因此也可以实现前述方法实施例中的有益效果。
本申请还提供一种供电系统，包括：N个光伏组串，用于将光能转化为直流电；直流电压变换单元，用于对N个光伏组串输出的直流电进行电压转换；逆变单元，用于将直流电压变换单元输出的直流电转换为交流电，并向电网供电；控制器，可对应于前述方法实施例的控制供电系统的控制器103，可以用于执行前述方法实施例中涉及控制器103的各个步骤，因此也可以实现前述方法实施例中的有益效果。
应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
本领域普通技术人员可以意识到，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、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。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申请的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和系统的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (21)

1.一种控制供电系统的方法，其特征在于，所述供电系统包括N个光伏组串、直流电压变换单元、逆变单元和控制器，所述N个光伏组串用于将光能转化为直流电，所述直流电压变换单元用于对所述N个光伏组串输出的直流电进行电压转换，所述逆变单元用于将所述直流电压变换单元输出的直流电转换为交流电，并向电网供电，所述方法包括：
所述控制器确定所述N个光伏组串符合以下条件：
Figure FDA0003004422300000011
其中，Pmax(i)表示所述N个光伏组串中的每个光伏组串在上一次最大功率点追踪MPPT中对应的最大功率点功率，Pout表示所述逆变单元的调度功率；
所述控制器通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串中的X个光伏组串处于MPPT状态，N-X个光伏组串处于限制功率输出状态，N≥2，1≤X≤N-1，且N和X均为正整数，其中，所述X个光伏组串符合以下条件：
Figure FDA0003004422300000012
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制器通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串中的X个光伏组串处于MPPT状态，包括：
所述控制器确定所述X个光伏组串中每个光伏组串的最大功率点功率P′max(i)，其中i∈[1,X]。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述控制器通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串中的X个光伏组串处于MPPT状态，包括：
所述控制器确定所述X个光伏组串中每个光伏组串的最大功率点电压U′max(i)，其中i∈[1,X]。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述控制器通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串中的X个光伏组串处于MPPT状态，N-X个光伏组串处于限制功率输出状态之后，所述方法还包括：
所述控制器通过控制所述电源变换单元，使得所述X个光伏组串处于限制功率输出状态，并使得所述N个光伏组串中的Y个光伏组串处于MPPT状态，所述Y个光伏组串为所述N个组串中除所述X个组串之外的至少一个组串，1≤Y≤N-X。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述控制器通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串中的X个光伏组串处于MPPT状态，N-X个光伏组串处于限制功率输出状态之后，所述方法还包括：
所述控制器确定所述N个光伏组串符合以下条件：
Figure FDA0003004422300000013
所述控制器通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串均处于MPPT状态。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述控制器通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串均处于MPPT状态，包括：
所述控制器通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串中的X个光伏组串根据U′max(i)进行MPPT，其中i∈[1,X]。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，所述控制器通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串中的X个光伏组串处于MPPT状态，N-X个光伏组串处于限制功率输出状态，包括：
所述控制器确定所述N个光伏组串中的第i个光伏组串符合以下条件：Pmax(i)≤Pout，i∈[1,N]；
所述控制器通过控制直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串中的第i个光伏组串处于MPPT状态，其余光伏组串处于限制功率输出状态。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，根据如下公式确定所述N个光伏组串的弃光率η：
Figure FDA0003004422300000021
9.如权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述控制器通过控制直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串中的第i个光伏组串处于MPPT状态，其余光伏组串处于限制功率输出状态之后，所述方法还包括：
所述控制器确定所述N个光伏组串符合以下条件：
Figure FDA0003004422300000022
所述控制器通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串处于MPPT状态。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述控制器通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串处于MPPT状态，包括：
所述控制器通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串根据U′max(i)进行MPPT，其中i∈[1,N]。
11.一种用于控制供电系统的装置，其特征在于，所述供电系统包括N个光伏组串、直流电压变换单元和逆变单元，所述N个光伏组串用于将光能转化为直流电，所述直流电压变换单元用于对所述N个光伏组串输出的直流电进行电压转换，所述逆变单元用于将所述直流直流电压变换单元输出的直流电转换为交流电，并向电网供电，所述装置包括：
控制器，所述控制器用于确定所述N个光伏组串符合以下条件：
Figure FDA0003004422300000023
其中，Pmax(i)表示所述N个光伏组串中的每个光伏组串在上一次最大功率点追踪MPPT中对应的最大功率点功率，Pout表示所述逆变单元的调度功率；
所述控制器还用于，通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串中的X个光伏组串处于MPPT状态，N-X个光伏组串处于限制功率输出状态，N≥2，1≤X≤N-1，且N和X均为正整数，其中，所述X个光伏组串符合以下条件：
Figure FDA0003004422300000024
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述控制器还用于，通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串中的X个光伏组串处于MPPT状态，所述控制器具体用于：
确定所述X个光伏组串中每个光伏组串的最大功率点功率P′max(i)，其中i∈[1,X]。
13.如权利要求11或12所述的装置，其特征在于，所述控制器还用于，通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串中的X个光伏组串处于MPPT状态，所述控制器具体用于：
确定所述X个光伏组串中每个光伏组串的最大功率点电压U′max(i)，其中i∈[1,X]。
14.如权利要求11至13中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制器还用于，通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串中的X个光伏组串处于MPPT状态，N-X个光伏组串处于限制功率输出状态之后，所述控制器还用于：
所述控制器通过控制所述电源变换单元使得所述X个光伏组串处于限制功率输出状态，并使得所述N个光伏组串中的Y个光伏组串处于MPPT状态，所述Y个光伏组串为所述N个组串中除所述X个组串之外的至少一个组串，1≤Y≤N-X。
15.如权利要求11至14中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制器通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串中的X个光伏组串处于MPPT状态，N-X个光伏组串处于限制功率输出状态之后，所述控制器还用于：
所述控制器确定所述N个光伏组串符合以下条件：
Figure FDA0003004422300000031
所述控制器通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串均处于MPPT状态。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述控制器通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串均处于MPPT状态，所述控制器具体用于：
通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串中的X个光伏组串根据U′max(i)进行MPPT，其中i∈[1,X]。
17.如权利要求11至16中任一项所述的装置，所述控制器通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串中的X个光伏组串处于MPPT状态，N-X个光伏组串处于限制功率输出状态，所述控制器具体用于：
确定所述N个光伏组串中的第i个光伏组串符合以下条件：Pmax(i)≤Pout，i∈[1,N]；
通过控制直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串中的第i个光伏组串处于MPPT状态，其余光伏组串处于限制功率输出状态。
18.如权利要求16或17所述的装置，其特征在于，所述方法还包括，根据如下公式确定所述N个光伏组串的弃光率η：
Figure FDA0003004422300000032
19.如权利要求16至18中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制器通过控制直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串中的第i个光伏组串处于MPPT状态，其余光伏组串处于限制功率输出状态之后，所述控制器具体用于：
确定所述N个光伏组串符合以下条件：
Figure FDA0003004422300000033
通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串处于MPPT状态。
20.如权利要求19所述的装置，其特征在于，所述控制器通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串处于MPPT状态，所述控制器具体用于：
通过控制所述直流电压变换单元，使得所述N个光伏组串根据U′max(i)进行MPPT，其中i∈[1,N]。
21.一种供电系统，其特征在于，所述系统包括：
N个光伏组串，所述N个光伏组串用于将光能转化为直流电；
直流电压变换单元，所述直流电压变换单元用于对所述N个光伏组串输出的直流电进行电压转换；
逆变单元，所述逆变单元用于将所述直流电压变换单元输出的直流电转换为交流电，并向电网供电；
控制器，所述控制器用于执行如权利要求1至11中任一项所述的方法。
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