CN113489057A - 一种光伏系统、光伏组串接线方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏系统、光伏组串接线方法及装置，接线系统包括：控制器和至少一个光伏发电单元，光伏发电单元包括：N+1个开关设备和至少两排光伏组串，第一排光伏组串和第二排光伏组串各自分为N个光伏子组串，每个开关设备的开关端口连接第一排光伏组串和第二排光伏组串中光伏子组串的首端和/或尾端，控制器至少根据C字型组串接线方式和一字型组串接线方式之间切换前后的发电性能增益值，确定将当前时刻的目标组串接线方式切换至C字型组串接线方式或一字型组串接线方式，通过向各个开关设备发送导通指令和关断指令实现两种组串接线方式之间的切换，可有效平衡电缆线损与阴影导致的电学损失，提升光伏电站发电量。

Description

一种光伏系统、光伏组串接线方法及装置

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，更具体的说，涉及一种光伏系统、光伏组串接线方法及装置。

背景技术

光伏发电系统是指无需通过热过程直接将光能转变为电能的发电系统，具有可靠性高、使用寿命长、不污染环境、能独立发电又能并网运行的特点。目前，如何降低光伏发电系统的度电成本，以此来提高竞价上网与平价上网时代的核心竞争力成为光伏发电系统的一个重要研究方向。

光伏电缆成本在整个光伏发电系统中占比约5％，因此，降低光伏电缆成本成为光伏发电系统设计的主要目标之一。近年来，为了降低光伏电缆成本，一般通过改变光伏组串接线方式来降低系统静态投资成本。目前主流的光伏组串接线方式为C字型组串接线方式，如图1所示的光伏组串采用C字型组串接线方式的接线示意图，将上下各12块光伏组件组成一串，相邻光伏组件首尾相连，最后一组串需要引出较长导线至组串首端。

虽然采用C字型组串接线方式可以在一定程度上减少使用光伏线缆的长度，但是由于光伏组串中各个光伏组件的倾角、组件间距和上下铺接线的影响，导致下排光伏组件容易出现被上排光伏组件遮挡的情况，尤其在双面组件应用中，上排双面组件背面接收的光照强度大，下排双面组件背面接收的光照强度小，从而对整个光伏电站造成一定的发电量损失。

发明内容

有鉴于此，本发明公开一种光伏系统、光伏组串接线方法及装置，以实现有效平衡电缆线损与阴影导致的电学损失，提升光伏电站发电量。

一种光伏系统，包括：控制器和至少一个光伏发电单元；

所述光伏发电单元包括：N+1个开关设备和至少两排光伏组串，分别为第一排光伏组串和第二排光伏组串，所述第一排光伏组串和所述第二排光伏组串各自分为N个光伏子组串，第k个所述开关设备的开关端口分别连接所述第一排光伏组串中第k-1个光伏子组串的尾端、所述第一排光伏组串中第k个光伏子组串的首端、所述第二排光伏组串中第k-1个光伏子组串的尾端以及所述第二排光伏组串中第k个光伏子组串的首端，k∈[1，N+1]，N为正整数；

所述控制器分别与各个所述开关设备连接且各个所述开关设备之间依次连接，所述控制器用于获取C字型组串接线方式和一字型组串接线方式之间切换前后的发电功率增益值和线损功率提升值，至少根据所述发电功率增益值和所述线损功率提升值的大小关系确定的是否存在阴影遮挡，确定当前时刻的目标组串接线方式为C字型组串接线方式或一字型组串接线方式，并向各个所述开关设备发送与所述目标组串接线方式相应的导通指令和关断指令，由所述开关设备将当前时刻的光伏组串接线方式切换至所述目标组串接线方式。

可选的，所述控制器具体用于：

根据所述发电功率增益值和所述线损功率提升值的大小关系以及基于预设阴影遮挡判定条件确定的是否存在阴影遮挡，确定当前时刻的所述目标组串接线方式为C字型组串接线方式或一字型组串接线方式。

可选的，所述控制器集成于光伏逆变器或光伏汇流箱中。

可选的，所述一字型组串接线方式包括：上下交叉接线方式和间隔交叉接线方式。

一种光伏组串接线方法，应用于上述所述的光伏系统中的控制器，所述光伏组串接线方法包括：

获取C字型组串接线方式和一字型组串接线方式之间切换前后的发电功率增益值和线损功率提升值；

至少根据所述发电功率增益值和所述线损功率提升值的大小关系确定的是否存在阴影遮挡，确定当前时刻的目标组串接线方式为C字型组串接线方式或一字型组串接线方式；

向各个开关设备发送与所述目标组串接线方式相应的导通指令和关断指令，由所述开关设备将当前时刻的光伏组串接线方式切换至所述目标组串接线方式。

可选的，所述根据所述发电功率增益值和所述线损功率提升值的大小关系确定的是否存在阴影遮挡，确定当前时刻的目标组串接线方式为C字型组串接线方式或一字型组串接线方式，具体包括：

当所述发电功率增益值小于所述线损功率提升值且存在阴影遮挡时，确定所述目标组串接线方式为C字型组串接线方式；

当所述发电功率增益值不小于所述线损功率提升值且存在阴影遮挡时，确定所述目标组串接线方式为一字型组串接线方式；

当不存在阴影遮挡时，确定所述目标组串接线方式为C字型组串接线方式。

可选的，所述预设阴影遮挡判定条件包括：

基于太阳几何角度和光伏组串相关参数确定太阳入射角和太阳入射边界角；

当所述太阳入射角大于所述太阳入射边界角时，确定不存在阴影遮挡；

当所述太阳入射角不大于所述太阳入射边界角时，确定存在阴影遮挡。

可选的，所述太阳入射角θ的计算公式如下：

cosθ＝cosαsinh+sinacoshcos(ψ-A)；

式中，α为光伏组件的倾斜角度，h为太阳高度角，ψ为太阳方位角，A为光伏组件的方位角，方位角从正南算起，向西为正，向东为负；

太阳高度角h的计算公式如下：

式中，

为光伏电站的地理纬度，ε为赤纬角，ω为太阳时角；

赤纬角ε的表达式如下：

ε＝23.45°·sin[360·(284+n)/365]；

式中，n为从1月1日起，一年中的第n天；

太阳时角ω的表达式如下：

ω＝15°·(12-t)；

式中，t为一天中的时刻，t∈[0,24h]。

可选的，当光伏电站为平面型电站时，所述太阳入射边界角γ的表达式如下：

式中，L为光伏组件的长度，α为光伏组件的倾斜角度，ψ为太阳方位角，A为光伏组件的方位角，方位角从正南算起，向西为正，向东为负，D为前后排光伏支架的中心间距。

可选的，当光伏电站为非平面型电站时，所述太阳入射边界角γ的表达式如下：

式中，L为光伏组件的长度，α为光伏组件的倾斜角度，ψ为太阳方位角，A为光伏组件的方位角，方位角从正南算起，向西为正，向东为负，D为前后排光伏支架的中心间距，ΔZ为所述第一排光伏组串和所述第二排光伏组串的高度差。

可选的，所述至少根据所述发电功率增益值和所述线损功率提升值的大小关系，确定当前时刻的目标组串接线方式为C字型组串接线方式或一字型组串接线方式，具体包括：

根据所述发电功率增益值和所述线损功率提升值的大小关系以及基于预设阴影遮挡判定条件确定的是否存在阴影遮挡，确定当前时刻的所述目标组串接线方式为C字型组串接线方式或一字型组串接线方式。

可选的，所述预设阴影遮挡判定条件包括：

基于上一时刻气象数据确定光伏电站的上一时刻电流理论值以及上一时刻电流实际值；

计算所述上一时刻电流实际值和所述上一时刻电流理论值的比值，记为第一比值；

基于当前时刻气象数据确定所述光伏电站的当前时刻电流理论值以及当前时刻电流实际值；

计算所述当前时刻电流实际值和所述当前时刻电流理论值的比值，记为第二比值；

计算所述第一比值与所述第二比值的差值；

判断所述差值是否大于阈值；

如果是，则确定存在阴影遮挡；

如果否，则确定不存在阴影遮挡。

一种光伏组串接线装置，应用于上述所述的光伏系统中的控制器，所述光伏组串接线装置包括：

功率值获取单元，用于获取C字型组串接线方式和一字型组串接线方式之间切换前后的发电功率增益值和线损功率提升值；

接线方式确定单元，用于至少根据所述发电功率增益值和所述线损功率提升值的大小关系确定的是否存在阴影遮挡，确定当前时刻的目标组串接线方式为C字型组串接线方式或一字型组串接线方式；

接线方式切换单元，用于向各个开关设备发送与所述目标组串接线方式相应的导通指令和关断指令，由所述开关设备将当前时刻的光伏组串接线方式切换至所述目标组串接线方式。

可选的，所述接线方式确定单元具体用于：

根据所述发电功率增益值和所述线损功率提升值的大小关系以及基于预设阴影遮挡判定条件确定的是否存在阴影遮挡，确定当前时刻的所述目标组串接线方式为C字型组串接线方式或一字型组串接线方式。

从上述的技术方案可知，本发明公开了一种光伏系统、光伏组串接线方法及装置，接线系统包括：控制器和至少一个光伏发电单元，光伏发电单元包括：N+1个开关设备和至少两排光伏组串，分别为第一排光伏组串和第二排光伏组串，第一排光伏组串和第二排光伏组串各自分为N个光伏子组串，第k个开关设备的开关端口分别连接第一排光伏组串中第k-1个光伏子组串的尾端、第一排光伏组串中第k个光伏子组串的首端、第二排光伏组串中第k-1个光伏子组串的尾端以及第二排光伏组串中第k个光伏子组串的首端，控制器分别与各个开关设备连接且各个开关设备之间依次连接，控制器至少根据C字型组串接线方式和一字型组串接线方式之间切换前后的发电性能增益值，确定将当前时刻的目标组串接线方式切换至C字型组串接线方式或一字型组串接线方式，并通过向各个开关设备发送导通指令和关断指令实现两种组串接线方式之间的切换。由于采用一字型组串接线方式可以降低阴影导致的电学损失，而采用C字型组串接线方式可以降低电缆线损，因此，本发明通过在这两种组串接线方式之间切换，可以有效平衡电缆线损与阴影导致的电学损失，从而提升光伏电站发电量。

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，还可以根据公开的附图获得其他的附图。

图1为光伏组串采用C字型组串接线方式的接线示意图；

图2为本发明实施例公开的一种光伏系统的结构示意图；

图3为本发明实施例公开的一种光伏组串采用一字型组串接线方式的接线示意图；

图4为本发明具体实施例公开的一种一字型组串接线方式示意图；

图5为本发明具体实施例公开的一种C字型组串接线方式示意图；

图6为本发明实施例公开的一种光伏组串采用上下交叉接线方式的接线示意图；

图7为本发明实施例公开的一种光伏组串采用间隔交叉接线方式的接线示意图；

图8为本发明实施例公开的一种光伏组串接线方法流程图；

图9为本发明实施例公开的一种光伏电站中阴影遮挡示意图；

图10为本发明实施例公开的一种光伏组串接线装置的结构示意图。

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。

本发明实施例公开了一种光伏系统、光伏组串接线方法及装置，接线系统包括：控制器和至少一个光伏发电单元，光伏发电单元包括：N+1个开关设备和至少两排光伏组串，分别为第一排光伏组串和第二排光伏组串，第一排光伏组串和第二排光伏组串各自分为N个光伏子组串，第k个开关设备的开关端口分别连接第一排光伏组串中第k-1个光伏子组串的尾端、第一排光伏组串中第k个光伏子组串的首端、第二排光伏组串中第k-1个光伏子组串的尾端以及第二排光伏组串中第k个光伏子组串的首端，控制器分别与各个开关设备连接且各个开关设备之间依次连接，控制器至少根据C字型组串接线方式和一字型组串接线方式之间切换前后的发电性能增益值，确定将当前时刻的目标组串接线方式切换至C字型组串接线方式或一字型组串接线方式，并通过向各个开关设备发送导通指令和关断指令实现两种组串接线方式之间的切换。由于采用一字型组串接线方式可以降低阴影导致的电学损失，而采用C字型组串接线方式可以降低电缆线损，因此，本发明通过在这两种组串接线方式之间切换，可以有效平衡电缆线损与阴影导致的电学损失，从而提升光伏电站发电量。

参见图2，本发明实施例公开的一种光伏系统的结构示意图，该系统包括：控制器10和至少一个光伏发电单元20。

其中，光伏发电单元20包括：N+1个开关设备21和至少两排光伏组串，分别为第一排光伏组串22和第二排光伏组串23，所述第一排光伏组串22和所述第二排光伏组串23各自分为N个光伏子组串，也即，每个光伏子组串为将第一排光伏组串22或第二排光伏组串23分成N份得到的。

第k个所述开关设备21的开关端口分别连接所述第一排光伏组串22中第k-1个光伏子组串的尾端、所述第一排光伏组串22中第k个光伏子组串的首端、所述第二排光伏组串23中第k-1个光伏子组串的尾端以及所述第二排光伏组串23中第k个光伏子组串的首端，k∈[1，N+1]，N为正整数。

需要说明的是，当k＝1时，第k-1个光伏子组串不存在，第1个开关设备21(详见图2中最左端的开关设备)仅与第一排光伏组串22中第1个光伏子组串的首端以及第二排光伏组串23中第1个光伏子组串的首端连接。

控制器10分别与各个所述开关设备21连接且各个所述开关设备21之间依次连接。

所述控制器10用于获取C字型组串接线方式和一字型组串接线方式之间切换前后的发电性能增益值，至少根据所述发电性能增益值确定当前时刻的目标组串接线方式为C字型组串接线方式或一字型组串接线方式，并向各个所述开关设备21发送与所述目标组串接线方式相应的导通指令和关断指令，由所述开关设备21将当前时刻的光伏组串接线方式切换至所述目标组串接线方式。

需要说明的是，本发明中一个光伏发电单元20安装在一个光伏支架上。

本实施例的目的是实现C字型组串接线方式和一字型组串接线方式之间的切换，其中，光伏组串采用一字型组串接线方式的接线示意图如图3所示，在一字型组串接线方式中，同一排光伏组件连成一串，相邻光伏组件首尾相连，最后一个光伏组件的尾端引出长导线到光伏组串的首端。

对比图1所示的C字型组串接线方式和图3所示的一字型组串接线方式可知，不同接线方式中光伏组件之间的接线存在差别，本实施例中在第一排光伏组串22和第二排光伏组串23之间设置了开关设备21，第k个开关设备21的开关端口分别连接第一排光伏组串22中第k-1个光伏子组串的尾端、第一排光伏组串22中第k个光伏子组串的首端、第二排光伏组串23中第k-1个光伏子组串的尾端以及第二排光伏组串23中第k个光伏子组串的首端，通过控制器10控制开关设备21与依次连接的光伏子组串的首端和尾端之间通路的导通和关断，改变相邻光伏子组串之间的连接关系，从而实现不同接线方式的切换。

举例说明，如图2所示，假设光伏发电单元20包括：第一排光伏组串22和第二排光伏组串23，第一排光伏组串22和第二排光伏组串23各自分成两份，即第一排光伏组串22和第二排光伏组串23均包括两个光伏子组串，每个光伏子组串为1/2光伏组串。

若确定当前时刻的目标组串接线方式为一字型组串接线方式，则控制器10通过控制开关设备21与依次连接的光伏子组串的首端和尾端之间通路的导通和关断，可得到图4所示的一字型组串接线方式示意图。

若确定当前时刻的目标组串接线方式为C字型组串接线方式，则控制器10通过控制开关设备21与依次连接的光伏子组串的首端和尾端之间通路的导通和关断，可得到图5所示的C字型组串接线方式示意图。

综上可知，本发明公开了一种光伏系统，包括：控制器10和至少一个光伏发电单元20，光伏发电单元20包括：N+1个开关设备21和至少两排光伏组串，分别为第一排光伏组串22和第二排光伏组串23，第一排光伏组串22和第二排光伏组串23各自分为N个光伏子组串，第k个开关设备21的开关端口分别连接第一排光伏组串22中第k-1个光伏子组串的尾端、第一排光伏组串22中第k个光伏子组串的首端、第二排光伏组串23中第k-1个光伏子组串的尾端以及第二排光伏组串23中第k个光伏子组串的首端，控制器10分别与各个开关设备21连接且各个开关设备21之间依次连接，控制器10至少根据C字型组串接线方式和一字型组串接线方式之间切换前后的发电性能增益值，确定将当前时刻的目标组串接线方式切换至C字型组串接线方式或一字型组串接线方式，并通过向各个开关设备发送导通指令和关断指令实现两种组串接线方式之间的切换。由于采用一字型组串接线方式可以降低阴影导致的电学损失，而采用C字型组串接线方式可以降低电缆线损，因此，本发明通过在这两种组串接线方式之间切换，可以有效平衡电缆线损与阴影导致的电学损失，从而提升光伏电站发电量。

另外，本发明在遇到光伏电站发生火情或出现拉弧现象时，可以通过控制开关设备21关断光伏组件之间的串联关系，从而降低直流侧系统电压。

在实际应用中，当发电性能增益值包括发电功率增益值和线损功率提升值时，控制器10具体可以用于：

根据所述发电功率增益值和所述线损功率提升值的大小关系以及基于预设阴影遮挡判定条件确定的是否存在阴影遮挡，确定当前时刻的所述目标组串接线方式为C字型组串接线方式或一字型组串接线方式。

其中，预设阴影遮挡判定条件可以包括：

基于上一时刻气象数据确定光伏电站的上一时刻电流理论值以及上一时刻电流实际值；

计算所述上一时刻电流实际值和所述上一时刻电流理论值的比值，记为第一比值；

基于当前时刻气象数据确定所述光伏电站的当前时刻电流理论值以及当前时刻电流实际值；

计算所述当前时刻电流实际值和所述当前时刻电流理论值的比值，记为第二比值；

计算所述第一比值与所述第二比值的差值；

判断所述差值是否大于阈值；

如果是，则确定存在阴影遮挡；

如果否，则确定不存在阴影遮挡。

或者，所述预设阴影遮挡判定条件包括：

基于太阳几何角度和光伏组串相关参数确定太阳入射角和太阳入射边界角；

当所述太阳入射角大于所述太阳入射边界角时，确定不存在阴影遮挡；

当所述太阳入射角不大于所述太阳入射边界角时，确定存在阴影遮挡。

较优的，本实施例中的控制器10可以集成于光伏逆变器或光伏汇流箱中。

需要特别说明的是，本发明中的一字型组串接线方式指的是：同一排光伏组件连成一串，相邻光伏组件首尾相连，最后一个光伏组件的尾端引出长导线到光伏组串的首端，详见图3所示，其中，在一字型组串接线方式的基础上衍生的其他接线方式也归类为的一字型组串接线方式。举例说明，一字型组串接线方式可以包括：上下交叉接线方式和间隔交叉接线方式。也就是说，本发明中一字型组串接线方式除了图3所示一字型组串接线方式，还可以为图6所示的上下交叉接线方式和图7所示的间隔交叉接线方式。

上下交叉接线方式指的是：同排光伏组件上下颠倒放置，同一排光伏组件连成一串，间隔光伏组件首尾相连。

间隔交叉接线方式指的是：同一排光伏组件连成一串，间隔光伏组件首尾相连。

本发明中的C字型组串接线方式指的是：将上下各12块光伏组件组成一串，相邻光伏组件首尾相连，最后一组串需要引出较长导线至组串首端，详见图1所示，其中，在C字型组串接线方式的基础上衍生出的其他接线方式也归类为C字型组串接线方式。

与上述系统实施例相对应，本发明还公开了一种光伏组串接线方法。

参见图8，本发明实施例公开的一种光伏组串接线方法流程图，该方法应用于图2所示实施例中的控制器，光伏组串接线方法包括：

步骤S101、获取C字型组串接线方式和一字型组串接线方式之间切换前后的发电性能增益值；

其中，发电性能增益值可以包括：发电功率增益值和线损功率提升值。

其中，C字型组串接线方式和一字型组串接线方式之间切换前后的发电功率增益值和线损功率提升值的计算过程可参见现有成熟方案，此处不再赘述。

步骤S102、至少根据所述发电性能增益值确定当前时刻的目标组串接线方式为C字型组串接线方式或一字型组串接线方式；

具体的，当发电性能增益值包括：发电功率增益值和线损功率提升值时，步骤S102具体可以包括：

根据发电功率增益值和线损功率提升值的大小关系以及基于预设阴影遮挡判定条件确定的是否存在阴影遮挡，确定当前时刻的所述目标组串接线方式为C字型组串接线方式或一字型组串接线方式。

假设，C字型组串接线方式和一字型组串接线方式之间切换前后的发电功率增益值为P1，线损功率提升值为P2。

当P1＜P2且存在阴影遮挡时，确定所述目标组串接线方式为C字型组串接线方式，以降低线缆损耗。通常在阴雨天或者早晚直射比较低的情况下P1＜P2。

当P1≥P2且存在阴影遮挡时，确定所述目标组串接线方式为一字型组串接线方式，以降低阴影导致的电学损失。

当不存在阴影遮挡时，确定所述目标组串接线方式为C字型组串接线方式，以降低线缆损耗。

其中，在非晴天情况下，目标组串接线方式也为C字型组串接线方式。

步骤S103、向各个开关设备发送与所述目标组串接线方式相应的导通指令和关断指令，由所述开关设备将当前时刻的光伏组串接线方式切换至所述目标组串接线方式。

综上可知，本发明公开了一种光伏组串接线方法，控制器至少根据C字型组串接线方式和一字型组串接线方式之间切换前后的发电性能增益值，确定将当前时刻的目标组串接线方式切换至C字型组串接线方式或一字型组串接线方式，并通过向各个开关设备发送导通指令和关断指令实现两种组串接线方式之间的切换。由于采用一字型组串接线方式可以降低阴影导致的电学损失，而采用C字型组串接线方式可以降低电缆线损，因此，本发明通过在这两种组串接线方式之间切换，可以有效平衡电缆线损与阴影导致的电学损失，从而提升光伏电站发电量。

另外，本发明在遇到光伏电站发生火情或出现拉弧现象时，可以通过控制开关设备关断光伏组件之间的串联关系，从而降低直流侧系统电压。

需要特别说明的是，在可调光伏支架场景中，冬季为了接收更大的辐照，会增大光伏组件倾角，从而导致光伏组件前后排阴影遮挡严重，造成较大的阴影导致的电学损失。在这种情况下，可以通过进行一字型组串接线方式和C字型组串接线方式互切，降低线损和阴影导致的电学损失，从而提升发电量。

例如，西北某电站在冬季调节角度为52°，单一采用C字型组串接线方式情况下，通过仿真计算出光伏厂区的阴影电学损耗为2.11％，若采用本发明公开的光伏组串接线方法，在C字型组串接线方式和一字型组串接线方式之间切换，阴影导致的电学损失降低至0.98％，在冬季提升约1％的发电量，详见表1。

表1

夏季时，单一采用一字型组串接线方式，低压侧线损为2％，若采用本发明公开的光伏组串接线方法，实时优化组串接线方式，在C字型组串接线方式和一字型组串接线方式之间切换，电缆线损可以降低至2％*0.25＝0.5％。

在光伏跟踪支架场景中，可修改传统的逆跟踪策略，增加在有阴影遮挡情况下，基于本发明实施例确定是否需要对光伏组件进行角度调节。

A、本实施例中，预设阴影遮挡判定条件可以包括：

基于太阳几何角度和光伏组串相关参数确定太阳入射角和太阳入射边界角；

当太阳入射角大于太阳入射边界角时，确定不存在阴影遮挡；

当太阳入射角不大于太阳入射边界角时，确定存在阴影遮挡。

假设太阳入射角为θ，太阳入射边界角为γ，则θ＞γ时，不会产生阴影遮挡；当θ≤γ时，会产生阴影遮挡。

参见图9，本发明实施例公开的一种光伏电站中阴影遮挡示意图，L为光伏组件的长度，α为光伏组件的倾斜角度，D为前后排光伏支架的中心间距。

本实施例中，太阳入射角θ的计算公式如下：

cosθ＝cosαsinh+sinacoshcos(ψ-A)；

式中，α为光伏组件的倾斜角度，h为太阳高度角，ψ为太阳方位角，A为光伏组件的方位角，方位角从正南算起，向西为正，向东为负；

太阳高度角h的计算公式如下：

式中，

为光伏电站的地理纬度，ε为赤纬角，ω为太阳时角；

赤纬角ε的表达式如下：

ε＝23.45°·sin[360·(284+n)/365]；

式中，n为从1月1日起，一年中的第n天；

太阳时角ω的表达式如下：

ω＝15°·(12-t)；

式中，t为一天中的时刻，t∈[0,24h]。

(1)当光伏电站为平面型电站时，即光伏厂区中的光伏组件高度一致时，太阳入射边界角γ的表达式如下：

式中，L为光伏组件的长度，α为光伏组件的倾斜角度，ψ为太阳方位角，A为光伏组件的方位角，方位角从正南算起，向西为正，向东为负，D为前后排光伏支架的中心间距。

(2)当光伏电站为非平面型电站时，太阳入射边界角γ的表达式如下：

式中，L为光伏组件的长度，α为光伏组件的倾斜角度，ψ为太阳方位角，A为光伏组件的方位角，方位角从正南算起，向西为正，向东为负，D为前后排光伏支架的中心间距，ΔZ为所述第一排光伏组串和所述第二排光伏组串的高度差。

B、本实施例中，预设阴影遮挡判定条件可以包括：

基于上一时刻气象数据确定光伏电站的上一时刻电流理论值以及上一时刻电流实际值；

计算所述上一时刻电流实际值和所述上一时刻电流理论值的比值，记为第一比值；

基于当前时刻气象数据确定所述光伏电站的当前时刻电流理论值以及当前时刻电流实际值；

计算所述当前时刻电流实际值和所述当前时刻电流理论值的比值，记为第二比值；

计算所述第一比值与所述第二比值的差值；

判断所述差值是否大于阈值；

如果是，则确定存在阴影遮挡；

如果否，则确定不存在阴影遮挡。

需要说明的是，本实施例中气象数据包括：温度、辐照值和风速等等。

本实施例中产生的阴影遮挡主要由云层和/或光伏组串周边障碍物产生的。

与上述方法实施例相对应，本发明还公开了一种光伏组串接线装置。

参见图10，本发明实施例公开的一种光伏组串接线装置的结构示意图，该装置应用于图2所示实施例中的控制器，光伏组串接线装置包括：

功率值获取单元201，用于获取C字型组串接线方式和一字型组串接线方式之间切换前后的发电性能增益值；

其中，发电性能增益值可以包括：发电功率增益值和线损功率提升值。

接线方式确定单元202，用于至少根据所述发电性能增益值确定当前时刻的目标组串接线方式为C字型组串接线方式或一字型组串接线方式；

接线方式切换单元203，用于向各个开关设备发送与所述目标组串接线方式相应的导通指令和关断指令，由所述开关设备将当前时刻的光伏组串接线方式切换至所述目标组串接线方式。

综上可知，本发明公开了一种光伏组串接线装置，控制器至少根据C字型组串接线方式和一字型组串接线方式之间切换前后的发电性能增益值，确定将当前时刻的目标组串接线方式切换至C字型组串接线方式或一字型组串接线方式，并通过向各个开关设备发送导通指令和关断指令实现两种组串接线方式之间的切换。由于采用一字型组串接线方式可以降低阴影导致的电学损失，而采用C字型组串接线方式可以降低电缆线损，因此，本发明通过在这两种组串接线方式之间切换，可以有效平衡电缆线损与阴影导致的电学损失，从而提升光伏电站发电量。

另外，本发明在遇到光伏电站发生火情或出现拉弧现象时，可以通过控制开关设备关断光伏组件之间的串联关系，从而降低直流侧系统电压。

为进一步优化上述实施例，当所述发电性能增益值包括发电功率增益值和线损功率提升值时，接线方式确定单元202具体用于：

根据所述发电功率增益值和所述线损功率提升值的大小关系以及基于预设阴影遮挡判定条件确定的是否存在阴影遮挡，确定当前时刻的所述目标组串接线方式为C字型组串接线方式或一字型组串接线方式。

需要特别说明的是，光伏组串接线装置实施例中各组成部分的具体工作原理，请参见光伏组串接线方法对应部分，此处不再赘述。

最后，还需要说明的是，在本文中，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。

本说明书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的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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，其特征在于，包括：控制器和至少一个光伏发电单元；

所述光伏发电单元包括：N+1个开关设备和至少两排光伏组串，分别为第一排光伏组串和第二排光伏组串，所述第一排光伏组串和所述第二排光伏组串各自分为N个光伏子组串，第k个所述开关设备的开关端口分别连接所述第一排光伏组串中第k-1个光伏子组串的尾端、所述第一排光伏组串中第k个光伏子组串的首端、所述第二排光伏组串中第k-1个光伏子组串的尾端以及所述第二排光伏组串中第k个光伏子组串的首端，k∈[1，N+1]，N为正整数；

所述控制器分别与各个所述开关设备连接且各个所述开关设备之间依次连接，所述控制器用于获取C字型组串接线方式和一字型组串接线方式之间切换前后的发电性能增益值，至少根据所述发电性能增益值确定当前时刻的目标组串接线方式为C字型组串接线方式或一字型组串接线方式，并向各个所述开关设备发送与所述目标组串接线方式相应的导通指令和关断指令，由所述开关设备将当前时刻的光伏组串接线方式切换至所述目标组串接线方式。

2.根据权利要求1所述的光伏系统，其特征在于，当所述发电性能增益值包括发电功率增益值和线损功率提升值时，所述控制器具体用于：

根据所述发电功率增益值和所述线损功率提升值的大小关系以及基于预设阴影遮挡判定条件确定的是否存在阴影遮挡，确定当前时刻的所述目标组串接线方式为C字型组串接线方式或一字型组串接线方式。

3.根据权利要求1所述的光伏系统，其特征在于，所述控制器集成于光伏逆变器或光伏汇流箱中。

4.根据权利要求1所述的光伏系统，其特征在于，所述一字型组串接线方式包括：上下交叉接线方式和间隔交叉接线方式。

5.一种光伏组串接线方法，其特征在于，应用于权利要求1～4任意一项所述的光伏系统中的控制器，所述光伏组串接线方法包括：

获取C字型组串接线方式和一字型组串接线方式之间切换前后的发电性能增益值；

至少根据所述发电性能增益值确定当前时刻的目标组串接线方式为C字型组串接线方式或一字型组串接线方式；

向各个开关设备发送与所述目标组串接线方式相应的导通指令和关断指令，由所述开关设备将当前时刻的光伏组串接线方式切换至所述目标组串接线方式。

6.根据权利要求5所述的光伏组串接线方法，其特征在于，当所述发电性能增益值包括发电功率增益值和线损功率提升值时，所述至少根据所述发电性能增益值确定当前时刻的目标组串接线方式为C字型组串接线方式或一字型组串接线方式，具体包括：

根据所述发电功率增益值和所述线损功率提升值的大小关系以及基于预设阴影遮挡判定条件确定的是否存在阴影遮挡，确定当前时刻的所述目标组串接线方式为C字型组串接线方式或一字型组串接线方式。

7.根据权利要求6所述的光伏组串接线方法，其特征在于，所述根据所述发电功率增益值和所述线损功率提升值的大小关系以及基于预设阴影遮挡判定条件确定的是否存在阴影遮挡，确定当前时刻的所述目标组串接线方式为C字型组串接线方式或一字型组串接线方式，具体包括：

当所述发电功率增益值小于所述线损功率提升值且存在阴影遮挡时，确定所述目标组串接线方式为C字型组串接线方式；

当所述发电功率增益值不小于所述线损功率提升值且存在阴影遮挡时，确定所述目标组串接线方式为一字型组串接线方式；

当不存在阴影遮挡时，确定所述目标组串接线方式为C字型组串接线方式。

8.根据权利要求6所述的光伏组串接线方法，其特征在于，所述预设阴影遮挡判定条件包括：

基于太阳几何角度和光伏组串相关参数确定太阳入射角和太阳入射边界角；

当所述太阳入射角大于所述太阳入射边界角时，确定不存在阴影遮挡；

当所述太阳入射角不大于所述太阳入射边界角时，确定存在阴影遮挡。

9.根据权利要求8所述光伏组串接线方法，其特征在于，所述太阳入射角θ的计算公式如下：

cosθ＝cosαsinh+sinacoshcos(ψ-A)；

式中，α为光伏组件的倾斜角度，h为太阳高度角，ψ为太阳方位角，A为光伏组件的方位角，方位角从正南算起，向西为正，向东为负；

太阳高度角h的计算公式如下：

式中，

为光伏电站的地理纬度，ε为赤纬角，ω为太阳时角；

赤纬角ε的表达式如下：

ε＝23.45°·sin[360·(284+n)/365]；

式中，n为从1月1日起，一年中的第n天；

太阳时角ω的表达式如下：

ω＝15°·(12-t)；

式中，t为一天中的时刻，t∈[0,24h]。

10.根据权利要求8所述光伏组串接线方法，其特征在于，当光伏电站为平面型电站时，所述太阳入射边界角γ的表达式如下：

式中，L为光伏组件的长度，α为光伏组件的倾斜角度，ψ为太阳方位角，A为光伏组件的方位角，方位角从正南算起，向西为正，向东为负，D为前后排光伏支架的中心间距。

11.根据权利要求8所述光伏组串接线方法，其特征在于，当光伏电站为非平面型电站时，所述太阳入射边界角γ的表达式如下：

式中，L为光伏组件的长度，α为光伏组件的倾斜角度，ψ为太阳方位角，A为光伏组件的方位角，方位角从正南算起，向西为正，向东为负，D为前后排光伏支架的中心间距，ΔZ为所述第一排光伏组串和所述第二排光伏组串的高度差。

12.根据权利要求6所述的光伏组串接线方法，其特征在于，所述预设阴影遮挡判定条件包括：

基于上一时刻气象数据确定光伏电站的上一时刻电流理论值以及上一时刻电流实际值；

计算所述上一时刻电流实际值和所述上一时刻电流理论值的比值，记为第一比值；

基于当前时刻气象数据确定所述光伏电站的当前时刻电流理论值以及当前时刻电流实际值；

计算所述当前时刻电流实际值和所述当前时刻电流理论值的比值，记为第二比值；

计算所述第一比值与所述第二比值的差值；

判断所述差值是否大于阈值；

如果是，则确定存在阴影遮挡；

如果否，则确定不存在阴影遮挡。

13.一种光伏组串接线装置，其特征在于，应用于权利要求1～4任意一项所述的光伏系统中的控制器，所述光伏组串接线装置包括：

功率值获取单元，用于获取C字型组串接线方式和一字型组串接线方式之间切换前后的发电性能增益值；

接线方式确定单元，用于至少根据所述发电性能增益值确定当前时刻的目标组串接线方式为C字型组串接线方式或一字型组串接线方式；

接线方式切换单元，用于向各个开关设备发送与所述目标组串接线方式相应的导通指令和关断指令，由所述开关设备将当前时刻的光伏组串接线方式切换至所述目标组串接线方式。

14.根据权利要求13所述的光伏组串接线装置，其特征在于，当所述发电性能增益值包括发电功率增益值和线损功率提升值时，所述接线方式确定单元具体用于：

根据所述发电功率增益值和所述线损功率提升值的大小关系以及基于预设阴影遮挡判定条件确定的是否存在阴影遮挡，确定当前时刻的所述目标组串接线方式为C字型组串接线方式或一字型组串接线方式。

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