CN113517718A - 一种光伏组串并联失配优化方法、电力设备和光伏系统 - Google Patents

一种光伏组串并联失配优化方法、电力设备和光伏系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种光伏组串并联失配优化方法、电力设备和光伏系统，以降低电力设备下总的光伏组串并联失配损失。该方法包括：预判组串优化分配策略能否使电力设备下总的光伏组串并联失配损失降低第一阈值以上，如果能，发出实施所述组串优化分配策略的指示信号；其中，所述组串优化分配策略，是指按光伏组串的最大功率点电压对所述电力设备的全部或部分MPPT单元下的光伏组串进行重新分配与组合。

Description

一种光伏组串并联失配优化方法、电力设备和光伏系统
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种光伏组串并联失配优化方法、电力设备和光伏系统。
背景技术
光伏组串并联失配，是指：多个光伏组串并联接在逆变器或汇流箱等电力设备的同一路MPPT(MaximumPower Point Tracking，最大功率点跟踪)单元下，但由于光伏组串在生产和使用过程中产生的不一致性，导致同一路MPPT单元下的各个光伏组串的最大功率点电压不可能完全一致，此时个别光伏组串由于无法工作在最大功率点，所以产生了功率损失。
降低该电力设备下总的光伏组串并联失配损失，是光伏行业始终追求的目标。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种光伏组串并联失配优化方法、电力设备和光伏系统，以降低电力设备下总的光伏组串并联失配损失。
一种光伏组串并联失配优化方法，包括：
预判组串优化分配策略能否使电力设备下总的光伏组串并联失配损失降低第一阈值以上，如果能，发出实施所述组串优化分配策略的指示信号；
其中，所述组串优化分配策略，是指按光伏组串的最大功率点电压对所述电力设备的全部或部分MPPT单元下的光伏组串进行重新分配与组合。
可选的，所述按光伏组串的最大功率点电压对所述电力设备的全部或部分MPPT单元下的光伏组串进行重新分配与组合，包括：
对第1～s路MPPT单元下的光伏组串进行重新分配与组合，使得第k路MPPT单元的离散度不超过预设程度；其中，MPPT单元的离散度，是指本路MPPT单元下各个光伏组串的最大功率点电压的离散度；k＝1、2、…、s-1，2≤s≤n，n为所述电力设备具有的MPPT单元数量。
或者，所述按光伏组串的最大功率点电压对所述电力设备的全部或部分MPPT单元下的光伏组串进行重新分配与组合，包括：
获取第1～s路MPPT单元下的每个光伏组串的最大功率点电压随时间变化的曲线，依据所述曲线对第1～s路MPPT单元下的光伏组串进行重新分配与组合，使得第k路MPPT单元下的各个光伏组串的曲线重合度超过预设程度；k＝1、2、…、s-1，2≤s≤n，n为所述电力设备具有的MPPT单元数量。
可选的，所述第1～s路MPPT单元为所述电力设备中离散度最高的s路MPPT单元。
可选的，在预判出组串优化分配策略不能使电力设备的整体光伏组串并联失配损失减小第一阈值以上时，和/或所述发出实施所述组串优化分配的指示信号后，还包括：
分别针对所述全部或部分MPPT单元中的每路MPPT单元，定位出本路MPPT单元下满足|Vi-V0|＞第二阈值的光伏组串，发出维修当前定位出的光伏组串的指示信号；
Vi为本路MPPT单元下第i个光伏组串的最大功率点电压，i＝1、2、…、m，m为本路MPPT单元下的光伏组串数量，V0为本路MPPT单元下m个光伏组串并联后的最大功率点电压。
可选的，光伏组串的最大功率点电压通过IV扫描技术获取。
可选的，在通过IV扫描技术获取光伏组串的最大功率点电压时，对各个光伏组串逐个进行IV扫描或者对多个光伏组串同时进行IV扫描。
可选的，所述发出实施所述组串优化分配策略的指示信号，包括：
向重构单元发触发信号；所述重构单元连接在所有MPPT单元与所有光伏组串之间，根据接收到的信号，所述重构单元内部通过开关控制进行光伏组串接入的MPPT单元的切换。
或者，所述发出实施所述组串优化分配策略的指示信号，包括：指示工作人员手动进行光伏组串接入的MPPT单元的切换。
一种电力设备，包括主电路和控制器，所述控制器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述公开的任一种光伏组串并联失配优化方法。
可选的，所述电力设备为逆变器或汇流箱。
一种光伏系统，包括上述公开的任一种电力设备。
从上述的技术方案可以看出，当电力设备下出现光伏组串并联失配时，本发明预判进行光伏组串的重新分配与组合能否显著降低电力设备光伏侧总的功率损失，如果能，则进行光伏组串的重新分配与组合，以解决现有技术存在的问题。
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为本发明实施例公开的一种光伏组串并联失配优化方法流程图；
图2为本发明实施例公开的一种光伏系统结构示意图；
图3为本发明实施例公开的又一种光伏组串并联失配优化方法流程图；
图4为本发明实施例公开的又一种光伏组串并联失配优化方法流程图；
图5为本发明实施例公开的又一种光伏组串并联失配优化方法流程图；
图6示出了图3中步骤S02的一种具体实现方式；
图7示出了图3中步骤S02的又一种具体实现方式；
图8为本发明实施例公开的又一种光伏系统结构示意图。
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。
如图1所示，本发明实施例公开了一种光伏组串并联失配优化方法，包括：
步骤S01：预判组串优化分配策略能否使电力设备下总的光伏组串并联失配损失降低第一阈值ε1(第一阈值ε1大于零)，如果能，进入步骤S02，如果否，返回所述步骤S01。
步骤S02：发出实施所述组串优化分配策略的指示信号，之后重启所述光伏组串并联失配优化方法。
具体的，本发明实施例应用于具有n路MPPT单元的电力设备，n≥2，每路MPPT单元下并联接入多路光伏组串。该电力设备可以是逆变器或汇流箱，该逆变器又可以是组串式逆变器或集中式逆变器，并不局限。
假设该电力设备的其中一路MPPT单元下并联接入m个光伏组串，m≥2，本路MPPT单元下的各个光伏组串的最大功率点电压分别为V1、V2、…、Vm，本路MPPT单元下各个光伏组串并联后的最大功率点电压为V0，则：本路MPPT单元下满足Vi＝V0的光伏组串不存在功率损失，|Vi-V0|越大的光伏组串的功率损失越大；如果本路MPPT单元下的各个光伏组串均满足|Vi-V0|≤第二阈值ε2(第二阈值ε2等于或略大于零；i＝1、2、…、m)，说明本路MPPT单元下的各个光伏组串的最大功率点电压基本一致，本路MPPT单元下不存在光伏组串并联失配、或光伏组串并联失配不明显可以忽略不计；反之，如果本路MPPT单元下有至少一个光伏组串满足|Vi-V0|＞第二阈值ε2，说明本路MPPT单元下的各个光伏组串的最大功率点电压的一致性较差，本路MPPT单元下存在明显的光伏组串并联失配。
可选的，同一路MPPT单元下的V1、V2、…、Vm和V0的获取，是在MPPT控制下，直接通过IV扫描技术获取得到的。如图2所示(图2仅以该电力设备具有两路MPPT单元和一路逆变单元作为示例)，通过控制MPPT单元进行光伏组串IV扫描，记录同一MPPT单元下每个光伏组串中的实时电流A1、A2、A3、…、Am，以及光伏组串实时电压V，获取每个光伏组串的IV数据，据此计算同一路MPPT单元下的V1、V2、…、Vm和V0。当然，在进行IV扫描时，可以对多个光伏组串同时进行IV扫描也可以对各个光伏组串逐个进行IV扫描，并不局限。
为了降低该电力设备下总的光伏组串并联失配损失，可以采取组串优化分配策略，让更多路MPPT单元下分配到光伏组串最大功率点电压更为相近的光伏组件，并尽量避免同一MPPT单元下各个光伏组件的最大功率点电压的离散度过高的情况。其中，所述组串优化分配策略，就是按光伏组串的最大功率点电压对所述电力设备的第1～s路MPPT单元下的光伏组串进行重新分配与组合，2≤s≤n，从而从整体上提升这s路MPPT单元下的光伏组串的最大功率点电压的一致性(也即提升所述第1路MPPT单元下的光伏组串的最大功率点电压的一致性+第2路MPPT单元下的光伏组串的最大功率点电压的一致性+…+第s路MPPT单元下的光伏组串的最大功率点电压的一致性)。例如：对所述电力设备的第1～s路MPPT单元下的光伏组串进行重新分配与组合，使得第k路MPPT单元的离散度不超过预设程度；其中，MPPT单元的离散度，是指本路MPPT单元下各个光伏组串的最大功率点电压的离散度，也即本路MPPT单元下的V1、V2、…、Vm相对于V0的偏离程度；k＝1、2、…、s-1。再例如：获取第1～s路MPPT单元下的每个光伏组串的最大功率点电压随时间变化的曲线，依据所述曲线对第1～s路MPPT单元下的光伏组串进行重新分配与组合，使得第k路MPPT单元下的各个光伏组串的曲线重合度超过预设程度(此时认为曲线重合度较为接近)；k＝1、2、…、s-1。
在实施所述组串优化分配策略前，需要先预判组串优化分配策略的可行性，即：预先通过理论分析得出实施组串优化分配策略后电力设备下总的光伏组串并联失配损失，将其与实施组串优化分配策略前电力设备下总的光伏组串并联失配损失作比对，如果前者相比后者有显著下降，认为组串优化分配策略可行，开始投入实施；反之，不会投入实施。
当然，对光伏组串进行重新分配与组合时，每路MPPT单元下分配的光伏组串数量必然是在保证本路MPPT单元下允许接入的光伏组串数量的情况下进行的。
光伏组串并联失配越明显的MPPT单元，越是应该进行光伏组串的重新分配与组合。基于此，本发明实施例可设置所述第1～s路MPPT单元为所述电力设备中离散度最高的s路MPPT单元。其中，考虑到进行光伏组串的重新分配与组合的MPPT单元越多，可分配的光伏组串资源越丰富，越容易达到使电力设备下总的光伏组串并联失配损失降低第一阈值ε1以上的目标，因此，本发明实施例推荐设置所述第1～s路MPPT单元为该电力设备下所有的MPPT单元。
综上所述，当电力设备下出现光伏组串并联失配时，本发明实施例通过理论分析，预判进行光伏组串的重新分配与组合能否显著降低电力设备光伏侧总的功率损失，如果能，进行光伏组串的重新分配与组合，以解决现有技术存在的问题；反之，如果进行光伏组串的重新分配与组合仅能微弱降低该电力设备光伏侧总的功率损失、或者前后无变化，则当前没有必要进行光伏组串的重新分配与组合。
可选的，参见图3、图4或图5，在预判出组串优化分配策略不能使电力设备的整体光伏组串并联失配损失减小第一阈值以上时，和/或所述发出实施所述组串优化分配策略的指示信号后，还包括：
步骤S03：分别针对所述全部或部分MPPT单元中的每路MPPT单元，定位出本路MPPT单元下满足|Vi-V0|＞第二阈值ε2的光伏组串，发出维修当前定位出的光伏组串的指示信号。
其中，Vi为本路MPPT单元下第i个光伏组串的最大功率点电压，i＝1、2、…、m，m为本路MPPT单元下的光伏组串数量，V0为本路MPPT单元下m个光伏组串并联后的最大功率点电压。
待被维修的这些光伏组串的最大功率点电压提高后，就可以重启所述光伏组串并联失配优化方法。
可选的，基于上述公开的任一实施例，所述步骤S02中发出的实施所述组串优化分配的指示信号，可以是用于通知工作人员手动进行光伏组串接入的MPPT单元的切换(如图6所示，图6仅以基于图3得到作为示例)，也可以向重构单元发触发信号来自动完成光伏组串接入的MPPT单元的切换(如图7所示，图7仅以基于图3得到作为示例)。所述重构单元连接在所有MPPT单元与所有光伏组串之间，根据接收到的信号，所述重构单元内部通过开关控制进行光伏组串接入的MPPT单元的切换，例如图8所示。
此外，本发明实施例还公开了一种电力设备，包括主电路和控制器，所述控制器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行下述光伏组串并联失配优化方法：
预判组串优化分配策略能否使电力设备下总的光伏组串并联失配损失降低第一阈值以上，如果能，发出实施所述组串优化分配策略的指示信号；
其中，所述组串优化分配策略，是指按光伏组串的最大功率点电压对所述电力设备的全部或部分MPPT单元下的光伏组串进行重新分配与组合。
可选的，所述按光伏组串的最大功率点电压对所述电力设备的全部或部分MPPT单元下的光伏组串进行重新分配与组合，包括：对第1～s路MPPT单元下的光伏组串进行重新分配与组合，使得第k路MPPT单元的离散度不超过预设程度；其中，MPPT单元的离散度，是指本路MPPT单元下各个光伏组串的最大功率点电压的离散度；k＝1、2、…、s-1，2≤s≤n，n为所述电力设备具有的MPPT单元数量。
或者，所述按光伏组串的最大功率点电压对所述电力设备的全部或部分MPPT单元下的光伏组串进行重新分配与组合，包括：获取第1～s路MPPT单元下的每个光伏组串的最大功率点电压随时间变化的曲线，依据所述曲线对第1～s路MPPT单元下的光伏组串进行重新分配与组合，使得第k路MPPT单元下的各个光伏组串的曲线重合度超过预设程度；k＝1、2、…、s-1，2≤s≤n，n为所述电力设备具有的MPPT单元数量。
可选的，所述第1～s路MPPT单元为所述电力设备中离散度最高的s路MPPT单元。
可选的，对于上述公开的任一种电力设备，在预判出组串优化分配策略不能使电力设备的整体光伏组串并联失配损失减小第一阈值以上时，和/或所述发出实施所述组串优化分配的指示信号后，还包括：
分别针对所述全部或部分MPPT单元中的每路MPPT单元，定位出本路MPPT单元下满足|Vi-V0|＞第二阈值的光伏组串，发出维修当前定位出的光伏组串的指示信号；
Vi为本路MPPT单元下第i个光伏组串的最大功率点电压，i＝1、2、…、m，m为本路MPPT单元下的光伏组串数量，V0为本路MPPT单元下m个光伏组串并联后的最大功率点电压。
可选的，对于上述公开的任一种电力设备，同一路MPPT单元下的各个光伏组串的最大功率点电压通过IV扫描技术获取。
可选的，在通过IV扫描技术获取光伏组串的最大功率点电压时，对各个光伏组串逐个进行IV扫描或者对多个光伏组串同时进行IV扫描。
可选的，对于上述公开的任一种电力设备，所述发出实施所述组串优化分配策略的指示信号，包括：向重构单元发触发信号；所述重构单元连接在所有MPPT单元与所有光伏组串之间，根据接收到的信号，所述重构单元内部通过开关控制进行光伏组串接入的MPPT单元的切换。
或者，所述发出实施所述组串优化分配策略的指示信号，包括：指示工作人员手动进行光伏组串接入的MPPT单元的切换。
可选的，上述公开的任一种电力设备为逆变器或汇流箱等，并不局限。
此外，本发明实施例还公开了一种光伏系统，包括上述公开的任一种电力设备。
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。对于实施例公开的电力设备、光伏系统而言，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。
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实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例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 (12)

1.一种光伏组串并联失配优化方法，其特征在于，包括：
预判组串优化分配策略能否使电力设备下总的光伏组串并联失配损失降低第一阈值以上，如果能，发出实施所述组串优化分配策略的指示信号；
其中，所述组串优化分配策略，是指按光伏组串的最大功率点电压对所述电力设备的全部或部分MPPT单元下的光伏组串进行重新分配与组合。
2.根据权利要求1所述的光伏组串并联失配优化方法，其特征在于，所述按光伏组串的最大功率点电压对所述电力设备的全部或部分MPPT单元下的光伏组串进行重新分配与组合，包括：
对第1～s路MPPT单元下的光伏组串进行重新分配与组合，使得第k路MPPT单元的离散度不超过预设程度；其中，MPPT单元的离散度，是指本路MPPT单元下各个光伏组串的最大功率点电压的离散度；k＝1、2、…、s-1，2≤s≤n，n为所述电力设备具有的MPPT单元数量。
3.根据权利要求1所述的光伏组串并联失配优化方法，其特征在于，所述按光伏组串的最大功率点电压对所述电力设备的全部或部分MPPT单元下的光伏组串进行重新分配与组合，包括：
获取第1～s路MPPT单元下的每个光伏组串的最大功率点电压随时间变化的曲线，依据所述曲线对第1～s路MPPT单元下的光伏组串进行重新分配与组合，使得第k路MPPT单元下的各个光伏组串的曲线重合度超过预设程度；k＝1、2、…、s-1，2≤s≤n，n为所述电力设备具有的MPPT单元数量。
4.根据权利要求2或3所述的光伏组串并联失配优化方法，其特征在于，所述第1～s路MPPT单元为所述电力设备中离散度最高的s路MPPT单元。
5.根据权利要求1所述的光伏组串并联失配优化方法，其特征在于，在预判出组串优化分配策略不能使电力设备的整体光伏组串并联失配损失减小第一阈值以上时，和/或所述发出实施所述组串优化分配的指示信号后，还包括：
分别针对所述全部或部分MPPT单元中的每路MPPT单元，定位出本路MPPT单元下满足|Vi-V0|＞第二阈值的光伏组串，发出维修当前定位出的光伏组串的指示信号；
Vi为本路MPPT单元下第i个光伏组串的最大功率点电压，i＝1、2、…、m，m为本路MPPT单元下的光伏组串数量，V0为本路MPPT单元下m个光伏组串并联后的最大功率点电压。
6.根据权利要求1所述的光伏组串并联失配优化方法，其特征在于，光伏组串的最大功率点电压通过IV扫描技术获取。
7.根据权利要求6所述的光伏组串并联失配优化方法，其特征在于，在通过IV扫描技术获取光伏组串的最大功率点电压时，对各个光伏组串逐个进行IV扫描或者对多个光伏组串同时进行IV扫描。
8.根据权利要求1所述的光伏组串并联失配优化方法，其特征在于，所述发出实施所述组串优化分配策略的指示信号，包括：
向重构单元发触发信号；所述重构单元连接在所有MPPT单元与所有光伏组串之间，根据接收到的信号，所述重构单元内部通过开关控制进行光伏组串接入的MPPT单元的切换。
9.根据权利要求1所述的光伏组串并联失配优化方法，其特征在于，所述发出实施所述组串优化分配策略的指示信号，包括：指示工作人员手动进行光伏组串接入的MPPT单元的切换。
10.一种电力设备，其特征在于，包括主电路和控制器，所述控制器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1-9中任一项所述的光伏组串并联失配优化方法。
11.根据权利要求10所述的电力设备，其特征在于，所述电力设备为逆变器或汇流箱。
12.一种光伏系统，其特征在于，包括权利要求10或11所述的电力设备。
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