CN113972891B - 一种光伏发电系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种光伏发电系统，该系统包括：多个并联连接的光伏PV组串、多个汇流箱和多个逆变器，其中，每个所述PV组串包括多个串联连接的三级监控组件，每个所述三级监控组件包括一个最大功率点跟踪太阳能控制器MPPT和一个PV组件；所述三级监控组件，用于获取对应的所述PV组件的第一运行参数；所述MPPT，用于对对应的所述PV组件进行最大功率点跟踪控制。本申请通过于集群式的光伏发电系统中设置多个MPPT来实现多路MPPT寻优功能，并在通过多个汇流箱进行汇流后，采用多个逆变器以实现高效的光伏发电，在尽可能保证在任何工况下均无串联失配损失的同时，规避了不均匀光照引起的热斑效应，从而提高了光伏发电系统的稳定性、效率、鲁棒性以及智能化程度。

Description

一种光伏发电系统
技术领域
本申请涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种光伏发电系统。
背景技术
目前，光伏发电具有安全可靠、污染小、建设周期短等优点得到了广泛应用。比如，光伏发电可应用于家庭屋顶并网发电中，以满足家庭的用电需求，光伏发电还可应用于太阳能汽车中，以满足汽车中电池充电设备、车载空调、车载换气扇等设备的用电需求。
然而，相关技术中，尚未存在稳定、高效、智能化程度高的光伏发电系统，因此，如何提高光伏发电系统的稳定性、效率、鲁棒性以及智能化程度，已成为了亟待解决的问题。
发明内容
本申请提供了一种光伏发电系统，用于提高光伏发电系统的稳定性、效率、鲁棒性以及智能化程度。
根据本申请的第一方面，提供了一种光伏发电系统，包括：多个并联连接的光伏PV组串、多个汇流箱和多个逆变器，其中，每个所述PV组串包括多个串联连接的三级监控组件，每个所述三级监控组件包括一个最大功率点跟踪太阳能控制器MPPT和一个PV组件；所述三级监控组件，用于获取对应的所述PV组件的第一运行参数；所述MPPT，用于对对应的所述PV组件进行最大功率点跟踪控制。
另外，根据本申请上述实施例的一种光伏发电系统，还可以具有如下附加的技术特征：
根据本申请的一个实施例，多个所述汇流箱构成二级监控组件，多个所述逆变器构成一级监控组件；所述三级监控组件，还用于将所述第一运行参数发送至所述二级监控组件；所述二级监控组件，用于接收所述三级监控组件发送的所述第一运行参数；所述一级监控组件，用于获取每个所述逆变器的第二运行参数，并根据所述第二运行参数获取投入运行的所述逆变器的第一目标数量，以使所述光伏发电系统按照所述第一目标数量对所述逆变器进行控制。
根据本申请的一个实施例，还包括：监控终端，所述监控终端与所述二级监控组件和所述一级监控组件进行通信；所述二级监控组件，还用于将接收到的所述第一运行参数发送至所述监控终端；所述一级监控组件，还用于获取所述光伏发电系统的能量数据，并将所述能量数据发送至所述监控终端。
根据本申请的一个实施例，所述监控终端，还用于：响应于检测到针对所述光伏发电系统的测试请求，则生成针对所述光伏发电系统的测试指令，并将针对所述光伏发电系统的测试指令发送至所述二级监控组件；所述二级监控组件，还用于接收所述监控终端发送的所述测试指令，并将所述测试指令发送至所述三级监控组件；所述三级监控组件，还用于接收所述二级监控组件发送的所述测试指令，并根据所述测试指令对对应的所述光伏发电系统进行测试。
根据本申请的一个实施例，所述监控终端，还用于生成针对所述MPPT的控制指令，并将所述控制指令发送至所述二级监控组件；所述二级监控组件，还用于接收所述监控终端发送的所述控制指令，并将所述控制指令发送至所述三级监控组件；所述三级监控组件，还用于接收所述二级监控组件发送的所述控制指令，并根据所述控制指令对对应的所述MPPT进行控制。
根据本申请的一个实施例，所述控制指令为针对所述MPPT的运行参数调整指令，所述监控终端，还用于：获取直流母线的设定电压；根据所述设定电压，获取匹配的所述PV组串的运行电压；根据所述运行电压，生成针对所述MPPT的运行参数调整指令，并将所述运行参数调整指令发送至所述二级监控组件。
根据本申请的一个实施例，多个所述逆变器经由直流母线与多个所述汇流箱连接，所述第二运行参数至少包括以下之一：所述直流母线的电流、所述直流母线的功率、所述逆变器的温度以及所述逆变器的运行时长。
根据本申请的一个实施例，所述一级监控组件，还用于：获取所述一级监控组件中所述逆变器的总数量，并将所述总数量和所述第二运行参数输入训练好的逆变器数量获取模型中，输出满足最优逆变效率需求的投入运行的所述逆变器的所述第一目标数量。
根据本申请的一个实施例，所述一级监控组件，还用于：响应于所述光伏发电系统的光照条件未满足光照需求，则获取第二目标数量，以使所述光伏发电系统按照所述第二目标数量对所述逆变器进行控制，其中，所述第二目标数量小于所述一级监控组件对应的所述逆变器的总数量。
根据本申请的一个实施例，所述MPPT，包括：旁路模式控制模块，所述旁路模式控制模块用于：响应于对应的所述PV组件存在异常，则将通路切换至相邻的下一个所述三级监控组件。
本申请实施例提供的技术方案至少包括如下有益效果：
本公开提供了一种光伏发电系统，能够通过于集群式的光伏发电系统中设置多个MPPT来实现多路MPPT寻优功能，并在通过多个汇流箱进行汇流后，采用多个逆变器以实现高效的光伏发电，在尽可能的保证了在任何工况下均无串联失配损失的同时，规避了不均匀光照引起的热斑效应，从而提高了光伏发电系统的稳定性、效率、鲁棒性以及智能化程度。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本申请的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本申请的范围。本申请的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
附图用于更好地理解本方案，不构成对本申请的限定。其中：
图1为本申请实施例提供的一种光伏发电系统的示意图；
图2为本申请实施例提供的一种光伏发电系统中PV组串的示意图；
图3为本申请实施例提供的另一种光伏发电系统的示意图；
图4为本申请实施例提供的一种光伏发电系统中汇流箱的示意图；
图5为本申请实施例提供的一种光伏发电系统中逆变器的示意图；
图6为本申请实施例提供的另一种光伏发电系统的示意图；
图7为本申请实施例提供的另一种光伏发电系统中PV组串的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本申请的示范性实施例做出说明，其中包括本申请实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本申请的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
下面采用实施例对本申请的光伏发电系统进行详细说明。
图1为本申请实施例提供的一种光伏发电系统的结构示意图。
如图1所示，本实施例提出的光伏发电系统1000，包括：多个并联连接的光伏PV(photovoltaic)组串100、多个汇流箱200和多个逆变器300。
其中，每个PV组串100，包括：多个串联连接的三级监控组件10，每个三级监控组件10，包括：一个最大功率点跟踪太阳能控制器MPPT(Maximum Power PointTracking)1和一个PV组件2。
其中，三级监控组件10，用于获取对应的PV组件2的第一运行参数。也就是说，三级监控组件10可以监测每个PV组件2的实时工作参数(第一运行参数)。
举例而言，如图2所示，针对三级监控组件10-11～10-1n，可以用于获取对应的PV组件2-11～2-1n的第一运行参数。
其中，MPPT1，用于对对应的PV组件2进行最大功率点跟踪控制。
举例而言，如图2所示，针对MPPT1-11，可以用于对对应的PV组件2-11进行最大功率点跟踪控制；针对MPPT1-1(n-1)，可以用于对对应的PV组件2-1(n-1)进行最大功率点跟踪控制；针对MPPT1-1 n，可以用于对对应的PV组件2-1n进行最大功率点跟踪控制。
需要说明的是，本申请中，MPPT1和PV组件2一一对应，也就是说，针对每个PV组件2独立进行MPPT控制。这样一来，保证了在任何工况下任一PV组件2均独立的处于其最大功率点，最大限度地提高了光伏组件出力。
本申请实施例中，每个PV组件2均与对应的MPPT1直接连接，MPPT1之间串联形成PV组串100。此种情况下，MPPT1在设定的组串电压钳制调节下，可以根据串联电流相等原则，动态调整MPPT1的输出电流和电压。
需要说明的是，本申请对于多个逆变器300的具体选型不作限定，可以根据实际情况进行选取。
可选地，可以采用一组同型号小型逆变器替代常规系统中的大功率逆变器，且所有的逆变器300采用集群控制运行。
由此，本申请提出的光伏发电系统，通过于集群式的光伏发电系统中设置多个MPPT来实现多路MPPT寻优功能，并在通过多个汇流箱进行汇流后，采用多个逆变器以实现高效的光伏发电，在尽可能的保证了在任何工况下均无串联失配损失的同时，规避了不均匀光照引起的热斑效应，从而提高了光伏发电系统的稳定性、效率、鲁棒性以及智能化程度。
在一些实施例中，如图3所示，该光伏发电系统1000中，多个汇流箱200构成二级监控组件20，多个逆变器300构成一级监控组件30。
进一步地，三级监控组件10，还用于将第一运行参数发送至二级监控组件20。二级监控组件20，用于接收三级监控组件10发送的第一运行参数；一级监控组件30，用于获取每个逆变器300的第二运行参数，并根据第二运行参数获取投入运行的逆变器300的第一目标数量，以使光伏发电系统1000按照第一目标数量对逆变器300进行控制。
需要说明的是，本申请中，多个逆变器300经由直流母线与多个汇流箱200连接。其中，第二运行参数至少包括以下之一：直流母线的电流、直流母线的功率、逆变器的温度以及逆变器的运行时长。
需要说明的是，本申请中对于二级监控组件20实现监控的具体方式不作限定，可以根据实际情况进行设定。
可选地，如图4所示，可以于每个汇流箱200中设置有第一智能监控模块21。第一智能监控模块21，可以用于接收三级监控组件10发送的第一运行参数。也就是说，第一智能监控模块21可以接收来自每个PV组串100的运行数据(第一运行参数)。
需要说明的是，本申请中对于一级监控组件30实现监控的具体方式不作限定，可以根据实际情况进行设定。
可选地，如图5所示，可以于每个逆变器300中设置有第二智能监控模块31。第二智能监控模块31，可以用于获取每个逆变器300的第二运行参数。
进一步地，一级监控组件30，可以根据第二运行参数，获取投入运行的逆变器300的第一目标数量，以使光伏发电系统1000按照第一目标数量对逆变器300进行集群控制等控制。
其中，集群控制，指的是根据直流母线的电流、直流母线的功率、逆变器的温度以及逆变器的运行时长等参数，对投入运行的逆变器300的数量进行动态调整。
需要说明的是，一般情况下，光伏发电系统1000极少满负荷运行，这样一来，通过对逆变器300进行集群控制，能够使得单台或多台逆变器300的损坏或维护等情况，不会影响整个光伏发电系统的正常运行，极大地减少了光伏发电系统的运行风险。
进一步地，逆变器300与MPPT1之间无通讯，均独立判断并运行于各自最优和最安全的工作状态，以在能够将光伏发电系统的设备运行效率最大化的同时，规避了通讯造成的可靠性隐患。
由此，本申请提出的光伏发电系统，一级监控组件可以根据第二运行参数，获取投入运行的逆变器的第一目标数量，以使光伏发电系统按照第一目标数量对逆变器进行集群控制，使每台投入运行的逆变器均处于最优负荷状态，进而保证每台逆变器工作于最优逆变效率点，减小逆变能量损失。同时提高了逆变器元器件的使用效率，延缓了逆变系统的整体损耗，可提高逆变系统使用寿命。
在一些实施例中，如图6所示，该光伏发电系统1000，还包括：监控终端400。
其中，监控终端400，与二级监控组件20和一级监控组件30进行通信。
此种情况下，二级监控组件20，还用于将接收到的第一运行参数发送至监控终端400；一级监控组件30，还用于获取光伏发电系统1000的能量数据，并将能量数据发送至监控终端400。
其中，能量数据，可以为交、直流实时数据。进一步地，一级监控组件30可以将获取到的能量数据发送至监控终端400，以使监控终端400根据能量数据进行能量转换效率等实时监控。
需要说明的是，本申请中，为了进一步提高光伏发电系统1000的适应性和智能化程度，可以通过监控终端400进行针对光伏发电系统的测试以及针对MPPT的控制。
以针对光伏发电系统的测试为例，监控终端400，还用于响应于检测到针对光伏发电系统1000的测试请求，则生成针对光伏发电系统1000的测试指令，并将测试指令发送至二级监控组件20；二级监控组件20，还用于接收监控终端400发送的测试指令，并将测试指令发送至三级监控组件10；三级监控组件10，还用于接收二级监控组件20发送的测试指令，并根据测试指令对对应的光伏发电系统1000进行测试。
举例而言，用户通过点击交互界面上的相关控件触发针对光伏发电系统的IV在线测试请求，此种情况下，监控终端400，响应于检测到针对光伏发电系统1000的IV在线测试请求，则生成针对光伏发电系统1000的IV在线测试指令，并将IV在线测试指令发送至二级监控组件20。
其中，IV在线测试，指的是I(电流)-V(电压)特性进行在线测试。例如，针对太阳能电池IV在线测试，可以用太阳模拟器模拟太阳光光照射到电池上，然后用数字源表对电池的I-V特性进行测试，得出开路电压、短路电流、填充因子、效率、串联电阻、并联电阻等参数。
进一步地，二级监控组件20接收监控终端400发送的IV在线测试指令，并将IV在线测试指令发送至三级监控组件10；三级监控组件10接收二级监控组件20发送的IV在线测试指令，并根据IV在线测试指令对对应的光伏发电系统1000进行测试。
以针对MPPT的控制为例，监控终端400，还用于生成针对MPPT1的控制指令，例如针对MPPT1的运行参数调整指令等，并将控制指令发送至二级监控组件20；二级监控组件20，还用于接收监控终端400发送的控制指令，并将控制指令发送至三级监控组件10；三级监控组件10，还用于接收二级监控组件20发送的控制指令，并根据控制指令对对应的MPPT1进行控制。
可选地，当控制指令为针对MPPT1的运行参数调整指令时，监控终端400，还用于获取直流母线的设定电压，并根据设定电压，获取匹配的PV组串100的运行电压，然后根据运行电压，生成针对MPPT1的运行参数调整指令，并将运行参数调整指令发送至二级监控组件20。
需要说明的是，本申请中可以预先设定直流母线电压，例如800V。此种情况下，可以通过发送针对MPPT1的运行参数调整指令，使所有组串电压均与设定的直流母线电压动态匹配。其中，一般情况下，直流母线电压取值较高。
由此，本申请提出的光伏发电系统，可以通过二级监控组件20，将监控终端40下发的针对光伏发电系统的测试请求以及针对MPPT的运行参数调整指令等进行传送，以实现系统测试以及对MPPT工作参数的动态调整，消除并联失配损失，同时基于较高的直流电压等级能够有效地减少直流线路损耗。
需要说明的是，由于直流母线具有汇集效果，弱光条件下也可驱动部分逆变器300运行。这样一来，本申请提出的光伏发电系统1000，可以根据不同的光照条件，动态地确定投入运行的逆变器数量。其中，弱光条件，指的是常规系统无法启动的光照条件。
可选地，当光伏发电系统1000的光照条件满足光照需求，此种情况下，一级监控组件30，可以根据第二运行参数，获取投入运行的逆变器300的第一目标数量。
需要说明的是，本申请中对于根据第二运行参数获取第一目标数量的具体方式不作限定，可以根据实际情况进行设定。
作为一种可能的实现方式，可以通过一级监控组件30获取一级监控组件30中逆变器300的总数量，并将总数量和第二运行参数输入训练好的逆变器数量获取模型中，输出满足最优逆变效率需求的投入运行的逆变器300的第一目标数量。
可选地，当光伏发电系统1000的光照条件未满足光照需求，此种情况下，响应于光伏发电系统1000的光照条件未满足光照需求，则获取第二目标数量，以使光伏发电系统1000按照第二目标数量对逆变器300进行控制，其中，第二目标数量小于一级监控组件30对应的逆变器300的总数量。
由此，本申请提出的光伏发电系统，可以根据不同的光照条件，动态地确定投入运行的逆变器数量，可选地，在光照条件较理想、即满足光照需求时，根据第二运行参数，获取投入运行的逆变器300的第一目标数量，以进行集群控制；可选地，在光照条件较差、即未满足光照需求时，可以通过仅驱动部分逆变器300运行，使得光伏发电系统仍能够保持较高效率运行，提高了系统的发电潜力。
进一步地，本申请中，每个MPPT1中均增设有旁路模式控制模块3，旁路模式控制模块3用于：响应于对应的PV组件2存在异常，则将通路切换至相邻的下一个三级监控组件10。
举例而言，如图7所示，响应于PV组件2-1(n-1)存在异常，则将通路切换至相邻的下一个三级监控组件10-1(n-2)。
由此，本申请提出的光伏发电系统，通过在每个MPPT1中均增设有旁路模式控制模块3，响应于对应的PV组件2存在异常，则将通路切换至相邻的下一个三级监控组件10，保证了组串连接的畅通，使得任一组件的损坏和更换均不影响光伏发电系统的整体的正常运行。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发申请中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本申请公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本申请保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本申请开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光伏发电系统，包括：多个并联连接的光伏PV组串、多个汇流箱、多个逆变器和监控终端，其中，
每个所述PV组串包括多个串联连接的三级监控组件，每个所述三级监控组件包括一个最大功率点跟踪太阳能控制器MPPT和一个PV组件；
所述三级监控组件，用于获取对应的所述PV组件的第一运行参数；
所述MPPT，用于对对应的所述PV组件进行最大功率点跟踪控制；
所述监控终端，用于生成针对MPPT的控制指令，包括：获取直流母线的设定电压；根据所述设定电压，获取匹配的所述PV组串的运行电压；根据所述运行电压，生成针对所述MPPT的运行参数调整指令；将所述运行参数调整指令发送至所述三级监控组件，由所述三级监控组件对对应的所述MPPT进行控制，以使组串电压与高数值的所述直流母线的设定电压动态匹配；
其中，多个所述汇流箱构成二级监控组件，多个所述逆变器构成一级监控组件，所述一级监控组件，还用于：响应于所述光伏发电系统的光照条件未满足光照需求，则获取第二目标数量，以使所述光伏发电系统按照所述第二目标数量对所述逆变器进行控制，其中，所述第二目标数量小于所述一级监控组件对应的所述逆变器的总数量。
2.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其中，所述三级监控组件，还用于将所述第一运行参数发送至所述二级监控组件；
所述二级监控组件，用于接收所述三级监控组件发送的所述第一运行参数；
所述一级监控组件，用于获取每个所述逆变器的第二运行参数，并根据所述第二运行参数获取投入运行的所述逆变器的第一目标数量，以使所述光伏发电系统按照所述第一目标数量对所述逆变器进行控制。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的光伏发电系统，其中，还包括：
所述监控终端与所述二级监控组件和所述一级监控组件进行通信；
所述二级监控组件，还用于将接收到的所述第一运行参数发送至所述监控终端；
所述一级监控组件，还用于获取所述光伏发电系统的能量数据，并将所述能量数据发送至所述监控终端。
4.根据权利要求3所述的光伏发电系统，其中，所述监控终端，还用于：
响应于检测到针对所述光伏发电系统的测试请求，则生成针对所述光伏发电系统的测试指令，并将针对所述光伏发电系统的测试指令发送至所述二级监控组件；
所述二级监控组件，还用于接收所述监控终端发送的所述测试指令，并将所述测试指令发送至所述三级监控组件；
所述三级监控组件，还用于接收所述二级监控组件发送的所述测试指令，并根据所述测试指令对对应的所述光伏发电系统进行测试。
5.根据权利要求3所述的光伏发电系统，其中，
所述监控终端，还用于将所述控制指令发送至所述二级监控组件；
所述二级监控组件，还用于接收所述监控终端发送的所述控制指令，并将所述控制指令发送至所述三级监控组件；
所述三级监控组件，还用于接收所述二级监控组件发送的所述控制指令，并根据所述控制指令对对应的所述MPPT进行控制。
6.根据权利要求2所述的光伏发电系统，其中，多个所述逆变器经由直流母线与多个所述汇流箱连接，所述第二运行参数至少包括以下之一：所述直流母线的电流、所述直流母线的功率、所述逆变器的温度以及所述逆变器的运行时长。
7.根据权利要求6所述的光伏发电系统，其中，所述一级监控组件，还用于：
获取所述一级监控组件中所述逆变器的总数量，并将所述总数量和所述第二运行参数输入训练好的逆变器数量获取模型中，输出满足最优逆变效率需求的投入运行的所述逆变器的所述第一目标数量。
8.根据权利要求1或5所述的光伏发电系统，其中，所述MPPT，包括：
旁路模式控制模块，所述旁路模式控制模块用于：响应于对应的所述PV组件存在异常，则将通路切换至相邻的下一个所述三级监控组件。
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