CN114665518B - 户用超长串光伏系统、功率优化装置及过电压保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种户用超长串光伏系统、功率优化装置及过电压保护方法，涉及光伏并网发电技术领域，旨在解决现有过压保护策略所导致的发电功率损失问题。本发明通过在光伏组串中为每个组件配置BUCK型的变换电路，同时当本地输出电流在低电流状态时对各变换电路设置较低的输出过压保护值，并当本地输出电流在非低电流状态时调节各变换电路的输出过压保护值增加，从而确保了光伏系统的安全性，实现相同条件下光伏组串可配置数量更多的光伏组件，降低光伏系统的度电成本；同时非低电流状态下允许部分获得较高辐照的优化器超过第一限制值而运行在更高的输出电压，继而使最大功率跟踪受到的限制减少，提高发电量的获取。

Description

户用超长串光伏系统、功率优化装置及过电压保护方法
技术领域
本发明涉及光伏并网发电技术领域，具体涉及一种户用超长串光伏系统、功率优化装置及过电压保护方法。
背景技术
光伏系统主要由光伏组串和逆变器组成。其中，光伏组串是由众多光伏组件串联而成。光伏系统设计中，一方面要求光伏组串的组件数量最大化，以降低平准化度电成本，另一方面要求在极端条件下光伏组串的串电压低于逆变器允许的最大直流输入电压（也称系统最大电压），以而确保系统安全。
为此，光伏发电项目可以为光伏组件配置具备输出限压功能的功率优化器，可实现光伏组串的组件数量的增加和实现光伏系统电压的安全。例如，光伏系统配置为：逆变器的最大直流输入电压为1100V，光伏组件冬季极端环境下最大功率点电压U_mpp为47.1V。对于该光伏系统，可将每个优化器的输出过压保护值统一设置在39V，则串联组件数量可取28块。相比无优化器，该光伏系统的组件数量增加。
现有方案主要是参考组件辐照一致的情况来设计组件数量和电压保护的。但是，户用光伏项目一般依托房屋建筑多个朝向地安装光伏组件，因而在一时刻里不同朝向的光伏组件往往获取的辐照不一致。若设置统一较高的输出过压保护值，又将降低光伏组串的组件数量，不利于光伏系统的度电成本降低。统一设置过低的输出过压保护值将可能使得获得高辐照朝向的光伏组件的输出功率被提前限制，继而降低了户用光伏系统发电效率。住宅屋顶的户用光伏系统的现有方案主要是：每一屋顶朝向相同的光伏组件串联，并分别配置独立MPPT电路或逆变器。这将增加光伏系统的设备成本。同时，现有每路光伏组串接入BOOST电路进行MPPT工作，在每路光伏组串的组件数量偏少的情况下，可能会导致BOOST电路的升压比偏高，同时接入光伏逆变器的直流电流较大，而造成光伏系统的整体效率不高。
由此可见，现有光伏系统，特别是户用的，在过电压保护策略上存在难以平衡系统电压安全、设备成本和发电效率的问题。
发明内容
有鉴于此，为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种户用超长串光伏系统，应用于该户用超长串光伏系统的一种功率优化装置，以及该户用超长串光伏系统所应用的一种过电压保护方法，可优化户用光伏系统的过压保护策略，实现减少因过电压保护而导致的发电功率损失，同时提高光伏组串的组件数量，提升优化器的变换效率。
为了实现上述目的，本发明的第一方面采用的技术方案是：一种户用超长串光伏系统，该光伏系统包括至少一个光伏组串，每个光伏组串包括若干光伏单元，其中，每个所述光伏单元的输出端配置有一个变换电路，各个所述变换电路的输出端相互串联构成光伏组串，其中，各个所述变换电路均为BUCK型降压电路，并且每个变换电路配置有控制单元；在每个变换电路中有：
所述控制单元用于检测所述变换电路的本地输出电流；
所述控制单元关于本地输出电流预设有电流阈值；
所述控制单元用于当所述本地输出电流未超出电流阈值时将变换电路的输出过压保护值设置在第一限制值，以及，当所述本地输出电流超出电流阈值时将变换电路的输出过压保护值设置为大于所述第一限制值的第二限制值；
所述控制单元还用于控制变换电路的输出电压不超出所设置的输出过压保护值。
上述户用超长串光伏系统优选有，所述光伏组串被配置为至少包含两个安装朝向相差异的光伏单元。
上述户用超长串光伏系统优选有，所述光伏组串包括至少两个组串单元，每个所述组串单元均包含有安装朝向相同并以串联方式相连接的至少一个光伏组件，各个所述组串单元之间的光伏组件安装朝向不同。
上述户用超长串光伏系统优选有，所述光伏组件配置有一个或两个所述变换电路。
上述户用超长串光伏系统优选有，所述光伏系统还包括与光伏组串输出端连接的后级设备，所述光伏组串包含有预设数量的变换电路，所述第一限制值与预设数量的乘积不超出所述后级设备的最大直流输入电压值。
上述户用超长串光伏系统优选有，所述控制单元用于跟踪光伏单元的最大功率并且控制变换电路的输出电流一致于光伏组串的串电流；当变换电路的输出电压超出所设置的输出过压保护值，控制单元不再为跟踪光伏单元的最大功率而调节变换电路的输出电压。
为了实现上述目的，本发明的第二方面采用的技术方案是：一种功率优化装置，上述的户用超长串光伏系统，该功率优化装置包括变换电路和控制单元，所述变换电路耦合在光伏单元与光伏组串之间，其中，所述变换电路均为BUCK型降压电路，并配置有控制单元；
所述控制单元用于检测所述变换电路的本地输出电流；
所述控制单元关于本地输出电流预设有电流阈值；
所述控制单元用于当所述本地输出电流未超出电流阈值时将变换电路的输出过压保护值设置在第一限制值，以及，当所述本地输出电流超出电流阈值时将变换电路的输出过压保护值设置为大于所述第一限制值的第二限制值；
所述控制单元还用于控制变换电路的输出电压不超出所设置的输出过压保护值。
为了实现上述目的，本发明的第三方面采用的技术方案是：一种过电压保护方法，上述的户用超长串光伏系统，该光伏系统包括至少一个光伏组串，每个光伏组串包括若干光伏单元，其中，每个所述光伏单元的输出端配置有一个变换电路，各个所述变换电路均为BUCK型降压电路且其输出端相互串联构成光伏组串，其中，该方法包括对每个变换电路进行的操作：
检测所述变换电路的本地输出电流；
关于本地输出电流预设有电流阈值；
当所述本地输出电流未超出电流阈值时将变换电路的输出过压保护值设置在第一限制值，以及，当所述本地输出电流超出电流阈值时将变换电路的输出过压保护值设置为大于所述第一限制值的第二限制值；
控制变换电路的输出电压不超出所设置的输出过压保护值。
上述过电压保护方法优选有，该方法还包括：将所述光伏组串中的至少两个光伏单元朝向相差异地安装。
上述过电压保护方法优选有，该方法还包括：为光伏组串配置至少两个组串单元，其中，每个所述组串单元均包含有安装朝向相同并以串联方式相连接的至少一个光伏组件，各个所述组串单元之间的光伏组件安装朝向不同。
与现有技术相比，本发明有益效果如下：
本发明的户用超长串光伏系统，通过在光伏组串中为每个组件配置BUCK型的变换电路，同时当本地输出电流在低电流状态时对各变换电路设置较低的输出过压保护值，并当本地输出电流在非低电流状态时调节各变换电路的输出过压保护值增加，从而确保了光伏系统的安全性，实现相同条件下光伏组串可配置数量更多的光伏组件，降低光伏系统的度电成本；同时非低电流状态下允许部分获得较高辐照的优化器超过第一限制值而运行在更高的输出电压，继而使最大功率跟踪受到的限制减少，提高发电量的获取。整体上，本发明能在系统安全性基础上，降低光伏系统成本，同时提高光伏系统发电效率。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1为本申请实施例的户用超长串光伏系统电路结构示意图。
图2为本申请实施例的过电压保护方法的流程示意图。
图3为本申请实施例的优化器在不同辐照状态时下输出伏安特性示意图。
图4为本申请实施例的光伏组串中各组串单元在同一时间下的输出伏安特性示意图。
图5为本申请实施例的户用超长串光伏系统的安装示意图。
图6为本申请实施例的对应图5安装方式的户用超长串光伏系统的电路结构示意图。
具体实施方式
有鉴于此，为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种户用超长串光伏系统，应用于该户用超长串光伏系统的一种功率优化装置，以及该户用超长串光伏系统所应用的一种过电压保护方法，可优化配置Buck型优化器的光伏系统的过压保护策略，实现减少因过压保护导致的发电功率损失，同时提高光伏组串的组件数量与提升优化器的变换效率。
根据本发明的实施例基于同一发明构思提供了一种户用超长串光伏系统、功率优化装置及过电压保护方法为了便于理解本发明，下面将结合具体实施例对本申请中的户用超长串光伏系统、该光伏系统所采用的过电压保护方法以及该光伏系统所采用的功率优化装置进行详细的说明。
如图1所示，根据本发明第一方面的实施例的一种户用超长串光伏系统，包括至少一个光伏组串30。至少其中一串光伏组串30具有n个光伏单元10（n表示大于2的整数）。所述光伏单元10是指可将光能转换为电能的单元，具体可以是具有独立封装的单个光伏组件，或一光伏组件中的部分电池片串，或相串联的两个光伏组件。每个所述光伏单元10配置有根据本发明第二方面的实施例的一种功率优化装置。所述功率优化装置以下简称优化器20。其中，优化器20包括至少一个变换电路21。所述光伏单元10的输出端连接于一个变换电路21的输入端，n个变换电路21的输出端相互串联构成光伏组串30。本实施例中还包括后级设备，后级设备具体可以是光伏用的逆变器40。可以理解，后级设备及其类型是不作限定的。光伏组串30的输出端连接于逆变器40的直流母线输入侧。每个变换电路21均配置有控制单元22。换而言之，每个变换电路21均有受控于的控制单元22。如图1中控制单元22共设置有n个，但控制单元22的数量不作为限定。
为实现本申请的技术目的，具体地，各个变换电路21均为BUCK型降压电路，换言之，变换电路21的功能在于将输入的光伏电力变换为电压降低而电流上升的输出电力。控制单元22以PWM方式控制BUCK型降压电路的变换过程，其输入输出参量满足关系：I_in/D=I_out及U_in*D=U_out。其中，I_in、I_out、U_in、U_out及D分别对应是变换电路21的输入电流、输出电流、输入电压、输出电压及占空比。每个优化器20中均有：控制单元22至少能够检测变换电路21的本地输出电流I_out，控制单元22关于本地输出电流而预先设置有电流阈值I_set，关于输出过压保护值而预先设置有U_lim1和U_lim2，其中，U_lim1＜U_lim2；优化器20在运行时，控制单元22能够根据本地输出电流状态而相应设置输出过压保护值，以及能够控制变换电路21的即时的输出电压U_out不超出所设置的输出过压保护值。具体是，当I_out≤I_set时，将输出过压保护值设置在U_lim1；当I_out＞I_set时将输出过压保护值设置为U_lim2。
如图2所示，根据本发明第三方面的实施例还可以是一种过电压保护方法。该方法包括：对每个变换电路21进行操作：S101、检测所述变换电路21的本地输出电流，关于本地输出电流预设有电流阈值，当所述本地输出电流未超出电流阈值时将变换电路21的输出过压保护值设置在第一限制值，以及，当所述本地输出电流超出电流阈值时将变换电路21的输出过压保护值设置为大于所述第一限制值的第二限制值；S102、控制变换电路21的输出电压不超出所设置的输出过压保护值。
可以理解，优化器20的作用是优化光伏功率，每个控制单元22能够控制变换电路21将输入电压或输入电流配置在最大功率点（也即光伏单元10的最大功率点），以及每个控制单元22还能够控制变换电路21的输出电流一致于光伏组串30的串电流。当逆变器40的直流母线电压被设置，即光伏组串30的串电压U_bus被配置，光伏组串30将形成串电流I_bus。在最大功率跟踪的过程可以是：每个控制单元22输出电流I_out一致于串电流I_bus，通过扰动调节U_out使从光伏单元10获取的输入功率最大化。当输入功率最大化，变换电流输出功率也最大化，同时U_in或I_in被配置在最大功率点。当U_out被扰动调节到输出过压保护值（U_lim1或U_lim2），控制单元22将不在为功率最大化而继续提高U_out同时，变换电路21的输出功率被限制在输出过压保护值与输出电流的乘积值，而此时实际最大功率将大于该乘积值，因而产生功率损失。
本实施例所设置的电流阈值I_set，将本地输出电流划分为低电流状态（I_out≤I_set）和非低电流状态（I_out＞I_set）。低电流状态将输出过压保护值设置得较低，以确保系统的安全，而非低电流状态允许输出过压保护值设置得较高，以释放更多的发电效率。
图3中S1曲线显示了本实施例在低电流状态下的输出的伏安特性，而S2和S3曲线显示了本实施例在非低电流状态下的输出的伏安特性。光伏伏安特性（也即优化器20的输入特性）一般有：1）随辐照增加，电流显著上升，而电压没有显著变化；2）随组件温度下降，电压显著上升。
详细来说，S1曲线显示了本地输出电流处于低电流状态（I_out≤I_set），其一般对应两种场景：（1）逆变器40的直流母线电压尚未建立；（2）直流母线电压已建立，但太阳辐照过低。对于场景（1），低电流的因素可能是逆变器40的启动期间，或者光伏组串30与逆变器40的第一次耦合或分离后重新耦合等期间，此时直流母线的电容未充电，逆变器40无法对光伏组串30的串电压U_bus进行控制。由图3可知，当I_out为零，U_out被限制在U_lim1，并且U_lim1可确保U_bus不超出后级设备的最大直流输入电压值。对于场景（2），可能是早晚、大雪或阴雨等因素所导致的太阳辐照过低，但直流母线的电容已充电，逆变器40能够对光伏组串30的串电压U_bus进行控制。由图3可知，当输入电压较高，由于是Buck型降压电路，U_out可以进行降压升流，从而使U_out被限制在U_lim1以内。同时，由于是低电流状态，输出电流上升的空间较大，不会超出优化器20最大电流限制I_lim。同样，由于低电流状态，虽然U_out较低将使占空比也较低，但对变换效率的影响较少。
详细来说，S2和S3曲线显示了本地输出电流处于非低电流状态（I_out＞I_set），此时直流母线的电容已充电，逆变器40能够对光伏组串30的串电压U_bus进行控制。S2曲线显示了一般辐照和环境温度情况下，随着I_out相比于输入特性的升流，U_out可设置在大于U_lim1的范围内，从而使得占空比设置在高转换效率的区间。此时，U_out仍能进行MPPT工作。而如果串电压U_bus过高时，可通过将U_out设置在小于U_lim1的范围内，从而确保系统安全。S3曲线显示了高辐照而低温度极端情况下，若U_out设置在U_lim1处将被限流，因而U_out仅能设置在大于U_lim1的范围时才能进行MPPT工作。本实施例在非低电流状态下，U_out可以突破U_lim1，而是被限制在U_lim2处，因此优化器20可继续进行MPPT工作中，并使发电量获得提升。
可以理解，在现实的很多发电项目中，光伏组串30中的各个光伏单元10所获取的辐照是不一致。当高辐照的光伏组件获取更多电力时，由于BUCK型降压电路不能对输入电流进行降流，光伏组串30的串电流将较高。部分低辐照的光伏单元10，其优化器20将进行降压升流，并使其输出电流一致于串电流，随之其输出电压将大幅下降。可见，本实施例在直流母线电压已经建立时允许部分高辐照光伏单元10所对应优化器20将其输出电压调节得更高，同时串电压不会超出后级设备的最大直流输入电压值，实现兼顾系统的安全性和发电效率。
为更好理解本申请的特点，在一个示意性而不做限定的案例中，所述光伏组串30包括第一组串单元、第二组串单元和第三组串单元。每个组串单元均具有n/3个光伏组件（其中n能被3整除）。每个光伏组件的配置有所述优化器20。第一组串单元中的各光伏组件以第一角度安装，并且其优化器20输出端相互串联连接；第二组串单元中的各光伏组件以第二角度安装，并且其优化器20输出端相互串联连接；第三组串单元中的各光伏组件以第三角度安装，并且其优化器20输出端相互串联连接。第一组串单元、第二组串单元和第三组串单元输出端继续串联形成光伏组串30。各优化器20能运行以下逻辑：控制单元22至少能够检测变换电路21的本地输出电流I_out，控制单元22关于本地输出电流而预先设置有电流阈值I_set，关于输出过压保护值而预先设置有U_lim1和U_lim2，其中，U_lim1＜U_lim2；优化器20能够控制变换电路21的即时的输出电压U_out不超出所设置的输出过压保护值。
图4显示了第一组串单元、第二组串单元和第三组串单元，处于非低电流状态（I_out＞I_set）时，优化器20的伏安特性。由图中可知，标记为a的曲线为第一组串单元的优化器20伏安特性，其输入电流较低，说明以第一角度获得的辐照较低；标记为b的曲线为第二组串单元的优化器20伏安特性，其输入电流中等，说明以第二角度获得的辐照中等；标记为c的曲线为第三组串单元的优化器20伏安特性，其输入电流较高，说明以第三角度获得的辐照较高。由于各优化器20串联且能控制输出电流一致，同时优化器20的降压电路为Buck型，第一组串单元和第二组串单元的优化器20输出电流将至少不会低于第三组串单元的优化器20输入电流。假设光伏组串30的串电流I_bus设置在I1处（略高于第三组串单元的优化器20输入电流），第一组串单元、第二组串单元和第三组串单元的优化器20将进行升流降压，并将U_out分别设置在U1、U2及U3处。第三组串单元的优化器20的U_out为U_lim1＜U3＜U_lim2，优化器20能进行MPPT工作并最大化获取功率。如果U3被限制为小于U_lim1，优化器20输出电流将达到最大电流限制I_bus，继而因不能进行MPPT工作并损失功率。但是，本实施例是将第三组串单元优化器20的输出过压保护值设置在U_lim2，因而挽回了功率损失。第一组串单元获取的辐照最低，其优化器20要进行大幅度的降压升流。由图可见，第一组串单元中优化器20的输出电压与U_lim1的压差（U_lim1-U1），将大于第三组串单元中优化器20的输出电压与U_lim1的压差（U3-U_lim1），同时因为第二组串单元中优化器20的输出电压U2小于U_lim1，因此光伏组串30的串电压U_bus（U1*3/n+U2*3/n+U2*3/n），将小于逆变器40最大直流输入电压值（U_lim1*n），能确保系统的安全。可以理解，在高辐照同时极端低温的极少数情况，a曲线将进一步向坐标轴右侧移动，第三组串单元在因跟踪最大功率点而调节输出电压时，将可能使U_out超出U_lim2，此时优化器20会将U_out限制在U_lim2，通过损失部分功率而确保系统安全。
需要说明的是，本实施例中关于电流阈值I_set的设置，具体地，光伏系统能根据本地输出电流确定输出过压保护值，电流阈值能划分出低电压状态和非低电压状态。变换电路21的输出电流能反应光伏组串30整体的辐照及功率状况，能反应光伏组串30处于开路及低电流状态，还是处于正常电流状态。因此，确定输出过压保护值还可以根据输入电流设置阈值，可以理解，输入电流也能反应当前光伏组件的辐照及功率状况，同时Buck型降压电路对输入电流进行升流转换为输出电流，因而输入电流也能确定光伏组串30是否处于开路及低电流状态。
需要说明的是，本实施例中关于第一限制值U_lim1的设置，具体地，可根据光伏组件及优化器20参数等综合因素来确定。例如，光伏组件的STC测试峰值电压为U_mpp，可根据优化器20性能将U_lim1设置在0.85倍U_mpp。若第一限制值U_lim1与后级设备的最大直流输入电压值U_ocmax确定，可按照U_lim1设置光伏组串30的光伏组件数量n。换言之，该户用超长串光伏系统满足关系：第一限制值与预设数量的乘积不超出所述后级设备的最大直流输入电压值，即n*U_lim1＜U_ocmax。为了尽可能实现超长串，降低度电成本，该户用超长串光伏系统满足关系：第一限制值与预设数量的乘积与后级设备的最大直流输入电压值之间的差小于第一限制值，即U_ocmax-n*U_lim1＜U_lim1。本实施例的光伏系统都能运行于较高占空比值（0.85左右），转换效率满足要求。此外，本申请的光伏系统中，第一限制值的设置是参考光伏组件STC测试参数，因而组件数量的设置具有灵活性，可先按照建筑安装面积设定组件的数量，再选用相应U_ocmax的逆变器40。
需要说明的是，本实施例中关于第二限制值U_lim2的设置，具体地，U_lim2与U_lim1的差值可由光伏组件间的平均辐照差异决定。第二限制值的设定满足：光伏组件间的平均辐照差异越大，第二限制值与第一限制值的差值越大。在户用的光伏系统场景下，光伏组串30中各组件的安装受限于建筑场地条件，使得至少部分光伏组件之间存在安装朝向的差异，继而在同一时间相同辐照情况下光伏组件之间所获得辐照将会不一致。在系统运行时，对于获得辐照较高的部分光伏组件，其对应优化器20将控制输出电压超出第一限制值；对于获得辐照较低的部分光伏组件，其对应优化器20将控制输出电力进行降压升流，使得输出电流一致于串电流。
户用超长串光伏系统具体案例
图5所示，本申请实施例的户用超长串光伏系统布置在华东地区一户房屋的屋顶上。该光伏系统共安装30块440W光伏组件。每个光伏组件的参数有：工作温度25度时，最大功率点电压U_mpp为41.6V，开路电压U_oc为49.8V。而光伏组件的冬季极端环境下，工作温度-10度时，U_mpp为47.1V，U_oc为54.9V。其中，东向组件11-E设置有9块，布置于正东朝向30度倾斜角的屋顶处；南向组件11-S设置有12块，布置于正南朝向30度倾斜角的屋顶处；西向组件11-W设置有9块，布置于正北朝向30度倾斜角的屋顶处。
如图6所示，本实施例的户用超长串光伏系统中，各个东向组件11-E、南向组件11-S及西向组件11-W均配置了优化器20，光伏组件的输出端连接于优化器20的输入端，各优化器20的输出端相互串联形成光伏组串30，光伏组串30的输出端连接于逆变器40的直流输入端。各优化器20均由Buck型降压电路构成。选用最大直流输入电压为1100V的逆变器40，该逆变器40的MPPT调节下限阈值为620V，上限阈值为950V。各优化器20设置有电流阈值I_set为0.5A，第一限制值U_lim1为35.36V（0.85*41.6V），第一限制值U_lim2为43.68V（1.05*41.6V）。各优化器20能够执行以下逻辑：当I_out≤0.5A，U_out被限制在35.36V以内，当I_out＞0.5A，U_out被限制在43.68V以内。
本实施例光伏系统在第一时间节点，例如光伏组串30首次耦合于逆变器40或逆变器40停机重新耦合光伏组串30，直流母线电压尚未建立，光伏组串30的电流为零。各优化器20检测到I_out为零，将过压保护值设置在35.36V。即使当前光伏组件的开路电压较高，优化器20的U_out也能现在35.36V，而光伏组串30的U_bus为1060.8V（30*35.36V），不超过1100V。由此可见，在第一时间节点，光伏组串30可安全耦合到逆变器40。
本实施例光伏系统在第二时间节点，例如早开机后或晚停机前，直流母线电压已建立，但光伏组串30因太阳辐照较低而串电流为0.3A。各优化器20检测到输出电流小于0.5A，将当前过压保护值设置在35.36V。光伏组串30的串电压由逆变器40控制运行在[620V，950V]的范围内，各个东向组件11-E、南向组件11-S及西向组件11-W进行降压升流使串电流为0.3A，并且输出电压不会达到35.36V。例如，输入电流为0.2A，输入电压为41.6V，U_out将设置在27.7V。由此可见，在第二时间节点，虽然占空比及变换效率较低，但光伏组串30可安全运行，光伏系统能够提前发电。
本实施例光伏系统在第三时间节点，例如冬季上午10点，组件工作温度为-10度，组件的U_mpp为47.1V，9块东向组件11-E获得辐照600W/m2，12块南向组件11-S获得辐照450W/m2，9块西向组件11-W11-W获得辐照250W/m2。直流母线电压已建立，光伏组串30的串电流至少为6A。各优化器20检测输出电流大于0.5A，将当前过压保护值设置在43.68V。如串电流I_bus设置在6.67A，东向组件11-E的输出电压允许超出35.36V而设置在42.39V；南向组件11-S为控制输出电流一致于串电流，将占空比设置为0.69（4.5A/6.67A），输出电压控制在32.5V（0.69*47.1V）；西向组件11-W11-W为控制输出电流一致于串电流，将占空比设置为0.375（2.5A/6.67A），输出电压控制在17.7V（0.38*47.1V）。9块东向组件11-E总电压为382V，12块南向组件11-S总电压为390V，9块西向组件11-W11-W总电压为159V，U_bus为931V，仍在逆变器40的MPPT阈值范围以内。东向组件11-E能发挥高性能，若其被限制在35.36V，则功率会极大损失。
可以理解，在第三时间节点中，当U_mpp进一步提升为50V，而I_bus仍然设置在6.67A，东向组件11-E如需要跟踪最大功率点，需要将U_out设置在45V。此时东向组件11-E的优化器20将U_out限制在U_lim2，即43.68V。此时，优化器20的输出功率为291W（43.68V*6.67A），而小于最大功率300W（45V*6.67A）。由此可见，在第三时间节点，第二限制值可实现高变换效率（0.9的占空比）的情况下，确保系统的安全性。
本实施例光伏系统在第四时间节点，例如冬季的正午，组件工作温度为-10度，组件的U_mpp为47.1V，9块东向组件11-E获得辐照600W/m2，12块南向组件11-S获得辐照800W/m2，9块西向组件11-W11-W获得辐照600W/m2。直流母线电压已建立，光伏组串30的串电流至少为8A。各优化器20检测输出电流大于0.5A，将当前输出过压保护值设置在43.68V。如串电流I_bus设置10A，南向组件11-S的输出电压允许超出35.36V而设置在37V；东向组件11-E为控制输出电流一致于串电流，将占空比设置为0.6（6A/10A），输出电压控制在28V（0.6*47.1V）；东向组件11-E为控制输出电流一致于串电流，将占空比设置为0.6（6A/10A），输出电压控制在28V（0.6*47.1V）。9块东向组件11-E总电压为252V，12块南向组件11-S总电压为444V，9块西向组件11-W11-W总电压为252V，U_bus为948V，仍在逆变器40的MPPT阈值范围以内。南向组件11-S能发挥高性能，若其被限制在35.36V，则功率会极大损失。
本实施例光伏系统在第五时间节点，例如大雪或阴雨天气，辐照<300W/m2，且辐照主要是大气散射，各个东向组件11-E、南向组件11-S及西向组件11-W所获得的辐照基本一致，30个光伏组件的输出电压大致相同。若各优化器20检测输出电流小于0.5A，将当前输出过压保护值设置在35.36V，若各优化器20检测输出电流大于0.5A，将当前输出过压保护值设置在43.68V。无论何种情况，由于逆变器40能够控制直流母线电压，光伏组串30实际串电压将不会超出上限阈值950V，各优化器20的实际输出电压不会超出31.7V（950V/30）。
综上，本实施例的布置在华东地区屋顶的户用超长串光伏系统，相比于现有技术的优点有：（1）光伏组件的组件数量提升，实现超长串，提升度电成本；（2）超长串的光伏系统在各运行节点均能确保系统安全；（3）安装朝向不同的光伏组件连接为同一光伏组串30，减少组串与后级设备数量，降低成本；（4）高辐照的组件能为最大功率跟踪而设置在更高输出电压，从而释放发电量，而低辐照的组件为适应输出电流一致性而降压，确保串电压运行逆变器40上限阈值处。（5）各优化器20能运行在适合的高占空比处，并具有较高的变换效率。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
以上实施例主要描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (8)

1.一种户用超长串光伏系统，该光伏系统包括至少一个光伏组串(30)，每个光伏组串(30)包括若干光伏单元(10)，其中，每个所述光伏单元(10)的输出端配置有一个变换电路(21)，各个所述变换电路(21)的输出端相互串联构成光伏组串(30)，其特征在于，各个所述变换电路(21)均为BUCK型降压电路，并且每个变换电路(21)配置有控制单元(22)；在每个变换电路(21)中有：
所述控制单元(22)用于控制变换电路(21)的输出电流一致于光伏组串(30)的串电流；
所述控制单元(22)用于检测所述变换电路(21)的本地输出电流；
所述控制单元(22)关于本地输出电流预设有电流阈值；
所述控制单元(22)用于当所述本地输出电流未超出电流阈值时将变换电路(21)的输出过压保护值设置在第一限制值，以及，当所述本地输出电流超出电流阈值时将变换电路(21)的输出过压保护值设置为大于所述第一限制值的第二限制值；
所述控制单元(22)还用于控制变换电路(21)的输出电压不超出所设置的输出过压保护值；
所述光伏组串(30)被配置为至少包含两个安装朝向相差异的光伏单元(10)。
2.如权利要求1所述的户用超长串光伏系统，其特征在于，所述光伏组串(30)包括至少两个组串单元，每个所述组串单元均包含有安装朝向相同并以串联方式相连接的至少一个光伏组件，各个所述组串单元之间的光伏组件安装朝向不同。
3.如权利要求2所述的户用超长串光伏系统，其特征在于，所述光伏组件配置有一个或两个所述变换电路(21)。
4.如权利要求1所述的户用超长串光伏系统，其特征在于，所述光伏系统还包括与光伏组串(30)输出端连接的后级设备，所述光伏组串(30)包含有预设数量的变换电路(21)，所述第一限制值与预设数量的乘积不超出所述后级设备的最大直流输入电压值。
5.如权利要求1所述的户用超长串光伏系统，其特征在于，所述控制单元(22)用于跟踪光伏单元(10)的最大功率，当变换电路(21)的输出电压超出所设置的输出过压保护值，控制单元(22)不再为跟踪光伏单元(10)的最大功率而调节变换电路(21)的输出电压。
6.一种功率优化装置，应用于权利要求1至5任一项所述的户用超长串光伏系统，该功率优化装置包括变换电路(21)和控制单元(22)，所述变换电路(21)耦合在光伏单元(10)与光伏组串(30)之间，其特征在于，所述变换电路(21)均为BUCK型降压电路，并配置有控制单元(22)；
所述控制单元(22)用于检测所述变换电路(21)的本地输出电流；
所述控制单元(22)关于本地输出电流预设有电流阈值；
所述控制单元(22)用于当所述本地输出电流未超出电流阈值时将变换电路(21)的输出过压保护值设置在第一限制值，以及，当所述本地输出电流超出电流阈值时将变换电路(21)的输出过压保护值设置为大于所述第一限制值的第二限制值；
所述控制单元(22)还用于控制变换电路(21)的输出电压不超出所设置的输出过压保护值。
7.一种过电压保护方法，应用于权利要求1至5任一项所述的户用超长串光伏系统，该光伏系统包括至少一个光伏组串(30)，每个光伏组串(30)包括若干光伏单元(10)，其中，每个所述光伏单元(10)的输出端配置有一个变换电路(21)，各个所述变换电路(21)均为BUCK型降压电路且其输出端相互串联构成光伏组串(30)，其特征在于，该方法包括对每个变换电路(21)进行的操作：
控制变换电路(21)的输出电流一致于光伏组串(30)的串电流；
检测所述变换电路(21)的本地输出电流；
关于本地输出电流预设有电流阈值；
当所述本地输出电流未超出电流阈值时将变换电路(21)的输出过压保护值设置在第一限制值，以及，当所述本地输出电流超出电流阈值时将变换电路(21)的输出过压保护值设置为大于所述第一限制值的第二限制值；
控制变换电路(21)的输出电压不超出所设置的输出过压保护值；
将所述光伏组串(30)中的至少两个光伏单元(10)朝向相差异地安装。
8.如权利要求7所述的一种过电压保护方法，其特征在于，该方法还包括：为光伏组串(30)配置至少两个组串单元，其中，每个所述组串单元均包含有安装朝向相同并以串联方式相连接的至少一个光伏组件，各个所述组串单元之间的光伏组件安装朝向不同。
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