CN116365976A - 一种光伏发电的控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏发电的控制方法及系统，涉及光伏发电技术领域，包括以下步骤：根据光伏组件的安装位置，获取不同时刻的光伏组件的目标位置角度；通过平行于光伏组件表面的磁力传感器，获取不同时刻光伏组件处于目标位置角度时，相对于磁力传感器的目标磁力矢量；不断转动光伏组件，直至相对于磁力传感器的磁力矢量与目标磁力矢量相同，以使光伏组件在不同时刻处于对应的目标位置角度。本发明可以实现各结构的协调控制，保证光伏发电系统的稳定运行，结构简单、成本较低。

Description

一种光伏发电的控制方法及系统

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，更具体的说是涉及一种光伏发电的控制方法及系统。

背景技术

光伏发电是目前而言最具备清洁性和高效性的能源之一，是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。光伏发电几乎不受地域限制，而且还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设周期短的优点，因而光伏电站的开发日趋激烈。

在建设与运行光伏电站的过程中，逆变器是通过半导体功率开关的开通和关断作用，将直流电能转变成交流电能供给负载使用的一种转换装置，是整流器的逆向变换功能器件，也是光伏并网发电系统进行电能变换的核心。公开号为CN106849179A的发明专利“光伏发电控制方法和光伏电站”，在光伏逆变器输出功率达到限功率值时，启动分流电源装置，将原本需要被限制输出的光伏能量进行转换后给负载供电，可以避免光伏能量浪费。但是，目前现有的光伏控制系统还存在效率较低、光伏发电不能稳定的输出功率、结构复杂、成本较高的问题。

因此，如何解决现有光伏控制系统存在的协调控制困难的不足，提高光伏能量的利用率，确保光伏发电系统的稳定运行是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种光伏发电的控制方法及系统，可以实现各结构的协调控制，保证光伏发电系统的稳定运行，结构简单，成本降低。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种光伏发电的控制方法，包括以下步骤：

根据光伏组件的安装位置，获取不同时刻的光伏组件的目标位置角度；

通过平行于光伏组件表面的磁力传感器，获取不同时刻光伏组件处于目标位置角度时，相对于磁力传感器的目标磁力矢量；

不断转动光伏组件，直至相对于磁力传感器的磁力矢量与目标磁力矢量相同，以使光伏组件在不同时刻处于对应的目标位置角度。

可选的，获取不同时刻的光伏组件的目标位置角度，具体为：

基于光伏组件所处安装位置的经纬度及海拔高度，获取不同时刻的太阳光入射角度及对应的垂直于太阳光的光伏组件的目标位置角度。

上述技术方案达到的技术效果为：在每一个时刻，都存在一个与之对应的目标位置角度，控制光伏组件转动至目标位置角度使光伏组件垂直于太阳光线，在简化装置结构的同时可保证发电效率，结构简单，成本降低。

可选的，所述方法还包括：

实时监测并获取光伏组件的发电功率，并根据发电功率对光伏发电系统的输出功率进行调整，以使输出功率处于预设功率范围内。

可选的，对光伏发电系统的输出功率进行调整，具体包括以下步骤：

设置第一功率阈值及第二功率阈值，且第二功率阈值大于第一功率阈值；

当光伏组件的发电功率小于第一功率阈值时，光伏发电系统根据第一功率阈值与发电功率的差值进行放电；

当光伏组件的发电功率处于第一功率阈值与第二功率阈值之间时，光伏发电系统停止充电或放电；

当光伏组件的发电功率大于第二功率阈值时，光伏发电系统根据发电功率与第二功率阈值的差值进行充电。

上述技术方案达到的技术效果为：根据实时检测的光伏组件的发电功率对光伏发电系统的输出功率进行调整，以使其保持在预设功率范围内，可提高光伏发电的稳定性，确保系统的稳定运行。

可选的，所述方法还包括：

设置与每个光伏组件相连接的变换器，利用变换器对光伏组件进行最大功率跟踪；

将多个光伏组件及变换器串联在一起后再连接逆变器的输入，每隔预设时间段，通过逆变器指示至少一个变换器更新电压参考值；

当变换器的输出电压与电压参考值一致时，变换器退出最大功率跟踪状态并更新电压参考值，若更新后的电压参考值大于变换器的输出电压，则控制变换器进入最大功率跟踪状态。

上述技术方案达到的技术效果为：当变换器的输出电压达到电压参考值时进入限功率状态，变换器的输出功率减小使整个系统的输出功率变小，更新电压参考值后会再次进入最大功率跟踪状态，不会因为光伏组件的故障而对系统的发电量造成影响。

可选的，所述方法还包括：

当各个变换器均处于升压模式时，判断是否至少有一个变换器的输入电流超过预设电流阈值，若是，则去除连接异常的变换器再筛选出输出电压超过正常工作电压的所有变换器；

若筛选出的变换器的比重超过预设比重，则将变换器切换至直通模式；

当变换器的母线电压低于正常工作电压或所有变换器的输入电流均未超过预设电流阈值时，则将变换器切换回升压模式。

上述技术方案达到的技术效果为：将变换器切换为直通模式，可使变换器输入电流免受功率器件电流应力的约束，提升光伏发电系统的光能利用率；在光伏组件输出电压的基础上对光伏组件输出电流进行判断，对于光伏组件的功率变化更加敏感，可快速调整变换器的运行模式，避免能量损失。

本发明还公开了一种光伏发电的控制系统，包括：获取模块、计算模块、驱动模块，且各结构依次相连；

获取模块，用于通过光伏组件的安装位置，获取不同时刻的光伏组件的目标位置角度；

计算模块，用于通过平行于光伏组件表面的磁力传感器，获取不同时刻光伏组件处于目标位置角度时，相对于磁力传感器的目标磁力矢量；

驱动模块，用于不断转动光伏组件，直至相对于磁力传感器的磁力矢量与目标磁力矢量相同，以使光伏组件在不同时刻处于对应的目标位置角度。

可选的，还包括测量模块、调整模块；

测量模块，用于实时监测并获取光伏组件的发电功率；

调整模块，用于根据发电功率对光伏发电系统的输出功率进行调整，以使输出功率处于预设功率范围内。

可选的，光伏发电系统包括光伏组件、变换器、逆变器；

每个光伏组件的输出端均连接一个变换器，多个光伏组件及变换器串联在一起后连接逆变器的输入；

变换器，用于对光伏组件进行最大功率跟踪；

逆变器，用于每隔预设时间段指示至少一个变换器更新电压参考值。

可选的，逆变器包括：电源控制器、主电路、通信接口；

主电路，用于完成光伏阵列直流到交流的转换；

电源控制器，通过通信接口与电网调度中心进行实时通信；

通信接口包括电力载波模块、以太网接口模块、485电路模块。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种光伏发电的控制方法及系统，具有以下有益效果：

(1)本发明可获取不同时刻的光伏组件的目标位置角度，控制光伏组件转动至目标位置角度使光伏组件垂直于太阳光线，在简化装置结构的同时可保证发电效率，结构简单，成本降低；

(2)本发明可以根据实时检测的光伏组件的发电功率对光伏发电系统的输出功率进行调整，以使其保持在预设功率范围内，可提高光伏发电的稳定性，确保系统的稳定运行；

(3)基于本发明的技术方案，当变换器的输出电压达到电压参考值时进入限功率状态，变换器的输出功率减小使整个系统的输出功率变小，更新电压参考值后会再次进入最大功率跟踪状态，不会因为光伏组件的故障而对系统的发电量造成影响；将变换器切换为直通模式，可使变换器输入电流免受功率器件电流应力的约束，提升光伏发电系统的光能利用率；在光伏组件输出电压的基础上对光伏组件输出电流进行判断，对于光伏组件的功率变化更加敏感，可快速调整变换器的运行模式，避免能量损失。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的光伏发电的控制方法的流程图；

图2为本发明提供的光伏发电的控制系统的结构图。

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。

在能源危机和环境污染的双重压力下，研究开发新能源以解决未来人类对能源的需求已迫在眉睫，新能源主要包括风能、太阳能、海洋能、地热能等，太阳能发电包括太阳热发电和太阳能光伏发电，其中，太阳能光伏发电因为其独特优势被全社会公认为当前世界最有发展潜力和前景的新能源技术。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术，理论上讲，光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源无处不在。

为了解决现有的光伏控制系统还存在的效率较低、光伏发电不能稳定的输出功率、结构复杂、成本较高的问题，本发明实施例公开了一种光伏发电的控制方法，如图1所示，包括以下步骤：

根据光伏组件的安装位置，获取不同时刻的光伏组件的目标位置角度；

通过平行于光伏组件表面的磁力传感器，获取不同时刻光伏组件处于目标位置角度时，相对于磁力传感器的目标磁力矢量；

不断转动光伏组件，直至相对于磁力传感器的磁力矢量与目标磁力矢量相同，以使光伏组件在不同时刻处于对应的目标位置角度。

进一步地，获取不同时刻的光伏组件的目标位置角度，具体为：

基于光伏组件所处安装位置的经纬度及海拔高度，获取不同时刻的太阳光入射角度及对应的垂直于太阳光的光伏组件的目标位置角度。

当太阳光以垂直角度照射在光伏组件上时，发电功率最大，若仅以固定角度接收太阳光，最好的情况也只能垂直照射几十分钟；并且，目前的跟踪设备结构比较复杂、成本较高，而本实施例可以获得不同时刻光伏组件的最佳位置角度，通过控制光伏组件转动至最佳位置角度使光伏组件垂直于太阳光线，在降低装置成本的同时还可以保证发电效率。

由于气候影响，光伏组件的发电功率通常是不稳定的，导致光伏发电系统的稳定性也较差。针对该问题，本实施例提供的光伏发电的控制方法还包括：

实时监测并获取光伏组件的发电功率，并根据发电功率对光伏发电系统的输出功率进行调整，以使输出功率处于预设功率范围内。

进一步地，对光伏发电系统的输出功率进行调整，具体包括以下步骤：

设置第一功率阈值及第二功率阈值，且第二功率阈值大于第一功率阈值；

当光伏组件的发电功率小于第一功率阈值时，光伏发电系统根据第一功率阈值与发电功率的差值进行放电；

当光伏组件的发电功率处于第一功率阈值与第二功率阈值之间时，光伏发电系统停止充电或放电；

当光伏组件的发电功率大于第二功率阈值时，光伏发电系统根据发电功率与第二功率阈值的差值进行充电。

通过本实施例的技术方案，基于实时监测的光伏组件的发电功率对整个光伏发电系统的输出功率进行调整，使其一直处于预设功率范围内，可提高光伏发电的稳定性。

单个光伏组件输出往往不足以提供实际功率需求，因此必须以串联并联的方式构成光伏组件阵列来满足设计要求。在选择光伏组件构成阵列时，通常会出现因串并联的各个组件的电性参数不一致或组串发生部分遮蔽、老化等导致的串并联后的输出功率小于单个组件输出功率之和的情形，将影响整个光伏电站的实际发电量。针对此现象，本实施例提供的光伏发电的控制方法还包括：

设置与每个光伏组件相连接的变换器，利用变换器对光伏组件进行最大功率跟踪；

将多个光伏组件及变换器串联在一起后再连接逆变器的输入，每隔预设时间段，通过逆变器指示至少一个变换器更新电压参考值；

当变换器的输出电压与电压参考值一致时，变换器退出最大功率跟踪状态并更新电压参考值，若更新后的电压参考值大于变换器的输出电压，则控制变换器进入最大功率跟踪状态。

若仅通过一个中央控制器采集所有变换器的相关信息，当变换器的数量越来越多的时候，计算量也是相当庞大的，进而使所有变换器调整电压参考值的时间拉长，导致发电量的严重损失。而通过本实施例的技术方案，若光伏组件存在遮蔽、老化现象，未存在特殊情况的变换器的输出电压上升，进入限功率状态，使整个光伏发电系统的输出功率减小，还能在调整电压参考值后快速进入最大功率跟踪状态，确保光伏发电系统的发电量不受到影响。

光伏发电系统通常在逆变器直流母线前设置一级带旁路支路的BOOST电路进行升压变换，当BOOST电路的输入电压低于逆变器最低并网直流电压要求时，BOOST电路工作以实现升压变换和最大功率点跟踪。各变换器以升压模式工作对与其连接的光伏组件进行独立的最大功率跟踪控制，但当光伏组件的输出电流较大时，变换器可能会因自身功率器件电流应力的约束而无法达到最大功率点，进而影响光能利用率。对此，本实施例提供的光伏发电的控制方法还包括：

当各个变换器均处于升压模式时，判断是否至少有一个变换器的输入电流超过预设电流阈值，若是，则去除连接异常的变换器再筛选出输出电压超过正常工作电压的所有变换器；

若筛选出的变换器的比重超过预设比重，则将变换器切换至直通模式；

当变换器的母线电压低于正常工作电压或所有变换器的输入电流均未超过预设电流阈值时，则将变换器切换回升压模式。

与图1所述的方法相对应，本发明实施例还提供了一种光伏发电的控制系统，用于对图1中方法的具体实现，本发明实施例提供的一种光伏发电的控制系统可以应用计算机终端或各种移动设备中，其结构示意图如图2所示，具体包括：获取模块、计算模块、驱动模块，且各结构依次相连；

获取模块，用于通过光伏组件的安装位置，获取不同时刻的光伏组件的目标位置角度；

计算模块，用于通过平行于光伏组件表面的磁力传感器，获取不同时刻光伏组件处于目标位置角度时，相对于磁力传感器的目标磁力矢量；

驱动模块，用于不断转动光伏组件，直至相对于磁力传感器的磁力矢量与目标磁力矢量相同，以使光伏组件在不同时刻处于对应的目标位置角度。

进一步地，还包括测量模块、调整模块；

测量模块，用于实时监测并获取光伏组件的发电功率；

调整模块，用于根据发电功率对光伏发电系统的输出功率进行调整，以使输出功率处于预设功率范围内。

进一步地，光伏发电系统包括光伏组件、变换器、逆变器；

每个光伏组件的输出端均连接一个变换器，多个光伏组件及变换器串联在一起后连接逆变器的输入；

变换器，用于对光伏组件进行最大功率跟踪；

逆变器，用于每隔预设时间段指示至少一个变换器更新电压参考值。

进一步地，逆变器包括：电源控制器、主电路、通信接口；

主电路，用于完成光伏阵列直流到交流的转换；

电源控制器，通过通信接口与电网调度中心进行实时通信；

通信接口包括电力载波模块、以太网接口模块、485电路模块。

针对现有技术存在的问题，本实施例可获取不同时刻的光伏组件的目标位置角度，控制光伏组件转动至目标位置角度使光伏组件垂直于太阳光线，在简化装置结构的同时可保证发电效率，结构简单，成本降低；可以根据实时检测的光伏组件的发电功率对光伏发电系统的输出功率进行调整，以使其保持在预设功率范围内，可提高光伏发电的稳定性，确保系统的稳定运行，不会因为光伏组件的故障而对系统的发电量造成影响。

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 (10)

1.一种光伏发电的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据光伏组件的安装位置，获取不同时刻的光伏组件的目标位置角度；

通过平行于光伏组件表面的磁力传感器，获取不同时刻光伏组件处于目标位置角度时，相对于磁力传感器的目标磁力矢量；

不断转动光伏组件，直至相对于磁力传感器的磁力矢量与目标磁力矢量相同，以使光伏组件在不同时刻处于对应的目标位置角度。

2.根据权利要求1所述的一种光伏发电的控制方法，其特征在于，获取不同时刻的光伏组件的目标位置角度，具体为：

基于光伏组件所处安装位置的经纬度及海拔高度，获取不同时刻的太阳光入射角度及对应的垂直于太阳光的光伏组件的目标位置角度。

3.根据权利要求1所述的一种光伏发电的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

实时监测并获取光伏组件的发电功率，并根据发电功率对光伏发电系统的输出功率进行调整，以使输出功率处于预设功率范围内。

4.根据权利要求3所述的一种光伏发电的控制方法，其特征在于，对光伏发电系统的输出功率进行调整，具体包括以下步骤：

设置第一功率阈值及第二功率阈值，且第二功率阈值大于第一功率阈值；

当光伏组件的发电功率小于第一功率阈值时，光伏发电系统根据第一功率阈值与发电功率的差值进行放电；

当光伏组件的发电功率处于第一功率阈值与第二功率阈值之间时，光伏发电系统停止充电或放电；

当光伏组件的发电功率大于第二功率阈值时，光伏发电系统根据发电功率与第二功率阈值的差值进行充电。

5.根据权利要求1所述的一种光伏发电的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

设置与每个光伏组件相连接的变换器，利用变换器对光伏组件进行最大功率跟踪；

将多个光伏组件及变换器串联在一起后再连接逆变器的输入，每隔预设时间段，通过逆变器指示至少一个变换器更新电压参考值；

当变换器的输出电压与电压参考值一致时，变换器退出最大功率跟踪状态并更新电压参考值，若更新后的电压参考值大于变换器的输出电压，则控制变换器进入最大功率跟踪状态。

6.根据权利要求5所述的一种光伏发电的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

当各个变换器均处于升压模式时，判断是否至少有一个变换器的输入电流超过预设电流阈值，若是，则去除连接异常的变换器再筛选出输出电压超过正常工作电压的所有变换器；

若筛选出的变换器的比重超过预设比重，则将变换器切换至直通模式；

当变换器的母线电压低于正常工作电压或所有变换器的输入电流均未超过预设电流阈值时，则将变换器切换回升压模式。

7.一种光伏发电的控制系统，其特征在于，包括：获取模块、计算模块、驱动模块，且各结构依次相连；

获取模块，用于通过光伏组件的安装位置，获取不同时刻的光伏组件的目标位置角度；

计算模块，用于通过平行于光伏组件表面的磁力传感器，获取不同时刻光伏组件处于目标位置角度时，相对于磁力传感器的目标磁力矢量；

驱动模块，用于不断转动光伏组件，直至相对于磁力传感器的磁力矢量与目标磁力矢量相同，以使光伏组件在不同时刻处于对应的目标位置角度。

8.根据权利要求7所述的一种光伏发电的控制系统，其特征在于，还包括测量模块、调整模块；

测量模块，用于实时监测并获取光伏组件的发电功率；

调整模块，用于根据发电功率对光伏发电系统的输出功率进行调整，以使输出功率处于预设功率范围内。

9.根据权利要求8所述的一种光伏发电的控制系统，其特征在于，光伏发电系统包括光伏组件、变换器、逆变器；

每个光伏组件的输出端均连接一个变换器，多个光伏组件及变换器串联在一起后连接逆变器的输入；

变换器，用于对光伏组件进行最大功率跟踪；

逆变器，用于每隔预设时间段指示至少一个变换器更新电压参考值。

10.根据权利要求9所述的一种光伏发电的控制系统，其特征在于，逆变器包括：电源控制器、主电路、通信接口；

主电路，用于完成光伏阵列直流到交流的转换；

电源控制器，通过通信接口与电网调度中心进行实时通信；

通信接口包括电力载波模块、以太网接口模块、485电路模块。

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