CN117458580A - 一种光伏系统和光伏系统的输入电压调节方法 - Google Patents

一种光伏系统和光伏系统的输入电压调节方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种光伏系统和光伏系统的输入电压控制方法。该光伏系统包括多个直流变换电路、直流母线、逆变电路和控制器，控制器用于当其中一个直流变换电路的输入电压与另一个第一直流变换电路的输入电压的压差大于一定阈值时，控制输入电压较高的直流变换电路的输入电压降低，或者控制输入电压较低的直流变换电路的输入电压升高，以使两者输入电压的差距减小，从而使得输入电压较低的直流变换电路中的功率器件承受的压差降低，减少功率器件的功率损耗。

Description

一种光伏系统和光伏系统的输入电压调节方法
技术领域
本申请涉及功率变换设备领域，尤其涉及一种光伏系统和光伏系统的输入电压调节方法。
背景技术
随环境和能源危机是全球面临的问题，风力、太阳能等新能源自然成为了改善能源结构、解决能源问题的重要途径之一，而逆变器作为新能源发电解决方案中重要的一环，正在向高效、可靠、低成本等方向飞速发展。
在太阳能发电应用场景中，逆变器会和多路光伏组串连接，以将多路光伏组串输入的直流电先通过直流变换电路进行直流/直流(Di rect Current to Di rect Current,DC/DC)变换，然后再通过逆变电路进行直流/交流变换(Di rect Current to Alternating Current,DC/AC)转变为交流电输出给电网或者负载，由于各路光伏组串的发电能力可能存在差异，发电能力强的一路光伏组串通常会使得直流变换电路和逆变电路之间的直流母线的电压被抬高，而发电能力较弱的一路光伏组串对应的直流变换电路由于输入电压较低，该直流变换电路的输入电压和输出电压的压差就会比较大，导致该直流变换电路中的功率器件损耗较大，通常会触发过温降额或者压差降额，导致逆变器输出功率受限制。
发明内容
本申请提供一种光伏系统和光伏系统控制方法，能够在各路光伏组串输入电压的压差较大的情况下，通过发电能力较强和发电能力较弱的各路输入电压的压差降低，避免压差降额以及由压差过大导致的过温降额，并且还能保持较高的功率输出水平，提升逆变器的功率输出能力。
第一方面，本申请提供了一种光伏系统，用于在所述光伏系统的输入端与第一光伏组串和第二光伏组串连接，在所述光伏系统的输出端与电网连接，其特征在于，所述光伏系统包括第一直流变换电路、第二直流变换电路、直流母线、逆变电路和控制器；所述第一直流变换电路和所述第二直流变换电路的输出端通过所述直流母线与所述逆变电路的输入端连接，所述第一直流变换电路的输入端与所述第一光伏组串连接，所述第二直流变换电路的输入端与所述第二光伏组串连接；所述控制器用于当所述第一直流变换电路的输入电压与所述第二直流变换电路的输入电压的差值的绝对值小于或者等于第一阈值时，控制所述第一直流变换电路的输入电压为第一最大功率点电压值，控制所述第二直流变换电路的输入电压为第二最大功率点电压值，以使所述第一直流变换电路的输入功率和所述第二直流变换电路的输入功率处于最大值；所述控制器还用于当所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压并且所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，控制所述第一直流变换电路的输入电压升高和/或控制所述第二直流变换电路的输入电压降低，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值小于或者等于所述第一阈值。
需要说明的是，在较大的功率设计场景下，逆变器通常有多个直流变换电路，这些直流变换电路的输出端通常通过直流母线连接在同一个逆变电路的输入端，因此各个直流变换电路的输出电压通常保持一致，而各个直流变换电路的输入电压存在差异时，输入电压较低的直流变换电路可能承受较大的压差，该直流变换电路中的功率器件的损耗会因之提升，因此，通常希望各个直流变换电路的输入电压保持相对一致。但是，在实际运用中，各个直流变换电路连接的光伏组串的发电能力会存在差异，各个直流变换电路的输入电压可能存在必然的差异，而各个直流变换电路又长期处于最大功率追踪(Maximum Power PointTracking，MPPT)状态，追求单个直流变换电路的输入功率的最大化，而不考虑各个直流变换电路之间输入电压的差异而带来的功率器件的损耗。本申请提供的技术方案考虑到了各个直流变换电路的输入电压的差异带来的功率损耗，从而在输入电压的控制上，不局限于考虑基于单路输入中IV曲线的最大功率点，也考虑不同输入电压的压差带来的压差损耗，通过降低压差，来提升功率转换的整体效率，达到效率最优。
在一种可能的实施方式中，所述控制器用于当所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压并且所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，控制所述第二直流变换电路的输入电压降低，同时控制所述第一直流变换电路的输入电压升高，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值小于或者等于所述第一阈值。
在一种可能的实施方式中，所述控制器用于当所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压并且所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，先控制所述第二直流变换电路的输入电压降低，然后控制所述第一直流变换电路的输入电压升高，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值小于或者等于所述第一阈值。
在一种可能的实施方式中，所述控制器用于当所述第二最大功率点电压值与所述第一最大功率点电压值的差值大于所述第一阈值，第一输入电压下限值与所述第一最大功率点电压值的差值小于或者等于所述第一阈值，并且所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压，所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，控制所述第二直流变换电路的输入电压降低，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值小于或者等于所述第一阈值，其中，所述第一输入电压下限值大于所述第一最大功率点电压值并且小于所述第二最大功率点电压值。
在一种可能的实施方式中，所述控制器用于当所述第二最大功率点电压值与所述第一最大功率点电压值的差值大于所述第一阈值，第二输入电压下限值与所述第一最大功率点电压值的差值大于所述第一阈值，并且所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压，所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，控制所述第二直流变换电路的输入电压降低至所述第二输入电压下限值后，控制所述第一直流变换电路的输入电压升高，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值小于或者等于所述第一阈值，其中，所述第二输入电压下限值大于所述第一最大功率点电压值并且小于所述第二最大功率点电压值。
在一种可能的实施方式中，包括至少一个第一优化器和至少一个第二优化器，所述第一直流变换电路的输入端通过所述至少一个第一优化器与所述第一光伏组串连接，所述第二直流变换电路的输入端通过所述至少一个第二优化器与所述第二光伏组串连接；所述至少一个第一优化器用于使所述第一直流变换电路的输入电压在第一电压区间的上限值和下限值之间时，所述第一直流变换电路的输入功率为最大值；所述至少一个第二优化器用于使所述第二直流变换电路的输入电压在第二电压区间的上限值和下限值之间时，所述第二直流变换电路的输入功率为最大值；所述控制器用于当所述第二电压区间的下限值和所述第一电压区间的下限值的差值小于或者等于所述第一阈值，并且所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压，所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，控制所述第二直流变换电路的输入电压降低，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值小于或者等于所述第一阈值。
在一种可能的实施方式中，所述控制器用于当所述第二电压区间的下限值和所述第一电压区间的下限值的差值大于所述第一阈值，所述第二电压区间的下限值和所述第一电压区间的上限值的差值小于或者等于所述第一阈值，并且所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压，所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，控制所述第二直流变换电路的输入电压降低至所述第二电压区间下限值，若所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值仍大于所述第一阈值，再控制所述第一直流变换电路的输入电压升高，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值小于或者等于所述第一阈值。
在一种可能的实施方式中，所述控制器用于当所述第二电压区间的下限值和所述第一电压区间的上限值的差值大于所述第一阈值，并且所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压，所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，控制所述第二直流变换电路的输入电压降低至第二电压区间的下限值并控制所述第一直流变换电路的输入电压升高，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值等于所述第一阈值。
第二方面，本申请提供了一种光伏系统的直流变换电路的输入电压调节方法，应用于光伏系统中，其特征在于所述方法包括：当所述光伏系统的第一直流变换电路的输入电压和所述光伏系统的第二直流变换电路输入电压的差值的绝对值小于或者等于第一阈值时，控制所述第一直流变换电路的输入电压为第一最大功率点电压值，控制所述第二直流变换电路的输入电压为第二最大功率点电压值，以使所述第一直流变换电路的输入功率和所述第二直流变换电路的输入功率处于最大值，其中，所述第一直流变换电路的输入电压来自第一光伏组串，所述第二直流变换电路的输入电压来自第二光伏组串；当所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压并且所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，控制所述第一直流变换电路的输入电压升高和/或控制所述第二直流变换电路的输入电压降低，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值小于或者等于所述第一阈值。
在一种可能的实施方式中，当所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压并且所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，控制所述第二直流变换电路的输入电压降低，同时控制所述第一直流变换电路的输入电压升高，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值小于或者等于所述第一阈值。
在一种可能的实施方式中，当所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压并且所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，先控制所述第二直流变换电路的输入电压降低，然后控制所述第一直流变换电路的输入电压升高，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值小于或者等于所述第一阈值。
在一种可能的实施方式中，当所述第二最大功率点电压值与所述第一最大功率点电压值的差值大于所述第一阈值，第一输入电压下限值与所述第一最大功率点电压值的差值小于或者等于所述第一阈值，并且所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压，所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，控制所述第二直流变换电路的输入电压降低，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值小于或者等于所述第一阈值，其中，所述第一输入电压下限值大于所述第一最大功率点电压值并且小于所述第二最大功率点电压值。
在一种可能的实施方式中，当所述第二最大功率点电压值与所述第一最大功率点电压值的差值大于所述第一阈值，第二输入电压下限值与所述第一最大功率点电压值的差值大于所述第一阈值，并且所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压，所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，控制所述第二直流变换电路的输入电压降低至所述第二输入电压下限值后，控制所述第一直流变换电路的输入电压升高，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值小于或者等于所述第一阈值，其中，所述第二输入电压下限值大于所述第一最大功率点电压值并且小于所述第二最大功率点电压值。
在一种可能的实施方式中，当所述第二电压区间的下限值和所述第一电压区间的下限值的差值小于或者等于所述第一阈值，并且所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压，所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，控制所述第二直流变换电路的输入电压降低，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值小于或者等于所述第一阈值，其中，所述第一直流变换电路通过至少一个第一优化器与所述第一光伏组串连接，所述第二直流变换电路通过至少一个第二优化器与所述第二光伏组串连接，所述至少一个第一优化器用于使所述第一直流变换电路的输入电压在第一电压区间的上限值和下限值之间时，所述第一直流变换电路的输入功率为最大值，所述至少一个第二优化器用于使所述第二直流变换电路的输入电压在第二电压区间的上限值和下限值之间时，所述第二直流变换电路的输入功率为最大值。
在一种可能的实施方式中，当所述第二电压区间的下限值和所述第一电压区间的下限值的差值大于所述第一阈值，所述第二电压区间的下限值和所述第一电压区间的上限值的差值小于或者等于所述第一阈值，并且所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压，所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，控制所述第二直流变换电路的输入电压降低至所述第二电压区间下限值，若所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值仍大于所述第一阈值，再控制所述第一直流变换电路的输入电压升高，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值小于或者等于所述第一阈值。
在一种可能的实施方式中，当所述第二电压区间的下限值和所述第一电压区间的上限值的差值大于所述第一阈值，并且所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压，所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，控制所述第二直流变换电路的输入电压降低至第二电压区间的下限值并控制所述第一直流变换电路的输入电压升高，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值等于所述第一阈值。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种逆变器的应用场景示意图；
图2是本申请实施例提供的一种逆变器的直流变换电路的控制策略示意图；
图3是本申请实施例提供的一种逆变器的直流变换电路的控制策略示意图；
图4是本申请实施例提供的一种逆变器的直流变换电路的控制策略示意图；
图5是本申请实施例提供的一种逆变器的直流变换电路的控制策略示意图；
图6是本申请实施例提供的一种逆变器的直流变换电路的控制策略示意图；
图7是本申请实施例提供的一种逆变器的直流变换电路的控制策略示意图。
具体实施方式
本申请提供的逆变器、逆变器的直流变换电路的输入电压调节方法可以适用于光伏发电、风力发电等多种应用领域，具体可适用于大型光伏电站、工商业光伏发电、户用光伏发电等不同的场景，在此不做限制。下面将以对光伏发电环境中的逆变器进行控制的应用场景为例进行说明。
本申请实施例提供的技术方案，可以应用于有多个光伏组串和逆变器的光伏发电系统中。通常，在对光伏发电系统进行系统配置的时候，会将各个光伏组串的发电能力配置为相同，这里的光伏组串可以是单个光伏组件也可以是多个光伏组件串并联形成，各个光伏组串作为独立的一路直流输入源输入到逆变器的输入端，这样，在理想情况下，各路直流输入的电压会保持相等。但是，在实际应用场景中，每个光伏组串的发电能力会由于光照条件不同而存在差异，另外，当光伏发电系统布置在屋顶上时，由于屋顶环境各异，部分光伏组串可能由于空间问题只能配置数量较少的光伏组件，使得该光伏组串的发电能力较其它光伏组串低，这就会导致不同的光伏组串提供的输入电压存在差异。在逆变器的连接的不同组串所提供的输入电压差异较大时，逆变器内部的功率器件的损耗会增加，本申请提供的实施例提供的技术方案可以减小输入电压的差异带来的功率器件的损耗，使逆变器的整体工作效率得到提升。
下面将结合附图，对本申请的具体实施方式进行清楚地描述。
本申请实施例提供的技术方案可以应用于两种主要场景。第一种场景可参考说明书附图图1(a)，为本申请提供的第一种光伏系统示意图，该光伏系统有多路光伏组串提供直流输入。具体地，该光伏系统包括多个直流变换电路110，直流母线DC Bus，逆变电路120和控制器130，光伏系统的输入端与各个光伏组串连接，光伏系统的输出端与负载连接。其中，各个直流变换电路110、逆变电路120和控制器130位于一个逆变器100中，直流变换电路110通过直流母线DC Bus和逆变电路120电连接，逆变电路120的输出端作为光伏系统的输出端与负载连接。在逆变器100中，从直流变换电路110到直流母线DC Bus到逆变电路120再到电网，都是进行强电的传输，例如，直流母线DC Bus的电压可能达到几百伏甚至一千伏以上。控制器130通常与直流变换电路110和逆变电路120进行弱电连接或者以光耦等方式进行通信连接，控制器130用来向直流变换电路110和逆变电路120传输控制信号，以调整直流变换电路110和逆变电路120的功率输出。
应理解，在实际应用中，根据逆变电路120的输出端的电压设计，比如说，当逆变电路120的输出端的电压为380V线电压时，可以直接连接家庭负载；而当逆变器100输出的交流电需要进行高压电网传输时，需要与变压器连接进行升压后再与电网连接。
在本申请提供的技术方案应用的第二种场景中，参考图1(b)，与第一种场景类似，逆变器100的直流输入一共有n路，这n路直流输入作为光伏系统的输入，每一路直流输入对应一个光伏组串200，光伏组串200由多个光伏组件串联或并联组成。为了提升发电量，每个光伏组串200上还配置了一个优化器300，光伏组件上的电能先输出到各个优化器300，各个优化器300进行串联后将光伏组件输出的电能输入给逆变器100。
在一种可能的实施方式中，优化器300的内部包括降压电路，在优化器300连接的光伏组件发电能力由于阴影遮挡等原因而降低时，可以通过降低光伏组件的输出电压来提升光伏组件的输出电流，解决各个光伏组件之间的“木桶效应”从而提升光伏组串200的发电能力，使得逆变器100中的直流变换电路110的输入电压在一定范围内变化时，仍然能保持最高功率的输出。
应理解，前述优化器300内部的DC/DC变换电路也可以是升降压电路。
需要说明的是，图1(a)-图1(b)中示意的负载均为电网，实际应用中，也可以是各类用电设备或者储能设备等。
下面介绍前述架构中各个功率单元的具体配置形式。
在本申请提供的一种实施例中，每一个光伏组串200与一个与其对应的直流变换电路110连接，直流变换电路110为升压电路，对光伏组串200输入的直流电进行升压，然后将经过升压的直流电输出到直流母线DC Bus，直流电再通过直流母线DC Bus输入到逆变电路120，可以将直流母线DC Bus输入的直流电转换为交流电输出给电网。在n路直流输入中，第n路的输入由于其对应的光伏组串200的光伏组件的数量较少，第n路的输入的直流电压相对于其它路的输入会比较低。
需要说明的是，图1仅是对本申请技术方案所应用的光伏系统的一种示意性的举例，并非对光伏系统的结构及其应用场景的限值。
在一些可能的实施方式中，逆变器100的直流变换电路110少于n个，n个光伏组串200中，一个直流变换电路110对应2个或多个光伏组串200的直流输入，该2个或多个光伏组串200的直流输入经过合路之后共同输入给其对应的直流变换电路110。
应理解，该直流变换电路110中的直流变换电路110也可以是升降压电路，本申请不对直流变换电路110和逆变电路120中的电路拓扑选择做具体的限定。
继续参考说明书附图图1(a)和图1(b)，在一些应用场景中，某一路光伏组串200的光伏组件数量会比其它光伏组串200的数量少，例如图1(a)和图1(b)中的第n串为短光伏组串，其它的光伏组串的光伏组件数量一样，均较短光伏组串多，为长光伏组串。可以理解的是，短光伏组串的提供的直流输入电压要比其它长光伏组串低。又由于各个直流变换电路110的输出电压需要与直流母线DC Bus的电压保持一致，但是，由于第n路的直流输入电压相对于其它路的直流输入电压较低，这就意味着，第n路的直流输入对应的直流变换电路110的输入电压和输出电压的差值比较大，此时，第n路直流输入对应的直流变换电路110就会承担更高的功耗，为了降低第n路直流输入对应的直流变换电路110的功耗，并同时保持逆变器100的整体输出功率较高，可以对各个直流变换电路110的输入电压或输入电流进行调节，达到整体效率最优，本申请实施例提供的压差降额控制策略，便可以实现这种情况下的效率最优。
需要说明的是，在一定的光照条件下，长光伏组串和短光伏组串的直流输出电压从0开始逐渐升高到直至开路电压，都会经历输出功率从0开始逐渐升高到最大输出功率再降低到0。
下面结合长光伏组串和短光伏组串的功率输出特性曲线，也就是PV特性曲线来介绍本申请实施例提供的技术方案具体应用的技术环境。
参考说明书附图图2，为图1中逆变器100的多个直流变换电路110中其中两个直流变换电路110对应的输入功率P和输入电压V的PV曲线示意图，曲线FD’C’为连接短光伏组串PV曲线1(以下简称“曲线1”)，这条曲线对应的直流变换电路110所连接的光伏组串所串联或者并联的光伏组件较少，例如图1所示的第n个光伏组串，因此发电能力较弱；曲线FDC为长光伏组串PV曲线2(以下简称“曲线2”)，这条曲线对应的直流变换电路110所连接的光伏组串所串联或并联的光伏组件较多，因此发电能力较强。
现以短光伏组串对应的曲线1进行说明，横坐标为第n个光伏组串200，也就是短光伏组串的提供的直流输入电压值，纵坐标为短光伏组串提供的输入功率。在光照条件相同的情况下，短光伏组串提供的直流输入电压值从0(F点)开始逐渐提升时，短光伏组串的提供的输入功率会先升高，直至升高到最大功率点(D’点)后，随着直流输入电压继续增大，输入功率逐渐减小，C’点为短光伏组串的开路电压，此时短光伏组串与逆变器断开连接，输入功率为0。
现以长光伏组串对应的曲线2进行说明，横坐标为第n个光伏组串200以外的任一光伏组串200的直流输入电压值，也就是长光伏组串的提供的直流输入电压值，纵坐标为长光伏组串提供的输入功率。在光照条件相同的情况下，长光伏组串提供的直流输入电压值从0(F点)开始逐渐提升时，长光伏组串的提供的输入功率会先升高，直至升高到最大功率点(D点)后，随着直流输入电压继续增大，输入功率逐渐减小，C点为长光伏组串的开路电压，此时长光伏组串与逆变器断开连接，输入功率为0。
需要说明的是，光伏组串200提供的直流输入电压由逆变器100中的直流变换电路110接收，直流输入电压的大小可以由直流变换电路110进行调节。当各个直流变换电路110均以MPPT状态为目标时，直流变换电路110的直流输入电压始终会维持在最大功率点附近。在本申请提供的技术方案中，各个直流变换电路110之间的直流输入电压的压差较小时，维持各个直流变换电路110的MPPT状态，各个直流变换电路110之间的直流输入电压的压差较大时，触发压差降额机制，防止短光伏组串对应的直流变换电路110的开关管承受过大的压差，降低短光伏组串对应的直流变换电路110的开关管的开关损耗。
为方便说明，下文以逆变器100中的其中两个直流变换电路110作为分析对象，其中一个直流变换电路110对应连接长光伏组串，另一个直流变换电路110对应连接短光伏组串。相应地，图2-图7中的曲线1对应的直流变换电路110均称为第一直流变换电路110，第一直流变换电路110对应连接短光伏组串，曲线2对应的直流变换电路110均称为第二直流变换电路110，第二直流变换电路110对应连接长光伏组串。第一直流变换电路110在D’点的输入功率为最大值，D’点对应的电压值称为第一最大功率点电压值。第二直流变换电路110在D点的输入功率为最大值，D点对应的电压值称为第二最大功率点电压值。
当第一直流变换电路110的输入电压和第二直流变换电路110的输入电压相差不多时，例如，第二直流变换电路110的输入电压和第一直流变换电路110的输入电压的差值小于或者等于一个预设的第一阈值，如50V，可以认为第一直流变换电路110的输入电压和输出电压的差值与第二直流变换电路110的输入电压和输出电压的差值相差不多，因此，第一直流变换电路110不会承受着较高的输入电压和输出电压的压差，所有的第一直流变换电路110内的功率器件承受着比较合理的功率损耗。
因此，如果第二电压值和第一电压值的差值小于第一阈值，可以让两个直流变换电路110均处于MPPT状态，也就是，让第一直流变换电路110的输入电压值为第一最大功率点电压值，第二直流变换电路110的输入电压值为第二最大功率点电压值，这样，第一直流变换电路110和第二直流变换电路110均可以有最大的输入功率，且不会由于过大的输入电压的差值而导致某一直流变换电路110的功率损耗增加。换句话说，如果第二电压值和第一电压值的差值小于或者等于第一阈值，即使两个直流变换电路110一直处于MPPT状态，它们的输入电压的差值的绝对值也不会大于第一阈值，因此，可以顺利地控制第一直流变换电路110的输入电压为第一最大功率点电压值，第二直流变换电路110的输入电压为第二最大功率点电压值，并且保证两者输入电压的差值的绝对值小于或者等于第一阈值。
需要说明的是，由于光照等条件的变化，光伏组串的发电能力会发生变化，PV曲线也会发生相应的变化，进而，第一最大功率点电压值和第二最大功率点电压值会随着变化，第一最大功率点电压值和第二最大功率点电压值在不同的大小时，会影响压差降额的控制策略，当然，如果有其它的附加控制条件，例如某一个直流变换电路110的输入电压具有上限限制或者下限限制等，也会影响到压差降额的控制策略。
应理解，当第一直流变换电路110的输入电压小于第二直流变换电路110的输入电压并且第二直流变换电路110的输入电压与第一直流变换电路110的输入电压的差值大于第一阈值时，意味着第一直流变换电路110与第二直流变换电路110的压差所带来的压差损耗可能已经大过了MPPT状态所带来的功率收益，或者，第一直流变换电路110与第二直流变换电路110的压差可能已经使得第一直流变换电路110中的功率器件所承受的压差过大，使得第一直流变换电路110中的功率器件的使用寿命变短。此时需要第一直流变换电路110和第二直流变换电路110舍弃MPPT状态，进行针对第一直流变换电路110和第二直流变换电路110的压差的进行调节，例如，可以控制第一直流变换电路110的输入电压升高，或者，控制第二直流变换电路110的输入电压降低，或者同时控制第一直流变换电路110的输入电压升高，第二直流变换电路110的输入电压降低，或者先控制第一直流变换电路110的输入电压升高，再控制第二直流变换电路110的输入电压降低，以使第二直流变换电路110的输入电压和第一直流变换电路110的输入电压的差值小于或者等于第一阈值，从而避免过大的压差对光伏系统所带来的不利影响。
在一些情况下，为了保证逆变器的整体发电能力，通常需要对正常工作中的某一直流变换电路110设定一个输入电压的下限值，不能让其输入电压下降太多，以保障整个光伏系统的供电稳定。例如，可以对第二直流变换电路110的输入电压设定一个输入电压下限值，该输入电压下限值小于第二最大功率点电压值，大于第一最大功率点电压值。该输入电压下限值的大小也会影响到压差降额控制策略的具体实施。例如，若该输入电压下限值为第一输入电压下限值，如图2中的D点对应的电压值为第二最大功率点电压值，K1点对应的电压值为第一输入电压下限值，与D’点对应的电压值为第一最大功率点电压值，第二最大功率点电压值与第一最大功率点电压值的差值大于第一阈值，而第一输入电压下限值又与第一最大功率点电压值的差值Δ1小于或者等于第一阈值时，控制策略可以是：当第二直流变换电路110的输入电压与第一直流变换电路110的输入电压的差值大于第一阈值时，直接执行图2中的第一步，控制第二直流变换电路110的输入电压降低，即可使第二直流变换电路110的输入电压和第一直流变换电路110的输入电压的差值小于或者等于第一阈值。
应理解，第二直流变换电路110的输入电压的下限值也可能设计得较大，如图3所示的K2点对应的电压值为第二输入电压下限值，当第二最大功率点电压值与第一最大功率点电压值的差值ΔV2大于第一阈值，而第二输入电压下限值与第一最大功率点电压值的差值又大于第一阈值时，控制策略可以是：第二直流变换电路110的输入电压与第一直流变换电路110的输入电压的差值大于第一阈值时，先执行图2中第一步，控制第二直流变换电路110的输入电压降低至第二输入电压下限值，从D点移动至K2点，然后再执行图2中第二步，控制第一直流变换电路110的输入电压升高，从D’点向C’移动，从而使第一直流变换电路110的输入电压和第二直流变换电路110的输入电压的差值小于或者等于第一阈值。
需要说明的是，以上两种控制策略的差异可以是因为第二直流变换电路110设计的输入电压的下限值的不同导致的，在实际运用中，也可能因为第一直流变换电路110和第二直流变换电路110各自对应的光伏组串的发电能力差异的大小导致的，例如，图3中的K2位置可以保持与K1一致，但图3中的D’点相对图2中的D’点向左移动，也就是图3中的第一直流变换电路110的最大功率点对应的输入电压相对于图2中的第一直流变换电路110的最大功率点对应的输入电压较低，同样会导致第一最大功率点电压值与第一输入电压下限值大于第一阈值，这种情况下，也可以采用类似图3所示意的控制策略。
在一些应用场景中，如图1(b)所示，每一个光伏组件会配置一个优化器300，通过各个优化器300串联后再与逆变器100的直流变换电路110的输入端连接。优化器300的作用是使得直流变换电路110的输入电压在一定范围内变化时，其输出功率始终保持在最大值。如图4所示，第一直流变换电路110与第二直流变换电路110与它们对应的光伏组串之间有至少一个优化器，因此它们的PV曲线具有一个平台区间，例如曲线1的输入电压在E’D’区间内，第一直流变换电路110的输入功率保持在最大值，曲线2的输入电压在ED区间内，第二直流变换电路110的输入功率保持在最大值。E’点对应的电压值可以称为第一电压区间下限值，D’点对应的电压值可以称为第一电压区间上限值，E点对应的电压值可以称为第二电压区间下限值，D点对应的电压值可以称为第二电压区间上限值。
需要说明的是，在具有优化器的场景下，不同的光照条件等外部因素也会影响到PV曲线的变化，在前述E’、D’、E、D各点的取值不同，也会影响到压差降额控制策略的选择。
第一种情况下，当第二电压区间上限值和第一电压区间下限值的差值小于或者等于第一阈值时，如图4中曲线2的D点对应的电压值为第二电压区间上限值，曲线1的E’点对应的电压值为第一电压区间下限值，如果它们的差值ΔV3小于第一阈值，意味着第一直流变换电路110和第二直流变换电路110的输入电压无论如何在E’D’对应的电压区间或者ED对应的电压区间变化，第二直流变换电路110的输入电压和第一直流变换电路110的输入电压的压差均不会超过第一阈值，因此，控制器只要控制两个直流变换电路110的输入电压在E’D’和ED平台区间内就可以保证效率最高，亦即，控制第一直流变换电路110的输入电压在第一电压区间范围内，第二直流变换电路110的输入电压在第二电压区间范围内，第一直流变换电路110和第二直流变换电路110均处于MPPT状态。
第二种情况下，当第二电压区间上限值和第一电压区间下限值的差值大于第一阈值，但是第二电压区间的下限值和第一电压区间的下限值的差值小于或者等于第一阈值，如图5中曲线2的E点对应的电压值与曲线1的E’点对应的电压值的差值ΔV4小于第一阈值，意味着第二直流变换电路110只要把它的电压降低到E点对应的电压，第一直流变换电路110和第二直流变换电路110的压差就不会超过第一阈值。因此，当第一直流变换电路110的输入电压小于第二直流变换电路110的输入电压，第二直流变换电路110的输入电压与第一直流变换电路110的输入电压的差值大于第一阈值时，可以直接控制第二直流变换电路110的输入电压降低，直接执行图5中的第一步，即可使第二直流变换电路110的输入电压和第一直流变换电路110的输入电压的差值小于或者等于第一阈值。
第三种情况下，当第二电压区间的下限值和第一电压区间的下限值的差值大于第一阈值，但是第二电压区间的下限值和第一电压区间的上限值的差值小于或者等于第一阈值时，如图6中的E点对应的第二电压区间的下限值与D’点对应的第一电压区间的上限值的差值ΔV5小于或者等于第一阈值时，如果第一直流变换电路110的输入电压小于第二直流变换电路110的输入电压，并且第一直流变换电路110的输入电压与第二直流变换电路110的输入电压的差值大于第一阈值，可以先控制第二直流变换电路110的输入电压降低，亦即，先执行图6中的第一步，使第二直流变换电路110的功率点从D点移动到E点，再控制第一直流变换电路110的输入电压升高，亦即执行图6中的第二步，使第一直流变换电路110的功率点从点E’向D’移动，由于ΔV5小于或者等于第一阈值，则在执行第二步时，必然会有一点符合第二直流变换电路110的输入电压和第一直流变换电路110的输入电压的差值小于或者等于第一阈值。同理，也可以先执行第二步，再执行第一步，也可以第一步和第二步同时执行，直到符合第二直流变换电路110的输入电压和第一直流变换电路110的输入电压的差值小于或者等于第一阈值的条件即可。
第四种情况下，如图7所示，当E点对应的第二电压区间的下限值和D’点对应的第一电压区间的上限值的差值ΔV6大于第一阈值时，如果第一直流变换电路110的输入电压小于第二直流变换电路110的输入电压，并且第二直流变换电路110的输入电压与第一直流变换电路110的输入电压的差值大于第一阈值时，可以同时执行图7中的第一步和第二步，当然，第一步和第二步也可以分开执行，控制第二直流变换电路110的输入电压降低至第二电压区间的下限值并控制第一直流变换电路110的输入电压升高，应注意，这种情况下第一直流变换电路110的输入电压从E’点升高到D’点后，需要继续升高，才可以使第二直流变换电路110的输入电压和第一直流变换电路110的输入电压的差值等于第一阈值。
前述实施例中的控制器可以在光伏系统的各路输入电压出现较大的压差时，通过放弃MPPT状态，对各个直流变换电路110的输入电压进行调节，以使各路输入电压的压差降低到合适的范围内，从而减少压差对光伏系统带来的不利影响。并在压差处于较为合理的状态下，控制各个直流变换电路110处于MPPT状态，以保持最高的输入功率，实现发电量最大化与光伏系统高效、稳定运行之间的平衡。
本申请实施例还提供一种光伏系统的输入电压调节方法，具体调节方式，与前述实施例中控制器执行的直流变换电路110的输入电压的控制方法类似，此处不在赘述。
以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (16)

1.一种光伏系统，用于在所述光伏系统的输入端与第一光伏组串和第二光伏组串连接，在所述光伏系统的输出端与电网连接，其特征在于，
所述光伏系统包括第一直流变换电路、第二直流变换电路、直流母线、逆变电路和控制器；
所述第一直流变换电路和所述第二直流变换电路的输出端通过所述直流母线与所述逆变电路的输入端连接，所述第一直流变换电路的输入端与所述第一光伏组串连接，所述第二直流变换电路的输入端与所述第二光伏组串连接；
所述控制器用于当所述第一直流变换电路的输入电压与所述第二直流变换电路的输入电压的差值的绝对值小于或者等于第一阈值时，控制所述第一直流变换电路的输入电压为第一最大功率点电压值，控制所述第二直流变换电路的输入电压为第二最大功率点电压值，以使所述第一直流变换电路的输入功率和所述第二直流变换电路的输入功率处于最大值；
所述控制器还用于当所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压并且所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，控制所述第一直流变换电路的输入电压升高和/或控制所述第二直流变换电路的输入电压降低，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值小于或者等于所述第一阈值。
2.根据权利要求1所述的光伏系统，其特征在于，
所述控制器用于当所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压并且所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，控制所述第二直流变换电路的输入电压降低，同时控制所述第一直流变换电路的输入电压升高，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值小于或者等于所述第一阈值。
3.根据权利要求1所述的光伏系统，其特征在于，
所述控制器用于当所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压并且所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，先控制所述第二直流变换电路的输入电压降低，然后控制所述第一直流变换电路的输入电压升高，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值小于或者等于所述第一阈值。
4.根据权利要求1-3任一项所述的光伏系统，其特征在于，
所述控制器用于当所述第二最大功率点电压值与所述第一最大功率点电压值的差值大于所述第一阈值，第一输入电压下限值与所述第一最大功率点电压值的差值小于或者等于所述第一阈值，并且所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压，所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，控制所述第二直流变换电路的输入电压降低，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值小于或者等于所述第一阈值，其中，所述第一输入电压下限值大于所述第一最大功率点电压值并且小于所述第二最大功率点电压值。
5.根据权利要求1-3任一项所述的光伏系统，其特征在于，
所述控制器用于当所述第二最大功率点电压值与所述第一最大功率点电压值的差值大于所述第一阈值，第二输入电压下限值与所述第一最大功率点电压值的差值大于所述第一阈值，并且所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压，所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，控制所述第二直流变换电路的输入电压降低至所述第二输入电压下限值后，控制所述第一直流变换电路的输入电压升高，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值小于或者等于所述第一阈值，其中，所述第二输入电压下限值大于所述第一最大功率点电压值并且小于所述第二最大功率点电压值。
6.根据权利要求1-3任一项所述的光伏系统，其特征在于，
包括至少一个第一优化器和至少一个第二优化器，所述第一直流变换电路的输入端通过所述至少一个第一优化器与所述第一光伏组串连接，所述第二直流变换电路的输入端通过所述至少一个第二优化器与所述第二光伏组串连接；
所述至少一个第一优化器用于使所述第一直流变换电路的输入电压在第一电压区间的上限值和下限值之间时，所述第一直流变换电路的输入功率为最大值；
所述至少一个第二优化器用于使所述第二直流变换电路的输入电压在第二电压区间的上限值和下限值之间时，所述第二直流变换电路的输入功率为最大值；
所述控制器用于当所述第二电压区间的下限值和所述第一电压区间的下限值的差值小于或者等于所述第一阈值，并且所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压，所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，控制所述第二直流变换电路的输入电压降低，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值小于或者等于所述第一阈值。
7.根据权利要求6所述的光伏系统，其特征在于，
所述控制器用于当所述第二电压区间的下限值和所述第一电压区间的下限值的差值大于所述第一阈值，所述第二电压区间的下限值和所述第一电压区间的上限值的差值小于或者等于所述第一阈值，并且所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压，所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，控制所述第二直流变换电路的输入电压降低至所述第二电压区间下限值，若所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值仍大于所述第一阈值，再控制所述第一直流变换电路的输入电压升高，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值小于或者等于所述第一阈值。
8.根据权利要求6所述的光伏系统，其特征在于，
所述控制器用于当所述第二电压区间的下限值和所述第一电压区间的上限值的差值大于所述第一阈值，并且所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压，所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，控制所述第二直流变换电路的输入电压降低至第二电压区间的下限值并控制所述第一直流变换电路的输入电压升高，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值等于所述第一阈值。
9.一种光伏系统的输入电压调节方法，应用于光伏系统中，其特征在于所述方法包括：
当所述光伏系统的第一直流变换电路的输入电压和所述光伏系统的第二直流变换电路输入电压的差值的绝对值小于或者等于第一阈值时，控制所述第一直流变换电路的输入电压为第一最大功率点电压值，控制所述第二直流变换电路的输入电压为第二最大功率点电压值，以使所述第一直流变换电路的输入功率和所述第二直流变换电路的输入功率处于最大值，其中，所述第一直流变换电路的输入电压来自第一光伏组串，所述第二直流变换电路的输入电压来自第二光伏组串；
当所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压并且所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，控制所述第一直流变换电路的输入电压升高和/或控制所述第二直流变换电路的输入电压降低，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值小于或者等于所述第一阈值。
10.根据权利要求9所述的光伏系统的输入电压调节方法，其特征在于，
当所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压并且所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，控制所述第二直流变换电路的输入电压降低，同时控制所述第一直流变换电路的输入电压升高，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值小于或者等于所述第一阈值。
11.根据权利要求9所述的光伏系统的输入电压调节方法，其特征在于，
当所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压并且所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，先控制所述第二直流变换电路的输入电压降低，然后控制所述第一直流变换电路的输入电压升高，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值小于或者等于所述第一阈值。
12.根据权利要求9-11任一项所述的光伏系统的输入电压调节方法，其特征在于，
当所述第二最大功率点电压值与所述第一最大功率点电压值的差值大于所述第一阈值，第一输入电压下限值与所述第一最大功率点电压值的差值小于或者等于所述第一阈值，并且所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压，所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，控制所述第二直流变换电路的输入电压降低，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值小于或者等于所述第一阈值，其中，所述第一输入电压下限值大于所述第一最大功率点电压值并且小于所述第二最大功率点电压值。
13.根据权利要求9-11任一项所述的光伏系统的输入电压调节方法，其特征在于，
当所述第二最大功率点电压值与所述第一最大功率点电压值的差值大于所述第一阈值，第二输入电压下限值与所述第一最大功率点电压值的差值大于所述第一阈值，并且所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压，所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，控制所述第二直流变换电路的输入电压降低至所述第二输入电压下限值后，控制所述第一直流变换电路的输入电压升高，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值小于或者等于所述第一阈值，其中，所述第二输入电压下限值大于所述第一最大功率点电压值并且小于所述第二最大功率点电压值。
14.根据权利要求9-11任一项所述的光伏系统的输入电压调节方法，其特征在于，
当所述第二电压区间的下限值和所述第一电压区间的下限值的差值小于或者等于所述第一阈值，并且所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压，所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，控制所述第二直流变换电路的输入电压降低，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值小于或者等于所述第一阈值，其中，所述第一直流变换电路通过至少一个第一优化器与所述第一光伏组串连接，所述第二直流变换电路通过至少一个第二优化器与所述第二光伏组串连接，所述至少一个第一优化器用于使所述第一直流变换电路的输入电压在第一电压区间的上限值和下限值之间时，所述第一直流变换电路的输入功率为最大值，所述至少一个第二优化器用于使所述第二直流变换电路的输入电压在第二电压区间的上限值和下限值之间时，所述第二直流变换电路的输入功率为最大值。
15.根据权利要求14所述的光伏系统的输入电压调节方法，其特征在于，
当所述第二电压区间的下限值和所述第一电压区间的下限值的差值大于所述第一阈值，所述第二电压区间的下限值和所述第一电压区间的上限值的差值小于或者等于所述第一阈值，并且所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压，所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，控制所述第二直流变换电路的输入电压降低至所述第二电压区间下限值，若所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值仍大于所述第一阈值，再控制所述第一直流变换电路的输入电压升高，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值小于或者等于所述第一阈值。
16.根据权利要求14所述的光伏系统的输入电压调节方法，其特征在于，
当所述第二电压区间的下限值和所述第一电压区间的上限值的差值大于所述第一阈值，并且所述第一直流变换电路的输入电压小于所述第二直流变换电路的输入电压，所述第二直流变换电路的输入电压与所述第一直流变换电路的输入电压的差值大于所述第一阈值时，控制所述第二直流变换电路的输入电压降低至第二电压区间的下限值并控制所述第一直流变换电路的输入电压升高，以使所述第二直流变换电路的输入电压和所述第一直流变换电路的输入电压的差值等于所述第一阈值。
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