CN117811092B - 一种基于无线通讯的光伏优化器系统的启动方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于无线通讯的光伏优化器系统的启动方法，包括如下阶段：基于无线通讯获取各优化器的信息，若满足系统启动条件则进行下一阶段；通过控制优化器的功率和输出电压对母线电压进行阶梯上升；在母线电压上升至达到系统的工作电压时，逆变器通过无线通讯告知各优化器进入系统工作阶段；通过对优化器的输出电压和功率进行控制以先后进行逆变器的软启动以及系统的完全启动。本申请的有益效果：在系统启动过程中各优化器的输出电压缓慢上升、实时可控；同时还可以保证启动过程中逆变器的电压和电流不过流；在系统的启动工况和运行工况下，优化器和逆变器的控制策略保持一致，因此启动工况和运行工况之间可以切换平滑。

Description

一种基于无线通讯的光伏优化器系统的启动方法

技术领域

本申请涉及光伏发电技术领域，尤其是涉及一种基于无线通讯的光伏优化器系统的启动方法。

背景技术

多光伏组件串联的户用系统中，由于不同光伏组件光照条件、环境温度和遮挡情况均有较大不同，各个组件的最大功率点也存在较大差异，单逆变器无法同时实现全部组件的最大功率追踪。因此，需要对光伏组件增加光伏优化器，构成光伏优化器系统，可以实现各个组件独立的最大功率追踪。

现有的光伏优化器系统在启动时经常采用无通讯的方式。而这种启动方式可能无法准确识别串联优化器数量和上电启动时刻等信息，导致直流母线启动过程不可控，且与正常运行工况之间的切换没有涉及。基于此，现在急需一种新的光伏优化器系统的启动方法。

发明内容

本申请的其中一个目的在于提供一种能够解决上述背景技术中至少一个缺陷的光伏优化器系统的启动方法。

为达到上述的至少一个目的，本申请采用的技术方案为：一种基于无线通讯的光伏优化器系统的启动方法，包括如下阶段：

优化器启动阶段：基于无线通讯获取各优化器的信息，若满足系统启动条件则进行下一阶段；

母线电压建立阶段：通过控制优化器的功率和输出电压对母线电压进行阶梯上升；

逆变器启动阶段：在母线电压上升至达到系统的工作电压时，逆变器通过无线通讯告知各优化器进入系统工作阶段；

系统工作阶段：通过对优化器的输出电压和功率进行控制以先后进行逆变器的软启动以及系统的完全启动。

优选的，母线电压建立阶段包括如下步骤：

S110：将各优化器的功率阈值限定至小于额定功率的设定值；

S120：将各优化器的输出电压给定从最低开始以设定的数值进行阶梯间隔上升，则母线电压也将随之进行阶梯上升。

优选的，在步骤S110中，优化器的功率阈值被限定的设定值为额定功率的5%。

优选的，在步骤S120中，优化器的输出电压以额定电压的10%进行阶梯间隔上升。

优选的，在步骤S120中，优化器进行输出电压阶梯上升的间隔时间大于逆变器上电至无线通讯正常工作的时间。

优选的，系统的启动包括离网启动和并网启动；在进行离网启动时，于逆变器启动阶段，当母线电压达到辅助电源启动电压时，逆变器辅助电源启动，则用于逆变器的无线通讯将正常工作；在进行并网启动时，由于逆变器的交流侧存在电压，则辅助电源始终启动，进而用于逆变器的无线通讯将始终正常工作。

优选的，于系统的离网启动下，逆变器软启动包括如下过程：将优化器的输出电压给定不再上升，同时将优化器的功率阈值增大至额定功率；则逆变器开始进行离网软启动，直至交流侧电压正常输出时，逆变器通过无线通讯告知各优化器，逆变器的离网软启动已经完成。

优选的，于系统的并网启动下，逆变器软启动包括如下过程：将优化器的输出电压给定不再上升，同时将优化器的功率阈值增大至额定功率；则逆变器开始进行并网软启动，直至逆变器的功率正常输出时，逆变器通过无线通讯告知各优化器，逆变器的并网软启动已经完成。

优选的，在逆变器软启动完成后，将各优化器的输出电压以给定的额定电压的10%进行阶梯间隔上升至额定电压，则系统的启动完成。

优选的，系统采用的无线通讯为PLC通讯或wifi通讯。

与现有技术相比，本申请的有益效果在于：

（1）本申请可以保证系统启动过程中各优化器的输出电压缓慢上升、实时可控；同时还可以保证启动过程中逆变器的电压和电流不过流。

（2）在系统的启动工况和运行工况下，优化器和逆变器的控制策略保持一致，仅电压和电流的给定值不同，因此启动工况和运行工况之间可以切换平滑。

附图说明

图1为本发明的工作流程示意图。

图2为本发明中基于PLC通讯的光伏优化器系统的电路结构示意图。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本申请做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

在本申请的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”、 “横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、 “前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本申请的具体保护范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本申请的其中一个优选的实施例，如图1和图2所示，一种基于无线通讯的光伏优化器系统的启动方法，包括如下阶段：

优化器启动阶段：基于无线通讯获取各优化器的信息，若满足系统启动条件则进行下一阶段。

母线电压建立阶段：通过控制优化器的功率和输出电压对母线电压进行阶梯上升。

逆变器启动阶段：在母线电压上升至达到系统的工作电压时，逆变器通过无线通讯告知各优化器进入系统工作阶段。

系统工作阶段：通过对优化器的输出电压和功率进行控制以先后进行逆变器的软启动以及系统的完全启动。

可以理解的是，本申请采用了无线通讯的方式进行光伏优化器的启动，进而在启动的过程中可以根据无线通讯来获取优化器的串联数量以及自身信息，从而在满足启动条件的优化器数量大于系统设定的可启动数量时，满足启动条件的优化器进行启动并使系统进入到后续的母线电压建立阶段。相比较传统光伏优化器系统的无通讯启动方式，本申请可有准确识别串联优化器的数量以及所需的上电时刻等。

同时，在母线电压建立阶段，母线电压的上升是依靠优化器的功率和输出电压进行控制的。则相比较传统光伏优化器系统的无通讯启动方式，本申请的母线电压建立过程可以通过无线通讯的方式进行控制。并且，在系统工作阶段，通过无线通讯的方式对优化器的输出电压和功率再次进行控制，使得启动工况和运行工况之间能够平滑的切换。

应当知道的是，无线通讯不同于传统的有线通讯，噪声和干扰、建筑物结构、无线设备的摆放位置及其参数的设置都会对信号质量和传输速率等性能有很大的影响。故无线通讯的速率一般较低，很难实现优化器之间、优化器和逆变器之间的实时通讯。因此，在系统的启动过程中需要进行额外的控制以及通讯逻辑。

具体的说，本申请的基本思想是：通过优化器和逆变器相互之间的控制逻辑、通讯、电压基准调整等环节，实现基于无线通讯的光伏优化器系统的优化启动，保证各个优化器和逆变器在电压电流应力范围内正常启动，同时实现启动工况和运行工况之间的平滑切换。

本实施例中，母线电压建立阶段主要包括如下步骤：

S110：将各优化器的功率阈值限定至小于额定功率的设定值。

S120：将各优化器的输出电压给定从最低开始以设定的数值进行阶梯间隔上升，则母线电压也将随之进行阶梯上升。

应当知道的是，由于在母线电压建立阶段逆变器处于尚未启动状态，则对于各个优化器而言，相当于输出侧没有负载，处于空载情况。从而在不考虑变换器损耗的情况下，这时候所有功率都用于优化器的输出电容以及母线电容的充电，使得总母线电压上升。若不对优化器的功率阈值加以限制，那么输出电压给定变化时，优化器功率会迅速增大至最大，同时其输出电压迅速上升；而当输出电压达到给定后，由于没有负载，优化器功率将降为零；这样反复变化，系统不易达到稳定。

所以，本申请在母线电压建立阶段通过对优化器的功率阈值进行限定，使得各优化器的输出电压以及总母线电压变化时，各个优化器功率变换范围较小，进而保证环路切换过程的稳定。对于优化器的功率阈值被限定的设定值，本领域的技术人员可以根据实际需要自行进行选择，例如本实施例中优选的功率阈值被限定的设定值为优化器额定功率的5%。

还应当知道的是，母线电压的值是随着优化器的输出电压时刻变化的，所以通过优化器的输出电压给定从最低开始进行上升来控制母线电压的上升。对于优化器的输出电压的上升方式可以是定量上升，也可以是非定量上升；但是为了保证系统的切换稳定，本实施例优选采用和定量上升的方式，即优化器的输出电压以设定的数值进行阶梯上升。对于优化器的输出电压进行阶梯上升的具体设定数值，本领域的技术人员可以根据实际需要自行进行选择，例如本实施例中优选的输出电压进行阶梯上升的具体设定数值为优化器额定电压的10%。

本实施例中，在进行步骤S120时，优化器进行输出电压阶梯上升的间隔时间大于逆变器上电至无线通讯正常工作的时间。

应当知道的是，优化器的输出电压的阶梯上升意味着母线电压也在进行阶梯上升，则为了确保系统能够稳定且迅速的启动，优化器的输出电压在每次的阶梯上升后都应当通过无线通讯向逆变器发送此时的电压信息，以确保逆变器能够及时的进行启动。那么为了保证无线通讯的数据准确，需要将优化器的输出电压进行阶梯上升的间隔时间设定的大于逆变器上电至无线通讯正常工作的时间，以使得逆变器在启动时能够通过无线通讯将逆变器的启动信息发送至优化器，进而确保后续系统工作阶段中优化器的输出电压给定不再上升时能够与逆变器的工作电压一致。

本实施例中，系统的启动主要包括离网启动和并网启动两种模式，基于启动模式的不同，在进行逆变器启动阶段的方式有所不同。为了方便理解，下面可以基于启动模式对逆变器的启动阶段进行详细的说明。

（1）在进行系统的离网启动时，于母线电压建立阶段，由于逆变器的交直流侧均没有电压，所以用于为逆变器进行无线通讯提供能量的辅助电源未启动。则在逆变器启动阶段，当母线电压达到辅助电源启动电压时，逆变器辅助电源启动，则用于逆变器的无线通讯将正常工作。

（2）在进行系统的并网启动时，由于逆变器的交流侧存在电压，则辅助电源始终启动，进而用于逆变器的无线通讯将始终正常工作。

可以理解的是，优化器和逆变器内均安装有无线通讯模块，从而优化器和逆变器均可以通过内部的无线通讯模块相互进行信息交流。在优化器启动阶段，通过光伏组件的供电，优化器内部的无线通讯模块处于正常的工作状态，则可以根据各优化器之间的无线通讯交流来判断系统是否能够进入到母线电压建立阶段。

而对于系统的离网启动，由于逆变器在启动前的交直流侧均没有电压，所以逆变器内部的无线通讯模块无法启动，只有当母线电压上升至达到辅助电源的启动电压时，逆变器内部的无线通讯模块才能够进行正常的通讯工作。而对于系统的并网启动，逆变器的交流侧连接电网，则辅助电源将始终处于启动状态，进而逆变器内部的无线通讯模块将始终进行工作。

本实施例中，基于系统的启动模式不同，在系统工作阶段的逆变器软启动方式也不同，为了方便理解，下面可以根据不同的启动模式进行逆变器软启动的详细说明。

（1）在系统的离网启动下，逆变器软启动包括如下过程：将优化器的输出电压给定不再上升，同时将优化器的功率阈值增大至额定功率；则逆变器开始进行离网软启动，直至交流侧电压正常输出时，逆变器通过无线通讯告知各优化器，逆变器的离网软启动已经完成。

（2）在系统的并网启动下，逆变器软启动包括如下过程：将优化器的输出电压给定不再上升，同时将优化器的功率阈值增大至额定功率；则逆变器开始进行并网软启动，直至逆变器的功率正常输出时，逆变器通过无线通讯告知各优化器，逆变器的并网软启动已经完成。

可以理解的是，将优化器的输出电压恒定，是因为在系统的工作阶段中，逆变器是用于控制其交流侧输出电压的幅值和相位的，而优化器是用于控制逆变器的直流侧母线电压的。因此，为了保证逆变器的软启动过程稳定，需要将优化器的输出电压恒定，以确保逆变器交流侧输出电压的幅值和相位的稳定。

同时，将优化器的功率阈值增大至额定功率是为了保证在逆变器的软启动阶段可以承受较大的交流负荷。

应当知道的是，在系统的离网启动和并网启动下，主要是逆变器的软启动完成的检测参数不同。在离网启动下，通过检测逆变器的输出电压来判断逆变器是否完成软启动，而在并网启动下，通过检测逆变器的输出功率来判断逆变器是否完成软启动。具体的说，在并网启动下，逆变器的输出电压与电网电压相等，故很难或无法进行相应的输出电压的检测，所以通过对逆变器的输出功率来进行检测。

本实施例中，在逆变器软启动完成后，将各优化器的输出电压以给定的额定电压的10%进行阶梯间隔上升至额定电压，则系统的启动完成。

应当知道的是，在母线电压达到逆变器的启动电压时，逆变器就开始了启动，此时母线电压或者说优化器的输出电压并未达到额定电压。而在逆变器完成启动后，为了实现逆变器的最大功率追踪，需要保证优化器处于额定工作状态，故需要将优化器的输出电压继续上升直至达到额定电压。对于优化器的输出电压的阶梯上升方式，可以和前述母线电压建立阶段的过程相同。

本实施例中，光伏优化器系统采用的无线通讯为PLC通讯或wifi通讯。为了方便理解，下面可以通过图2所示的基于PLC通讯的光伏优化器系统进行说明。

如图2所示，光伏优化器系统包括多个串联于逆变器的优化器，优化器的输入端均对应连接有光伏组件，同时每个优化器内部的PLC通讯模块可以和逆变器内部的PLC通讯模块进行PLC通讯，进而实现二者之间的信息交流，以便于能够完成优化器和逆变器相互之间的控制逻辑、通讯、电压基准调整等环节。

以上描述了本申请的基本原理、主要特征和本申请的优点。本行业的技术人员应该了解，本申请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本申请的原理，在不脱离本申请精神和范围的前提下本申请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申请的范围内。本申请要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.一种基于无线通讯的光伏优化器系统的启动方法，其特征在于，包括如下阶段：

优化器启动阶段：基于无线通讯获取各优化器的信息，若满足系统启动条件则进行下一阶段；

母线电压建立阶段：通过控制优化器的功率和输出电压对母线电压进行阶梯上升；

逆变器启动阶段：在母线电压上升至达到系统的工作电压时，逆变器通过无线通讯告知各优化器进入系统工作阶段；

系统工作阶段：通过对优化器的输出电压和功率进行控制以先后进行逆变器的软启动以及系统的完全启动；

于系统的离网启动下，逆变器软启动包括如下过程：将优化器的输出电压给定不再上升，同时将优化器的功率阈值增大至额定功率；则逆变器开始进行离网软启动，直至交流侧电压正常输出时，逆变器通过无线通讯告知各优化器，逆变器的离网软启动已经完成；

于系统的并网启动下，逆变器软启动包括如下过程：将优化器的输出电压给定不再上升，同时将优化器的功率阈值增大至额定功率；则逆变器开始进行并网软启动，直至逆变器的功率正常输出时，逆变器通过无线通讯告知各优化器，逆变器的并网软启动已经完成。

2.如权利要求1所述的基于无线通讯的光伏优化器系统的启动方法，其特征在于，母线电压建立阶段包括如下步骤：

S110：将各优化器的功率阈值限定至小于额定功率的设定值；

S120：将各优化器的输出电压给定从最低开始以设定的数值进行阶梯间隔上升，则母线电压也将随之进行阶梯上升。

3.如权利要求2所述的基于无线通讯的光伏优化器系统的启动方法，其特征在于：在步骤S110中，优化器的功率阈值被限定的设定值为额定功率的5%。

4.如权利要求2所述的基于无线通讯的光伏优化器系统的启动方法，其特征在于：在步骤S120中，优化器的输出电压以额定电压的10%进行阶梯间隔上升。

5.如权利要求2所述的基于无线通讯的光伏优化器系统的启动方法，其特征在于：在步骤S120中，优化器进行输出电压阶梯上升的间隔时间大于逆变器上电至无线通讯正常工作的时间。

6.如权利要求1-5任一项所述的基于无线通讯的光伏优化器系统的启动方法，其特征在于：在进行系统的离网启动时，于逆变器启动阶段，当母线电压达到辅助电源启动电压时，逆变器辅助电源启动，则用于逆变器的无线通讯将正常工作；

在进行系统的并网启动时，由于逆变器的交流侧存在电压，则辅助电源始终启动，进而用于逆变器的无线通讯将始终正常工作。

7.如权利要求1所述的基于无线通讯的光伏优化器系统的启动方法，其特征在于：在逆变器软启动完成后，将各优化器的输出电压以给定的额定电压的10%进行阶梯间隔上升至额定电压，则系统的启动完成。

8.如权利要求1所述的基于无线通讯的光伏优化器系统的启动方法，其特征在于：系统采用的无线通讯为PLC通讯或wifi通讯。