WO2022047770A1 - 一种光伏设备、光伏逆变器、系统及限功率控制方法 - Google Patents

一种光伏设备、光伏逆变器、系统及限功率控制方法 Download PDF

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Abstract

一种光伏设备(200)、光伏逆变器(300)、系统及限功率控制方法，光伏设备(200)包括：DCDC转换电路(201)、逆变电路(202)和控制器(203)；DCDC转换电路(201)的输入端连接光伏阵列(100)，DCDC转换电路(201)的输出端连接逆变电路(202)的输入端；控制器(203)，用于接收功率调度指令，功率调度指令中携带功率参考值；当功率参考值小于最大功率点的功率时，降低DCDC转换电路(201)的输入电流，以提高DCDC转换电路(201)的输入电压；当DCDC转换电路(201)的输入电压大于等于预设电压时，增加DCDC转换电路(201)的输入电流，以降低DCDC转换电路(201)的输入电压，直至逆变电路(202)的输出功率与功率参考值一致。可以避免直流母线电压过压，同时可以保护直流母线电容，以及保护光伏设备(200)中的各个开关器件，如果电压过高，则会超过开关器件的电压应力，损伤开关器件。

Description

一种光伏设备、光伏逆变器、系统及限功率控制方法 技术领域
本申请涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种光伏设备、光伏逆变器、系统及限功率控制方法。
背景技术
目前，为了提高光伏发电效率，通常控制光伏系统运行在最大功率点，但是，由于很多因素的影响，光伏系统实际工作时并非一直运行在最大功率点，例如直流超配限载、电网调度、功率因数限制、功率限制及电压超限等。
参见图1，该图为光伏组件的P-V曲线图。
从图中可以看出，光伏组件的P-V曲线与抛物线具有相似的特性，当光伏组件工作在某一个功率时，光伏组件可以对应输出两个不同的电压。如图1所示，对于功率P1，光伏组件可以输出第一电压U1，也可以输出第二电压U2。显然，位于最大功率点Pmax对应的电压U0右侧的第二电压U2大于位于U0左侧的第一电压U1。其中U1对应的是工作点B，U2对应的是工作点A。
目前，当光伏系统需要限制功率运行时，即限制输出功率简称限功率，一般控制光伏组件的输出电压为U2。具体可以通过降低光伏组件的输出电流，提高光伏组件的输出电压，进而实现逆变器的输出功率减小，即使光伏组件工作在大电压小电流的状态。
但是，以上的控制方式会增加逆变器前级电路的输入电压，对于逆变器前级存在Boost电路时，会导致逆变器的直流母线电压出现过压，可能超过开关器件可承受的电压应力；对于逆变器的前级存在Buck电路时，会导致Buck电路的损耗增加，降低电能转换效率。
发明内容
本申请提供了一种光伏设备、光伏逆变器、系统及限功率控制方法，能够在限功率时，防止直流母线电压过压，并且降低开关器件的电压应力，提高电能转换效率。
本申请实施例提供的光伏设备，不具体限定具体类别，也不限定光伏设备应用的光伏电站的大小，例如光伏设备可以为两级逆变器，即两级逆变器包括DCDC转换电路又包括逆变电路，此种情况由逆变器完成限功率控制。另外，光伏设备还可以是汇流箱，汇流箱和逆变器单独设置，汇流箱的输出端连接逆变器的输入端，此种情况由汇流箱完成限功率的控制。
光伏设备包括：DCDC转换电路、逆变电路和控制器；DCDC转换电路的输入端连接光伏阵列，DCDC转换电路的输出端连接所述逆变电路的输入端；控制器接收功率调度指令，例如从上位机接收的功率调度指令中携带功率参考值；例如，当功率参考值为最大功率点的功率时，即控制逆变器进行MPPT，使逆变器输出最大功率点的功率。当功率参考值小于最大功率点的功率时，在限制功率时，降低DCDC转换电路的输入电流，则DCDC转换电路的输入电压自然会增加，随着DCDC转换电路的输入电流的不断降低，则DCDC转换电路的输入电压会逐渐升高，当升高到超过预设电压时，则改变控制策略，不再降低 DCDC转换电路的输入电流，而是改为增加DCDC转换电路的输入电流，直至逆变器的输出功率与功率参考值一致。
从IV曲线可知，随着I的增加，从而强制DCDC转换电路的输入电压降低，进而使DCDC转换电路的输入电压低于预设电压，避免直流母线电压过压，由于直流正母线和直流负母线之间连接有直流母线电容，同时可以保护直流母线电容，以及保护光伏设备中的各个开关器件，如果电压过高，则会超过开关器件的电压应力，损伤开关器件。另外，对于Buck电路，可以降低电能损耗，提高发电效率。
优选地，一般控制器通过降低输入电流来降低输出功率，即通过对输入电流进行闭环控制，控制器用于减小DCDC转换电路的输入电流参考值，根据输入电流参考值控制所述DCDC转换电路的输入电流下降，所述DCDC转换电路的输入电压随着所述输入电流的下降而上升。
优选地，为了避免输入电压超过限制，出现过电压，因此，当DCDC转换电路的输入电压大于等于预设电压时，控制器需要强制增加输入电流，即增加DCDC转换电路的输入电流参考值，根据输入电流参考值控制所述DCDC转换电路的输入电流增加。根据IV曲线，当增加DCDC转换电路的输入电流时，DCDC转换电路的输入电压会被强制拉低，从而避免出现过电压带来的直流母线过压，或超过开关器件的电压应力。
优选地，当功率参考值大于等于最大功率点的功率时，控制器控制逆变器的输出功率为最大功率点的功率，即进行MPPT控制即可。
优选地，为了保护开关器件不被过压损坏，预设电压的取值原则可以按照小于DCDC转换电路中开关器件的电压应力，且小于逆变电路中开关器件的电压应力，来取值。
优选地，DCDC转换电路和逆变电路集成在逆变器中；控制器为逆变器的控制器。另外，控制器也可以为光伏电站的控制器，只要控制器可以与DCDC转换电路进行通信即可完成限功率控制。
优选地，当光伏电站需要提高输出能力时，一般需要汇流箱将多个光伏阵列的输出进行汇流，例如汇流箱中包括多个DCDC转换电路，DCDC转换电路集成在汇流箱中，汇流箱的输出端连接逆变电路的输入端；控制器为所述汇流箱的控制器。控制器也可以为光伏电站的控制器，只要控制器可以与DCDC转换电路进行通信即可完成限功率控制。
本申请实施例还提供一种光伏逆变器，以上实施例提供的光伏设备包括DCDC转换电路，但本实施例提供的光伏逆变器不包括DCDC转换电路，包括逆变电路和控制器，即单级逆变器；所述逆变电路的输入端连接光伏阵列；所述逆变电路，用于将所述光伏阵列输出的直流电转换为交流电输出；所述控制器，用于接收功率调度指令，所述功率调度指令中携带功率参考值；当所述功率参考值小于最大功率点的功率时，降低光伏阵列的输出电流，以提高所述光伏阵列的输出电压；当光伏阵列的输出电压大于等于预设电压时，增加所述光伏阵列的输出电流，以降低所述光伏阵列的输出电压，直至所述逆变器的输出功率与所述功率参考值一致。
本实施例提供的逆变器，在限功率控制时，可以保护逆变电路中的开关器件不被高压冲击，低于其电压应力，使其安全稳定地工作。而且直流母线电容也不会被高压冲击，保 护其安全性。本实施例提供的逆变器的直流母线指的是逆变器输入端的直流母线，即直流母线电压指的就是逆变器输入端的电压，开关器件指的是逆变器自身的开关器件。
优选地，由于本实施例提供的逆变器不包括DCDC转换电路，因此，逆变电路的输入电流就是光伏阵列的输出电流，控制的是光伏阵列的输出电流，来调节逆变器的输出功率。控制器减小所述光伏阵列的输出电流参考值，根据所述输出电流参考值控制所述光伏阵列的输出电流下降，所述光伏阵列的输出电压随着所述输出电流的下降而上升。
优选地，当所述光伏阵列的输出电压大于等于预设电压时，控制器增加所述光伏阵列的输出电流参考值，根据所述输出电流参考值控制所述光伏阵列的输出电流增加。根据IV曲线可知，当光伏阵列的输出电流增加时，光伏阵列的输出电压会强制下降，从而避免光伏阵列的输出电压超过预设电压，即逆变器的输入电压不会超过预设电压，从而保护逆变器的开关器件和直流母线电容。
优选地，当功率参考值大于等于最大功率点的功率时，控制器控制逆变器的输出功率为所述最大功率点的功率，即进行最大功率追踪MPPT。
本申请实施例还提供一种光伏系统，包括以上介绍的光伏设备或以上介绍的光伏逆变器，还包括：光伏阵列；当包括所述光伏设备时，所述光伏阵列连接所述光伏设备的输入端；当包括所述光伏逆变器时，所述光伏阵列连接所述光伏逆变器的输入端。
该光伏系统包括以上实施例介绍的光伏逆变器，光伏逆变器内部包括逆变电路和控制器。由于该逆变器可以在进行限功率控制时，控制输入电压小于预设电压，因此可以更好地保护开关器件和直流母线电容，而且可以避免直流母线电压出现过压。
本申请实施例还提供一种光伏发电的功率控制方法，包括：接收功率调度指令，所述功率调度指令中携带功率参考值；当所述功率参考值小于最大功率点的功率时，降低光伏阵列的输出电流，以提高所述光伏阵列的输出电压；当光伏阵列的输出电压大于等于预设电压时，增加所述光伏阵列的输出电流，以降低所述光伏阵列的输出电压，直至所述逆变器的输出功率与所述功率参考值一致。
从IV曲线可知，随着I的增加，从而强制DCDC转换电路的输入电压降低，进而使DCDC转换电路的输入电压低于预设电压，避免直流母线电压过压，由于直流正母线和直流负母线之间连接有直流母线电容，同时可以保护直流母线电容，以及保护光伏设备中的各个开关器件，如果电压过高，则会超过开关器件的电压应力，损伤开关器件。另外，对于Buck电路，可以降低电能损耗，提高发电效率。
优选地，降低光伏阵列的输出电流，具体包括：减小所述光伏阵列的输出电流参考值，根据输出电流参考值控制光伏阵列的输出电流下降，根据IV曲线可知，当光伏阵列的输出电流下降时，光伏阵列的输出电压随着所述输出电流的下降而上升，即光伏阵列的输出电压被强制拉高。
优选地，调节逆变器的输出功率，可以通过调节电流参考值，即调节电流来实现功率的调节。当光伏阵列的输出电压大于等于预设电压时，增加所述光伏阵列的输出电流，具体包括：当所述光伏阵列的输出电压大于等于预设电压时，增加所述光伏阵列的输出电流参考值，根据所述输出电流参考值控制所述光伏阵列的输出电流增加。
优选地，还包括：当功率参考值大于等于最大功率点的功率时，控制逆变器的输出功率为最大功率点的功率，即进行最大功率追踪MPPT。
本申请实施例还提供一种光伏发电的功率控制装置，包括：
接收单元，用于接收逆变器的功率调度指令，所述功率调度指令中携带功率参考值；
电流降低单元，用于当所述功率参考值小于最大功率点的功率时，降低光伏阵列的输出电流，以提高所述光伏阵列的输出电压；
电流增加单元，用于当光伏阵列的输出电压大于等于预设电压时，增加所述光伏阵列的输出电流，以降低所述光伏阵列的输出电压，直至所述逆变器的输出功率与所述功率参考值一致。
电流降低单元，具体包括电流降低模块，用于减小所述光伏阵列的输出电流参考值，根据所述输出电流参考值控制所述光伏阵列的输出电流下降，所述光伏阵列的输出电压随着所述输出电流的下降而上升。
电流增加单元，具体包括电流增加模块，用于当所述光伏阵列的输出电压大于等于预设电压时，增加所述光伏阵列的输出电流参考值，根据所述输出电流参考值控制所述光伏阵列的输出电流增加。
还包括控制单元，用于当所述功率参考值大于等于所述最大功率点的功率时，控制所述逆变器的输出功率为所述最大功率点的功率。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
该光伏设备包括：DCDC转换电路、逆变电路和控制器；在限制逆变器的输出功率时，降低DCDC转换电路的输入电流，根据光伏组件的电流电压IV曲线可知，则DCDC转换电路的输入电压自然会增加，随着DCDC转换电路的输入电流的不断降低，则DCDC转换电路的输入电压会逐渐升高，当升高到超过预设电压时，则改变控制策略，不再降低DCDC转换电路的输入电流，而是改为增加DCDC转换电路的输入电流，根据IV曲线可知，随着I的增加，从而强制DCDC转换电路的输入电压降低，进而使DCDC转换电路的输入电压低于预设电压，避免直流母线电压过压，由于直流正母线和直流负母线之间连接有直流母线电容，同时可以保护直流母线电容，以及保护光伏设备中的各个开关器件，如果电压过高，则会超过开关器件的电压应力，损伤开关器件。另外，对于Buck电路，可以降低电能损耗，提高发电效率。
附图说明
图1为光伏组件的功率与电压PV的曲线图；
图2为本申请实施例提供的一种光伏设备的示意图；
图3为本申请实施例提供的另一种光伏系统的示意图；
图4为本申请实施例提供的一种光伏组件IV曲线图；
图5为本申请实施例提供的一种限功率控制的示意图；
图6为本申请实施例提供的另一种光伏设备的示意图；
图7为本申请实施例提供的一种功率控制流程图；
图8为本申请实施例提供的一种两个汇流箱对应的；
图9为本申请实施例提供的一种光伏逆变器的应用场景图；
图10为本申请实施例提供的一种包括光伏设备的光伏系统示意图；
图11为本申请实施例提供的一种包括逆变器的光伏系统的示意图；
图12为本申请实施例提供的一种光伏发电的功率控制方法的流程图；
图13为本申请实施例提供的另一种光伏发电的功率控制方法的流程图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本申请实施例提供的技术方案，先结合图1介绍一下光伏组件的PV曲线。从图1可以看出，除了在最大功率点的功率Pmax，其他的功率点，均是一个功率对应两个电压。一般情况下，为了使输出功率最大，发电效率最高，控制逆变器进行最大功率点追踪(MPPT，Maximum power point tracking)，即控制逆变器运行在最大功率点。
目前，为了工作稳定性，一般在进行限功率控制时，会控制逆变器运行在最大功率点右侧的点，如图中的A点为最大功率点右侧的点，为了方便描述，称同一个功率对应的右侧的点为第一工作点，左侧的点为第二工作点(图1中的B点)。
如果针对所有情况的限功率均控制逆变器工作在右侧的第一工作点，当电压较高时，对于逆变电路前级存在DCDC变换电路时，如果DCDC变换电路为升压电路，例如Boost电路，如果光伏阵列的输出电压较大，Boost电路将较大的输入电压升压后，输出电压会更高，容易导致逆变电路的输入侧，即直流母线电压过压，对电路造成损坏，例如损坏直流母线电容。对于逆变电路前级的DCDC变换电路为降压电压，例如Buck电路时，如果光伏阵列的输出电压较大，Buck电路需要将较大的光伏阵列的输出电压降压转换时会产生更大的损坏，影响光伏发电效率。对于存在DCDC变换电路时，DCDC变换电路的输入电压便是光伏阵列的输出电压。
DCDC变换电路除了可以为Boost或Buck以为，还可以是BuckBoost电路，本申请实施例对DCDC变换电路的具体实现形式不作具体限定，而且DCDC变换电路可以为隔离式的，也可以为非隔离式的。
因此，为了解决该技术问题，本申请实施例提供的技术方案，在限制逆变器的输出功率时，根据光伏阵列的输出电压即根据DCDC转换电路的输入电压的大小进行区别对待，动态进行限功率控制，而不是一直唯一地控制逆变器工作在第一工作点。具体可以根据DCDC转换电路的输入电压的大小来进行判断，当DCDC转换电路的输入电压较大时，即大于预设电压时，则控制逆变器工作在第二工作点，由于第二工作点的电压低于第一工作点，因此，可以防止直流母线电压出现过电压，而且如果DCDC转换电路为降压电路时，可以降低功耗，提高发电效率。
本申请实施例不具体限定，该技术方案具体应用的光伏设备的类别，以及光伏电站的大小，例如光伏设备可以为两级逆变器，即两级逆变器包括DCDC转换电路又包括逆变电路，此种情况由逆变器完成限功率控制。另外，光伏设备还可以是汇流箱，汇流箱和逆变器单独设置，汇流箱的输出端连接逆变器的输入端，此种情况由汇流箱完成限功率的控制。
光伏设备实施例一：
参见图2，该图为本申请实施例提供的一种光伏设备的示意图。
本实施例提供的光伏设备200包括：DCDC转换电路201、逆变DCAC电路202和控制器203；
所述DCDC转换电路201的输入端连接光伏阵列100，所述DCDC转换电路201的输出端连接所述逆变电路202的输入端；
所述控制器203，用于接收逆变器的功率调度指令，所述功率调度指令中携带功率参考值；当所述功率参考值小于最大功率点的功率时，降低DCDC转换电路的输入电流，以提高所述DCDC转换电路的输入电压；当DCDC转换电路的输入电压大于等于预设电压时，增加所述DCDC转换电路的输入电流，以降低所述DCDC转换电路的输入电压，直至所述逆变器的输出功率与所述功率参考值一致。
控制器203接收的功率调度指令可以是从上位机接收的，也可以是从光伏电站的控制中心接收的。图2中仅是简单的示意图。例如光伏电站包括多个光伏设备，上位机用于控制多个光伏设备的功率输出。光伏电站统一负责光伏设备的功率控制，会向光伏设备下发功率调度指令，功率调度指令中携带功率参考值，光伏设备根据功率参考值控制逆变器输出与功率参考值一致的功率。例如，当功率参考值为最大功率点的功率时，即控制逆变器进行MPPT，使逆变器输出最大功率点的功率。如果功率参考值低于最大功率点的功率，则是需要进行限功率控制，即限制逆变器的输出功率低于最大功率点的功率。
如图3所示，该图为光伏系统的一种具体实现方式，图3中的光伏设备可以参见图2，图3中以光伏阵列包括两个光伏组串为例进行介绍。
其中第一光伏组串101和第二光伏组串102并联在光伏设备200的输入端；
第一光伏组串101包括多个光伏组件串联在一起，同理，第二光伏组串102包括多个光伏组件串联在一起。
本实施例提供的光伏设备控制其输出功率是通过控制DCDC转换电路的输入电流来实现的，为了更清楚地介绍本申请实施例提供的技术方案，下面先介绍图4所示的光伏组件的IV曲线图来介绍光伏组件的输出电压与输出电流的关系。
从图4可以看出，对于光伏组件，其电压U和电流I之间成反比的关系，即随着电流I的下降，电压U自然会上升。
在限制功率时，降低DCDC转换电路的输入电流，则DCDC转换电路的输入电压自然会增加，随着DCDC转换电路的输入电流的不断降低，则DCDC转换电路的输入电压会逐渐升高，当升高到超过预设电压时，则改变控制策略，不再降低DCDC转换电路的输入电流，而是改为增加DCDC转换电路的输入电流，从IV曲线可知，随着I的增加，从而强制DCDC转换电路的输入电压降低，进而使DCDC转换电路的输入电压低于预设电压，避免直流母线电压过压，由于直流正母线和直流负母线之间连接有直流母线电容，同时可以保护直流母线电容，以及保护光伏设备中的各个开关器件，如果电压过高，则会超过开关器件的电压应力，损伤开关器件。另外，对于Buck电路，可以降低电能损耗，提高发电效率。
预设电压小于DCDC转换电路中开关器件的电压应力，且小于逆变电路中开关器件的电压应力。例如，对于DCDC转换电路和逆变电路中的开关器件的电压应力为650V时， 考虑到留有余量和偏差电压，预设电压可以选择设置为500V左右。以上仅是举例说明，具体可以根据实际的应用场景来进行选择设置，预设电压的目的是对开关器件和直流母线电容起到保护作用。
下面结合图5详细介绍本申请实施例提供的限功率控制的实现过程。
参见图5，该图为本申请实施例提供的限功率控制的示意图。
以图3中第一光伏组串101为例说明，为了简化计算，假设第一光伏组串101内部包括15个串联的光伏组件，每个光伏组件的参数一致，如下表1所示。忽略损耗，光伏设备的转换效率为100％。
表1
参数 值 单位
开路电压Voc 38.25 V
短路电流Isc 9.95 A
MPPT电压Vmp 30.6 V
MPPT电流Imp 8.5 A
MPPT功率Pmp 260.1 W
如果不限制光伏设备的输出功率，即正常并网发电时，光伏设备工作在最大功率点A，如图5所示，最大功率点A对应的功率，由于一个光伏组串包括15个光伏组件，一个光伏组件的一个光伏组件的Pmp为260.1W，由于光伏阵列包括两个光伏组串并联，因此，整个光伏阵列的Pmpp＝260.1*15*2＝7803W。
由于一个光伏组串包括15个光伏组件，而且两个光伏组串并联，因此，输出电压相同，一个光伏组件的Vmp为30.6V，因此整个光伏组串对应的Vmpp＝30.6*15＝459V，在最大功率点对应的输入电压为459V。
下面结合图5分为两种情况来进行介绍，分别是限功率时输入电压小于预设电压，以及，限功率控制时输入电压大于等于预设电压。
假设预设电压设定为Ulmt为500V，光伏组串对应的功率为6000W；
第一种：限功率控制时输入电压小于预设电压；
此种情况由于DCDC转换电路的输入电压小于预设电压，输入电压不会造成直流母线电压过压，因此为了工作更稳定，可以控制光伏设备工作在最大功率点右侧的第一工作点。
如果控制器接收到功率调度指令，功率调度指令携带的功率参考值P ref1＝7000W，由于P ref1＝7000W<P mpp＝7803W；因此控制器降低DCDC转换电路的输入电流，以提高所述DCDC转换电路的输入电压。
具体实现时，所述控制器减小DCDC转换电路的输入电流参考值Iref，根据输入电流参考值Iref控制DCDC转换电路的输入电流下降，根据IV曲线可知，DCDC转换电路的输入电压随着输入电流的下降而上升。
随着DCDC转换电路的输入电压增加，当运行到最大功率点A右侧的第一工作点B，即P ref1＝U in×I in时，输入电流参考I ref保持不变，逆变器稳定工作在最大功率点右侧的第一工作点B。
第二种：限功率控制时输入电压大于等于预设电压；
如果光伏设备接收到的功率调度指令中携带的功率参考值P ref2＝3000W，则与上述过程类似，也需要先减小DCDC转换电路的输入电流参考值Iref，根据输入电流参考值Iref控制DCDC转换电路的输入电流下降，根据IV曲线可知，DCDC转换电路的输入电压随着输入电流的下降而上升。
当运行到C点时，即U in＝U lmt＝500V，此时U in×I in＝6000W>P ref2时，由于6000W>P ref2＝3000W，因此光伏设备还未达到稳定工作点，需要进一步降低输出功率，但是继续增加输入电压，可能造成直流母线电压过压，对直流母线电容和开关器件造成损坏，因此，为了达到保护的作用，需要降低输入电压，具体为：
控制器增加所述DCDC转换电路的输入电流参考值，根据所述输入电流参考值控制所述DCDC转换电路的输入电流增加。随着输入电流的增加，根据IV曲线，输入电压自然降低，直到运行到最大功率点A左侧的第二工作点D，即对应的功率为P ref2时，输入电流参考值保持不变，逆变器稳定工作在最大功率点左侧的第二工作点D，该动态调节过程为A->B->C->D。
需要说明的是，在从点C控制到点D的过程中，为了满足要求，可以控制调节速度，使其尽可能快速调节到点D。
由此可知，本实施例提供的限功率调节的光伏设备，在进行限功率控制时，先向最大功率点A的右侧进行调节，当输入电压大于等于预设电压时，则进行回调，直到调节到最大功率点A的左侧，稳定工作在功率参考值对应的工作点。因为在调节过程中，功率对应的电压大小无法预计，随着光照的不同，光伏阵列的输出电压大小不同，只能先向右调节，逐渐判断电压是否超过预设电压，当超过时，改变调节方向为向左调节。而传统的调节方式是，在限功率调节过程中，不考虑输入电压，仅是调节到需求的限功率值，即使逆变电路输出功率参考值对应的功率，不论对应的输入电压大小，例如当功率参考值为时，传统的调节方式是A->B->C->E。点E对应的电压大于了预设电压，将造成直流母线电压过压，对直流母线电容和开关器件造成损坏，降低其使用寿命。
图2所示的光伏设备200中，DCDC转换电路201和逆变电路202集成在逆变器中；控制器203为逆变器的控制器。即光伏设备200可以为两级逆变器。逆变器的控制器控制逆变器的输入电流来调整输出功率，由于调整输入电流的过程中，输入电压随着会变化，因此需要判断输入电压与预设电压的大小，来调节输入电压参考值。
光伏设备实施例二：
下面介绍另一种光伏设备，对于光伏系统中包括汇流箱的情况，且汇流箱内部包括DCDC转换电路，逆变器仅包括逆变电路的情景。
参见图6，该图为本申请实施例提供的另一种光伏设备的示意图。
本实施例提供的光伏设备，包括汇流箱204和逆变电路DCAC202，其中，逆变电路DCAC202独立于汇流箱204单独设置，即为单独设置的单级逆变器，DCDC转换功能由汇流箱204来实现。
DCDC转换电路201集成在汇流箱中，所述汇流箱201的输出端连接所述逆变电路202 的输入端；
所述控制器203为所述汇流箱204的控制器。
汇流箱204的输入端连接第一光伏阵列101和第二光伏阵列102，第一光伏阵列101和第二光伏阵列102的输出端并联在一起连接汇流箱205的输入端，图中仅是示意，第一光伏阵列101和第二光伏阵列102在汇流箱205之外并联，也可以在汇流箱205之内进行并联，本申请实施例均不作具体限定。
下面结合方法流程图具体介绍功率控制的工作过程。
参见图7，该图为本申请实施例提供的一种功率控制流程图。
S701：收到功率调度指令，功率调度指令中携带功率参考值Pref；
S702：判断功率参考值Pref是否小于最大功率点的功率Pmpp，如果是，则执行S704，反之执行S703；
S703：控制稳定运行在最大功率点，即当Pref>Pmpp时，控制输出最大功率点的功率，即进行MPPT控制。
S704：降低输入电流，即通过降低输入电流参考值来降低输入电流，随着输入电流的降低，输入电压随之升高，因此需要判断输入电压Uin是否大于预设电压Ulmt，如果是，则执行S705，反之执行S706；
S705：由于Uin>Ulmt，因此，需要降低Uin，为了使Uin降低，则需要降低输入电流参考值，即降低输入电流，来强制Uin降低，从而稳定运行在第二工作点，即A点的左侧。
S706：当降低功率的过程中，没有出现Uin>Ulmt的情况，则稳定运行在第一工作点即可，即A点的右侧。
下面简要说明在最大功率点右侧，工作稳定性较高的原因。结合图4，从典型的IV曲线可知，光伏组件的等效内阻随电压V的变化的剧烈变化，即R＝dv/di，在开路电压附近，等效内阻较小，近似为恒压源特性；在短路电压附近，等效内阻很大，近似为恒流源特性。当等效内阻趋于无穷大时，工作稳定的条件最严格，即最大功率点右侧的等效内阻较小，对应的工作稳定性较好，因此，一般都希望工作在右侧的区域，即对于一个功率，希望工作在该功率对应的第一工作点。
以上控制的过程中，需要获得逆变器的输出功率Pout，判断Pout是否等于Pref，如果不等于，则需要继续控制，如果等于，则说明限功率调节到位，可以停止控制，稳定运动在限功率状态。逆变器的输出功率具体可以通过检测逆变器的输出电压和输出电流来获得。
逆变器的输入电流参考值是外环闭环控制的结果，而控制逆变器的输入电流等于输入电流参考值，需要对逆变器进行电流内环的闭环控制，即根据逆变器的输入电流参考值对逆变器的输入电流进行控制，具体可以周期性检测逆变器的输入电流，将检测的输入电流与输入电流参考值进行比较，根据电流比较结果控制逆变器内开关器件的驱动脉冲信号的占空比，从而实现对于逆变器的输入电流的大小控制，例如具体的电流闭环控制可以利用比例积分调节器来实现。
图6中也仅是以两个光伏阵列为例进行说明，具体实现时，不限定单个汇流箱输入端连接的光伏阵列的数量。同理，为了增加功率输出，也可以多个汇流箱对应同一个逆变电 路，即对应同一个逆变器，多个汇流箱的输出端并联在一起，可以在逆变器之外进行并联，也可以在逆变器之内进行并联，本实施例不作具体限定。
对于多个汇流箱并联的，可以参见图8所示，以两个汇流箱为例进行介绍，分别是第一汇流箱205a和第二汇流箱205b，第二汇流箱205b的输入端连接并联的第三光伏阵列103和第四光伏阵列104。
第一汇流箱205a和第二汇流箱205b的输出端均连接逆变器，可以在逆变器202的内部实现并联，也可以在逆变器202的外部先并联好再连接逆变器202的输入端。
另外，针对图2所示的光伏设备，在DCDC转换电路的前级也可能包括仅具有汇流功能的汇流箱，即仅汇聚电流，不具有电压转换的作用。
以上实施例中，不论DCDC转换电路在汇流箱内部，还是在逆变器内部，控制的输入电流均是指DCDC转换电路的输入电流，DCDC转换电路的输入电流就是对应的光伏阵列的输出电流。对于包括DCDC转换电路的场景，直流母线是指DCDC转换电路输出端与逆变电路输入端之间的母线，直流母线电压是指直流正母线和直流负母线之间的电压，一般在直流正母线和直流负母线之间连接有成对的直流母线电容。
以上提供的光伏设备中均包括DCDC转换电路，下面介绍单级逆变器进行限功率时的工作原理，单级逆变器仅具有逆变功能，不进行DCDC转换。
光伏逆变器实施例
参见图9，该图为本申请实施例提供的一种光伏逆变器的应用场景图。
本实施例提供的光伏逆变器300，包括逆变电路301和控制器302；
所述逆变电路301的输入端连接光伏阵列100；
所述逆变电路301，用于将所述光伏阵列100输出的直流电转换为交流电输出；
所述控制器302，用于接收逆变器的功率调度指令，所述功率调度指令中携带功率参考值；当所述功率参考值小于最大功率点的功率时，降低光伏阵列的输出电流，以提高所述光伏阵列的输出电压；当光伏阵列100的输出电压大于等于预设电压时，增加所述光伏阵列100的输出电流，以降低所述光伏阵列100的输出电压，直至所述逆变器的输出功率与所述功率参考值一致。
由于本实施例提供的逆变器不包括DCDC转换电路，因此，逆变电路的输入电流就是光伏阵列的输出电流，控制的是光伏阵列的输出电流，来调节逆变器的输出功率。
本实施例提供的逆变器的直流母线指的是逆变器输入端的直流母线，即直流母线电压指的就是逆变器输入端的电压。开关器件指的是逆变器自身的开关器件。
本实施例提供的逆变器，在限功率控制时，可以保护逆变电路中的开关器件不被高压冲击，低于其电压应力，使其安全稳定地工作。而且直流母线电容也不会被高压冲击，保护其安全性。
预设电压需要小于逆变器的开关器件的电压应力，而且小于直流母线电容的耐压，这样可以同时保护开关器件和直流母线电容。
其中，光伏阵列100的具体实现形式可以参见图3，不具体限定光伏组串的数量，也 不具体限定光伏组串内包括的光伏电池板的数量。
本实施例中控制器302减小光伏阵列的输出电流，具体为：
控制器减小所述光伏阵列的输出电流参考值，根据所述输出电流参考值控制所述光伏阵列的输出电流下降，所述光伏阵列的输出电压随着所述输出电流的下降而上升。
由于光伏组件的输出电压和输出电流存在如图所示的IV曲线的关系，因此，控制光伏组件的输出电流下降，光伏组件的输出电压自然会上升。
控制器增加光伏阵列的输出电流，具体为：
当所述光伏阵列的输出电压大于等于预设电压时，控制器用于增加所述光伏阵列的输出电流参考值，根据所述输出电流参考值控制所述光伏阵列的输出电流增加。同理，根据IV曲线可知，当光伏阵列的输出电流增加时，光伏阵列的输出电压会强制下降，从而避免光伏阵列的输出电压超过预设电压，即逆变器的输入电压不会超过预设电压，从而保护逆变器的开关器件和直流母线电容。
另外，如果功率参考值大于等于所述最大功率点的功率时，控制器控制所述逆变器的输出功率为所述最大功率点的功率。
本实施例中控制器具体的控制方式与上述相同的部分在此不再赘述，可以参见光伏设备实施例的介绍。
需要说明的是，以上实施例中的逆变电路可以双向工作，即正向工作时，实现逆变的功能，反向工作时，实现整流的功能。当光伏系统中包括储能设备时，例如光伏阵列不输出电能时，逆变电路可以将交流电网的交流电整流为直流电为储能设备充电。
基于以上实施例提供的一种光伏设备和逆变器，本申请实施例还提供了一种光伏系统，该光伏系统可以包括以上实施例介绍的光伏设备，或者包括以上实施例介绍的逆变器。下面结合附图进行详细介绍。
光伏系统实施例
参见图10，该图为本申请实施例提供的包括光伏设备的光伏系统示意图。
本实施例提供的光伏系统，以包括以上实施例介绍的光伏设备1001为例进行介绍，还包括：光伏阵列100；
当光伏系统包括所述光伏设备1001时，所述光伏设备1001的输入端连接所述光伏阵列100.
该光伏系统包括以上实施例介绍的光伏设备，光伏设备1001内部可以包括DCDC转换电路、逆变电路和控制器。由于该光伏设备可以在进行限功率控制时，控制输入电压小于预设电压，因此可以更好地保护开关器件和直流母线电容，当DCDC转换电路为升压电路时，可以避免直流母线电压出现过压。而且当DCDC转换电路为降压电路时，可以减小降压电路进行电能转换时的功耗，从而提高光伏系统的发电效率。
本实施例中不限定光伏阵列的具体实现形式，例如可以为多个光伏组串并联。
下面介绍仅包括单级逆变器的光伏系统。
参见图11，该图为本申请实施例提供的包括逆变器的光伏系统的示意图。
当光伏系统包括单级逆变器300时，单级逆变器300的输入端连接光伏阵列100。单级逆变器300的具体实现方式可以参见图9。
对于光伏阵列的具体实现形式本实施例不作具体限定，可以根据实际应用场景来设置，例如可以包括多个光伏组串并联在一起，也可以包括一个光伏组串。
该光伏系统包括以上实施例介绍的光伏逆变器，光伏逆变器内部包括逆变电路和控制器。由于该逆变器可以在进行限功率控制时，控制输入电压小于预设电压，因此可以更好地保护开关器件和直流母线电容，而且可以避免直流母线电压出现过压。
基于以上实施例提供的一种光伏设备、逆变器和光伏系统，本申请实施例还提供了一种限功率的控制方法，该控制方法可以应用以上实施例介绍的光伏设备或逆变器，下面结合附图进行详细介绍。
方法实施例一
参见图12，该图为本申请实施例提供的一种光伏发电的功率控制方法的流程图。
本实施例提供的光伏发电的功率控制方法，包括以下步骤：
S1201：接收逆变器的功率调度指令，所述功率调度指令中携带功率参考值；
光伏电站经常进行功率调度，根据功率参考值控制光伏设备的运行，使光伏设备输出与功率参考值一致的功率，严格时是输出功率与功率参考值相同。一般情况下是运行在最大功率点。
S1202：当所述功率参考值小于最大功率点的功率时，降低光伏阵列的输出电流，以提高所述光伏阵列的输出电压；
降低光伏阵列的输出电流，具体包括：减小所述光伏阵列的输出电流参考值，根据所述输出电流参考值控制所述光伏阵列的输出电流下降，所述光伏阵列的输出电压随着所述输出电流的下降而上升。
功率参考值小于最大功率点的功率时，说明需要进行限功率控制，因此需要降低逆变电路的输出功率，具体可以通过降低光伏阵列的输出电流来降低功率。降低输出电流具体是降低输出电流参考值。需要说的是，对于光伏阵列时输出电流，对于光伏设备来说是输入电流。由于光伏组件的IV特性，随着I的降低，U自然会被升高，因此，为了避免电压太高，损坏开关器件和直流母线电容，以及导致直流母线电压过压，对于限功率过程中进行了电压控制，具体也是通过电流控制来实现。
S1203：当光伏阵列的输出电压大于等于预设电压时，增加所述光伏阵列的输出电流，以降低所述光伏阵列的输出电压，直至所述逆变器的输出功率与所述功率参考值一致。
增加所述光伏阵列的输出电流，具体包括：当所述光伏阵列的输出电压大于等于预设电压时，增加所述光伏阵列的输出电流参考值，根据所述输出电流参考值控制所述光伏阵列的输出电流增加。
当所述功率参考值大于等于所述最大功率点的功率时，控制所述逆变器的输出功率为所述最大功率点的功率。
本本实施例提供的方法，适用于以上所有实施例提供的光伏设备和逆变器，当适用于 光伏设备时，光伏阵列的输出电流就是DCDC转换电路的输入电流。当适用于单级逆变器时，光伏阵列的输出电流就是逆变器的输入电流。
在限制逆变器的输出功率时，降低光伏阵列的输出电流，则光伏阵列的输出电压自然会增加，随着光伏阵列的输出电流的不断降低，则光伏阵列的输出电压会逐渐升高，当升高到超过预设电压时，则改变控制策略，不再降低光伏阵列的输出电流，而是改为增加光伏阵列的输出电流，从光伏组件的电压电流IV曲线可知，随着I的增加，从而强制输出电压降低，进而使输出电压低于预设电压，避免直流母线电压过压，由于直流正母线和直流负母线之间连接有直流母线电容，同时可以保护直流母线电容，以及保护光伏设备或单级逆变器中的各个开关器件，如果电压过高，则会超过开关器件的电压应力，损伤开关器件。
方法实施例二
下面结合流程图详细介绍对于限功率控制的完整流程。
参见图13，该图为本申请实施例提供的另一种光伏发电的功率控制方法的流程图。
S1301：收到功率调度指令，从功率调度指令中获得功率参考值Pref。
S1302：判断功率参考值是否小于最大功率点的功率Pmpp，即Pref<Pmpp；如果是，则执行S1304；反之执行S1303；
S1303：逆变器稳定运行在最大功率点，即控制逆变器的输出功率Pout＝Pmpp。
逆变器的输出功率可以通过检测逆变器的输出电压和输出电流来获得。
S1304：判断功率参考值是否小于输出功率，即Pref<Pout；如果是，则执行S1305；反之执行S1307；
S1305：减小逆变器的输入电流参考值Iref，此处逆变器的输入电流，对于单级逆变器来说，就是光伏阵列的输出电流，对于两级逆变器来说，也是光伏阵列的输出电流，同时又是DCDC转换电路的输入电流。
对于逆变器的输入电流参考值的控制，是外环闭环控制的结果，而对于逆变器输入电流的控制属于电流内环的闭环控制，根据逆变器的输入电流参考值对逆变器的输入电流进行控制，具体可以检测逆变器的输入电流，将检测的输入电流与输入电流参考值进行比较，根据比较结果控制逆变器内开关器件的驱动脉冲信号的占空比，从而实现对于逆变器的输入电流的大小控制，例如具体的电流闭环控制可以利用比例积分调节器来实现。
S1306：判断逆变器的输入电压是否小于预设电压，即Uin>Ulmt，如果是，则执行S1307，反之执行S1308；
S1307：增加逆变器的输入电流参考值Iref；
S1308：判断逆变器的输出功率是否达到功率参考值，即判断理论上Pout与Pref是否相等，实际实现时，控制一般存在一定的误差，可以在允许的误差范围内，视为两者相等。
S1309：逆变器进行限功率的稳定运行。
本实施例提供的方法，其中在S1305之后增加了对于逆变器的输入电压的判断，当输入电压大于预设电压时，说明电压较高，因此需要对电压进行限制，避免直流母线出现过压，同时包括开关器件和直流母线电容，由于降低电压，需要增加输入电流参考值，因此，需要执行S1307。
本申请以上实施例中不具限定开关器件的实现形式，例如可以为IGBT、MOS等可控的半导体开关器件。
基于以上实施例提供的光伏设备、逆变器、光伏系统和方法，本申请实施例还提供一种光伏发电的功率控制装置，包括：
接收单元，用于接收逆变器的功率调度指令，所述功率调度指令中携带功率参考值；
电流降低单元，用于当所述功率参考值小于最大功率点的功率时，降低光伏阵列的输出电流，以提高所述光伏阵列的输出电压；
电流增加单元，用于当光伏阵列的输出电压大于等于预设电压时，增加所述光伏阵列的输出电流，以降低所述光伏阵列的输出电压，直至所述逆变器的输出功率与所述功率参考值一致。
电流降低单元，具体包括电流降低模块，用于减小所述光伏阵列的输出电流参考值，根据所述输出电流参考值控制所述光伏阵列的输出电流下降，所述光伏阵列的输出电压随着所述输出电流的下降而上升。
电流增加单元，具体包括电流增加模块，用于当所述光伏阵列的输出电压大于等于预设电压时，增加所述光伏阵列的输出电流参考值，根据所述输出电流参考值控制所述光伏阵列的输出电流增加。
还包括控制单元，用于当所述功率参考值大于等于所述最大功率点的功率时，控制所述逆变器的输出功率为所述最大功率点的功率。
需要说明的是，该装置可以应用于以上的光伏设备中，尤其是应用于控制器中。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (16)

  1. 一种光伏设备，其特征在于，包括：DCDC转换电路、逆变电路和控制器；
    所述DCDC转换电路的输入端连接光伏阵列，所述DCDC转换电路的输出端连接所述逆变电路的输入端；
    所述控制器，用于接收功率调度指令，所述功率调度指令中携带功率参考值；当所述功率参考值小于最大功率点的功率时，降低DCDC转换电路的输入电流，以提高所述DCDC转换电路的输入电压；当DCDC转换电路的输入电压大于等于预设电压时，增加所述DCDC转换电路的输入电流，以降低所述DCDC转换电路的输入电压，直至所述逆变器的输出功率与所述功率参考值一致。
  2. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制器，具体用于减小所述DCDC转换电路的输入电流参考值，根据所述输入电流参考值控制所述DCDC转换电路的输入电流下降，所述DCDC转换电路的输入电压随着所述输入电流的下降而上升。
  3. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制器，具体用于当所述DCDC转换电路的输入电压大于等于预设电压时，增加所述DCDC转换电路的输入电流参考值，根据所述输入电流参考值控制所述DCDC转换电路的输入电流增加。
  4. 根据权利要求1-3任一项所述的设备，其特征在于，所述控制器，还用于当所述功率参考值大于等于所述最大功率点的功率时，控制所述逆变器的输出功率为所述最大功率点的功率。
  5. 根据权利要求1-3任一项所述的设备，其特征在于，所述预设电压小于所述DCDC转换电路中开关器件的电压应力，且小于所述逆变电路中开关器件的电压应力。
  6. 根据权利要求1-3任一项所述的设备，其特征在于，所述DCDC转换电路和逆变电路集成在逆变器中；
    所述控制器为所述逆变器的控制器。
  7. 根据权利要求1-3任一项所述的设备，其特征在于，所述DCDC转换电路集成在汇流箱中，所述汇流箱的输出端连接所述逆变电路的输入端；
    所述控制器为所述汇流箱的控制器。
  8. 一种光伏逆变器，其特征在于，包括逆变电路和控制器；
    所述逆变电路的输入端连接光伏阵列；
    所述逆变电路，用于将所述光伏阵列输出的直流电转换为交流电输出；
    所述控制器，用于接收功率调度指令，所述功率调度指令中携带功率参考值；当所述功率参考值小于最大功率点的功率时，降低光伏阵列的输出电流，以提高所述光伏阵列的输出电压；当光伏阵列的输出电压大于等于预设电压时，增加所述光伏阵列的输出电流，以降低所述光伏阵列的输出电压，直至所述逆变器的输出功率与所述功率参考值一致。
  9. 根据权利要求8所述的逆变器，其特征在于，所述控制器，具体用于减小所述光伏阵列的输出电流参考值，根据所述输出电流参考值控制所述光伏阵列的输出电流下降，所述光伏阵列的输出电压随着所述输出电流的下降而上升。
  10. 根据权利要求8所述的逆变器，其特征在于，所述控制器，具体用于当所述光伏 阵列的输出电压大于等于预设电压时，增加所述光伏阵列的输出电流参考值，根据所述输出电流参考值控制所述光伏阵列的输出电流增加。
  11. 根据权利要求8-10任一项所述的逆变器，其特征在于，所述控制器，还用于当所述功率参考值大于等于所述最大功率点的功率时，控制所述逆变器的输出功率为所述最大功率点的功率。
  12. 一种光伏系统，其特征在于，包括：权利要求1-7任一项所述的光伏设备或权利要求8-11任一项所述的光伏逆变器，还包括：光伏阵列；
    当包括所述光伏设备时，所述光伏设备的输入端连接所述光伏阵列；
    当包括所述光伏逆变器时，所述光伏逆变器的输入端连接所述光伏阵列。
  13. 一种光伏发电的功率控制方法，其特征在于，包括：
    接收功率调度指令，所述功率调度指令中携带功率参考值；
    当所述功率参考值小于最大功率点的功率时，降低光伏阵列的输出电流，以提高所述光伏阵列的输出电压；
    当光伏阵列的输出电压大于等于预设电压时，增加所述光伏阵列的输出电流，以降低所述光伏阵列的输出电压，直至所述逆变器的输出功率与所述功率参考值一致。
  14. 根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于，所述降低光伏阵列的输出电流，具体包括：
    减小所述光伏阵列的输出电流参考值，根据所述输出电流参考值控制所述光伏阵列的输出电流下降，所述光伏阵列的输出电压随着所述输出电流的下降而上升。
  15. 根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于，所述当光伏阵列的输出电压大于等于预设电压时，增加所述光伏阵列的输出电流，具体包括：
    当所述光伏阵列的输出电压大于等于预设电压时，增加所述光伏阵列的输出电流参考值，根据所述输出电流参考值控制所述光伏阵列的输出电流增加。
  16. 根据权利要求13-15任一项所述的控制方法，其特征在于，还包括：当所述功率参考值大于等于所述最大功率点的功率时，控制所述逆变器的输出功率为所述最大功率点的功率。
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