技术领域
[0001] 本申请涉及光伏发电领域，特别是涉及一种光伏发电的控制方法、主控设备及光伏系统。
相关背景技术
[0002] 由于太阳能的可再生性及清洁性，光伏发电技术得以迅猛发展。组串式光伏系统由于技术成熟、转换效率高、价格低廉等优势，在光伏发电领域得到了广泛的应用，为了避免光伏组件直接串联存在的木桶效应导致系统发电量有损失的问题，一般为每一个光伏组件配置一个功率变换器，多个功率变换器的输出串联连接形成光伏组串后接入逆变器的输入端，功率变换器可以调节光伏组件的输入电压、输出电流，以实现光伏组件的最大功率点跟踪，提高系统发电效率。
[0003] 为了系统的安全运行，光伏组串上的各功率变换器的输出电压之和需要低于逆变器的直流输入电压的上限值，因此需要为功率变换器设置输出电压特征值限制其输出电压外特性，相关技术中，功率变换器的该输出电压特征值为定值，无法进行调整，因此光伏系统的发电效率低。
具体实施方式
[0049] 为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。
[0050] 在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
[0051] 除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指大于或者等于两个。“和/或”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：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
[0052] 图1为本申请提供的第一实施例中光伏系统的结构示意图。如图1所示，该光伏系统包括至少一个光伏组串100和与所述光伏组串100连接的逆变器200，所述光伏组串100包括多个串联连接的功率变换器102和与所述功率变换器102对应连接的光伏直流电源101。
[0053] 光伏直流电源101与功率变换器102的输入端连接，用于提供直流电，光伏直流电源101例如为单个光伏组件、单个光伏电池子串、串联和/或并联连接的多个光伏组件、串联和/或并联连接的多个光伏电池子串中的任意一种。
[0054] 功率变换器102用于实现直流变换，多个功率变换器102的输出端串联连接，将光伏直流电源101输出的直流电提供至逆变器200。功率变换器102可以调节光伏直流电源101的工作点，使光伏直流电源101工作在最大功率点，例如采用buck、boost、buck‑boost电路等实现。
[0055] 逆变器200用于将光伏组串100提供的直流电逆变为交流电，并提供至电网或负载。
[0056] 在一些实施方式中，逆变器200可与各功率变换器102通信，例如通过PLC(Power Line Communication，电力线通信)、无线等方式进行通信，可以提供控制信号至各功率变换器102，控制各功率变换器102的工作状态，在需要时可以快速关闭各功率变换器的功率输出。
[0057] 图2为本申请提供的第二实施例中光伏系统的结构示意图。如图2所示，该光伏系统包括至少一个光伏组串100、与所述光伏组串100连接的逆变器200和主控设备300，所述主控设备300与所述逆变器200连接，所述光伏组串100包括多个串联连接的功率变换器102和与所述功率变换器102对应连接的光伏直流电源101。
[0058] 在一些实施方式中，主控设备300包括MCU(Micro Controller Unit，微控制器)和通信模块等。主控设备300与所述逆变器200通信连接，通过通信模块与逆变器200进行通信，例如通过PLC、无线等方式进行通信，通信模块例如采用通信芯片等实现。
[0059] 在一些实施方式中，主控设备300与各功率变换器102通信连接，主控设备300可与各功率变换器102通信，例如通过PLC、无线等方式进行通信。主控设备300可以提供控制信号至各功率变换器102，控制各功率变换器102的工作状态，在需要时可以快速关闭各功率变换器的功率输出，主控设备300例如可以为发射机。
[0060] 在至少一些实施例中，功率变换器102设置有可以切换的MPPT(Maximum Power Point Track，最大功率点跟踪)控制环路和输出电压控制环路，当功率变换器102工作于MPPT状态，功率变换器102的MPPT控制环路起作用以控制对应连接的光伏直流电源101工作在最大功率点，实现光伏直流电源能量的最大利用，此时，功率变换器102的实际输出电压小于功率变换器102的一输出电压特征值，该输出电压特征值可以为功率变换器102的输出电压上限值；当功率变换器102工作于限压状态，功率变换器102的输出电压控制环路起作用，控制功率变换器102的输出电压等于该输出电压特征值，此时光伏直流电源的输出功率处于受限状态，会有能量损失。
[0061] 为了系统运行安全，各功率变换器的输出电压之和需要小于逆变器的直流输入电压的上限值(逆变器正常工作所允许的最大输入电压)，各功率变换器的输出电压特征值之和可以等于小于逆变器的直流输入电压的上限值，直流输入电压一般由逆变器控制，并稳定在一设定值(该设定值小于逆变器的直流输入电压的上限值)，在系统运行过程中，各功率变换器工作在MPPT状态，当光伏直流电源异常(如受遮挡或故障)或功率变换器因故障切除时，导致部分功率变换器的输出电压升高，当上升至对应的输出电压特征值时，功率变换器工作在限压状态，导致发电量有损失，此时需要调整处于限压状态的功率变换器的输出电压特征值，使其切换至MPPT状态。
[0062] 本申请提出一种光伏发电的控制方法，该方法可应用于上述第一实施例中的逆变器或第二实施例中的主控设备，以控制调整对应功率变换器的输出电压特征值及工作状态。以该方法应用于主控设备为例，如图3所示，该方法包括：发送第一通信信号；所述第一通信信号包括调整指令和允许运行指令，所述调整指令用于控制功率变换器调整其输出电压特征值，所述允许运行指令用于控制所述功率变换器的工作状态。
[0063] 在一些实施例中，主控设备可以通过PLC、无线等通信方式，向处于限压状态的功率变换器所在的光伏组串广播第一通信信号。
[0064] 在一些实施例中，所述调整指令用于控制所述光伏组串中所有功率变换器调整其输出电压特征值。
[0065] 光伏组串中的所有功率变换器在接收到第一通信信号后均响应该第一通信信号，根据所述第一通信信号所包括的调整指令调整其输出电压特征值，从而能够及时地对输出电压特征值进行调整，使得光伏系统的发电量不会受到功率变换器的输出电压特征值的影响。
[0066] 基于上述方法，通过向功率变换器发送包括调整指令和允许运行指令的第一通信信号，功率变换器响应于所接收的第一通信信号，并根据所述第一通信信号所包括的调整指令调整其输出电压特征值，从而能够及时的对输出电压特征值进行调整，使得光伏系统的发电量不会受到功率变换器的输出电压特征值的影响，仍可以以当前情况下的最大功率发电，有利于提高系统发电效率。同时，功率变换器根据所述第一通信信号所包括的允许运行指令控制其工作状态。
[0067] 进一步的，将调整指令和允许运行指令复合在第一通信信号，相比于两者单独发送，提高了通信效率，降低了信道占用率。
[0068] 在发送第一通信信号前，主控设备周期性的发送包括允许运行指令且不包括调整指令的第二通信信号至功率变换器，控制各功率变换器的工作状态。
[0069] 具体的，功率变换器102实时监测来自主控设备300的第二通信信号，当接收到第二通信信号中的允许运行指令时，功率变换器102正常工作，当在第一预设时间内未接收到该允许运行指令时，功率变换器102的输出处于受限状态。
[0070] 可以理解的是，功率变换器102的输出处于受限状态是指功率变换器102关闭其功率输出或功率变换器102的输出电压不高于一电压阈值等，所述电压阈值例如为功率变换器的待机电压上限值，具体的例如，功率变换器102的输出处于受限状态时，其输出电压为1V，输出电流小于10mA。
[0071] 在一些实施例中，当存在处于限压状态的功率变换器时，主控设备停止发送所述第二通信信号，开始发送所述第一通信信号。当不存在处于限压状态的功率变换器时，主控设备仍继续发送第二通信信号。
[0072] 功率变换器能够及时的对输出电压特征值进行调整，使得光伏系统的发电量不会受到功率变换器的输出电压特征值的影响，仍可以以当前情况下的最大功率发电。同时主控设备是在存在处于限压状态的功率变换器时下发调整指令，进一步降低通信信道的占用和通讯链路上的数据量。
[0073] 由于第一通信信号中包括允许运行指令，因此主控设备在该期间(发送第一通信信号期间)可以不再发送第二通信信号。
[0074] 在上述至少一些实施例中，发送第一通信信号前最后一次发送第二通信信号和再次发送第二通信信号的时间间隔大于第一预设时间。
[0075] 在上述至少一些实施例中，自停止发送所述第二通信信号起的第一预设时间内，发送至少一次所述第一通信信号，第一次发送所述第一通信信号和再次开始发送所述第二通信信号的时间间隔小于第一预设时间；最后一次发送所述第一通信信号和发送所述第一通信信号前最后一次发送所述第二通信信号的时间间隔小于所述第一预设时间。
[0076] 上述第一通信信号和第二通信信号的发送时间的限制，保证了功率变换器未接收到允许运行指令时，必然也未接收到调整指令，从而能够根据功率变换器的工作状态判断其是否未接收到第一通信信号。
[0077] 在一些实施例中，当所述光伏组串中存在未接收到所述第一通信信号的功率变换器时，则向所述光伏组串再次发送所述第一通信信号；当所述光伏组串中不存在未接收到所述第一通信信号的功率变换器时，则向所述光伏组串重新开始发送第二通信信号。
[0078] 当存在未接收到所述第一通信信号的功率变换器时，通过再次发送携带调整指令和允许运行指令的第一通信信号，以避免一些功率变换器未接收到调整指令可能会导致的过压问题。
[0079] 在一些实施例中，可以控制所述逆变器根据所述逆变器的输入电参数，判断所述光伏组串中是否存在未接收到所述第一通信信号的功率变换器。
[0080] 其中，逆变器的输入电参数包括输入电压、输入电流等。
[0081] 当功率变换器在自最近一次接收到允许运行指令起的第一预设时间内未再次接收到允许运行指令时会掉电关机停止功率输出，导致逆变器的输入电压或输入电流下降。功率变换器若未接收到第一通信信号中的允许运行指令，必然表示其也未接收到第一通信信号中携带的调整指令。因此，当检测到所述逆变器的直流输入电压和/或直流输入电流异常下降时，则判断所述光伏组串中存在未接收到所述第一通信信号的功率变换器。
[0082] 在上述至少一些实施例中，主控设备统一下发调整指令，将其和允许运行指令复合在同一个信号中，并可以根据逆变器的输入参数判断出是否存在未接收到调整指令的功率变换器，若存在会再次发送调整指令，因此可以进一步防止出现直流输入过压问题，提高系统的可靠性。
[0083] 在一些实施例中，逆变器每隔一定的预设时间对逆变器的直流输入施加扰动，来判断与所述逆变器连接的光伏组串中是否存在处于限压状态的功率变换器。
[0084] 下面对光伏组串中是否存在处于限压状态的功率变换器的判断方法进行详细说明。
[0085] 逆变器对直流输入电压施加扰动，根据扰动前后逆变器的直流输入功率的变化，判断是否存在处于限压状态的功率变换器。
[0086] 具体的，在一些实施例中，逆变器可以向直流输入电压增大的方向施加扰动，若扰动后的逆变器的直流输入功率小于扰动前的直流输入功率，则认为光伏组串中存在功率变换器处于限压状态；反之，则认为光伏组串中没有功率变换器处于限压状态。
[0087] 在一些实施例中，逆变器可以向直流输入电压减小的方向施加扰动，若扰动后的逆变器的直流输入功率大于扰动前的直流输入功率，则认为光伏组串中存在功率变换器处于限压状态；反之，则认为光伏组串中没有功率变换器处于限压状态。
[0088] 在一些实施例中，逆变器可以向直流输入电压增大和直流输入电压减小的方向分别施加扰动，若向直流输入电压增大的方向施加扰动时，扰动后的逆变器的直流输入功率小于扰动前的直流输入功率，且向直流输入电压减小的方向施加扰动时，扰动后的逆变器的直流输入功率大于扰动前的直流输入功率，则认为光伏组串中存在功率变换器处于限压状态；反之，则认为光伏组串中没有功率变换器处于限压状态，通过在电压增大和减小两个方向分别施加扰动、判断，可以提高判断的准确性。
[0089] 在一些实施例中，第一通信信号中携带有调整系数，功率变换器可以根据第一通信信号中的调整系数调整其输出电压特征值，例如调整后的输出电压特征值为功率变换器的当前输出电压和调整系数之积。
[0090] 在另外一些实施例中，第一通信信号中不包括调整系数，功率变换器根据其自身预设的调整系数调整其输出电压特征值，例如调整后的输出电压特征值为功率变换器的当前输出电压和调整系数之积。
[0091] 在一些实施例中，第一通信信号中的调整系数与自身预设的调整系数相等。
[0092] 在一般情况下，第一通信信号中的调整系数与功率变换器自身预设的调整系数均大于1。当逆变器需要调低直流输入电压的上限值时，会出现调整系数小于1的情况。
[0093] 在一些实施例中，调整系数例如为逆变器的直流输入电压的上限值和当前直流输入电压的比值。
[0094] 下面结合附图4‑5对输出电压特征值的调整方法进行详细说明。
[0095] 在一些实施例中，各功率变换器设置有一个输出电压特征值，并将该输出电压特征值作为功率变换器的输出电压上限值。功率变换器的输出功率P和输出电压Vo的PV曲线如图4所示，在a点和b点之间(为恒功率区间)，功率变换器工作于MPPT状态，最大输出功率为Pmpp；在b点和c点之间(为限压区间)，功率变换器工作在限压状态，输出电压特征值为Vlim0，在该区间，功率变换器的输出电压限制为输出电压特征值Vlim0。当对输出电压特征值进行调整时，例如可以将输出电压特征值从Vlim0调整至Vlim0’，输出电压特征值Vlim0’为功率变换器的当前输出电压与调整系数之积，调整后的PV曲线例如为图中曲线S1所示。
[0096] 在另一些实施例中，各功率变换器设置有多个输出电压特征值。功率变换器的输出功率P和输出电压Vo的PV曲线如图5所示，在d点和e点之间(为恒功率区间)，功率变换器工作于MPPT状态，最大输出功率为Pmpp；在e点和f点之间(为限压区间)，功率变换器工作在限压状态，f点的功率变换器的输出功率为0，功率变换器包括位于对应e点的最小输出电压特征值Vlim1、对应f点的最大输出电压特征值Vlim2以及位于最小输出电压特征值Vlim1和最大输出电压特征值Vlim2之间的任意数量的输出电压特征值，其中最大输出电压特征值Vlim2为功率变换器的输出电压上限值。
[0097] 当对输出电压特征值进行调整时，调整指令控制功率变换器根据调整系数至少调整其部分输出电压特征值。
[0098] 在一些实施例中，功率变换器的多个输出电压特征值都按照同比例进行调整，调整后的输出电压特征值，例如为图5中曲线S2和S2’所示。
[0099] 具体的，调整后的最大输出电压特征值Vlim2为功率变换器的当前输出电压与调整系数之积，其他输出电压特征值对应的同比例调整，可以不用改变功率变换器的PV曲线的下垂特性，调整前后功率下降速度保持一致。
[0100] 在一些实施例中，功率变换器的多个输出电压特征值可按照不同比例进行调整。
[0101] 在一些实施例中，若根据某一输出电压特征值和调整系数计算得到的输出电压特征值大于最大输出电压特征值Vlim2，则将该输出电压特征值调整为最大输出电压特征值Vlim2，例如为图5中曲线S3所示，从而保证逆变器的直流输入电压不超过直流输入电压的上限值。
[0102] 在一些实施例中，控制最大输出电压特征值Vlim2保持不变，将最小输出电压特征值Vlim1按照调整系数进行调整，其他输出电压特征值按照调整后的最小输出电压特征值Vlim1、最大输出电压特征值Vlim2、最大输出功率Pmpp及三者所确定PV曲线的斜率确定，如图5中曲线S4所示。
[0103] 在一些实施例中，也可以控制最小输出电压特征值Vlim1保持不变，将最大输出电压特征值Vlim2按照调整系数进行调整，调整后的最大输出电压特征值Vlim2可以为功率变换器的当前输出电压与调整系数之积，其他输出电压特征值按照最小输出电压特征值Vlim1、调整后的最大输出电压特征值Vlim2、最大输出功率Pmpp及三者所确定PV曲线的斜率确定。
[0104] 上述至少一种输出电压特征值的调整方式，在保证逆变器的直流输入电压不超过上限值的前提下，通过重新确定的PV曲线的斜率调整逆变器的直流输入功率的变化速度，以适应不同的应用场景，提高应用范围。
[0105] 在一些实施例中，可以为每个功率变换器的输出电压特征值设定一个上限值，如图4和图5中输出电压上限值Voh。当功率变换器根据当前输出电压和调整系数计算得到的输出电压特征值大于输出电压上限值Voh时，将该输出电压特征值设定为输出电压上限值Voh，例如为图4中曲线S5所示。
[0106] 输出电压上限值Voh例如为功率变换器的额定输出电压。
[0107] 在另外一些实施例中，主控设备不考虑是否存在处于限压状态的功率变换器，主控设备每隔第二预设时间，停止发送所述第二通信信号，开始发送所述第一通信信号。
[0108] 在一些实施例中，所述第一预设时间小于所述第二预设时间。
[0109] 在一些实施例中，发送所述第一通信信号前最后一次发送所述第二通信信号和再次发送所述第二通信信号的时间间隔大于所述第一预设时间。
[0110] 在一些实施例中，自停止发送所述第二通信信号起的第一预设时间内，发送至少一次所述第一通信信号，第一次发送所述第一通信信号和再次开始发送所述第二通信信号的时间间隔小于第一预设时间；最后一次发送所述第一通信信号和发送所述第一通信信号前最后一次发送所述第二通信信号的时间间隔小于所述第一预设时间。
[0111] 根据本申请的实施例，还提供了实现上述控制方法的一种主控设备，应用于如图2所示的光伏系统，如图6所示，所述主控设备300包括：
[0112] 第二信号发送模块302，用于发送第一通信信号；所述第一通信信号包括调整指令和允许运行指令，所述调整指令用于控制功率变换器调整其输出电压特征值，所述允许运行指令用于控制所述功率变换器的工作状态。
[0113] 当所述功率变换器在第一预设时间内未接收到允许运行指令时，所述功率变换器的输出处于受限状态。
[0114] 在一些实施例中，所述第二信号发送模块在发送第一通信信号前，发送包括允许运行指令且不包括调整指令的第二通信信号；
[0115] 所述第二信号发送模块每隔第二预设时间或当存在处于限压状态的功率变换器时，停止发送所述第二通信信号，开始发送所述第一通信信号。
[0116] 在一些实施例中，所述第二信号发送模块发送所述第一通信信号前最后一次发送所述第二通信信号和再次发送所述第二通信信号的时间间隔大于所述第一预设时间。
[0117] 在一些实施例中，所述第二信号发送模块自停止发送所述第二通信信号起的第一预设时间内，发送至少一次所述第一通信信号，第一次发送所述第一通信信号和再次开始发送所述第二通信信号的时间间隔小于第一预设时间；最后一次发送所述第一通信信号和发送所述第一通信信号前最后一次发送所述第二通信信号的时间间隔小于所述第一预设时间。
[0118] 在一些实施例中，当所述光伏组串中存在未接收到所述第一通信信号的功率变换器时，所述第二信号发送模块则向所述光伏组串再次发送所述第一通信信号；
[0119] 当所述光伏组串中不存在未接收到所述第一通信信号的功率变换器时，所述第二信号发送模块则向所述光伏组串重新开始发送第二通信信号。
[0120] 在一些实施例中，还包括：
[0121] 第三信号发送模块，用于发送运行状态查询指令，所述运行状态查询指令用于查询所述光伏组串中是否存在未接收到所述第一通信信号的功率变换器的判断结果。
[0122] 在一些实施例中，还包括：
[0123] 第四信号发送模块，用于发送状态判断指令，所述状态判断指令用于控制所述逆变器判断与所述逆变器连接的光伏组串中是否存在处于限压状态的功率变换器。
[0124] 由于上述实施例的主控设备所实现的处理及功能相应于前述控制方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
[0125] 根据本申请的实施例，还提供了实现上述控制方法的一种逆变器，应用于如图1所示的光伏系统，如图7所示，所述逆变器200包括：
[0126] 第一信号发送模块202，用于发送第一通信信号；所述第一通信信号包括调整指令和允许运行指令，所述调整指令用于控制功率变换器调整其输出电压特征值，所述允许运行指令用于控制所述功率变换器的工作状态。
[0127] 当所述功率变换器在第一预设时间内未接收到允许运行指令时，所述功率变换器的输出处于受限状态。
[0128] 由于上述实施例的逆变器所实现的处理及功能相应于前述控制方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
[0129] 本申请提出一种光伏系统，如图1所示，包括逆变器200和与所述逆变器200连接的至少一个光伏组串100，所述光伏组串100包括多个串联连接的功率变换器102和与所述功率变换器102对应连接的光伏直流电源101，所述逆变器200执行所述光伏发电的控制方法的步骤。
[0130] 由于上述实施例的光伏系统所实现的处理及功能相应于前述控制方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
[0131] 本申请提出一种光伏系统，如图2所示，包括逆变器200、与所述逆变器200连接的至少一个光伏组串100、以及与所述逆变器200连接的主控设备300，所述光伏组串100包括多个串联连接的功率变换器102和与所述功率变换器102对应连接的光伏直流电源101，所述主控设备300执行所述光伏发电的控制方法的步骤。
[0132] 由于上述实施例的光伏系统所实现的处理及功能相应于前述控制方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
[0133] 以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0134] 以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
