智能自动限功率的功率优化装置、光伏系统及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种智能自动限功率的功率优化装置、光伏系统及其控制方法，涉及光伏发电系统技术领域，旨在实现在不需要借助通信直接干涉功率优化装置运行的基础上解决逆变器和各分布功率优化装置之间的限功率问题。本发明专利技术中每个功率优化装置可自行在输出功率较低时设置较高的限功率电压阈值，而在在输出功率较高时设置较低的限功率电压阈值，同时，功率优化装置可依靠本地运行参量而相应对限功率电压阈值进行智能切换正常功率模式和限功率模式，实现功率优化装置仅依靠本地运行参量而相应对限功率电压阈值进行智能设置，并对运行模式的自动切换，无需依赖于昂贵的通信架构，实现兼顾高转换效率和快速限功率等的特点。实现兼顾高转换效率和快速限功率等的特点。实现兼顾高转换效率和快速限功率等的特点。

【技术实现步骤摘要】
智能自动限功率的功率优化装置、光伏系统及其控制方法


[0001]本公开涉及光伏发电系统
，具体涉及一种智能自动限功率的功率优化装置、光伏系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]光伏并网发电系统主要是由众多光伏组件和并网光伏逆变器组成。其中，若干光伏组件串联形成光伏组串，若干光伏组串再分别接入逆变器的直流母线侧形成光伏阵列。逆变器设置有额定功率，即运行时将限制输出功率不超过额定功率。光伏系统通常针对光伏阵列的功率设计有限功率保护，以避免光伏阵列的发电功率超出逆变器的额定功率要求。
[0003]在传统的组件不带功率优化装置（也称作光伏功率优化器）的系统中，逆变器配有DC
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DC变换前级，能够对光伏组串进行最大功率点跟踪（MPPT）控制和限功率控制，避免光伏阵列总功率超过逆变器额度功率而造成的过载运行。控制过程简单来说是，当光伏阵列的输出功率在额定功率以下时，主要以最大功率跟踪为控制目标，而在额定功率以上时，主要以限制功率为控制目标。
[0004]在现有的光伏组件带功率优化装置的系统中，每个优化器对相应光伏组件进行MPPT控制工作。为了实现限功率，每个优化器按照逆变器额定功率平均分配的方式设置统一的功率保护点。举例说明，以每块组件标称功率参数300W计算，6路30块的光伏组串的总功率为54kW。若逆变器额定功率为48kW，则系统的容配比为1.13。每个优化器可统一将功率保护点设置为267W。实际光伏组件在工作时功率会随着环境的辐照及温度等因素而变化。同时，组串中的组件所获得的辐照常常不一致。如阵列的总功率未达到48kW时，但部分组件因辐照较高而功率超出设置的267W，则会产生功率的损失。为克服功率损失的问题，可以采取通信的方式，如成本高昂的电力载波通信（PLC），协调逆变器与各分布优化器之间的限功率控制。然而，通信容易受到干扰。特别是牵涉到直接影响优化器运行控制变量，若通信发生问题而不能及时处理，将生成难以预料的后果。
[0005]综上所示，现有的组件带功率优化装置的光伏系统，存在因组件功率保护点过高而导致的逆变器过载或者因保护点过低而导致的发电量损失的问题，需要稳定性好且成本低的解决方案。

技术实现思路

[0006]有鉴于现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种智能自动限功率的功率优化装置，配备有该功率优化装置且可实现限功率控制功能的一种光伏系统，以及该光伏系统实现限功率控制功能的一种控制方法，在降低平准化度电成本（LCOE）的大前提下，在不需要借助通信直接干涉功率优化装置运行的基础上，实现解决逆变器和各分布功率优化装置之间的限功率问题，同时功率优化装置在限功率以外的场景下能运行在高占空比范围下，从而提高功率优化装置的转换效率，并且，当逆变器功率超出额定限制时能快速协调各
功率优化装置进入限功率状态，避免系统过载。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术的第一方面采用的技术方案是：一种智能自动限功率的功率优化装置，该功率优化装置包括耦合在光伏单元与光伏组串之间的直流变换电路和对应控制所述直流变换电路的本地控制模块，所述本地控制模块用于根据直流变换电路的输出电压与所设限功率电压阈值之间的比较而在正常功率模式和限功率模式之间自动切换：当直流变换电路的输出电压小于当前设置的限功率电压阈值时，所述本地控制模块运行在正常功率模式，并控控制直流变换电路对光伏单元进行最大功率点跟踪，当直流变换电路的输出电压等于或大于当前设置的限功率电压阈值时，所述本地控制模块运行在限功率模式，并控制直流变换电路的输出电压维持在限功率电压阈值处，而停止最大功率点跟踪；并且，本地控制模块用于根据一致于串电流的输出电流和当前的功率模式而自适应地设置本地控制模块的输出电压；所述本地控制模块还用于根据获取的直流变换电路的输出功率与预先设置的功率参考值之间的比较智能地调整限功率电压阈值：当输出功率小于或等于功率参考值时，所述本地控制模块将限功率电压阈值设置为第一电压阈值，当输出功率大于功率参考值时，所述本地控制模块将限功率电压阈值设置为小于所述第一电压阈值的第二电压阈值。
[0008]上述功率优化装置可选的，所述本地控制模块包括模拟控制单元与数字控制单元；所述模拟控制单元用于获取直流变换电路的本地模拟参量和限功率电压阈值，并根据本地模拟参量生成控制直流变换电路的脉宽调制信号，当直流变换电路的输出电压小于当前限功率电压阈值时以最大功率跟踪为目的地确定脉宽调制信号的占空比，当直流变换电路的输出电压等于或大于当前限功率电压阈值时限制输出电压不超过所设限功率电压阈值为目的地确定脉宽调制信号的占空比；所述数字控制单元用于检测直流变换电路的输出电压和输出电流，且经计算后获取直流变换电路的输出功率，根据输出功率与预先设置的功率参考值之间比较，并通过修调电路修改模拟控制单元的限功率电压阈值，以智能调整限功率电压阈值。
[0009]上述功率优化装置可选的，所述本地控制模块还包括：采样电路，用于检测直流变换电路的输出电压与输出电流的模拟参量；电流信号发生电路，用于为模拟控制单元提供设置限功率电压阈值的基准电流；输出电压设定的第一电阻，配置于电流信号发生电路；以及修调电路，包括输出电压设定的第二电阻和修调开关，所述第二电阻借助修调开关连接于上述电流信号发生电路；所述数字控制单元控制修调开关的断开或导通，以使所述限功率电压阈值在第一电压阈值与第二电压阈值之间进行切换；当断开修调开关时，所述限功率电压阈值由基准电流与输出电压设定的第一电阻共同确定并提供第一电压阈值；当导通修调开关时，所述限功率电压阈值由基准电流与输出电压设定的第一电阻和第二电阻共同确定并提供第二电压阈值；
所述模拟控制单元通过比较直流变换电路的输出电压与限功率电压阈值，并将比较的差值信号放大后调整脉宽调制信号，以使直流变换电路的输出电压不超出限功率电压阈值。
[0010]上述功率优化装置可选的，所述数字控制单元包括：模数电路，用于获取直流变换电路的输出电压与输出电流的模拟参量并转换为数字参量；数据存储器，用于存储预先设置的功率参考值；数字处理电路，用于计算输出电流与输出电压的数字参量并获得直流变换电路的输出功率，将输出功率与功率参考值的比较，根据比较结果生成用于控制修调开关的断开或导通的修调指令。
[0011]上述功率优化装置可选的，所述直流变换电路为BUCK降压电路。
[0012]为了实现上述目的，本专利技术的第二方面采用的技术方案是：一种光伏系统，包含若干上述的智能自动限功率的功率优化装置，以及逆变器；其中，功率优化装置包括直流变换电路和对应控制直流变换电路的本地控制模块，直流变换电路的输入端连接于光伏单元输出端，若干直流变换电路的输出端相互串联连接组成光伏组串；逆变器的直流母线侧连接有至少一光伏组串，逆变器配置有能够控制交流并网侧功率不超出功率限制值的中央控制模块，在交流并网侧进行限功率控制时，所述中央控制模块用于通过控制逆变器直流母线电压上升而促使本地控制模块切换至限功率模式，以使直流母线侧功率平衡于交流并网侧功率。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能自动限功率的功率优化装置，该功率优化装置包括耦合在光伏单元(10)与光伏组串(40)之间的直流变换电路(21)和对应控制所述直流变换电路(21)的本地控制模块(30)，其特征在于，所述本地控制模块(30)用于根据直流变换电路(21)的输出电压与所设限功率电压阈值之间的比较而在正常功率模式和限功率模式之间自动切换：当直流变换电路(21)的输出电压小于当前设置的限功率电压阈值时，所述本地控制模块(30)运行在正常功率模式，并控控制直流变换电路(21)对光伏单元(10)进行最大功率点跟踪，当直流变换电路(21)的输出电压等于或大于当前设置的限功率电压阈值时，所述本地控制模块(30)运行在限功率模式，并控制直流变换电路(21)的输出电压维持在限功率电压阈值处，而停止最大功率点跟踪；并且，本地控制模块(30)用于根据一致于串电流的输出电流和当前的功率模式而自适应地设置本地控制模块(30)的输出电压；所述本地控制模块(30)还用于根据获取的直流变换电路(21)的输出功率与预先设置的功率参考值之间的比较智能地调整限功率电压阈值：当输出功率小于或等于功率参考值时，所述本地控制模块(30)将限功率电压阈值设置为第一电压阈值，当输出功率大于功率参考值时，所述本地控制模块(30)将限功率电压阈值设置为小于所述第一电压阈值的第二电压阈值。2.如权利要求1所述的智能自动限功率的功率优化装置，其特征在于，所述本地控制模块(30)包括模拟控制单元(31)与数字控制单元(32)；所述模拟控制单元(31)用于获取直流变换电路(21)的本地模拟参量和限功率电压阈值，并根据本地模拟参量生成控制直流变换电路(21)的脉宽调制信号，当直流变换电路(21)的输出电压小于当前限功率电压阈值时以最大功率跟踪为目的地确定脉宽调制信号的占空比，当直流变换电路(21)的输出电压等于或大于当前限功率电压阈值时限制输出电压不超过所设限功率电压阈值为目的地确定脉宽调制信号的占空比；所述数字控制单元(32)用于检测直流变换电路(21)的输出电压和输出电流，且经计算后获取直流变换电路(21)的输出功率，根据输出功率与预先设置的功率参考值之间比较，并通过修调电路(323)修改模拟控制单元(31)的限功率电压阈值，以智能调整限功率电压阈值。3.如权利要求2所述的智能自动限功率的功率优化装置，其特征在于，所述本地控制模块(30)还包括：采样电路(313)，用于检测直流变换电路(21)的输出电压与输出电流的模拟参量；电流信号发生电路(314)，用于为模拟控制单元(31)提供设置限功率电压阈值的基准电流；输出电压设定的第一电阻(R_set1)，配置于电流信号发生电路(314)；以及修调电路(323)，包括输出电压设定的第二电阻(R_set2)和修调开关(M_set)，所述第二电阻(R_set2)借助修调开关(M_set)连接于上述电流信号发生电路(314)；所述数字控制单元(32)控制修调开关(M_set)的断开或导通，以使所述限功率电压阈值在第一电压阈值与第二电压阈值之间进行切换；
当断开修调开关(M_set)时，所述限功率电压阈值由基准电流与输出电压设定的第一电阻(R_set1)共同确定并提供第一电压阈值；当导通修调开关(M_set)时，所述限功率电压阈值由基准电流与输出电压设定的第一电阻(R_set1)和第二电阻(R_set2)共同确定并提供第二电压阈值；所述模拟控制单元(31)通过比较直流变换电路(21)的输出电压与限功率电压阈值，并将比较的差值信号放大后调整脉宽调制信号，以使直流变换电路(21)的输出电压不超出限功率电压阈值。4.根据权利要求3所述的智能自动限功率的功率优化装置，其特征在于，所述数字控制单元(32)包括：模数电路(322)，用于获取直流变换电路(21)的输出电压与输出电流的模拟参量并转换为数字参量；数据存储器(324)，用于存储预先设置的功率参考值；数字处理电路(321)，用于计算输出电流与输出电压的数字参量并获得直流变换电路(21)的输出功率，将输出功率与功率参考值的比较，根据比较结果生成用于控制修调开关(M_set)的断开或导通的修调指令。5.如权利要求1所述的智能自动限功率的功率优化装置，其特征在于，所述直流变换电路(21)为BUCK降压电路。6.一种光伏系统，包含若干如权利要求1至5任一项所述的智能自动限功率的功率优化装置，以及逆变器(50)；其中，功率优化装...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈维，宋悦，陈泽熙，陈楠希，
申请(专利权)人：江苏旭迈思电源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：