本申请涉及发电领域，更具体地讲，涉及光伏发电领域中的逆变器、集散式汇流箱、限功率控制系统和方法。
背景技术：
能源是人类赖以生存的物质基础，化石能源的有限性和大量开采利用导致能源短缺和环境污染的问题日益加重，太阳能作为当前最为清洁和利用前景的可再生能源之一，其利用受到世界各地的普遍关注。
集散式光伏发电解决方案采用最大功率点跟踪(mppt)寻优及集中并网发电形式，通过前置多个mppt控制优化器来实现多路mppt寻优功能，并在汇流后采用集中式逆变器逆变以实现高效的光伏发电解决方案。与传统的集中式逆变方案和组串式逆变方案相比，集散式光伏发电解决方案的发电收益更高且成本更低。
集散式汇流箱设置有mppt控制软件和dc/dc升压电路，以对所连接的至少一个电池板组件进行mppt的分散跟踪，从而降低因组件参数不一致、局部阴影、仰角差异等因素导致的效率损失。此外，所述dc/dc升压电路可使直流输入电压升高，由此降低直流线缆传输线损。
集散式光伏发电解决方案中所采用的逆变器通常为集中式逆变器，它可将前级的多个集散式汇流箱的输出接至后级的该逆变器的直流输入端，实现集中逆变。处于后级的逆变器工作于直流稳压状态，并网功率受前级的多个汇流箱的控制，因此不能通过传统的方法限功率(即，通过限制逆变器并网电流来实现限功率)。如果按照传统的方法对并网电流进行限制，则所述多个集散式汇流箱仍然会以最大功率点的功率进行进行输出，当所述多个集散式汇流箱的输出功率大于逆变器限制功率值时，直流母线电压不受控，逆变器的电压环失效，所述多个集散式汇流箱的多余的能量会直接堆积在逆变器的直流支撑电容上，形成电压势能。如果所述多个集散式汇流箱的输出功率之和与逆变器功率限制值相差太大，则会出现电压过冲，容易造成设备损坏。
针对这一问题，现有的集散式光伏系统的限功率方法一般为：上位机给逆变器下达限功率指令，逆变器通过通信以功率百分比的形式向各个集散式汇流箱发送指令，各个集散式汇流箱按照各自接收到的限功率百分比来限制自己的输出功率。然而，由于各个集散式汇流箱所连接的电池板组件辐照度不同、组串配置不同，有的集散式汇流箱输入能量较大，其功率会被限制，而有的汇流箱输入能量较小，尚未达到功率限制值，限功率不准确将造成发电量损失。
此外，在现有的针对上述问题的解决方案中，限功率指令需要通过通信传输，但由于集散式系统中集散式汇流箱数量较多，通信可靠性低，会出现通信故障而使集散式汇流箱功率不受控的现象。并且，集散式汇流箱在收到限功率指令后，会将集散式汇流箱直流输入电压(即，电池板组件的输出电压)下调，这将导致电池板组件电流上升，dc/dc电路转换效率降低。
技术实现要素：
为解决现有技术中的上述问题，本申请提供了一种能够提高通信可靠性和集散式光伏系统的电路转换效率并准确实现目标限制功率的逆变器、集散式汇流箱、限功率控制系统和方法。
根据本发明的实施例，提供了一种逆变器，用于经由直流母线与多个集散式汇流箱连接。所述逆变器包括：接收单元，用于接收功率控制指令；限功率控制单元，用于基于功率控制指令改变直流母线电压，以基于直流母线电压的改变使所述多个集散式汇流箱调整输出功率。
所述限功率控制单元具体可包括：比较模块，用于将所述多个集散式汇流箱的当前输出功率之和与功率控制指令中指定的阈值功率进行比较；限功率控制模块，用于在所述比较模块确定所述多个集散式汇流箱的当前输出功率之和大于所述阈值功率时，降低直流母线电压以触发所连接的每个集散式汇流箱降低输出功率，在所述比较模块确定所述多个集散式汇流箱的当前输出功率之和小于所述阈值功率时，升高直流母线电压以触发所连接的每个集散式汇流箱提高输出功率。
所述逆变器还可包括：功率恢复单元，用于在所述限功率控制单元基于功率控制指令改变直流母线电压后经过了预定计时时间之后，将改变后的直流母线电压恢复为预设的工作电压。
根据本发明的另一实施例，提供了一种集散式汇流箱，用于一端与多个电池板组件中的一个或多个电池板组件连接以从所连接的电池板组件接收功率输入，另一端经由直流母线与逆变器连接。所述集散式汇流箱包括：电压检测单元，用于检测直流母线电压；功率控制单元，用于基于所述电压检测单元检测得到的直流母线电压的改变来调整自身输出功率。
所述电压检测单元可按照预设时间间隔检测直流母线电压，所述功率控制单元可当所述电压检测单元检测到在预定时间段内直流母线电压的电压改变值在预设范围内时，通过改变内部的电压环输出限幅值来调整所连接的电池板组件输出电流，从而调整该集散式汇流箱的输出功率。
所述功率控制单元可包括：第一功率控制子模块，用于当所述电压检测单元检测到直流母线电压上升时，通过增加内部的电压环输出限幅值来增大所连接的电池板组件输出电流，从而增大该集散式汇流箱的输出功率；第二功率控制子模块，用于当所述电压检测单元检测到直流母线电压下降时，通过减小内部的电压环输出限幅值来降低所连接的电池板组件输出电流，从而降低该集散式汇流箱的输出功率。
根据本发明的另一实施例，提供了一种限功率控制系统，包括：多个集散式汇流箱以及逆变器，其中，所述多个集散式汇流箱中的每个集散式汇流箱的一端与多个电池板组件中的一个或更多个电池板组件连接以从所连接的电池板组件接收功率输入，并且所述多个集散式汇流箱中的每个集散式汇流箱的另一端经由直流母线与所述逆变器连接，所述集散式汇流箱可为以上所描述的任意集散式汇流箱，所述逆变器可为以上所描述的任意逆变器。
根据本发明的另一实施例，提供了一种限功率控制方法，用于限功率控制系统，所述限功率控制系统包括多个集散式汇流箱以及逆变器，所述多个集散式汇流箱中的每个集散式汇流箱的一端与多个电池板组件中的一个或更多个电池板组件连接，并且所述多个集散式汇流箱中的每个集散式汇流箱的另一端经由直流母线与逆变器连接，所述方法包括：由逆变器接收功率控制指令；由逆变器基于接收到的功率控制指令改变直流母线电压；由每个集散式汇流箱检测直流母线电压，并基于直流母线电压的改变来调整输出功率。
由逆变器基于接收到的功率控制指令改变直流母线电压的步骤可包括：由逆变器将所述多个集散式汇流箱的当前输出功率之和与功率控制指令中指定的阈值功率进行比较，在所述多个集散式汇流箱的当前输出功率之和大于所述阈值功率时，逆变器降低直流母线电压以触发所连接的每个集散式汇流箱降低输出功率，在所述多个集散式汇流箱的当前输出功率之和小于所述阈值功率时，逆变器升高直流母线电压以触发所连接的每个集散式汇流箱提高输出功率。
由每个集散式汇流箱检测直流母线电压，并基于直流母线电压的改变来调整输出功率的步骤可包括：由集散式汇流箱按照预设时间间隔检测直流母线电压，并且当检测到在预定时间段内直流母线电压的电压改变值在预设范围内时，由集散式汇流箱通过改变内部的电压环输出限幅值来调整所连接的电池板组件输出电流，从而调整该集散式汇流箱的输出功率。
所述由集散式汇流箱通过改变内部的电压环输出限幅值来调整所连接的电池板组件输出电流，从而调整该集散式汇流箱的输出功率的步骤可包括：当集散式汇流箱检测到直流母线电压上升时，集散式汇流箱通过增加内部的电压环输出限幅值来增大所连接的电池板组件输出电流，从而增大该集散式汇流箱的输出功率，当集散式汇流箱检测到直流母线电压下降时，集散式汇流箱通过减小内部的电压环输出限幅值来降低所连接的电池板组件输出电流，从而降低该集散式汇流箱的输出功率。
所述方法还可包括：在基于功率控制指令改变直流母线电压后经过了预定计时时间之后，由逆变器将改变后的直流母线电压恢复为预设的工作电压。
通过应用如上所述的根据本发明的实施例的逆变器、集散式汇流箱、限功率控制系统和方法，能够提高限功率控制精度，并且由于集散式汇流箱和逆变器之间无需通信设备进行通信，系统建设成本低且限功率可靠性高，此外，还能够提高集散式汇流箱限功率状态下的转换效率。
附图说明
图1是示出根据本发明的示例性实施例的限功率控制系统的示意性结构示图。
图2是示出根据本发明的示例性实施例的限功率控制方法的流程图。
图3是示出根据本发明的示例性实施例的在逆变器处执行的示例性处理。
图4是示出根据本发明的示例性实施例的在集散式汇流箱处执行的示例性处理。
图5示出限功率控制系统的直流母线上的限功率信号的示例性示图。
具体实施方式
以下，将参照附图更充分地描述本发明的示例性实施例，示例性实施例在附图中示出。然而，可以以许多不同的形式实施示例性实施例，并且不应被解释为局限于在此阐述的示例性实施例。相反，提供这些实施例从而本公开将会彻底和完整，并将完全地将示例性实施例的范围传达给本领域的技术人员。
图1是示出根据本发明的示例性实施例的限功率控制系统100的示意性结构示图。如图1中所示，所述限功率控制系统100包括：多个集散式汇流箱110-1至110-n以及逆变器120。
如图1所示，所述多个集散式汇流箱110-1至110-n中的每个集散式汇流箱的一端与多个电池板组件中的一个电池板组件连接，以从所连接的电池板组件接收功率输入，所述多个集散式汇流箱110-1至110-n中的每个集散式汇流箱的另一端经由直流母线与逆变器120连接。在本发明的实施例中，逆变器120可以是dc/ac转换器，并可经由升压变压器连接到电网。此外，尽管在图1中示出一个电池板组件连接到一个集散式汇流箱，但本发明不限于此，还可将多个电池板组件连接到一个集散式汇流箱。
参照图1，根据本发明的示例性实施例的逆变器120可包括接收单元121和限功率控制单元122。
接收单元121可用于接收功率控制指令。在本发明的示例性实施例中，接收单元121可从上位机接收功率控制指令。
限功率控制单元122可基于功率控制指令改变直流母线电压，以基于直流母线电压的改变使所述多个集散式汇流箱110-1至110-n调整输出功率。如图1所示，所述限功率控制单元122可包括比较模块122-1和限功率控制模块122-2。
所述比较模块122-1可将所述多个集散式汇流箱的当前输出功率之和与功率控制指令中指定的阈值功率进行比较。而限功率控制模块122-2可在所述比较模块122-1确定所述多个集散式汇流箱的当前输出功率之和大于所述阈值功率时，降低直流母线电压以触发所连接的每个集散式汇流箱降低输出功率，并在所述比较模块122-1确定所述多个集散式汇流箱的当前输出功率之和小于所述阈值功率时，升高直流母线电压以触发所连接的每个集散式汇流箱提高输出功率。
更具体地讲，例如，比较模块122-1可周期性地或实时地检测所述多个集散式汇流箱110-1至110-n的当前输出功率之和p_now，将所述多个集散式汇流箱110-1至110-n的当前输出功率之和p_now与功率控制指令中指定的阈值功率p_limit进行比较，并将比较结果输出给限功率控制模块122-2。在所述多个集散式汇流箱110-1至110-n的当前输出功率之和p_now大于所述阈值功率p_limit时，限功率控制模块122-2可降低直流母线电压以触发所连接的每个集散式汇流箱降低输出功率，而在所述多个集散式汇流箱110-1至110-n的当前输出功率之和p_now小于所述阈值功率p_limit时，限功率控制模块122-2可升高直流母线电压以触发所连接的每个集散式汇流箱提高输出功率。
仅作为示例，逆变器120可工作于直流稳压820v(即，使直流母线电压处于820v)，当所述多个集散式汇流箱110-1至110-n的当前输出功率之和p_now大于所述阈值功率p_limit(例如，所述当前输出功率之和p_now大于所述阈值功率p_limit保持预定时间(例如，1s)以上)时，限功率控制模块122-2可将直流母线电压从820v下调至800v以触发所连接的每个集散式汇流箱降低输出功率。在所述多个集散式汇流箱110-1至110-n的当前输出功率之和p_now小于所述阈值功率p_limit(例如，所述当前输出功率之和p_now小于所述阈值功率p_limit保持预定时间(例如，1s)以上)时，限功率控制模块122-2可将直流母线电压上调至820v以触发所连接的每个集散式汇流箱提高输出功率。
继续参照图1，根据本发明的示例性实施例的多个集散式汇流箱110-1至110-n中的每个集散式汇流箱可包括电压检测单元111以及功率控制单元112。
电压检测单元111可检测直流母线电压。功率控制单元112可基于所述电压检测单元111检测得到的直流母线电压的改变来调整自身输出功率。
在本发明的示例性实施例中，电压检测单元111可按照预设时间间隔(例如，1s)检测直流母线电压，并将检测得到的直流母线电压提供给功率控制单元112。当所述电压检测单元111检测到在预定时间段内直流母线电压的电压改变值在预设范围内时，功率控制单元112可通过改变内部的电压环输出限幅值u_max来调整所连接的电池板组件输出电流，从而调整该集散式汇流箱的输出功率。
在本发明的实施例中，所述预定时间段可以是所述预设时间间隔的n倍(n是正整数)，并且优选地，为使对直流母线电压的电压改变值检测更加准确并且避免对直流母线电压值的测量处于直流母线电压的变化沿，n可被设置为大于1的正整数，例如，当电压检测单元111按照1s的预设时间间隔检测直流母线电压时，如果检测到直流母线电压在2s内的电压改变值在预设范围内，则功率控制单元112可确定需要调整自己的输出功率。
所述预设范围可依据直流母线电压的电压值来设置。例如，在如以上示例中可将直流母线的正常工作电压设置为820v并将限功率电压设置为800v的情况下，所述预设范围可以是-25v～-15v(检测到直流母线电压下降的情况)以及15v～25v(检测到直流母线电压上升的情况)。也就是说，在本发明的实施例中，逆变器120通过使直流母线电压降低或升高20v以触发所连接的集散式汇流箱进行功率调整。然而，由于实际环境的影响，在集散式汇流箱一侧所能够检测到的直流母线电压的电压变化值可能不会是准确的±20v，在这种情况下，只要集散式汇流箱检测到的直流母线变化在大约±20v左右，即可确定需要调整输出功率。
此外，如图1所示，所述功率控制单元112可包括：第一功率控制子模块112-1，用于当电压检测单元111检测到直流母线电压上升时，通过增加内部的电压环输出限幅值u_max来增大所连接的电池板组件输出电流，从而增大该集散式汇流箱的输出功率；以及第二功率控制子模块112-2，用于当所述电压检测单元111检测到直流母线电压下降时，通过减小内部的电压环输出限幅值u_max来降低所连接的电池板组件输出电流，从而降低该集散式汇流箱的输出功率。
具体地讲，当电压检测单元111检测到直流母线电压上升且升幅在预设范围内时，第一功率控制子模块112-1可增加该集散式汇流箱内部的电压环输出限幅值u_max，使得所连接的电池板组件输出电流逐渐增大，电池板组件输出电压逐渐降低。当电压环限幅值u_max超过最大功率点电流值时，所连接的电池板组件可工作在光伏曲线的最大功率点，之后电压电流不再变化。此外，当电压环输出限幅值u_max超过其上限值k2时，第一功率控制子模块112-1可将电压环输出限幅值u_max设置为k2。这样，电池板组件的输出功率由最大功率点右侧逐渐向最大功率点靠拢，系统功率不断提升。
当电压检测单元111检测到直流母线电压下降并且降幅在预设范围内时，第二功率控制子模块112-2可减小内部的电压环输出限幅值u_max，使得所连接的电池板组件输出电流逐渐减小，汇流箱的电压环饱和，且电池板组件的输出电压不断上升。此外，当电压环输出限幅值u_max低于其下限值k1时，第二功率控制子模块112-2可将电压环输出限幅值u_max设置为k1。这样所连接的电池板组件工作在光伏曲线最大功率点右侧，集散式汇流箱输出功率降低，而由于电池板组件的直流电压提升，整个光伏系统的效率提高。
优选地，根据本发明的示例性实施例的逆变器120还可包括功率恢复单元(未示出)，用于在所述限功率控制单元122基于功率控制指令改变直流母线电压后经过了预定计时时间之后，将改变后的直流母线电压恢复为正常工作电压(即，非限功率状态下的电压)。例如，如图5中所示，在限功率控制单元122将直流母线电压从820v改变为800v之后经过5分钟之后，功率恢复单元(未示出)可将直流母线电压再次稳压至820v，并对计时器清零，由此防止限功率无触发或没有进入限功率状态。此后，如果依然需要进行限功率(例如，降低集散式汇流箱的输出功率)，则逆变器120和集散式汇流箱110-1至110-n可重复如上所述的限功率流程。
此外，如果在限功率控制单元122改变直流母线电压之后预定计时时间以内(例如，5min以内)集散式汇流箱110-1至110-n的输出功率之和减小至低于功率控制指令中规定的阈值功率，则功率恢复单元(未示出)可在检测到所述输出功率之和等于或低于功率控制指令中规定的阈值功率时就将直流母线电压升高至820v以将集散式汇流箱110-1至110-n的输出功率之和升至所述阈值功率，而不必计时所述预定计时时间。
此外，尽管在以上示例中，逆变器120将直流母线的正常工作电压设置为820v，但在逆变器120初始启动时，可先将直流母线电压稳压至800v一段时间之后再稳压至820v，以避免开路电压高于820v时启动误触发限功率。
本实施例在集散式汇流箱检测到直流母线电压上升时，通过增加内部的电压环输出限幅值来增大所连接电池板组件输出电流、降低电池板组件输出电压，使汇流箱工作功率向电池板组件最大功率点方向靠拢，从而增大该集散式汇流箱的输出功率，当集散式汇流箱检测到直流母线电压下降时，通过减小内部的电压环输出限幅值来降低所连接的电池板组件输出电流、提高电池板组件输出电压，使汇流箱工作功率向远离电池板组件最大功率点的右侧移动，从而降低该集散式汇流箱的输出功率。
以上结合图1详细描述了根据本发明的实施例的限功率控制系统100的结构及其各部件的功能操作，然而，应该理解，以上描述中所列举的各项数值是为了便于理解而列举的示例，本申请不限于此，可根据实际需求来对以上各项参数值进行设定。
以下将结合图2至图4详细描述根据本发明的的实施例的限功率控制方法。
图2是示出根据本发明的示例性实施例的限功率控制方法的流程图。图3是示出根据本发明的示例性实施例的在逆变器120处执行的示例性处理。图4是示出根据本发明的示例性实施例的在集散式汇流箱处执行的示例性处理。
参照图2，在步骤201，可由逆变器120接收功率控制指令。在本发明的实施例中，逆变器120可从上位机接收功率控制指令。
在步骤203，可由逆变器120基于接收到的功率控制指令来改变直流母线电压。以下将结合图3详细描述步骤203中逆变器120的处理。
图3是示出根据本发明的示例性实施例的在逆变器120处执行的示例性处理。
如图3中所示，在通过逆变器120的接收单元121接收到功率控制指令之后，在步骤301，可由逆变器120的限功率控制单元122中所包括的比较模块122-1将多个集散式汇流箱110-1至110-n的当前输出功率之和与功率控制指令中指定的阈值功率进行比较。
如果所述多个集散式汇流箱110-1至110-n的当前输出功率之和大于所述阈值功率(303-是)，则在步骤305，比较模块122-1还确定所述当前输出功率之和大于所述阈值功率的保持时间是否大于预定时间(例如，1s)，如果大于所述预定时间(305-是)，则在步骤307，可由限功率控制单元122中所包括的限功率控制模块122-2降低直流母线电压(例如，将直流母线电压从820v降至800v)以触发所连接的每个集散式汇流箱降低输出功率，如果小于所述预定时间(305-否)，则在步骤309，逆变器120保持当前直流母线电压。
此外，如果所述多个集散式汇流箱110-1至110-n的当前输出功率之和小于所述阈值功率(303-否)，则在步骤311，比较模块122-1还确定所述当前输出功率之和小于所述阈值功率的保持时间是否大于预定时间(例如，1s)，如果大于所述预定时间(311-是)，则在步骤313，可由限功率控制模块122-2增大直流母线电压(例如，将直流母线电压从800v升至820v)以触发所连接的每个集散式汇流箱增大输出功率，如果小于所述预定时间(311-否)，则在步骤315，逆变器120保持当前直流母线电压。
优选地，在限功率控制单元122基于功率控制指令改变直流母线电压后经过了预定计时时间之后，还可通过逆变器120中所包括的功率恢复单元(未示出)将改变后的直流母线电压恢复为预设的工作电压(即，非限功率状态下的电压)，并对计时器清零，由此防止限功率无触发或没有进入限功率状态。
以上已结合图1详细描述了逆变器的各个部件调整直流母线电压的过程，因此为了简明，在此将不再进行更详细的描述。
返回参照图2，在步骤205，每个集散式汇流箱可检测直流母线电压，并基于直流母线电压的改变来调整各自的输出功率。以下将结合图4详细描述步骤205中每个集散式汇流箱的处理。
参照图4，在步骤401，可由集散式汇流箱的电压检测单元111按照预设时间间隔检测直流母线电压。
在步骤403，可由集散式汇流箱的功率控制单元122确定在预定时间段内直流母线电压的电压改变值是否在预设范围内。
当在所述预定时间段内检测到的直流母线电压的电压改变值在所述预设范围内时(403-是)，在步骤405，功率控制单元122可确定调整自己的输出功率。在本发明的实施例中，功率控制单元122可通过改变内部的电压环输出限幅值来调整所连接的电池板组件输出电流，从而调整该集散式汇流箱的输出功率。具体地讲，当电压检测单元111检测到直流母线电压上升时，可由功率控制单元112中所包括的第一功率控制子模块112-1通过增加内部的电压环输出限幅值来增大所连接的电池板组件输出电流，从而增大该集散式汇流箱的输出功率。当电压检测单元111检测到直流母线电压下降时，可由功率控制单元112中所包括的第一功率控制子模块112-2通过减小内部的电压环输出限幅值来降低所连接的电池板组件输出电流，从而降低该集散式汇流箱的输出功率。以上已结合图1详细描述了集散式汇流箱的各个部件调整输出功率的过程，因此为了简明，在此将不再进行更详细的描述。
此外，当在所述预定时间段内检测到的直流母线电压的电压改变值不在所述预设范围内时(403-否)，集散式汇流箱可保持当前状态。
通过应用如上所述的根据本发明的实施例的集散式光伏系统的限功率控制系统和方法，能够提高限功率控制精度，并且由于集散式汇流箱和逆变器之间无需通信设备进行通信，系统建设成本低且限功率可靠性高，此外，还能够提高集散式汇流箱限功率状态下的转换效率。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。