一种光伏组件的IV曲线扫描方法及优化器与流程

本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种光伏组件的IV曲线扫描方法及优化器。

背景技术：

在全球能源需求不断升高，传统能源价格居高不下以及环境问题关注度不断提升的背景下，全球光伏产业和太阳能市场正急速成长。作为光伏产业太阳能发电系统的重要环节，光伏组件，在其生产和使用过程中，不可避免的会产生一些缺陷，如虚焊、断裂等。有些缺陷无法通过肉眼识别，需要借助专门的检测设备或者方法进行检测。

现有技术中常用的检测设备为IV测试机，其通过对光伏组件进行模拟太阳光照射，模拟其在太阳光照射下的工作情况，从而对光伏组件的电学性能进行测试。但是，使用IV测试机是一种离线检测方式，当组件投入应用后，就不能实现大规模的组件检测，无法在系统运行过程中检测光伏组件的工作状态。

此外，在光伏系统中，还存在利用光伏逆变器实现组串的IV曲线在线检测方法，通过控制母线电压来实现在一定范围内的整个组串IV扫描；但是该方案是针对整个组串的IV曲线，不能实现单个光伏组件的IV曲线扫描，不能检测出某个光伏组件的故障。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了光伏组件的IV曲线扫描方法及优化器，以解决现有技术中无法在系统运行过程中检测光伏组件的工作状态，及不能实现单个光伏组件的IV曲线扫描的问题。

为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：

一种光伏组件的IV曲线扫描方法，应用于光伏逆变系统的优化器，所述优化器的输入端连接至少一个光伏组件，多个所述优化器的输出端串联后与逆变器相连；所述光伏组件的IV曲线扫描方法包括：

接收IV曲线扫描信号；

根据所述IV曲线扫描信号，控制所述优化器中的DC/DC变换电路停止工作；

控制所述IV曲线扫描信号所对应的光伏组件的输出电压从开路电压按照预设规律变化至预设最小值，实现IV曲线扫描；

记录所述IV曲线扫描信号所对应光伏组件的IV曲线数据。

优选的，在所述记录所述IV曲线扫描信号所对应光伏组件的IV曲线数据之后，还包括：

将所述IV曲线数据与预设IV曲线的特征数据进行比较，判断所述IV曲线数据是否存在异常；若存在异常，则上传异常信号；

或者，上传所述IV曲线数据。

优选的，所述预设规律为：固定压差的电压下降规律，或者、抛物线的电压下降规律，或者、固定占空比变化率的电压下降规律中的至少一种。

一种优化器，应用于光伏逆变系统，所述优化器的输入端连接至少一个光伏组件，多个所述优化器的输出端串联后与逆变器相连；所述优化器包括：

DC/DC变换电路，用于对所连接的光伏组件进行输出功率控制；

电流传感器，用于检测得到光伏组件的输出电流；

电压传感器，用于检测得到光伏组件的输出电压；

通信电路，用于接收并转发IV曲线扫描信号；

控制器，用于接收所述通信电路转发的所述IV曲线扫描信号，并根据所述IV曲线扫描信号，控制所述DC/DC变换电路停止工作；控制所述IV曲线扫描信号所对应的光伏组件的输出电压从开路电压按照预设规律变化至预设最小值，实现IV曲线扫描；记录所述IV曲线扫描信号所对应光伏组件的IV曲线数据。

优选的，所述控制器还用于：将所述IV曲线数据与预设IV曲线的特征数据进行比较，判断所述IV曲线数据是否存在异常；若存在异常，则通过所述通信电路上传异常信号；

或者，所述通信电路还用于：上传所述IV曲线数据。

优选的，所述通信电路为电力载波通信电路或者无线通信电路。

优选的，所述电流传感器用于检测得到光伏组件的输出电流，具体用于检测所述DC/DC变换电路中电感的电流，以使所述控制器求得所述光伏组件的输出电流；

所述控制器还用于根据所述DC/DC变换电路中所述电感与光伏组件之间开关管的占空比及所述电感的电流，计算得到所述光伏组件的输出电流；

或者，所述电流传感器用于检测得到光伏组件的输出电流，具体用于检测所述DC/DC变换电路的输出电流，以使所述控制器求得所述光伏组件的输出电流；

所述优化器还包括另一电压传感器，用于检测所述DC/DC变换电路的输出电压；

所述控制器还用于根据所述DC/DC变换电路的输出电压和输出电流计算得到所述DC/DC变换电路的功率，再根据所述光伏组件的输出电压及功率平衡原理，计算得到所述光伏组件的输出电流。

优选的，还包括：第一二极管和第一辅助电源；

所述第一二极管的阳极连接在所述光伏组件的正极，所述第一二极管的阴极连接在所述第一辅助电源的输入端正极；所述第一二极管用于防止所述第一辅助电源在所述优化器进行IV曲线扫描工作过程中跟随所述光伏组件电压降低而掉电；

所述第一辅助电源的输入端负极与所述光伏组件的负极相连；所述第一辅助电源用于为所述优化器供电。

优选的，若所述DC/DC变换电路的输入端负极与输出端负极相连，则所述优化器还包括：第二二极管、第三二极管和第二辅助电源；其中：

所述第二二极管的阳极连接在所述光伏组件的正极，所述第三二极管的阳极连接在所述DC/DC变换电路的输出端正极，所述第二二极管的阴极与所述第三二极管的阴极均连接在所述第二辅助电源的输入端正极；

所述第二辅助电源的输入端负极与所述光伏组件的负极相连；所述第二辅助电源用于为所述优化器供电；

或者，若所述DC/DC变换电路的输入端正极与输出端正极相连，则所述优化器还包括：第四二极管、第五二极管和第三辅助电源；其中：

所述第四二极管的阴极连接在所述光伏组件的负极，所述第五二极管的阴极连接在所述DC/DC变换电路的输出端负极，所述第四二极管的阳极与所述第五二极管的阳极均连接在所述第三辅助电源的输入端负极；

所述第三辅助电源的输入端正极与所述光伏组件的正极相连；所述第三辅助电源用于为所述优化器供电；

又或者，若所述DC/DC变换电路的输入端负极与输出端负极不相连，且所述DC/DC变换电路的输入端正极与输出端正极也不相连，则所述优化器还包括：第六二极管、第七二极管、第八二极管、第九二极管和第四辅助电源；其中：

所述第六二极管的阳极连接在所述光伏组件的正极，所述第七二极管的阳极连接在所述DC/DC变换电路的输出端正极，所述第六二极管的阴极与所述第七二极管的阴极均连接在所述第四辅助电源的输入端正极；

所述第八二极管的阴极连接在所述光伏组件的负极，所述第九二极管的阴极连接在所述DC/DC变换电路的输出端负极，所述第八二极管的阳极与所述第九二极管的阳极均连接在所述第四辅助电源的输入端负极；

所述第四辅助电源用于为所述优化器供电。

优选的，还包括：储能电路；

所述储能电路并联在所述第一辅助电源的输入端正负极之间，用于在所述优化器进行IV曲线扫描工作过程时为所述第一辅助电源供电。

由上述方案可知，本发明提供的光伏组件的IV曲线扫描方法，优化器在接收IV曲线扫描信号之后，根据IV曲线扫描信号，控制优化器中的DC/DC变换电路停止工作；并控制IV曲线扫描信号所对应的光伏组件的输出电压从开路电压按照预设规律变化至预设最小值；而与其他优化器相连接的光伏组件仍然能够正常工作，使得系统能够正常运行；然后该优化器上传所述IV曲线扫描信号所对应的光伏组件的IV曲线数据，完成对应单个光伏组件的IV曲线扫描。不同的优化器根据相应的IV曲线扫描信号，能够实现对各个光伏组件的IV曲线扫描，解决了现有技术中无法在系统运行过程中检测光伏组件的工作状态，及不能实现单个光伏组件的IV曲线扫描的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的光伏组件的IV曲线扫描方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的光伏组件的IV曲线扫描方法的另一流程图；

图3为本发明实施例提供的光伏组件的IV曲线扫描方法的另一流程图；

图4为本发明实施例提供的优化器的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的DC/DC变换电路的示意图；

图6为本发明实施例提供的光伏逆变系统的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的光伏逆变系统的另一结构示意图；

图8为本发明实施例提供的优化器的另一结构示意图；

图9为本发明实施例提供的优化器的另一结构示意图；

图10为本发明实施例提供的优化器的另一结构示意图；

图11为本发明实施例提供的优化器的另一结构示意图；

图12为本发明实施例提供的优化器的另一结构示意图；

图13为本发明实施例提供的优化器的另一结构示意图；

图14为本发明实施例提供的优化器的另一结构示意图；

图15为本发明实施例提供的优化器的应用示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

发明提供了光伏组件的IV曲线扫描方法，以解决现有技术中无法在系统运行过程中检测光伏组件的工作状态，及不能实现单个光伏组件的IV曲线扫描的问题。

具体的，该光伏组件的IV曲线扫描方法，应用于光伏逆变系统的优化器，优化器的输入端连接至少一个光伏组件，多个优化器的输出端串联后接入逆变器，光伏组件的IV曲线扫描方法如图1所示，包括：

S101、接收IV曲线扫描信号；

S102、根据IV曲线扫描信号，控制优化器中的DC/DC变换电路停止工作；

S103、控制IV曲线扫描信号所对应的光伏组件的输出电压从开路电压按照预设规律变化至预设最小值，实现IV曲线扫描；

S104、记录所述IV曲线扫描信号所对应光伏组件的IV曲线数据。

光伏逆变系统在正常运行状态时，优化器正常工作，输出电能至逆变器。接收到上位机或者任意智能控制设备发出的IV曲线扫描信号时，优化器停机，使对应光伏组件处于开路状态；然后，优化器调节该光伏组件的输出电压，使其从该光伏组件的开路电压变化到预设最小值，该预设最小值可以为0V或者大于0V的某个值，以完成整个IV曲线扫描；并通过传感器采集后，记录该光伏组件的IV曲线数据，该IV曲线数据包括IV曲线扫描过程中各个点的电压值和电流值。

优选的，所述预设规律为：固定压差的电压下降规律，或者、抛物线的电压下降规律，或者、固定占空比变化率的电压下降规律中的至少一种。

在具体的实际应用中，优化器控制该光伏组件的输出电压从开路电压变化至预设最小值的预设规律可以是以固定的电压差(例如0.5V)来逐渐降低，或者以抛物线的电压下降规律来逐渐降低，或者以固定占空比变化率的电压下降规律来逐渐降低；该抛物线的电压下降规律具体是指在靠近光伏组件开路电压或者预设最小值附近电压下降较快，而在中间部分电压下降较慢；该固定占空比变化率的电压下降规律是指优化器的控制占空比从初始情况以固定步长变化，比如该控制占空比从0开始，以固定的步长0.01增加到1，这种方式为开环控制，实现简单。因此，该预设规律只要是能够使该光伏组件完成整个IV曲线扫描的规律即可，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

本实施例提供的该光伏组件的IV曲线扫描方法，优化器在控制对应的光伏组件进行IV曲线扫描时，与其他优化器相连接的光伏组件仍然能够正常工作，使得系统能够正常运行。且不同的优化器根据相应的IV曲线扫描信号，能够实现对各个光伏组件的IV曲线扫描，解决了现有技术中无法在系统运行过程中检测光伏组件的工作状态，及不能实现单个光伏组件的IV曲线扫描的问题。

优选的，该光伏组件的IV曲线扫描方法，在图1的基础之上，参见图2，在步骤S104之后，还包括：

S105、将IV曲线数据与预设IV曲线的特征数据进行比较，判断IV曲线数据是否存在异常；若存在异常，则上传异常信号；

或者，该光伏组件的IV曲线扫描方法，在图1的基础之上，参见图3，在步骤S104之后，还包括：

S106、上传IV曲线数据。

并且，根据优化器与终端(本地监控装置和/或互联网云端)之间的不同连接方式，步骤S101、S105及S106将会有所不同，具体的：

当优化器与终端之间采用有线连接时，步骤S101包括：

接收终端依次通过数据采集器和逆变器下发的IV曲线扫描信号。

步骤S105包括：

将IV曲线数据与预设IV曲线的特征数据进行比较，判断IV曲线数据是否存在异常；若存在异常，则依次通过逆变器和数据采集器，将异常信号上传至终端；

步骤S106包括：

依次通过逆变器和数据采集器，将IV曲线扫描信号所对应的光伏组件的IV曲线数据，上传至终端。

而当优化器与终端之间采用无线连接时，步骤S101包括：

采用无线通信技术接收终端通过网关下发的IV曲线扫描信号。

步骤S105包括：

将IV曲线数据与预设IV曲线的特征数据进行比较，判断IV曲线数据是否存在异常；若存在异常，则采用无线通信技术通过网关，将异常信号上传至终端；

步骤S106，包括：

采用无线通信技术通过网关，将IV曲线扫描信号所对应的光伏组件的IV曲线数据，上传至终端。

在具体的实际应用中，优化器与互联网云端之间的通信方式，此处不做具体限定，可以视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

本发明另一实施例还提供了一种优化器，应用于光伏逆变系统，优化器的输入端连接至少一个光伏组件，多个优化器的输出端串联后与逆变器相连；优化器参见图4，包括：

DC/DC变换电路201，用于对所连接的光伏组件进行输出功率控制；

电流传感器A，用于检测得到光伏组件的输出电流；

电压传感器V，用于检测得到光伏组件的输出电压；

通信电路202，用于接收并转发IV曲线扫描信号；

控制器203，用于接收通信电路202转发的IV曲线扫描信号，并根据IV曲线扫描信号，控制DC/DC变换电路201停止工作；控制IV曲线扫描信号所对应的光伏组件的输出电压从开路电压按照预设规律变化至预设最小值，实现IV曲线扫描；记录所述IV曲线扫描信号所对应光伏组件的IV曲线数据。

本实施例提供的该优化器，在控制对应的光伏组件进行IV曲线扫描时，与其他优化器相连接的光伏组件仍然能够正常工作，使得系统能够正常运行。且不同的优化器根据相应的IV曲线扫描信号，能够实现对各个光伏组件的IV曲线扫描，解决了现有技术中无法在系统运行过程中检测光伏组件的工作状态，及不能实现单个光伏组件的IV曲线扫描的问题。

当然，在具体的实际应用中，也可以停止光伏系统的运行，同时给所有优化器下发IV曲线扫描信号，在一个时间段内完成整个光伏系统所有光伏组件的IV曲线扫描。

在具体的实际应用中，DC/DC变换电路201可以根据具体应用环境进行电路设置，如图5所示的Buck-Boost电路，具有升压功能即可，此处仅为一种示例，并不限定于此，均在本申请的保护范围内。

优选的，参见图6，优化器101中的控制器(图中未示出)依次通过逆变器102和数据采集器与终端相连。在一些情况下，例如在户用等较小的光伏系统中，可以取消数据采集器，逆变器直接与终端相连通信；此处不做具体限定，可以视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

优选的，控制器通过PLC通信协议与逆变器102通信。

如图6所示为基于该优化器的光伏逆变系统，优化器101通信采用PLC通信方式，与逆变器102进行信息互换。

优化器101输入端接入不少于一个光伏组件，优化器101输出侧串联后接入逆变器102，两者之间的通信通过PLC通信，逆变器102交流侧将电能输入到电网，逆变器102将收集到的光伏组件IV曲线数据通过485总线输入到数据采集器，数据采集器再通过网线将这些数据上传终端，供后台进行数据处理。

当然，在具体的实际应用中，可以改变优化器101与外部的通信方式，比如可以采用ZigBee通信等无线通信技术，需增加无线通信装置网关。参见图7，优化器101中的控制器(图中未示出)采用无线通信技术通过网关与终端相连。在一些场合下，例如逆变器与功率优化器就近安装时，网关功能也可以内置到逆变器中；此处不做具体限定，可以视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

优选的，控制器通过ZigBee协议与网关通信。

图7所示光伏逆变系统的电能输送路径与图6所示方案相同，两者之间的不同为数据传输方式，图7中优化器101与网关之间通过ZigBee协议通信，优化器101将IV曲线数据通过无线传输到网关，之后网关再将这些数据上传至终端，供后台进行数据处理。

优选的，优化器101与逆变器102之间可以增加汇流箱，逆变器102的交流侧可以接升压变压器再接电网；均可视其具体应用环境而定，此处不做具体限定。

优选的，在图4的基础之上，控制器203还用于：将IV曲线数据与预设IV曲线的特征数据进行比较，判断IV曲线数据是否存在异常；若存在异常，则通过通信电路202上传异常信号；

或者，通信电路202还用于：上传IV曲线数据。

优选的，通信电路202为电力载波通信电路或者无线通信电路。

在具体的实际应用中，当DC/DC变换电路201采用如图5所示的Buck-Boost电路时，电流传感器A还可以设置于DC/DC变换电路201中电感后端，参见图8，当然，为了检测电路的简便性，电流传感器也可以设置在另一位置，参见图8中的A1。

此时，电流传感器A具体用于检测DC/DC变换电路201中电感的电流，以使控制器203求得光伏组件的输出电流；

控制器203还用于根据DC/DC变换电路201中所述电感与光伏组件之间开关管S1的占空比及电感的电流，计算得到光伏组件的输出电流。

为了方便分析，假设电感处于电流连续模式，电流传感器A测到的电流为IL，开关管S1的占空比为D，开关管S3处于直通模式，则光伏组件输出电流I＝IL/D，因此控制器203通过检测电感电流IL并记录当前的占空比D，同样可以得到光伏组件的输出电流。

另外，电流传感器A还可以设置于DC/DC变换电路201负极，参见图9，此时，电流传感器A具体用于检测DC/DC变换电路201的输出电流，以使控制器203求得所述光伏组件的输出电流；

优化器还包括另一电压传感器Vo，用于检测DC/DC变换电路201的输出电压；

控制器203还用于根据DC/DC变换电路201的输出电压和输出电流计算得到DC/DC变换电路203的功率，再根据光伏组件的输出电压及功率平衡原理，计算得到光伏组件的输出电流。

值得说明的是，优化器101的输入端连接至少一个光伏组件，也即优化器101的输入端可以仅连接一个光伏组件，也可以连接两个及以上数量的光伏组件。

当优化器101的输入端仅连接一个光伏组件时，该优化器，参加图10，还包括：第一二极管和第一辅助电源；

第一二极管D1的阳极连接在光伏组件的正极，第一二极管D1的阴极连接在第一辅助电源的输入端正极；

第一辅助电源的输入端负极与光伏组件的负极相连；

第一辅助电源用于为所述优化器的其他电路供电，如DC/DC变换电路201的驱动电路、控制器203、电压和电流传感器电路等。

当优化器执行IV曲线扫描任务时，光伏组件的输出电压Vpv会逐渐下降，第一二极管D1能够用于防止第一辅助电源的输入电压Vsps跟随光伏组件的输出电压Vpv下降过大而导致停机。

另外，若DC/DC变换电路201的输入端正极与输出端正极不相连，而DC/DC变换电路201的输入端负极与输出端负极相连(如图5所示)，则优化器参见图11，还包括：第二二极管D2、第三二极管D3和第二辅助电源；其中：

第二二极管D2的阳极连接在光伏组件的正极，第三二极管D3的阳极连接在DC/DC变换电路的输出端正极，第二二极管D2的阴极与第三二极管D3的阴极均连接在第二辅助电源的输入端正极；

第二辅助电源的输入端负极与光伏组件的负极相连；第二辅助电源用于为优化器供电；

在优化器工作时，由光伏组件的输出电压Vpv和DC/DC变换电路201的输出电压Vo中的较大值为第二辅助电源供电。因此，在优化器进行IV曲线扫描时，即使光伏组件的输出电压Vpv电压较低，第二辅助电源的输入电压Vsps仍然可以由DC/DC变换电路201的输出电压Vo来维持，因此第二辅助电源可以正常运行而不会掉电。

或者，若DC/DC变换电路201的输入端负极与输出端负极不相连，而DC/DC变换电路201的输入端正极与输出端正极相连，则优化器参见图12，还包括：第四二极管D4、第五二极管D5和第三辅助电源；其中：

第四二极管D4的阴极连接在光伏组件的负极，第五二极管D5的阴极连接在DC/DC变换电路的输出端负极，第四二极管D4的阳极与第五二极管D5的阳极均连接在第三辅助电源的输入端负极；

第三辅助电源的输入端正极与光伏组件的正极相连；第三辅助电源用于为优化器供电；

又或者，若DC/DC变换电路201的输入端负极与输出端负极不相连，且DC/DC变换电路201的输入端正极与输出端正极也不相连，则优化器参见图13，还包括：第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第九二极管D9和第四辅助电源；其中：

第六二极管D6的阳极连接在光伏组件的正极，第七二极管D7的阳极连接在DC/DC变换电路的输出端正极，第六二极管D6的阴极与第七二极管D7的阴极均连接在第四辅助电源的输入端正极；

第八二极管D8的阴极连接在光伏组件的负极，第九二极管D9的阴极连接在DC/DC变换电路的输出端负极，第八二极管D8的阳极与第九二极管D9的阳极均连接在第四辅助电源的输入端负极；

第四辅助电源用于为优化器供电。

优选的，该优化器还可以包括：储能电路；

参见图14，以在图10的基础上为例进行展示和说明，储能电路并联在第一辅助电源的输入端正负极之间，用于在优化器进行IV曲线扫描工作过程时为第一辅助电源供电。

同理，在图11、图12和图13的基础上，也可以增设储能电容，并联在相应的辅助电源的输入端正负极之间，用于在优化器进行IV曲线扫描工作过程时为相应的辅助电源供电。

在具体的实际应用中，该储能电路可以包括电容、超级电容或者蓄电池；此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

为了解决光伏组件在进行IV曲线扫描时，系统存在的辅助源电路掉电的问题，可以考虑将优化器101的输入端接入两个光伏组件，如图15所示，其中一路光伏组件进行IV曲线扫描时，另一路光伏组件可以对辅助源电路进行供电。

其他具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。