集散式光伏智能电源控制系统、光伏电源系统及控制方法与流程

本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种集散式光伏智能电源控制系统、光伏电源系统及控制方法。

背景技术：

太阳能光伏发电系统是由光伏电池组件阵列、汇流配电、变流器等设备构成，其中光伏电池组件阵列包括多个光伏组串，每个光伏组串由若干光伏组件串联构成。大型光伏发电系统中由于光伏组件阵列的占地面积大，各个光伏组串输出特性存在一定差异，且可能受到阴影遮挡等因素的影响，采用单一的系统控制将会导致光伏组件阵列发电功率的失配，尤其是应用于丘陵地区、大型建筑屋顶等场合的光伏电站中，由于周边地势、建筑、树木等遮挡的影响，系统光伏组件失配损失甚至可高达3%~5%的发电量。

针对应用于丘陵、大型复杂建筑屋顶等场合的光伏电站，为减少光伏组件的失配，目前通常是采用集散式光伏发电系统，如图1、2所示，由光伏电池组件、直流汇流升压单元以及逆变单元组成，通过直流汇流升压单元替代常规的光伏汇流设备，同时为获得最大输出功率，在直流汇流升压单元中设置最大功率点跟踪（MPPT）进行控制，各个直流汇流升压单元的若干光伏组串各自共用一个MPPT控制器，即为由1路MPPT控制器跟踪若干路光伏组串的多组串MPPT，且各MPPT控制器之间相互独立控制，实现对光伏阵列各区域的MPPT控制。

但是采用上述多组串MPPT控制方式的集散式光伏发电系统，一方面，光伏阵列中各个光伏组串输出特性存在一定差异，多组串MPPT控制方式通过一路MPPT控制多个光伏组串，无法识别并联支路中各光伏组串的差异，也无法对光伏组串之间的差异进行平衡，因而发电系统仍然存在光伏组串并联失配问题，影响系统发电量；另一方面，各个MPPT控制器之间相互独立控制，光伏阵列整体之间无法实现相互协调控制，当存在光伏组串出现故障或被阴影遮挡等，使得降低或无法有效输出功率时，则会导致降低光伏发电的整体发电效率。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、所需成本低、能够实现光伏发电优化匹配及整体协调控制的集散式光伏智能电源控制系统，及发电效率高且系统可靠性高的集散式光伏电源系统，以及实现方法简单、能够实现光伏发电智能优化匹配及整体协调，提高光伏发电效率及系统可靠性的控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种集散式光伏智能电源控制系统，其特征在于，包括多个单组串控制单元以及分别与各个所述单组串控制单元连接的集中控制单元，各个所述单组串控制单元分别对应控制一路光伏组串的输出功率，所述集中控制单元协调控制各所述单组串控制单元以协调控制各路所述光伏组串的输出功率。

作为本发明控制系统的进一步改进：所述单组串控制单元包括MPPT控制器，用于控制跟踪所述光伏组串的最大功率。

作为本发明控制系统的进一步改进：所述MPPT控制器包括功率管驱动电路、电压/电流采样电路以及处理器，所述电压/ 电流采样电路采样所述光伏组串的输入电压/电流以及输出电压/电流，输出给处理器，所述处理器根据接收到的采样信号，通过所述功率管驱动电路驱动功率管，控制所述光伏组串输出最大功率。

作为本发明控制系统的进一步改进：所述集中控制单元包括功率协调控制模块，所述功率协调控制模块分别获取各个所述光伏组串的输出功率状态，并分别与预设状态进行比较，根据比较结果通过各所述单组串控制单元调整各路光伏组串的输出功率。

作为本发明控制系统的进一步改进：当存在目标光伏组串的输出功率小于预设值时，具体分别通过对应的各所述单组串控制单元调整其余光伏组串的输出功率，以补偿目标光伏组串的输出功率。

作为本发明控制系统的进一步改进，所述集中控制单元还包括状态监控模块，所述状态监控模块包括依次连接的状态获取子模块、状态判断子模块以及预警子模块，所述状态获取子模块实时获取各路光伏组串的状态数据，输出至所述状态判断子模块；所述状态判断子模块根据接收的所述状态数据判断各路光伏组串、各单组串控制单元的运行状态，若判断到存在异常，通过所述预警子模块发出预警信号；所述状态监控模块还包括异常控制子模块，用于在所述预警信号发出指定时间时，控制断开判断存在异常的光伏组串。

本发明进一步提供一种集散式光伏电源系统，包括多个光伏阵列、多个上述智能电源控制系统以及分别与各个所述智能电源控制系统连接的逆变器，每个所述光伏阵列对应连接一个所述智能电源控制系统，所述光伏阵列中各路光伏组串分别对应连接所述智能电源控制系统中一个单组串控制单元，各个所述光伏阵列通过对应的所述智能电源控制系统控制输出功率，经过所述逆变器将光伏直流电转换为交流电输出。

本发明进一步提供上述智能电源控制系统的控制方法，其特征在于，步骤包括：

1）各个单组串控制单元分别将对应路的光伏组串进行MPPT控制，控制各路光伏组串输出最大功率；

2）所述集中控制单元实时获取各路光伏组串的输出功率状态，并分别与预设状态进行比较，根据比较结果通过各所述单组串控制单元调整各路光伏组串的输出功率。

作为本发明方法的进一步改进：所述步骤2）中当存在目标光伏组串的输出功率小于预设值时，具体分别通过对应的各所述单组串控制单元调整其余光伏组串的输出功率，以补偿目标光伏组串的输出功率。

作为本发明方法的进一步改进：实时获取各路光伏组串的状态数据，根据所述状态数据判断各路光伏组串的运行状态，若判断到存在异常，发出预警信号；所述状态监控步骤还包括在所述预警信号发出指定时间时，控制断开判断存在异常的光伏组串步骤。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）本发明通过多个单组串控制单元构成底层控制，由一个单组串控制单元对应控制一路光伏组串，可基于各个光伏组串的输出特性进行独立分散控制，避免不同光伏组串输出差异造成的发电功率失配，解决光伏组串之间的功率失配问题，同时结合集中控制单元作为上层控制，来协调控制各个单组串控制单元，能够实现光伏发电系统中各个光伏组串的智能优化匹配及整体协调控制；

2）本发明进一步通过一个MPPT控制器对应接入一路光伏组串实现单组串MPPT控制，使得每个光伏组串均能够输出最大功率，保证光伏发电系统功率的最大化，结合集中控制单元，能够智能优化、协调各个光伏组串的输出功率，从而实现光伏直流发电的整体最优，使得各个光伏组串整体工作在最佳状态，提高系统的整体发电效率及可靠性；

3）本发明进一步通过实时监测光伏组串、单组串控制单元的状态，在判断到存在异常时发出预警信号，以提前进行预警，可以实现智能监控管理，减少如设备停机等造成的损失，有效保障光伏系统的发电量和系统可靠性。

附图说明

图1是传统集散式光伏发电系统中直流汇流升压单元的结构原理示意图。

图2是传统集散式光伏发电系统的结构原理示意图。

图3是本发明实施例1集散式光伏智能电源控制系统的结构原理示意图。

图4是本发明实施例1集散式光伏电源系统的结构原理示意图。

图5是本发明实施例2智能电源控制系统的控制方法的实现流程示意图。

图6是本发明实施例2中步骤2）的具体实现流程示意图。

图例说明：1、单组串控制单元；2、集中控制单元。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例1：

如图3所示，本实施例集散式光伏智能电源控制系统包括多个单组串控制单元1以及分别与各个单组串控制单元1连接的集中控制单元2，各个单组串控制单元1分别对应控制一路光伏组串的输出功率，集中控制单元2协调控制各单组串控制单元1以协调控制各路光伏组串的输出功率。

本实施例通过多个单组串控制单元1构成底层控制，由一个单组串控制单元1对应控制一路光伏组串，可基于各个光伏组串的输出特性进行独立分散控制，避免不同光伏组串输出差异造成的发电功率失配，解决光伏组串之间的功率失配问题，同时结合集中控制单元2作为上层控制，来协调控制各个单组串控制单元1，构成底层控制与上层控制的双层协调控制系统，能够实现光伏发电系统中各个光伏组串的智能优化匹配及整体协调控制。

本实施例中，单组串控制单元1包括MPPT控制器，用于控制跟踪光伏组串的最大功率。如图3所示，本实施例由一个MPPT控制器对应接入一路光伏组串，控制光伏组串的直流输入并跟踪最大功率，实现单组串MPPT控制，使得每个光伏组串均能够输出最大功率，保证光伏发电系统功率的最大化，结合集中控制单元2，能够智能优化、协调各个光伏组串的输出功率，从而实现光伏直流发电的整体最优，提高系统的整体发电效率及可靠性。

本实施例中，MPPT控制器具体包括功率管驱动电路、电压/电流采样电路以及处理器，处理器分别与功率管驱动电路、电压/电流采样电路以及通信电路、检测电路连接，电压/ 电流采样电路采样光伏组串的输入电压/电流以及输出电压/电流，输出给处理器，处理器根据接收到的采样信号，通过功率管驱动电路驱动功率管，控制光伏组串输出最大功率。MPPT控制器具体还包括温度检测电路等辅助电路。MPPT控制器的具体结构可根据实际需求设置。

本实施例中，集中控制单元2具体包括功率协调控制模块，功率协调控制模块分别获取各个光伏组串的输出功率状态，并分别与预设状态进行比较，根据比较结果通过各单组串控制单元1调整各路光伏组串的输出功率。当存在光伏组串出现故障或被阴影遮挡等，使得降低或无法有效输出功率时，功率协调控制模块通过各单组串控制单元1调整各路光伏组串的输出功率，以补偿出现故障或被阴影遮挡的光伏组串所需输出功率，能够保持总输出功率稳定，使得各个光伏组串整体工作在最佳状态。

本实施例具体在各个单组串控制单元1工作时，实时采集对应光伏组串的工作状态参数，并发送给集中控制单元2；集中控制单元2接收到各个光伏组串的工作状态参数后，分别与状态参数的预设状态进行比较，当存在目标光伏组串的输出功率小于预设值时，具体分别通过对应的各单组串控制单元1调整其余光伏组串的输出功率，以补偿目标光伏组串的输出功率，保持总的输出功率稳定。

本发明具体实施例中集中控制单元2协调控制各单组串控制单元1的具体步骤为：

①接收各单组串控制单元1发送的对应光伏组串的工作状态参数；

②分别判断各光伏组串的输出功率是否小于预设值，如果是，判定为需要补偿状态，并计算所需补偿的输出功率，累积得到所需补偿的总输出功率后，转入执行步骤③；

③将所需补偿的总输出功率按照指定分配方式（如比例关系）分配至其余正常状态的各光伏组串，得到其余正常状态的各光伏组串需要调整的输出功率；分配方式具体可根据实际需求确定，如还可依据具体光伏组串的特性采用非比例关系等；

④根据计算到的所需调整的输出功率发送控制指令给各对应单组串控制单元1，控制对应的光伏组串调整输出功率。

本实施例中，集中控制单元2还包括状态监控模块，状态监控模块包括依次连接的状态获取子模块、状态判断子模块以及预警子模块，状态获取子模块实时获取各路光伏组串的状态数据，输出至状态判断子模块；状态判断子模块根据接收的状态数据判断各路光伏组串、各单组串控制单元1的运行状态，若判断到存在异常，通过预警子模块发出预警信号。状态数据具体可以为电压、电流及运行状态等数据。集中控制单元2接收各单组串控制单元1发送的状态数据后进行分析，如对比各组串的数据，评估各光伏组串、单组串控制单元1的运行状态，在判断到存在异常时发出预警信号，以提醒潜在危险提前进行预警，可以实现智能监控管理，减少如设备停机等造成的损失，有效保障光伏系统的发电量和系统可靠性。

本实施例中，状态监控模块还包括异常控制子模块，用于在预警信号发出指定时间时，控制断开判断存在异常的光伏组串，避免预警未得到及时处理时异常状态或故障进一步发展、扩散。

如图4所示，本实施例集散式光伏电源系统包括多个光伏阵列、多个上述智能电源控制系统以及分别与各个智能电源控制系统连接的逆变器，每个光伏阵列对应连接一个智能电源控制系统，光伏阵列中各路光伏组串分别对应连接所述智能电源控制系统中一个单组串控制单元1，各个光伏阵列通过对应的智能电源控制系统控制输出功率，经过逆变器将光伏直流电转换为交流电输出。

采用上述集散式光伏电源系统，可由单组串控制单元1基于各个光伏组串的输出特性对各光伏组串进行独立分散控制，避免不同光伏组串输出差异造成的发电功率失配，同时结合集中控制单元2来协调控制各个单组串控制单元1，能够实现光伏发电系统中各个光伏组串的智能优化匹配及整体协调控制，发电效率及可靠性高，当单组串控制器单元1采用MPPT控制器控制跟踪光伏组串的最大功率时，能够获得整体最佳的发电性能。

实施例2：

如图5所示，本实施例集散式光伏智能电源控制系统的控制方法具体步骤包括：

1）各个单组串控制单元1分别将对应路的光伏组串进行MPPT控制，控制各路光伏组串输出最大功率；

2）集中控制单元2实时获取各路光伏组串的输出功率状态，并分别与预设状态进行比较，根据比较结果通过各所述单组串控制单元1调整各路光伏组串的输出功率。

本实施例智能电源控制系统具体如实施例1所示，智能电源控制系统包括多个单组串控制单元1以及分别与各个单组串控制单元1连接的集中控制单元2，各个单组串控制单元1分别对应控制一路光伏组串的输出功率，集中控制单元2协调控制各单组串控制单元1以协调控制各路光伏组串的输出功率。

本实施例采用上述控制方法，控制实现简单，能够使每个光伏组串均输出最大功率，保证光伏发电系统功率的最大化，同时能够根据各光伏组串的状态智能优化、协调各个光伏组串的输出功率，从而实现光伏直流发电的整体最优，提高系统的整体发电效率及可靠性。

本实施例中，步骤2）中当存在目标光伏组串的输出功率小于预设值时，具体分别通过对应的各单组串控制单元1调整其余光伏组串的输出功率，以补偿目标光伏组串的输出功率，保持总的输出功率稳定。当存在光伏组串出现故障或被阴影遮挡等，使得降低或无法有效输出功率时，通过各单组串控制单元1调整各路光伏组串的输出功率，以补偿出现故障或被阴影遮挡的光伏组串所需输出功率，能够保持总输出功率稳定，使得各个光伏组串整体工作在最佳状态。

如图6所示，本实施例中步骤2）的具体步骤为：

2.1）集中控制单元2接收各单组串控制单元1发送的对应光伏组串的工作状态参数；

2.2）集中控制单元2分别判断各光伏组串的输出功率是否小于预设值，如果是，判定为需要补偿状态，并计算所需补偿的输出功率，累积得到所需补偿的总输出功率后，转入执行步骤2.3）；

2.3）集中控制单元2将所需补偿的总输出功率按照指定分配方式（如比例关系）分配至其余正常状态的各光伏组串，得到其余正常状态的各光伏组串需要调整的输出功率；分配方式具体可根据实际需求确定，如还可依据具体光伏组串的特性采用非比例关系等；

2.4）集中控制单元2根据计算到的所需调整的输出功率发送控制指令给各对应单组串控制单元1，控制对应的光伏组串调整输出功率。

本实施例中，还包括状态监控步骤，具体步骤为：实时获取各路光伏组串的状态数据，根据状态数据判断各路光伏组串的运行状态，若判断到存在异常，发出预警信号。状态数据具体可以为电压、电流及运行状态等数据。本实施例状态监控步骤中具体由集中控制单元2接收各单组串控制单元1发送的状态数据后进行分析，如对比各组串的数据，评估各光伏组串、单组串控制单元1的运行状态，在判断到存在异常时发出预警信号，以提醒潜在危险提前进行预警，可以实现智能监控管理，减少如设备停机等造成的损失，有效保障光伏系统的发电量和系统可靠性。

本实施例中，状态监控步骤还包括在预警信号发出指定时间时，控制断开判断存在异常的光伏组串步骤，避免预警未得到及时处理时异常状态或故障进一步发展、扩散。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。