一种光储发电系统离网启动方法、光储发电设备及系统与流程

本发明涉及光伏发电技术领域，特别涉及一种光储发电系统离网启动方法、光储发电设备及系统。

背景技术：

为增加供电灵活性、同时提高电力系统的带载能力，光储发电系统并联运行的模式越来越受到重视。参见图1，图1是现有技术中光储发电系统并联运行的网络拓扑图。如图1所示，光储发电系统包括多台光储发电设备，各光储发电设备在并联端口Backup汇流后，与公共电网共同为用户负载供电。

公共电网发生故障后，光储发电系统将工作在离网模式，在重启后单独向用户负载中的预设关键负载供电。由于预设关键负载的功率小于光储发电系统的总功率，但大于光储发电系统中部分光储发电设备的功率之和，因此，如果分批次启动光储发电设备，则优先启动完成的光储发电设备直接连接预设关键负载，每一台优先启动的光储发电设备承担的负载都将大于自身的额定功率，造成优先启动的光储发电设备由于过载运行而启动过载保护，进而导致整个光储发电系统无法正常工作。

技术实现要素：

本发明提供一种光储发电系统离网启动方法、光储发电设备及系统，避免优先启动的光储发电设备过载运行，进而确保整个光储发电系统在离网模式下正常为预设关键负载供电。

为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种光储发电系统离网启动方法，应用于光储发电设备，所述方法包括：

获取带载指令，其中，所述带载指令用于控制所述光储发电设备为预设关键负载供电；

根据所述带载指令，确定初始电压，其中，所述初始电压小于所述光储发电设备的额定输出电压；

调节输出电压至所述初始电压后，通过光储发电系统的并联端口输出电能至所述预设关键负载，并持续增大输出电压直至达到所述额定输出电压。

可选的，所述获取带载指令，包括：

获取上位机发送的第一带载指令，其中，所述第一带载指令用于在离网模式下控制预设的首台供电光储发电设备为所述预设关键负载供电。

可选的，所述获取带载指令，包括：

在满足第一预设条件时，生成第二带载指令，其中，所述第二带载指令用于在离网模式下控制满足所述第一预设条件的首台供电光储发电设备为所述预设关键负载供电。

可选的，所述第一预设条件，包括：

重启后的待机时长达到预设时长阈值，且未收到其他光储发电设备发送的启动信号，以及，未检测到并联端口的电压信号,其中，所述启动信号用于表征光储发电系统中已经存在为所述预设关键负载供电的光储发电设备。

可选的，本发明第一方面任一项提供的光储发电系统离网起动方法，所述根据所述带载指令，确定初始电压，包括：

若所述带载指令为所述第一带载指令或所述第二带载指令，确定预设电压值作为初始电压。

可选的，所述获取带载指令，包括：

在满足第二预设条件时，生成第三带载指令，其中，所述第三带载指令用于控制满足所述第二预设条件的光储发电设备为所述预设关键负载供电。

可选的，所述第二预设条件，包括：

收到其他光储发电设备发送的启动信号，以及，检测到并联端口的电压信号二者中的任意一个,其中，所述启动信号用于表征光储发电系统中已经存在为所述预设关键负载供电的光储发电设备。

可选的，所述根据所述带载指令，确定初始电压，包括：

若所述带载指令为所述第三带载指令，确定所述并联端口的电压作为所述初始电压。

可选的，所述调节输出电压至所述初始电压，包括：

调节输出电压的相位和幅值，以使输出电压的相位与所述并联端口的电压相位相同，并使输出电压的幅值与所述并联端口的电压幅值的差值满足预设范围。

可选的，所述持续增大输出电压直至达到所述额定输出电压，包括：

以所述初始电压为基准值，每间隔预设增压时长，将输出电压升高预设增压步长，直至输出电压达到所述额定输出电压。

可选的，本发明第一方面提供的光储发电系统离网起动方法，还包括：

在连接所述预设关键负载后，输出所述启动信号。

第二方面，本发明提供一种光储发电设备，包括存储器和处理器；所述存储器存储有适于所述处理器执行的程序，以实现本发明第一方面任一项所述的光储发电系统离网启动方法。

第三方面，本发明提供一种光储发电系统，包括多个本发明第二方面提供光储发电设备，其中，

各所述光储发电设备的输出端并联连接，并分别为所述预设关键负载供电。

可选的，所述光储发电系统包括单相光储发电系统或三相光储发电系统。

本发明提供的光储发电系统离网启动方法，在获取用于控制光储发电设备为预设关键负载供电的带载指令后，根据所得带载指令，确定小于光储发电设备额定输出电压的初始电压，进一步调节输出电压至初始电压后，通过光储发电系统的并联端口输出电能至预设关键负载，为预设关键负载供电。由于在预设关键负载一定的情况下，光储发电设备的输出功率正比于设备输出电压，即输出电压越高，光储发电设备的输出功率就越大，因此，在本方法中，光储发电设备供电初期以小于额定输出电压的初始电压连接预设关键负载，实际输出的功率小于额定功率，避免优先启动的光储发电设备过载运行，并在后续时间持续增大输出电压，直至达到额定输出电压，进而确保整个光储发电系统在离网模式下正常为预设关键负载供电。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，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，下面描述内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是现有技术中光储发电系统并联运行的网络拓扑图；

图2是本发明实施例提供的一种光储发电系统离网启动方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的一种光储发电设备的结构框图；

图4是本发明实施例提供的光储发电设备内部继电器布局图；

图5是本发明实施例提供的光储发电系统中的各光储发电设备输出电压的波形图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

发明人研究发现，光储发电设备输出功率P与光储发电设备所接负载R的关系为：

P＝U²/R

其中，U为光储发电设备输出的电压有效值。

根据上述公式可知，在光储发电设备所接负载R一定的情况下，光储发电设备实际输出功率与其输出电压成正比关系，即光储发电设备的输出电压越高，其输出的功率也就越高，因此，可以通过控制光储发电设备实际输出电压的方式，控制光储发电设备的功率输出。

进一步的，在实际应用中，当光储发电设备工作在离网模式时，一般采用V/F控制方式，即控制输出电压幅值和频率，因此，通过输出电压U由低到高缓慢升高，即可实现输出功率由低到高的缓慢变化，进而避免光储发电设备上电之初即运行在过载状态。

基于上述前提，本发明实施例提供一种光储发电系统离网启动方法，该方法可应用于光储发电设备，具体的，可应用于光储发电设备的控制器，显然，在某些情况下也可选用网络侧的服务器或上位机实现；参照图1，本发明实施例提供的光储发电系统离网启动方法，可以包括：

步骤S100，获取带载指令。

本发明实施例所述及的带载指令，指用于控制光储发电设备为预设关键负载供电的控制指令。光储发电设备在获取该带载指令后，即可执行本发明实施例中述及的后续操作步骤，直至为预设关键负载正常供电。

如前所述，与公共电网并联运行的光储发电系统，在公共电网因故退出运行后，光储发电系统往往需要进行重启，并运行在离网模式。在本发明实施例所提供的方法中，为避免光储发电设备过载启机的问题，首台供电的光储发电设备和后续供电的光储发电设备所对应的带载指令是不同的，并且，不同的带载指令所对应的初始电压也存在差异。

可选的，对于离网模式下首台向预设关键负载供电的光储发电设备可以分为两种情况，其一是预先指定首台供电的光储发电设备，其二是根据整个光储发电系统的重启情况，将首台满足第一预设条件的光储发电设备作为首台供电的设备。

具体的，对于预设的首台供电光储发电设备，可以通过上位机等独立于光储发电系统以外的控制机构或者采用光储发电系统中的其他控制器进行控制，在判定预设的首台供电光储发电设备完成重启，设备自检正常并可以控制电压输出之后，向其发送第一带载指令，以控制该首台供电设备为预设关键负载供电。

可以想到的是，对于预设首台供电光储发电设备的控制方式，如果预先设定的首台供电光储发电设备发生故障，比如无法正常重启、设备自检失败等，又或者，该预设的首台供电光储发电设备与上位机等控制机构的通讯出现异常，导致控制机构无法及时获知其具体情况，或者，无法发送第一带载指令，都将导致预设的首台供电光储发电设备无法正常为预设关键负载供电，进而影响系统中其他光储发电设备的运行，最终导致整个系统无法运行。

为避免上述情况的发生，可以采用本发明实施例提供的第二种确定首台供电的光储发电设备的方法，即将第一台满足第一预设条件的光储发电设备作为首台供电光储发电设备为预设关键负载供电。

由于没有上位机等外部控制机构的控制，光储发电系统内的各光储发电设备需要根据自身的运行情况，自行判断自身是否满足第一预设条件，并在满足第一预设条件时，自行生成第二带载指令，以在离网模式下控制相应机构动作，为预设关键负载供电。

可选的，第一预设条件可以包括重启后的待机时长达到预设时长阈值，且未收到其他光储发电设备发送的启动信号，以及，未检测到并联端口的电压信号。

具体的，待机时长指的是各光储发电设备在重启完成，即完成自检操作后等待连接预设关键负载的待机时长。而预设时长阈值则可以是根据经验或试验数据确定的预设值，此处不再赘述。

启动信号用于表征光储发电系统中已经存在为预设关键负载供电的光储发电设备，在收到该启动信号之后连接预设关键负载的设备都不能作为首台供电的光储发电设备。当然，该启动信号还可以作为一种连接状态的通知信号进行传递，即光储发电系统中任一光储发电设备在为预设关键负载供电后，均可以向系统中的其他光储发电设备发送该启动信号，以通知其他光储发电设备自身的连接状态。可选的，光储发电设备之间可以通过RS485、CAN网络、PLC，以及通过控制器的I/O口等实现启动信号以及其他通信信息的传递，现有技术中可以实现信息交互的方式都是可选的，本发明实施例对此不作限定。需要说明的是，对于任一光储发电设备而言，在连接预设关键负载之后，可以发出该启动信号，已通知系统中的其他设备，当然，也可以选择不发送该启动信号，这同样是可选的。

如前所述，各光储发电设备的输出端均并联于并联端口，当任一光储发电设备作为首台供电光储发电设备为预设关键负载供电时，在并联端口处必然可以检测到相应的供电电压，因此，可以将并联端口处的电压信号作为判定条件之一，即在并联端口可以检测到供电电压时，即可判定已经存在为预设关键负载供电的光储发电设备，检测到该电压的设备均不能作为首台供电光储发电设备。

可选的，本发明实施例还提供第二预设判定条件，当光储发电设备满足第二预设判定条件时，生成第三带载指令，以在离网模式下控制自身相应机构动作，为预设关键负载供电，即第三带载指令是用于控制满足第二预设条件的光储发电设备为预设关键负载供电。

可选的，第二预设条件为收到其他光储发电设备发送的启动信号，以及，检测到并联端口的电压信号二者中的任意一个。其中，启动信号所表征的含义，以及应用并联端口的电压信号进行判断的原因，前述内容都已阐述明确，此处不再赘述。可以想到的是，满足第二预设条件的光储发电设备必然不是首台供电的光储发电设备，应该是在首台供电的设备之后的其他设备，而且，两个判定条件之中，只要满足任意一个即可。

步骤S110，根据带载指令，确定初始电压。

在获取对应的带载指令之后，本发明实施例提供的离网启动方法，需要进一步确定初始电压。可以想到的是，为保证光储发电设备不出现过载启机的问题，在供电初期的输出电压应小于光储发电设备的额定输出电压。

进一步的，如前所述，由于供电顺序的不同，不同的光储发电设备会获取到不同的带载指令，获取到第一带载指令或第二带载指令的光储发电设备将作为首台供电的光储发电设备为预设关键负载供电，将预设电压值作为初始电压。

需要说明的是，考虑到光储发电系统实际连接的负载是难以确定的，造成难以确定最优的预设电压值，在实际应用中，可以根据光储发电系统所连接负载的历史数据并结合实际应用情况进行设定，保证首台供电的光储发电设备不会在运行之初即处于过载运行状态即可。

相应的，获取到第三带载指令的光储发电设备，在为预设关键负载进行供电前，系统中已经存在其他设备为预设关键负载供电，在并联端口处已经可以检测到相应的电压值，为保证收到第三带载指令的光储发电设备与其他已经为预设关键负载供电的设备之间不存在压差，确保系统整体的安全、高效运行，应将获取到第三带载指令的光储发电设备的初始电压确定为并联端口的电压。

步骤S120，调节输出电压至初始电压后，通过光储发电系统的并联端口输出电能至预设关键负载，并持续增大输出电压直至达到额定输出电压。

在确定初始电压后，首先要将光储发电设备输出端的输出电压调节至初始电压。

具体的，对于获取第一带载指令或第二带载指令的首台供电光储发电设备，由于光储发电系统中还没有任何一台光储发电设备为预设关键负载供电，并联端口处自然也就没有电压。此种情况下，在初始电压即为预设电压值，直接调节输出电压至该预设电压值即可。

对于获取到第三带载指令的光储发电设备，光储发电系统中已然存在设备为预设关键负载供电，因此，确保获取第三带载指令的光储发电设备的输出电压与并联端口的电压同相位，同幅值才可保证不会出现光储发电设备之间由于输出电压存在压差而产生环流的问题。因此，在确定光储发电设备的初始电压为并联端口电压的情况下，应调节光储发电设备输出电压的相位和幅值，锁相并联端口电压，以使输出电压的相位与并联端口的电压相位相同，待锁相稳定后，调节输出电压的幅值，在使得输出电压的幅值与并联端口的电压幅值的差值满足预设范围后，即可进行后续步骤。

在调节输出电压至初始电压后，光储发电设备即可通过光储发电系统的并联端口输出电能至预设关键负载，共同向预设关键负载输出功率。并在此之后，各光储发电设备以对应的初始电压为基准值，每间隔预设增压时长，将输出电压升高预设增压步长，即各光储发电设备的输出电压同步增长，直至达到额定输出电压，完成光储发电系统的启动过程，实现对预设关键负载的正常供电。

需要说明的是，虽然对于获取第三带载指令的光储发电设备而言，其初始电压是处于增压过程中的任一并联端口电压，但在光储发电系统的实际供电过程中，各光储发电设备的重启时间是非常短的，进而使得各个光储发电设备之间为预设关键负载供电的时间间隔也非常短，作为初始电压的并联端口电压依然远远小于光储发电设备的额定输出电压，进而可以保证不会出现在启动之初即过载运行的情况。

需要进一步说明的是，在公共电网退出运行时，光储发电系统中的各个光储发电设备进行断电重启的时间是有着先后顺序的，基本不会出现两台或多台光储发电设备同时断电的情况，因此，各光储发电设备重启并完成自检的过程，同样有着先后顺序，两台或多台光储发电设备同时具备为预设关键负载供电条件的几率是极小的，基本可以忽略不计。

综上所述，通过本发明实施例提供的光储发电系统离网启动方法，光储发电设备供电初期以小于额定输出电压的初始电压连接预设关键负载，实际输出的功率小于额定功率，避免优先启动的光储发电设备过载运行，并在后续时间持续增大输出电压，直至达到额定输出电压，进而确保整个光储发电系统在离网模式下正常为预设关键负载供电。

进一步的，为解决优先为预设关键负载供电的光储发电设备过载启机这一问题，现有技术通过控制输出功率之和不小于预设关键负载总功率的多台光储发电设备以高速同步、同时启机连接预设关键负载的方式对预设关键负载供电。但现有技术中的控制方式需要各光储发电设备之间通过CAN网络进行通信或者增加I/O握手信号来实现，不仅会增加额外的硬件成本，而且可靠性差。

而本发明实施例所提供的离网启动方法，不需要控制多台光储发电设备同时启动，在首台供电的光储发电设备之后启动的其他设备，以并联端口的电压为基础、进行锁相后启动，不再依赖现有技术中同步启机控制方式，自然也就不会增加额外的硬件成本。虽然作为一种可选的实施方式，各光储发电设备之间依然会进行信息的传递，比如前述启动信号，但本发明实施例中信号的传递不再严格要求同步，甚至可以不对启动信号进行传递，同样能够实现本发明实施例所提供的方法，降低对于信号传递设备的性能要求。

可选的，参见图3，图3是本发明实施例提供的一种光储发电设备的结构框图。本发明实施例提供的光储发电设备，可以包括：至少一个处理器100，至少一个通信接口200，至少一个存储器300和至少一个通信总线400；

在本发明实施例中，处理器100、通信接口200、存储器300、通信总线400的数量为至少一个，且处理器100、通信接口200、存储器300通过通信总线400完成相互间的通信；显然，图3所示的处理器100、通信接口200、存储器300和通信总线400所示的通信连接示意仅是可选的；

可选的，通信接口200可以为通信模块的接口，如GSM模块的接口；

处理器100可能是一个中央处理器CPU，或者是特定集成电路ASIC(Application Specific Integrated Circuit)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。

存储器300，存储有应用程序，可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

其中，处理器100具体用于执行存储器内的应用程序，以实现上述所述的光储发电系统离网启动方法的任一实施例。

可选的，本发明实施例还提供一种光储发电系统，包括多个上述图3实施例所示的光储发电设备，其中，

各光储发电设备的输出端并联连接，并分别为预设关键负载供电。

可选的，该光储发电系统包括单相光储发电系统或三相光储发电系统。

下面以图1所示的拓扑结构为例，说明本发明实施例提供的光储发电系统离网启动方法的一种应用场景。

如图所示，图1所示拓扑结构中，包括多台光储发电设备(图中以PCS1-PCSn表示)。为便于表述，将PCS1作为首台供电的光储发电设备，PCS2作为在PCS1之后启动的第二台光储发电设备，其余光储发电设备同样依次启动，此处不再赘述。Backup标识即表示并联端口。

在公共电网因故退出运行后，PCS1首先完成断电后的重启过程，并且自检正常。在自检完成后即开始计时，当计时时长达到预设时长阈值时，PCS1并未收到其他光储发电设备发送的启动信号，同时，也并未在并联端口Backup处读取到并联端口电压，即PCS1满足前述第一预设条件PCS1作为首台供电的光储发电设备，其初始电压即为预设电压值Umin。

参见图4，图4是本发明实施例提供的光储发电设备内部继电器布局图。图中Grid表示因故退出运行的公共电网。PCS1作为首台供电的光储发电设备，应将输出电压控制点(图4所示的InvL和InvN)的输出电压调整至预设电压值Umin，并在输出电压达到Umin之后，控制旁路继电器Backup Relay闭合，与并联端口Backup接通，进而向预设关键负载供电。需要说明的是，旁路继电器Backup Relay可以直接吸合，同样也可以在输出电压过零点时进行吸合，同样都是可选的。

在PCS1通过并联端口输出电能至预设关键负载后，PCS1会发出启动信号给系统中的其他光储发电设备，并同步的按照上述实施例提供的方式持续增大其输出电压。

以预设增压步长为ΔU为例，在PCS1完成一次增压过程后，并联端口Backup处的电压Upara应等于Umin与ΔU的和。此时PCS2重启完成并自检通过，在接收到PCS1发送的启动信号后，获取并联端口Backup的电压Upara，PCS2首先锁相并联端口Backup处的电压Upara，确保输出电压与Upara相位相同，并调节输出电压控制点的输出电压，当PCS2的输出电压与Upara的差值满足预设范围时，即判定PCS2可以连接预设关键负载。此后，PCS2将以Upara为初始电压连接并联端口Backup，实现为预设关键负载的供电。同样的，PCS2在连接预设关键负载之后，也将按照上述实施例提供的方式持续增大其输出电压，直至达到额定输出电压。

相应的，其他光储发电设备也将采用与PCS2相同的方式连接预设关键负载，此处不再赘述。

可选的，参见图5，图5是本发明实施例提供的光储发电系统中的各光储发电设备输出电压的波形图，根据图5所示，可以明确的看出光储发电系统中各光储发电设备的输出电压变化情况。

综上所述，本发明实施例所提供的光储发电系统，不需要控制多台光储发电设备同时启动，在首台供电的光储发电设备之后启动的其他设备，以并联端口的电压为基础、进行锁相后启动，不再依赖现有技术中同步启机控制方式，自然也就不会增加额外的硬件成本。

本发明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他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，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。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的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，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。