一种逆变器系统运行方法和装置、及逆变器系统与流程

本发明涉及能源发电领域，尤指一种逆变器系统运行方法和装置、及逆变器系统。

背景技术：

目煤炭、石油等是不可再生的能源，将来总有一天会被其他的能源替代。太阳能的能量取之不尽，光伏发电技术在能源版图的比例会逐渐增大，正开始由边远农村和特殊应用，向并网发电方向发展。光伏并网发电作为其进入电力规模应用的必然结果，将会是为例最大的光伏发电市场。太阳能电池板阵列和逆变器是光伏并网发电系统中两个最重要的部件。太阳能电池板阵列将太阳的光能转化为电能，输出直流点。单民用电力以交流供电为主，因此由太阳能必须通过逆变器转换为交流电后方可并入电网。逆变器在太阳能并网发电系统中具有重要作用。

尽管太阳能资源取之不尽，但由于太阳光辐射密度较低，以及其他因素，导致太阳能电池(pv电池)的转换效率非常低。目前，大多数太阳能电池的转换效率仅为11％～20％左右。在这种情况下，提升光伏逆变器的效率，对于提升太阳能并网发电系统的整体效率显得至关重要。参见图1，为示例性的逆变器的转换效率的示意图，从图1中可以看出，随着输入功率的变化，逆变器的转换效率有所不同，图2为示例性的逆变器一天的输出功率变化曲线，其中，横轴为时间，代表一天中的不同时刻，纵轴为功率，单位为kw，从图2可以看出，一天中随着光照强度等条件不同，不同时刻的逆变器输出功率是不同的。

如果在某时刻，pv电池所能够提供的最大功率是确定的，也就是说逆变器系统的输入功率一定的情况下，mppt效率基本上各家都差不多，基本在99％左右。那么，影响发电量最重要的因素就是逆变器效率。从图2可以 看出，一天内，因为光照强度等因素不同，逆变器的输出功率是变化的。而从图1可以看出不同输出功率的时候，逆变器的效率是不同的。而且不同型号，不同厂家的逆变器的效率曲线也是不同的。目前的逆变器只是被动发电，在不同输出功率的时候，逆变器不一定能够在最大效率点附近工作，也就是说，在不同的输入功率的情况下，不能够保证最大的发电输出，会造成能量不必要的能量损耗。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出了一种逆变器系统运行方法和装置、及逆变器系统，能够减小逆变器系统在不同的输入功率下的能量损耗。

为了达到上述目的，本发明提出了一种逆变器系统运行方法，用于控制逆变器系统的运行过程，所述逆变器系统包括n个逆变器单元；n为大于或等于2的整数；

所述逆变器系统运行方法包括：

根据输入功率，确定对应的逆变器单元的第一组合模式，所述第一组合模式是所述输入功率下具有最大的转换效率的组合模式；

根据确定的所述第一组合模式，将需要开启的逆变器单元设置为运行状态，将不需要开启的逆变器单元设置为关闭状态。

优选地，所述根据输入功率，确定对应的需要开启的逆变器单元的第一组合模式包括：

根据输入功率，选取满足所述输入功率的全部组合模式；

计算所选取的各个组合模式对应的转换效率；

比较各个组合模式对应的转换效率，并选取转换效率最大的组合模式作为第一组合模式；

优选地，所述计算所选取的各个组合模式对应的转换效率包括：

针对所选取的每一个组合模式分别进行以下操作：

获取该组合模式中开启的逆变器单元的效率曲线；

根据各个开启的逆变器单元的效率曲线，确定各个开启的逆变器单元在所述输入功率下的转换效率；

根据各个开启的逆变器单元的转换效率，获取该组合模式对应的转换效率。

优选地，所述逆变器系统运行方法还包括：

按照预定的时间间隔，更新各个逆变器单元的效率曲线。

优选地，在各个逆变器单元的输出功率相同，且各个逆变器单元具有相同的效率曲线相同的情况下，

所述根据输入功率，选取满足所述输入功率的全部组合模式包括：

根据输入功率确定对应的需要开启的逆变器单元的最小数目z；

所选取的组合模式包括开启m个逆变器单元的组合模式，其中，m为大于或等于z、并且小于或等于n的每一个整数；

所述计算所选取的各个组合模式对应的转换效率包括：

计算m个逆变器单元中一个逆变器单元的输出功率，根据逆变器单元的效率曲线，确定逆变器单元在所述输入功率和输出功率下的转换效率v。

优选地，在所述根据输入功率，确定对应的第一组合模式之前还包括：

监测逆变器系统的输入功率，当输入功率发生变化时，执行所述根据输入功率，确定对应的第一组合模式的步骤。

为了达到上述目的，本发明还提出了一种逆变器系统运行装置，所述装置包括：

组合模式确定单元，用于根据输入功率，确定对应的逆变器单元的第一组合模式，所述第一组合模式是所述输入功率下具有最大的转换效率的组合模式；

组合模式开关单元，用于根据确定的所述第一组合模式，将需要开启的逆变器单元设置为运行状态，将不需要开启的逆变器单元设置为关闭状态。

优选地，所述组合模式确定单元包括：

第一选取模块，用于根据输入功率，选取满足所述输入功率的全部组合模式；

转换效率计算模块，用于计算所选取的各个组合模式对应的转换效率；

第二选取模块，用于比较各个组合模式对应的转换效率，并选取转换效率最大的组合模式作为第一组合模式；

优选地，所述转换效率计算模块还用于：

针对所选取的组合模式中的每一个组合模式，获取该组合模式中开启的逆变器单元的效率曲线；根据各个开启的逆变器单元的效率曲线，确定各个开启的逆变器单元在所述输入功率下的转换效率；根据各个开启的逆变器单元的转换效率，获取该组合模式对应的转换效率。

优选地，逆变器系统运行装置还包括：监控单元，

所述监控单元按照预定的时间间隔，更新各个逆变器单元的效率曲线。

优选地，在各个逆变器单元的输出功率相同，且各个逆变器单元具有相同的效率曲线相同的情况下，

所述第一选取模块还用于：根据输入功率确定对应的需要开启的逆变器单元的最小数目z；所选取的组合模式包括开启m个逆变器单元的组合模式，其中，m为大于或等于z、并且小于或等于n的每一个整数；

所述转换效率计算模块还用于：分别计算m为不同取值时的组合模式对应的转换效率；其中，针对开启m个逆变器单元的组合模式，计算m个逆变器单元中一个逆变器单元的输出功率，根据逆变器单元的效率曲线，确定逆变器单元在所述输入功率和输出功率下的转换效率v。

优选地，所述装置还包括，输入功率监测单元，用于监测逆变器系统的输入功率，当输入功率发生变化时，通知组合模式确定单元根据新的输入功率确定对应的第一组合模式，以及组合模式开关单元根据新的第一组合模式，将需要开启的部分逆变器单元设置为运行状态，将其余的逆变器单元设置为关闭状态。

为了达到上述目的，本发明还提出了一种逆变器系统，所述逆变器系统包括n个逆变器单元；n为大于或等于2的整数；所述逆变器系统还包括上述任一种逆变器系统运行装置。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括：根据输入功率，确定对应的逆变器单元的第一组合模式，所述第一组合模式是所述输入功率下具有最大的转换效率的组合模式；根据确定的所述第一组合模式确定需要开启的逆变器单元，将需要开启的逆变器单元设置为运行状态，将不需要开启的逆变器单元设置为关闭状态。通过本发明的方案，在逆变器系统不同的输入功率的情况下，采取不同的组合模式，也就是逆变器系统中，各个逆变器单元的运行状态随输入功率的不同而不同，通过开启部分或全部逆变器单元，使得处在工作状态下的逆变器单元能够在最大的转换效率下工作，从而使得输出功率最大化，减小了不必要的能量损耗，改善了逆变器系统的工作性能。

附图说明

下面对本发明实施例中的附图进行说明，实施例中的附图是用于对本发明的进一步理解，与说明书一起用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限制。

图1为示例性的逆变器的转换效率的示意图；

图2为示例性的逆变器一天的输出功率变化曲线；

图3a和图3b分别为本发明实施例提供了一种逆变器系统运行方法的流程图；

图4a为一个500kw光伏逆变器系统的构成图；

图4b为图4a所示的逆变器系统中逆变器单元的效率曲线示意图；

图4c为基于图4a所示的逆变器系统的逆变器系统运行方法的流程图；；

图5为本发明提出的一种逆变器系统运行装置的结构组成示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述，并不能用来限制本发明的保护范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的各种方式可以相互组合。

参见图3a和图3b，本发明实施例提供了一种逆变器系统运行方法，用于控制逆变器系统的运行过程，所述逆变器系统包括n个逆变器单元；n为大于或等于2的整数；

如图3a所示，所述逆变器系统运行方法包括：

步骤100，根据输入功率，确定对应的逆变器单元的第一组合模式，所述第一组合模式是所述输入功率下具有最大的转换效率的组合模式；

步骤200，根据确定的所述第一组合模式，将需要开启的逆变器单元设置为运行状态，将不需要开启的逆变器单元设置为关闭状态。

其中，组合模式可以是需要开启的逆变器单元，或者是需要关闭的逆变器单元、或者在逆变器单元配置参数相同的情况下，组合模式可以是需要开启的逆变器单元的个数。因此根据第一组合模式可以确定需要开启的逆变器单元。具体的，确定对应的逆变器单元的第一组合模式包括：确定对应的需要开启的逆变器单元的第一组合模式，即全部逆变器单元中的特定部分设置为运行状态，其余部分设置为关闭状态。

其中，如图3a所示，步骤100中，所述根据输入功率，确定对应的需要开启的逆变器单元的第一组合模式包括：

步骤110，根据输入功率，选取满足所述输入功率的全部组合模式；

步骤120，计算所选取的各个组合模式对应的转换效率；

步骤130，比较各个组合模式对应的转换效率，并选取转换效率最大的组合模式作为第一组合模式；

其中，步骤120中，所述计算各个组合模式对应的转换效率包括：

步骤121，针对全部组合模式中的任一个第二组合模式，获取第二组合模式中开启的各个逆变器单元的效率曲线；

根据各个开启的逆变器单元的效率曲线，确定各个开启的逆变器单元在当前输入功率下的转换效率；

根据各个开启的逆变器单元的转换效率，获取所述第二组合模式对应的转换效率。

步骤122，按照步骤121中的方法，计算全部组合模式中每一个组合模式的转换效率。

本发明实施例中，所述逆变器系统运行方法还包括：

按照预定的时间间隔，更新各个逆变器单元的效率曲线。

在更新各个逆变器单元的效率曲线之后，在步骤120中，可以根据更新的效率曲线来计算各个组合模式的转换曲线。

下面以逆变系统中各逆变器单元的输出功率相同，且各个逆变器单元具有相同的效率曲线的应用场景进行说明。

在各个逆变器单元的输出功率相同，且各个逆变器单元具有相同的效率曲线相同的情况下，

步骤110中，根据输入功率，选取满足所述输入功率的全部组合模式包括：根据输入功率确定对应的需要开启的逆变器单元的最小数目z；则全部组合模式包括开启m个逆变器单元，其中，m为大于或等于z、并且小于或等于n的整数序列。

例如，对于由4个125kw的逆变器单元组成的500kw，当输入功率为200kw时，需要开启的逆变器单元的最小数目z为2。

步骤120中，计算各个组合模式对应的转换效率包括：

根据逆变器单元的效率曲线，分别计算开启整数序列中各个取值个数的逆变器单元对应的转换效率。

例如，有三种组合模式，其中开启的逆变器单元分别为2、3、4，则分别计算开启2个逆变器单元时对应的转换效率，开启3个逆变器单元时对应的转换效率，以及开启4个逆变器单元时对应的转换效率。

具体的，对于开启m个逆变器单元的组合模式，可以根据输入效率/m确定其中一个逆变器单元的输入功率，通过输出功率确定输出功率，通过输出功率厨除以额定功率，得到输出功率百分比，通过输出功率百分比可以在效率曲线上获取对应的转换效率v。由于各个逆变器单元的转换效率相同，因此一个逆变器单元的转换效率即为该组合模式对应的转换效率。

例如，对于由4个125kw的逆变器单元组成的500kw，当输入功率为200kw时，需要开启的逆变器单元的最小数目z为2。对于开启数目为2的组合模式来说，可以其中一个逆变器单元的输入功率为100kw，输出功率大约为98kw，通过输出功率98kw除以额定功率125kw，得到输出功率百分比98/125＝78.4％，通过输出功率百分比78.4％，可以在效率曲线上获取对应的转换效率v，以图4b所示的效率曲线为例，对应的转换效率大约为98.3，即该组合模式对应的转换效率为98.3。

下面对逆变器系统mept效率进行说明：

其中，ηmept为逆变器系统mept效率，po(t)为逆变器输出功率的瞬时值，pdc(t)为逆变器直流输入功率的瞬时值。

下面结合一个具体的示例进行说明。

参见图4a，为一个500kw光伏逆变器系统的构成图，该光伏逆变器系统由4个125kw的逆变器单元组成的500kw逆变器系统，其直流输入连接在一起，各个逆变器单元的效率曲线相同，效率曲线如图4b所示。

下面对基于该光伏逆变器系统的运行方法进行说明，参见图4c，基于该光伏逆变器系统的运行方法包括：

步骤1，在某一时刻，逆变器系统的的直流输入功率为x；

步骤2，x/125向上取整为y；

步骤3，为完成功率为x的变换，逆变器单元需要工作的数目介于y和4之间，设定m为介于y和4之间的整数数列；也就是说，n≥工作的逆 变单元数m≥z；

步骤4，m取不同值时，根据步骤120中的方法，确定逆变器单元的最高效率点的工作的逆变器单元数目，获取结果为z；也就是说，在第一组合模式下，有z个逆变器单元处于工作状态；

步骤5，关闭(4-z)个逆变单元，保留z个逆变器单元工作；

此时500kva逆变器系统工作于最大mept效率点，其输出功率最大；

步骤6，如果条件变更造成直流输入功率x变化，则重复步骤1～5；

本发明实施例中，在逆变器系统的输入功率发生变化时，根据新的输入功率确定对应的第一组合模式，并根据新的第一组合模式，将需要开启的部分逆变器单元设置为运行状态，将其余的逆变器单元设置为关闭状态。

本发明的技术方案包括如下有益效果：

1、精确性

随着工程人员设计不同，效率可能不是随着输出功率的增大而增大；最高点可能不是出现在最高点(参见附图4c)。简单的随输出功率减少就减少逆变单元数，带来不一定是输出功率(发电量)最高。

本发明就提供了一个较为精确的方法，来达到发电量最高的目标。利用预设效率曲线的方法，随着pv提供的实时功率(或输出功率)不同，根据不同数目的逆变单元工作，看效率点和效率曲线的比较，找到工作在最高效率点时的逆变单元数，关闭多余的逆变器单元，来达到剩余的逆变单元都工作在最高效率点，满足最高发电量的要求；

2、主动性

单机系统只能被动发电，不能通过改变第一组合模式来主动获取系统最高效率点发电；所以mept效率对单机型逆变器(或单个单机型逆变器)无意义。mept效率针对的是模块化逆变器系统或多个逆变器的组合；

3、实时性

效率曲线不仅仅能够在出厂前预设，还可以在逆变器系统运行过程中实 时更新；

4、宽范围适应

我们知道，光伏发电系统随着光照强度等条件的不同，在一天中的输出功率可以从0～100％～0。而不像ups、通信电源等负载输出在一定时间内基本是确定的。

5、mept实质是跟踪直流输入

输出功率是由pv电池能够提供的功率和mppt效率、系统效率等因素决定的。而mppt效率一般在99％以上，所以说，从根本来说，mept最大效率点跟踪的实现是跟踪pv实时输出(逆变器的直流输入)而定的。而pv输出功率的大小是随着光照强度等条件不同，一天内会经历0～100％～0的过程，而这是和传统模块化ups以及模块化通信电源的本质区别，传统模块化ups以及模块化通信电源的模块休眠是根据输出负载决定，而输出负载在一段时间内基本是确定的。

6、多维度

pv电池的输出不仅仅跟光照强度、而且跟环境温度等多种因素有关。而逆变器系统效率，和输入电压、温度、输出功率等多种因素有关。本发明，考虑多种因素，描绘出各种条件下的效率曲线。通过监控单元采样各种信息，并判断最大功率输出(系统mept效率最高)。

7、适应广

逆变器单元可以是输出功率等完全相同的，也可以是不同的，本文主要根据相同功率的逆变器单元来描述，但保护不限于此。

实现mept逆变器系统各单元可以安装一个机柜内部，也可分别安装在不同的机柜内部，各单元可以单独就是一个机柜，形式不限；

逆变器单元对拓扑没有限制，可以是两电平，也可以是三电平、多电平等；可以无隔离，也可有隔离；可以是一级变换，也可以是两级或多级变换；

逆变器单元和监控单元之间有通讯，通讯方式可以是有线的，也可以是无线的，形式不限；通过通讯，可以互通信息和控制。

基于与上述实施例相同或相似的构思，本发明实施例还提供一种逆变器系统运行装置，设置在逆变器系统上，参见图5，本发明提出的一种逆变器系统运行装置包括：

组合模式确定单元10，用于根据输入功率，确定对应的逆变器单元的第一组合模式，所述第一组合模式是所述输入功率下具有最大的转换效率的组合模式；

组合模式开关单元20，用于根据确定的所述第一组合模式，将需要开启的逆变器单元设置为运行状态，将不需要开启的逆变器单元设置为关闭状态。

本发明实施例中，所述组合模式确定单元10包括：

第一选取模块11，用于根据输入功率，选取满足所述输入功率的全部组合模式；

转换效率计算模块12，用于计算所选取的各个组合模式对应的转换效率；

第二选取模块13，用于比较各个组合模式对应的转换效率，并选取转换效率最大的组合模式作为第一组合模式；

本发明实施例中，所述转换效率计算模块12还用于：

针对所选取的组合模式中的每一个组合模式，获取该组合模式中开启的逆变器单元的效率曲线；根据各个开启的逆变器单元的效率曲线，确定各个开启的逆变器单元在所述输入功率下的转换效率；根据各个开启的逆变器单元的转换效率，获取该组合模式对应的转换效率。

本发明实施例中，逆变器系统运行装置还包括：监控单元30，

所述监控单元按照预定的时间间隔，更新各个逆变器单元的效率曲线。

本发明实施例中，在各个逆变器单元的输出功率相同，且各个逆变器单元具有相同的效率曲线相同的情况下，

所述第一选取模块还用于：根据输入功率确定对应的需要开启的逆变器单元的最小数目z；所选取的组合模式包括开启m个逆变器单元的组合模式， 其中，m为大于或等于z、并且小于或等于n的每一个整数；

所述转换效率计算模块还用于：分别计算m为不同取值时的组合模式对应的转换效率；其中，针对开启m个逆变器单元的组合模式，计算m个逆变器单元中一个逆变器单元的输出功率，根据逆变器单元的效率曲线，确定逆变器单元在所述输入功率和输出功率下的转换效率v。

本发明实施例中，所述装置还包括，输入功率监测单元40，用于监测逆变器系统的输入功率，当输入功率发生变化时，通知组合模式确定单元根据新的输入功率确定对应的第一组合模式，以及组合模式开关单元根据新的第一组合模式，将需要开启的部分逆变器单元设置为运行状态，将其余的逆变器单元设置为关闭状态。

基于与上述实施例相同或相似的构思，本发明实施例还提供一种逆变器系统，所述逆变器系统包括n个逆变器单元；n为大于或等于2的整数；所述逆变器系统还包括本发明实施例提供的任一逆变器系统运行装置。

需要说明的是，以上所述的实施例仅是为了便于本领域的技术人员理解而已，并不用于限制本发明的保护范围，在不脱离本发明的发明构思的前提下，本领域技术人员对本发明所做出的任何显而易见的替换和改进等均在本发明的保护范围之内。