一种光伏发电系统及其控制方法与流程

本发明涉及电力设备系统，尤其涉及一种光伏发电系统及其控制方法。

背景技术：

近年来，对于环境问题的关注促进了利用阳光发电的光伏发电系统的全球安装，配备有大规模光伏发电系统的大型太阳能发电厂已经遍布世界各地。

参阅图1所示，现有的光伏发电系统中，由光伏组件产生直流电，并将直流电通过三相交流线缆传输至逆变器；由逆变器将接收到的直流电转换为输入交流电，并将该输入交流电传输至箱式变压器；由箱式变压器将接收到的输入交流电转换为中压交流电传输至电网。其中，逆变器输入侧和输出侧均包含断路器，以便于对逆变器进行控制，同时，箱式变压器输入侧也包含断路器，以便于对箱式变压器进行控制；逆变器中还包含逆变器监控装置，用于对逆变器的状态进行监控；箱式变压器中还包含温控器，测控子单元，以及数据采集器，用于对箱式变压器的状态进行监控；且基于工程安全要求，在逆变器的输入侧和输出侧均包含防雷器，进一步的，在箱式变压器的输入侧和输出侧也均包含防雷器。

参阅图2所示，在实际应用中，需要分别为逆变器和箱式变压器建设一个包含混凝土基础的房间，即逆变器房和箱式变压器房，将逆变器放入逆变器房中，将箱式变压器放入箱式变压器房中，且通常情况下，逆变器房和箱式变压器房为相邻设置，距离为5米至10米。

由此可见，现有的光伏发电系统存在所需部件多，建设成本高，建设复杂度高，设备安装时间长的问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种光伏发电系统及其控制方法，用以解决现有技术中存在建设成本高，建设复杂度高，设备安装时间长的问题。

本发明实施例提供的具体技术方案如下：

第一方面，提供一种光伏发电系统，包括光伏组件，逆变器单元，以及变压器单元，其中：所述光伏组件与所述逆变器单元相连接；所述逆变器单元包括第一断路器，第一防雷器，直流/交流转换子单元，逆变器监控子单元，以及第二断路器；其中，所述第一断路器分别与所述直流/交流转换子单元的输入侧以及逆变器监控子单元相连接；所述第一防雷器与所述直流/交流转换子单元的输入侧相连接；所述直流/交流转换子单元的输出侧与所述第二断路器相连接；所述逆变器监控子单元分别与所述直流/交流转换子单元以及第二断路器相连接；所述变压器单元包括数据采集器，测控子单元，双绕组变压器，组合电器；其中，所述数据采集器分别与所述逆变器监控子单元以及所述测控子单元相连接；所述测控子单元分别与所述双线组变压器，组合电器，以及所述第二断路器相连接；所述双绕组变压器的输入侧与所述第二断路器相连接，所述双绕组变压器的输出侧与所述组合电器相连接。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述系统还包括温控器，所述温控器分别与所述双绕组变压器，所述测控子单元，组合电器，以及所述第二断路器相连接，用于获取所述双绕组变压器的温度值，并将所述温度值发送至所述测控子单元，以及根据获取到的温度值，控制所述第二断路器和所述组合电器脱扣。

结合第一方面，或者第一方面第一种可能的实现方式中，在第二种可能的实现方式中，所述组合电器包括第二防雷器，熔断器，负荷开关，以及隔离开关；其中，所述第二防雷器与所述组合电器输入侧相连接，所述熔断器与所述双绕组变压器的输出侧相连接。

结合第一方面第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述光伏组件与所述直流/交流转换子单元的输入侧相连接。

结合第一方面第二种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述光伏发电系统还包括电站集控中心，所述电站集控中心与所述数据采集器相连接，用于接收所述数据采集器采集的数据，对所述数据进行分析以生成分析指令发送至所述数据采集器，以及向所述数据采集器发送其他控制指令。

结合第一方面第二种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述光伏发电系统还包括电网，所述电网与所述组合电器中的隔离开关相连接。

第二方面，提供一种光伏发电系统的控制方法，应用于上述光伏发电系统中，所述方法包括：所述测控子单元实时获取所述双绕组变压器的相关参数；其中，所述双绕组变压器的相关参数包括所述双绕组变压器的温度值，所述双绕组变压器输入侧的线电压值，所述双绕组变压器输入侧的相电流值；当所述测控子单元检测到所述双绕组变压器的相关参数满足预设条件时，所述测控子单元控制所述第二断路器和所述组合电器脱扣，其中，所述相关参数满足预设条件包含以下三项中的至少一项，获取到的温度值达到预设温度门限值，获取到的线电压值达到预设线电压门限值，获取到的相电流值达到预设相电流门限值；当所述组合电器脱扣时，所述组合电器控制所述第二断路器脱扣。

结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，当所述光伏发电系统包含温控器时，所述方法还包括：所述温控器实时获取所述双绕组变压器的温度值；当所述温控器检测获取到的温度值达到预设温度门限值时，控制所述第二断路器和所述组合电器脱扣。

结合第二方面，或者第二方面第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述方法还包括：当所述逆变器监控子单元检测到所述直流/交流转换子单元的状态参数满足故障状态条件时，所述逆变器监控子单元控制所述第二断路器脱扣；其中，所述直流/交流转换子单元的状态参数包括所述直流/交流转换子单元的输入电压值，所述直流/交流转换子单元的输出电压值，所述直流/交流转换子单元的输入电流值和所述直流/交流转换子单元的输出电流值；所述直流/交流转换子单元的状态参数满足故障状态条件至少包含以下四项中的至少一项，所述直流/交流转换子单元的输入电压值达到预设电压门限值，所述直流/交流转换子单元的输出电压值达到预设电压门限值，所述直流/交流转换子单元的输入电流值达到预设电流门限值，所述直流/交流转换子单元的输出电流值达到预设电流门限值；和/或，所述逆变器监控子单元接收所述数据采集器发送的数据；并根据接收到的数据，以及所述直流/交流转换子单元的状态参数，经过自身的逻辑判断，确定满足脱扣条件时，所述逆变器监控子单元通过所述数据采集器将脱扣信息发送至所述测控子单元，由所述测控子单元根据所述脱扣信息，控制所述组合电器脱扣；其中，所述数据包括所述双绕组变压器的相关参数，所述组合电器的状态信息和特征参数。

结合第二方面第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述方法还包括：所述测控子单元接收所述数据采集器发送的所述直流/交流转换子单元的状态参数；所述测控子单元根据所述直流/交流转换子单元的状态参数，所述双绕组变压器的相关参数，所述组合电器的状态信息和特征参数，经过自身的逻辑判断，确定满足脱扣条件时，所述测控子单元通过所述数据采集器将脱扣信息发送至所述逆变器监控子单元，由所述逆变器监控子单元根据所述脱扣信息，控制所述第二断路器脱扣。

本发明实施例中，光伏发电系统包括光伏组件，逆变器单元和变压器单元；逆变器单元仅包含第一断路器，第一防雷器，直流/交流转换子单元，逆变器监控子单元，以及第二断路器；变压器单元包括数据采集器，测控子单元，双绕组变压器，以及组合电器。采用本发明技术方案，第一方面，将逆变器和箱式变压器进行集成，使逆变器单元和变压器单元位于一个机房中，无须建设两个单独的房间分别放置逆变器和箱式变压器，减少了两个设备之间的线缆使用量，降低了施工成本和施工难度，缩短了系统建设时间；第二方面，将逆变器和变压器集成为一个设备后，仅需要在集成后的设备输入侧和输出侧各安装一个防雷器即可，省去逆变器单元输出侧和变压器单元输入侧的防雷器，在保证光伏发电系统安全性能的基础上，进一步降低了系统安装成本，缩短了系统安装时间；第三方面，使测控子单元、逆变器监控子单元和组合电器均连接第二断路器，当测控子单元或逆变器监控子单元检测到系统出现故障时，或者当组合电器脱扣时，均能及时控制第二断路器脱扣，使逆变器单元和变压器单元同时处于断电状态，从而保证了逆变器单元和变压器单元的安全；第四方面，本发明实施例基于现有的逆变器和箱式变压器进行集成设计，对现有的逆变器和箱式变压器的改动小，从而降低了对现有光伏发电系统进行集成化改造时的改造难度和改造成本，实用性更强。

附图说明

图1为现有技术中光伏发电系统结构示意图一；

图2为现有技术中光伏发电系统结构示意图二；

图3为本发明实施例中光伏发电系统结构示意图；

图4为本发明实施例中光伏发电系统控制流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明优选的实施方式进行详细说明。

实施例一

参阅图3所示，为本发明实施例中光伏发电系统结构示意图；在该光伏发电系统中，包含光伏组件10，逆变器单元11，变压器单元12，电网或者电站的中压系统13，以及电站集控中心14。

采用上述技术方案，将逆变器和变压器进行集成，即使逆变器单元和变压器单元位于一个机房中，无须建设两个单独的房间分别放置逆变器和箱式变压器，减少了两个设备之间的线缆使用量，降低了施工成本和施工难度，有效缩短了系统建设时间。

在图3所示的光伏发电系统中，光伏组件10与逆变器单元11相连接，用于产生直流电；逆变器单元11和变压器单元12相连接，用于将光伏组件10产生的直流电转换为交流电；变压器单元12和电网或者电站的中压系统13相连接，用于将逆变器单元11生成的交流电进行调压处理，由低压交流电转换为中压交流电；电站集控中心14与所述变压器单元12相连接，用于获取逆变器单元11和变压器单元12的所有相关参数，并根据该相关参数生成相应的指令，控制所述逆变器单元11和变压器单元12的相关动作，以及根据工作人员的指示，生成相应的控制指令发送至逆变器单元11和变压器单元12；可选的，所述相关参数包含但不限于所述逆变器单元11的状态参数，以及所述变压器单元12的状态参数，该状态参数可以为电压值，电流值，温度值，相电流值，线电压值等；相关动作包含但不限于脱扣逆变器单元11中的第一断路器和/或脱扣第二断路器，以及闭合该第一断路器和/或第二断路器。具体的：

所述逆变器单元11包括第一断路器110，直流/交流转换子单元111，逆变器监控子单元112，以及第二断路器113和第一防雷器114；其中，所述光伏组件10连接所述第一断路器110，且所述第一断路器110分别与所述直流/交流转换子单元111的输入侧以及逆变器监控子单元112相连接，用于断开光伏组件10与逆变器单元11之间的连接；所述直流/交流转换子单元111的输出侧与所述第二断路器113相连接，用于将光伏组件10生成的直流电转换为交流电；所述逆变器监控子单元112分别与所述直流/交流转换子单元111以及第二断路器113相连接，用于对直流/交流转换子单元111的状态进行监控，并当确定逆变器单元故障时，控制第一断路器110和第二断路器113脱扣，或者在逆变器监控子单元112接收到变压器单元12的断路器脱扣指令时，控制第二断路器113脱扣，以及将直流/交流转换子单元111的状态参数传输至变压器单元12；所述第二断路器113与所述变压器单元12相连接，用于断开逆变器单元11和变压器单元12之间的连接；所述直流/交流转换子单元111包括直流滤波器，逆变桥，交流滤波器，以及交流接触器。

本发明实施例中，所述逆变器监控子单元112对直流/交流转换子单元111的状态进行监控包括：所述逆变器监控子单元112对直流/交流转换子单元111的输入电流和输出电流进行监控；所述逆变器监控子单元112对直流/交流转换子单元111的输入电压和输出电压进行监控；由此可见，所述直流/交流转换子单元111的输入电流值和输出电流值，所述直流/交流转换子单元111的输入电压值和输出电压值即为所述直流/交流转换子单元111的状态参数。

所述变压器单元12包括数据采集器120，测控子单元121，双绕组变压器122，以及组合电器123；其中，所述数据采集器120分别与所述逆变器监控子单元112以及所述测控子单元121相连接，用于采集测控子单元121发送的数据和逆变器监控子单元112发送的直流/交流转换子单元111的状态参数，并将测控子单元121发送的数据，以及所述直流/交流转换子单元111的状态参数上报至所述电站集控中心14，向逆变器监控子单元112发送指令，控制第二断路器113的相关动作，以及向测控子单元121发送指令，控制组合电器123的脱扣或闭合；所述测控子单元121分别与所述双绕组变压器122，组合电器123，以及所述第二断路器113相连接，所述双绕组变压器122的输入侧与所述第二断路器113相连接，所述双绕组变压器122的输出侧与所述组合电器123相连接，用于将逆变器单元11生成的低压交流电转换为中压交流电；所述组合电器123与所述电网或者中压电站系统13相连接。

进一步的，所述组合电器123中还包括第二防雷器1230；所述逆变器监控子单元112还包含对应的显示装置115，可选的，所述显示装置115也可以集成于所述逆变器监控子单元112的内部，即逆变器监控子单元112为具备数据显示功能的部件。

相较于图1所示的现有光伏发电系统中，出于工程安全性考虑，需要在逆变器机房和变压器机房分别安装避雷器的方式，采用本发明实施例技术方案，将逆变器和变压器集成为一个设备后，可以仅需要在集成后的设备输入侧和输出侧各安装一个防雷器即可，省去逆变器单元输出侧和变压器单元输入侧的防雷器，在保证光伏发电系统安全性能的基础上，进一步降低了系统安装成本，缩短了系统安装时间。此外，使测控子单元和逆变器监控子单元均连接第二断路器，当测控子单元或逆变器监控子单元检测到系统出现故障时，均能及时控制第二断路器脱扣，使逆变器单元和变压器单元同时处于断电状态，从而保证了逆变器单元和变压器单元的安全。

进一步的，所述组合电器123还包括熔断器1231，负荷开关1232，以及隔离开关1233；其中，所述熔断器1231与所述双绕组变压器122的输出侧相连接，所述隔离开关1233与所述电网或者中压电站系统13相连接，用于断开变压器单元12与电网或者中压电站系统13之间的连接，并且用于控制所述第二断路器113的脱扣。进一步的，所述组合电器123的输入侧与所述第二防雷器1230相连接。

采用上述技术方案，使组合电器123连接第二断路器113，当组合电器123脱扣时，能及时控制第二断路器113脱扣，使逆变器单元11和变压器单元12同时处于断电状态，从而保证了逆变器单元11和变压器单元12的安全。

进一步的，所述光伏发电系统还包括温控器124，所述温控器124分别与所述双绕组变压器122，所述测控子单元121，组合电器123，以及所述第二断路器113相连接，用于获取所述双绕组变压器122的温度值，并将所述温度值发送至所述测控子单元121，以及根据获取到的温度值，控制所述第二断路器113和所述组合电器123脱扣。

进一步的，当所述组合电器123脱扣时，组合电器123会将自身切换至脱扣状态的信息转换为状态信号，并将该状态信号发送至所述测控子单元121，由测控子单元121通过数据采集器120将所述状态信号上报至电站集控中心14。

相较于图1所示的现有光伏发电系统，本发明实施例是基于现有的逆变器和箱式变压器进行集成设计，对现有的逆变器和箱式变压器的改动小，工作人员可以将已经完成的逆变器和变压器进行简单改进即可实现逆变器和变压器的改动，从而降低了对现有光伏发电系统进行集成化改造时的改造难度和改造成本，实用性更强。

实施例二

基于实施例一所述的光伏发电系统，参阅图4所示，本发明实施例中光伏发电系统控制流程，包括：

步骤400：所述测控子单元121实时获取所述双绕组变压器122的相关参数；当所述测控子单元121检测到所述双绕组变压器122的相关参数满足预设条件时，所述测控子单元121控制所述第二断路器113和所述组合电器123脱扣。

本发明实施例中，所述双绕组变压器122的相关参数包括所述双绕组变压器122的温度值，所述双绕组变压器122输入侧的线电压值，所述双绕组变压器122输入侧的相电流值；所述相关参数满足预设条件包含以下三项中的至少一项，获取到的温度值达到预设温度门限值，获取到的线电压值达到预设线电压门限值，获取到的相电流值达到预设相电流门限值。

步骤410：当所述组合电器123脱扣时，所述组合电器123控制所述第二断路器113脱扣。

本发明实施例中，将组合电器123和第二断路器113设置为组合开关，当组合电器123动作脱扣时，第二断路器113即脱扣，从而保证了整个光伏发电系统的安全。

进一步的，当所述光伏发电系统包含温控器124时，所述温控器124位于所述双绕组变压器123和测控子单元121之间，一侧连接所述双绕组变压器123，另一侧连接第二断路器113和测控子单元121，以及组合电器123；具体的，所述温控器124实时获取所述双绕组变压器122的温度值；当所述温控器124检测获取到的温度值达到预设温度门限值时，控制所述第二断路器113和所述组合电器123脱扣。

可选的，在温控器124控制所述第二断路器113脱扣的同时，所述温控器124将所述温度值发送至所述测控子单元121；测控子单元121检测获取到的温度值达到预设温度门限值时，发出二次脱扣指令，控制所述第二断路器113和所述组合电器123脱扣。采用该技术方案，由温控器124和测控子单元121多重判断所述光伏发电系统是否发生故障，避免了当温控器124或测控子单元121任一元器件故障时导致的无法保障系统安全的问题，有效提高了系统可靠性。

本发明实施例中，当所述逆变器监控子单元112检测到所述直流/交流转换子单元111的状态参数满足故障状态条件时，所述逆变器监控子单元112控制所述第二断路器113脱扣；其中，所述直流/交流转换子单元111的状态参数满足故障状态条件至少包含以下四项中的至少一项，所述直流/交流转换子单元111的输入电压值达到预设电压门限值，所述直流/交流转换子单元111的输出电压值达到预设电压门限值，所述直流/交流转换子单元111的输入电流值达到预设电流门限值，所述直流/交流转换子单元111的输出电流值达到预设电流门限值。

进一步的，所述逆变器监控子单元112接收所述数据采集器120发送的数据；并根据接收到的数据，以及所述直流/交流转换子单元111的状态参数，经过自身的逻辑判断，确定满足脱扣条件时，所述逆变器监控子单元112通过所述数据采集器120将脱扣信息发送至所述测控子单元121，由所述测控子单元121根据所述脱扣信息，控制所述组合电器123脱扣；其中，所述数据包括所述双绕组变压器122的相关参数，所述组合电器123的状态信息和特征参数。可选的，所述状态信息包含所述组合电器123当前为闭合状态或者当前为断开状态，所述特征参数为所述组合电器的使用场景参数，型号等。

进一步的，所述测控子单元121接收所述数据采集器120发送的所述直流/交流转换子单元111的状态参数；所述测控子单元121根据所述直流/交流转换子单元111的状态参数，所述双绕组变压器122的相关参数，所述组合电器123的状态信息和特征参数，经过自身的逻辑判断，确定满足脱扣条件时，所述测控子单元121通过所述数据采集器120将脱扣信息发送至所述逆变器监控子单元112，由所述逆变器监控子单元112根据所述脱扣信息，控制所述第二断路器113脱扣。

基于此可见，本发明实施例中，可以通过四种途径控制第二断路器113脱扣：

第一种途径，测控子单元121根据双绕组变压器122的相关参数确定所述光伏发电系统发生故障时，控制所述第二断路器113脱扣，与此同时，控制所述组合电器123脱扣(参阅图3中①所示)。

第二种途径，温控器124根据所述双绕组变压器122的温度值，确定所述光伏发电系统故障时，控制所述第二断路器113脱扣，与此同时，控制所述组合电器123脱扣(参阅图3中②所示)。

第三种途径，无论基于何种原因，一旦组合电器123脱扣，则所述第二断路器113脱扣(参阅图3中③所示)。

第四种途径，数据采集器120根据测控子单元121或者逆变器测控子单元112上报的数据，确定系统出现故障时，即通知逆变器监控子单元112控制所述第二断路器脱扣(参阅图3中④所示)。

进一步的，当所述组合电器113脱扣时，所述组合电器123将自身已切换至脱扣状态信息转换为状态信号，并将该状态信号发送至所述测控子单元121；所述测控子单元121将所述状态信号转发至数据采集器120；所述数据采集器120将所述状态信号上报至电站集控中心14。

综上所述，本发明实施例中，将逆变器和箱式变压器进行集成，使逆变器单元和变压器单元位于一个机房中，无须建设两个单独的房间分别放置逆变器和箱式变压器，减少了两个设备之间的线缆使用量，降低了施工成本和施工难度，缩短了系统建设时间；并且，由于光伏组件侧和电网侧均存在防雷器，因此，本发明实施例省去逆变器单元和变压器单元中的防雷器，在保证光伏发电系统安全性能的基础上，进一步降低了系统安装成本，缩短了系统安装时间；进一步的，使测控子单元、逆变器监控子单元和组合电器均连接第二断路器，当测控子单元或逆变器监控子单元检测到系统出现故障时，或者当组合电器脱扣时，均能及时将第二断路器脱扣，使逆变器单元和变压器单元同时处于断电状态，从而保证了逆变器单元和变压器单元的安全；此外，本发明实施例基于现有的逆变器和箱式变压器进行集成设计，对现有的逆变器和箱式变压器的改动小，从而降低了对现有光伏发电系统进行集成化改造时的改造难度和改造成本，实用性更强。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。