一种优化器控制方法、协调控制方法、装置和系统与流程

本发明涉及光伏发电技术领域，更具体地说，涉及一种优化器控制方法、协调控制方法、装置和系统。

背景技术：

图1给出了一种典型的光伏并网发电系统结构图，包括逆变器以及接在所述逆变器直流侧的一个或多个优化器组，所述多个优化器组输出并联，每一优化器组由多个配置有优化器的光伏组件串联而成。各优化器工作在mppt(maximumpowerpointtracking，最大功率点跟踪)模式，用于优化其所配置的光伏组件的输出功率。

所述逆变器正常发电时采用双环控制，此时直流母线电压恒定；当光伏并网发电系统遇到限功率控制、电网电压跌落或电网电压骤升等状况时，所述逆变器由双环控制切换为电流环控制，此时直流母线电压会迅速上升。举例说明：假设逆变器正常发电时，直流母线电压恒定为1200v，当遇到限功率控制时，多余的光伏能量会聚集在直流母线上，导致直流母线电压迅速上升；或者，当遇到电网电压跌落或骤升时，逆变器需要进行低电压穿越或高电压穿越，穿越过程中不仅要求逆变器限功率运行而且还可能出现电网侧倒灌能量的现象，这更会导致直流母线电压迅速上升。

但是，逆变器、优化器等长期运行在过高的直流母线电压下(例如不低于1400v)容易发生损坏。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种优化器控制方法、协调控制方法、装置和系统，以防止逆变器、优化器等长期运行在过高的直流母线电压下而发生损坏。

一种优化器控制方法，应用于光伏并网发电系统中的各优化器，所述光伏并网发电系统包括逆变器以及接在所述逆变器直流侧的一个或多个优化器组，所述多个优化器组输出并联，每一优化器组由多个配置有优化器的光伏组件串联而成；所述优化器控制方法包括：

获取优化器输出电压vout；

将vout与第一阈值vlim1、第二阈值vlim2、本优化器输出电压限幅值vlim比较大小；其中，vlim1≤vlim＜vlim2；

若vout＜vlim1，控制本优化器工作在最大功率点跟踪模式；

若vlim1≤vout≤vlim，控制本优化器工作在开关电源模式，所述开关电源模式是指将本优化器输出电压限制在vlim；

若vout≥vlim2，控制本优化器工作在能量回馈模式，所述能量回馈模式是指将本优化器输出功率回灌到光伏组件；

若vlim＜vout＜vlim2，控制本优化器维持当前工作模式。

一种协调控制方法，包括逆变器控制方法以及上述优化器控制方法；

所述逆变器控制方法包括：

获取直流母线电压值；

当所述直流母线电压值达到逆变器启动电压时，控制逆变器从脱网模式切换到电流环控制模式，控制电流环指令逐步增加，直至直流母线电压达到一定值时，控制逆变器切换到双环控制模式；

当逆变器工作在双环控制模式时，判断是否发生电网故障或达到限功率要求，若是，控制逆变器切换到电流环控制模式，再继续判断是否达到第一脱网条件，若达到第一脱网条件，控制逆变器切换成脱网模式，若未达到第一脱网条件，控制逆变器切换成双环控制模式；

当逆变器工作在双环控制模式时，若判断得到未发生电网故障而且未达到限功率要求，判断是否达到第二脱网条件，若达到第二脱网条件，控制逆变器切换成脱网模式。

其中，所述判断是否发生电网故障，包括：判断是否发生电网电压骤升或电网电压跌落。

其中，所述判断是否达到限功率要求，包括：判断是否接收到电网调度降额指令，或者判断是否发生逆变器输入功率大于逆变器输出功率。

一种优化器控制装置，应用于光伏并网发电系统中的各优化器，所述光伏并网发电系统包括逆变器以及接在所述逆变器直流侧的一个或多个优化器组，所述多个优化器组输出并联，每一优化器组由多个配置有优化器的光伏组件串联而成；所述优化器控制装置包括：

第一输入接口，用于获取优化器输出电压vout；

第一处理器，用于将vout与第一阈值vlim1、第二阈值vlim2、本优化器输出电压限幅值vlim比较大小；其中，vlim1≤vlim＜vlim2；若vout＜vlim1，控制本优化器工作在最大功率点跟踪模式；若vlim1≤vout≤vlim，控制本优化器工作在开关电源模式，所述开关电源模式是指将本优化器输出电压限制在vlim；若vout≥vlim2，控制本优化器工作在能量回馈模式，所述能量回馈模式是指将本优化器输出功率回灌到光伏组件；若vlim＜vout＜vlim2，控制本优化器维持当前工作模式。

一种协调控制装置，包括逆变器控制装置以及上述优化器控制装置；

所述逆变器控制装置包括：

第二输入接口，用于获取直流母线电压值；

第二处理器，用于在所述直流母线电压值达到逆变器启动电压时，控制逆变器从脱网模式切换到电流环控制模式，控制电流环指令逐步增加，直至直流母线电压达到一定值时，控制逆变器切换到双环控制模式；当逆变器工作在双环控制模式时，判断是否发生电网故障或达到限功率要求，若是，控制逆变器切换到电流环控制模式，再继续判断是否达到第一脱网条件，若达到第一脱网条件，控制逆变器切换成脱网模式，若未达到第一脱网条件，控制逆变器切换成双环控制模式；当逆变器工作在双环控制模式时，若判断得到未发生电网故障而且未达到限功率要求，判断是否达到第二脱网条件，若达到第二脱网条件，控制逆变器切换成脱网模式。

其中，所述电网故障包括电网电压骤升或电网电压跌落。

其中，所述达到限功率要求，包括：接收到电网调度降额指令，或者发生逆变器输入功率大于逆变器输出功率。

从上述的技术方案可以看出，假设逆变器正常发电时直流母线电压vbus恒定为1200v，vbus≥1400v时会对逆变器、优化器等造成一定潜在危害，则本发明通过使各优化器在vbus≥1400v时切换到能量回馈模式来降低vbus，当vbus降低至vbus_lim(1200v<vbus_lim<1400v)时再使各优化器切换到开关电源模式来将vbus限制在vbus_lim的水平，这样便防止了vbus长期维持在1400v及以上的电压水平，延长了逆变器、优化器等的寿命。

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为现有技术公开的一种光伏并网发电系统结构示意图；

图2为本发明实施例公开的一种优化器控制方法流程图；

图3为本发明实施例公开的一种逆变器控制方法流程图；

图4为本发明实施例公开的一种优化器控制装置结构示意图；

图5为本发明实施例公开的一种逆变器控制装置结构示意图。

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。

参见图2，本发明实施例公开了一种优化器控制方法，该方法应用于如图1所示光伏并网发电系统中的各优化器，以防止逆变器、优化器等长期运行在过高的直流母线电压下而发生损坏，该方法包括：

步骤s01：获取优化器输出电压vout。

步骤s02：将vout与第一阈值vlim1、第二阈值vlim2、本优化器输出电压限幅值vlim比较大小；其中，vlim1≤vlim＜vlim2。

若vout＜vlim1，进入步骤s03；若vlim1≤vout≤vlim，进入步骤s04；若vout≥vlim2，进入步骤s05；若vlim＜vout＜vlim2，进入步骤s06。

步骤s03：控制本优化器工作在mppt模式。所述mppt模式是指实现对光伏组件的mppt控制。mppt模式下的能量流向为：功率从光伏组件传输到本优化器输入端，再从本优化器输入端传输到本优化器输出端。

步骤s04：控制本优化器工作在开关电源模式，所述开关电源模式是指将本优化器输出电压限制在vlim。所述开关电源模式下的能量流向为：功率从光伏组件传输到本优化器输入端，再从本优化器输入端传输到本优化器输出端。

步骤s05：控制本优化器工作在能量回馈模式，所述能量回馈模式是指将本优化器输出功率回灌到光伏组件。所述能量回馈模式下的能量流向为：利用光伏组件能够承受一定的反向电流的特性，使功率从本优化器输出端传输到本优化器输入端，再从本优化器输入端传输到配置有本优化器的光伏组件。

步骤s06：控制本优化器维持当前工作模式。

本实施例的工作原理具体描述如下。

假设逆变器正常发电时直流母线电压vbus恒定为vbus_0，当光伏并网发电系统遇到限功率控制、电网电压跌落或电网电压骤升等状况时会导致vbus迅速上升，当其上升到vbus_lim2及以上时会对逆变器、优化器等造成一定潜在危害，所以本发明期望vbus的上升是有一定限制的，即期望vbus能够最终被限制在vbus_lim(vbus_0＜vbus_lim＜vbus_lim2)的水平，具体的：本发明期望以vbus_lim1(vbus_lim1为等于或略小于vbus_lim的值，例如可以设置vbus_lim1＝98％*vbus_lim)、vbus_lim、vbus_lim2为界调节vbus，调节方案为，当vbus＜vbus_lim1时，保持各优化器工作在mppt模式，在此期间若vbus升高到了vbus_lim1≤vbus≤vbus_lim，说明vbus已达到或非常接近vbus_lim，此时将vbus限制在vbus_lim，之后若vbus继续升高到了vbus≥vbus_lim2，减小vbus，当vbus减小到vbus_lim1≤vbus≤vbus_lim时，将vbus限制在vbus_lim，之后若vbus继续减小到了vbus＜vbus_lim1，保持各优化器工作在mppt模式。从而，就能够防止逆变器、优化器等长期运行在vbus_lim2及以上的过高直流母线电压下而发生损坏。

其中，上述以vbus_lim1、vbus_lim、vbus_lim2为界调节vbus的方案，实质是：当vbus≥vbus_lim2时，减小vbus；当vbus_lim1≤vbus≤vbus_lim时，将vbus维持在vbus_lim；当vbus＜vbus_lim1时，保持各优化器工作在mppt模式；当vbus_lim＜vbus＜vbus_lim2时，维持当前状态(也就是说，若当前状态为减小vbus则仍继续减小vbus，若当前状态为将vbus维持在vbus_lim则继续维持)。

在光伏并网发电系统中各优化器输出电压相等的理想状态下，上述以vbus_lim1、vbus_lim、vbus_lim2为界调节vbus的方案，具体可通过以vbus_lim1、vbus_lim、vbus_lim2为界限划分出光伏并网发电系统中各优化器的三种工作模式的方式来实现。而且，由于各优化器输出电压之和等于直流母线电压，所以所述理想状态下，任一优化器输出电压vout＝vbus/n(n为每一优化器组中优化器的总个数)，那么各优化器完全可以根据自身输出电压vout的变化来判断vbus的变化，从而根据自身输出电压vout的变化来独立切换自身的三种工作模式。基于此，在所述理想状态下，假设vbus分别为vbus_lim1、vbus_lim、vbus_lim2时，各优化器输出电压vout分别为vlim1、vlim、vlim2，则其实现方式具体为：

1)“当vbus≥vbus_lim2时，减小vbus”所对应的具体实现方式为：优化器在检测到vout≥vlim2时，控制本优化器工作在能量回馈模式，将本优化器输出功率回灌到配置有本优化器的光伏组件，从而降低本优化器输出电压vout，进而降低vbus；

2)“当vbus_lim1≤vbus≤vbus_lim时，将vbus维持在vbus_lim”所对应的具体实现方式为：优化器在检测到vlim1≤vout≤vlim时，控制本优化器工作在开关电源模式，所述开关电源模式是指将本优化器输出电压维持在一定值vlim；

3)“当vbus＜vbus_lim1，保持各优化器工作在mppt模式”所对应的具体实现方式为：优化器在检测到vout＜vlim1时，控制本优化器工作在mppt模式；

4)“当vbus_lim＜vbus＜vbus_lim2时，维持当前状态”所对应的具体实现方式为：优化器在检测到vlim＜vout＜vlim2时，控制本优化器维持当前工作模式。

可见，本实施例通过使各优化器在vbus≥vbus_lim2时切换到能量回馈模式来降低vbus，当vbus降低至vbus_lim时再使各优化器切换到开关电源模式来将vbus限制在vbus_lim的水平，从而防止了vbus长期维持在vbus_lim2及以上的电压水平，延长了逆变器、优化器等的寿命。

举例说明，假设图1所示光伏并网发电系统的每一优化器组中有20个优化器，逆变器正常发电时直流母线电压恒定为1200v，优化器和逆变器所能够承受的最高直流母线电压为1400v，优化器的vlim1、vlim、vlim2分别为64v、65v、70v，则：当因限功率控制、电网电压跌落或电网电压骤升等原因导致直流母线电压迅速上升至1300v时，优化器由于检测到vout＝65v，从mppt模式切换到开关电源模式，将各优化器输出电压限制在65v。若由于限功率控制、电网电压跌落或电网电压骤升等影响程度增大，使得直流母线电压进一步上升至1420v，优化器由于检测到vout＝71v≥70v，从开关电源模式切换到能量回馈模式，当vout降低至65v时进入开关电源模式，从而将直流母线电压维持在了1300v的限额值，防止了逆变器、优化器等长期运行在1400v及以上的过高直流母线电压下而发生损害。

最后需要说明的是，在光伏并网发电系统中各优化器输出电压相等的理想状态下，各优化器以vlim1、vlim、vlim2为界限划分出自身三种工作模式，就是以vbus_lim1、vbus_lim、vbus_lim2为界限划分出自身三种工作模式。但实际上，各优化器的工作状态可能是略有偏差的，此时各优化器以vlim1、vlim、vlim2为界限划分出自身三种工作模式，实质是以略小于vbus_lim1的值、略小于vbus_lim的值、略小于vbus_lim2的值为界限划分出自身三种工作模式，此时直流母线电压不会超出所述略小于vbus_lim的值。但只要令各优化器以vlim1、vlim、vlim2为界限划分出自身三种工作模式，不论是理想状态下还是实际上，都能够实现防止逆变器、优化器等长期运行在vbus_lim及以上的过高直流母线电压下而发生损害，从而解决了现有技术存在的问题。

此外，光伏并网发电系统遇到限功率控制、电网电压跌落或电网电压骤升等状况时所产生的直流母线电压迅速上升，很大程度上是由于在出现该状况时进行逆变器控制所导致的，而本实施例提供的上述优化器控制方法又能防止直流母线电压过高。可见，光伏并网发电系统遇到限功率控制、电网电压跌落或电网电压骤升等状况时，可以通过对逆变器和优化器进行协调控制来满足系统可靠性要求。对此，本实施例还公开了一种协调控制方法，包括逆变器控制方法以及如上述公开的优化器控制方法。

参见图3，所述逆变器控制方法，包括：

步骤s01：获取直流母线电压值vbus；

步骤s02：当vbus达到逆变器启动电压时，控制逆变器从脱网模式切换到电流环控制模式，控制电流环指令逐步增加，直至vbus达到一定值时，控制逆变器切换到双环控制模式。

具体的，所述双环控制模式，就是电压外环电流内环控制模式，此模式下，控制直流母线电压达到电压环指令，系统开始正常运行发电。

步骤s03：判断是否发生电网故障或达到限功率要求，若是，进入步骤s04；若否，进入步骤s08。

具体的，所述判断是否发生电网故障，包括：判断是否发生电网电压骤升或电网电压跌落。所述判断是否达到限功率要求，包括：判断是否接收到电网调度降额指令，或者判断是否发生逆变器输入功率大于逆变器输出功率。

步骤s04：控制逆变器切换到电流环控制模式，此时电流环指令(有功和无功电流)根据电网故障状态或限功率条件进行相应设置即可，之后进入步骤s05；

步骤s05：判断是否达到第一脱网条件(例如电网故障未解除等)，若是，进入步骤s06；若否，进入步骤s07。

进入步骤s06；控制逆变器切换成脱网模式，返回步骤s01。

步骤s07；控制逆变器切换成双环控制模式，返回步骤s03。

步骤s08：判断是否达到第二脱网条件(例如接收到紧急停机封波命令等)，若是，进入步骤s09；若否，返回步骤s03。

步骤s09；控制逆变器切换成脱网模式，返回步骤s01。

可见，本实施例公开的协调控制方法中，逆变器与优化器之间不进行通讯，而是以直流母线电压作为媒介进行协调控制，即逆变器和优化器均是根据直流母线电压进行工作模式切换。本实施例能够在光伏并网发电系统遇到限功率控制、电网电压跌落或电网电压骤升等状况时，满足系统可靠性要求，防止了逆变器、优化器等长期运行在过高直流母线电压下而发生损害。

此处需要说明的是，图1仅给出了图2、图3所示技术方案所应用的光伏并网发电系统的最基本结构，当在图1所示光伏发电系统中额外添加了汇流箱、防雷器等用于提高系统可靠性和可维护性的设备后，图2、图3所示技术方案同样适用。

参见图4，本发明实施例还公开了一种优化器控制装置，应用于如图1所示光伏并网发电系统中的各优化器；所述优化器控制装置包括：

第一输入接口100，用于获取优化器输出电压vout；

第一处理器200，用于将vout与第一阈值vlim1、第二阈值vlim2、本优化器输出电压限幅值vlim比较大小；其中，vlim1≤vlim＜vlim2；若vout＜vlim1，控制本优化器工作在最大功率点跟踪模式；若vlim1≤vout≤vlim，控制本优化器工作在开关电源模式，所述开关电源模式是指将本优化器输出电压限制在vlim；若vout≥vlim2，控制本优化器工作在能量回馈模式，所述能量回馈模式是指将本优化器输出功率回灌到光伏组件；若vlim＜vout＜vlim2，控制本优化器维持当前工作模式。

本发明实施例还公开了一种协调控制装置，包括逆变器控制装置以及如图4所述的优化器控制装置；

参见与5，所述逆变器控制装置包括：

第二输入接口300，用于获取直流母线电压值；

第二处理器400，用于在所述直流母线电压值达到逆变器启动电压时，控制逆变器从脱网模式切换到电流环控制模式，控制电流环指令逐步增加，直至直流母线电压达到一定值时，控制逆变器切换到双环控制模式；当逆变器工作在双环控制模式时，判断是否发生电网故障或达到限功率要求，若是，控制逆变器切换到电流环控制模式，再继续判断是否达到第一脱网条件，若达到第一脱网条件，控制逆变器切换成脱网模式，若未达到第一脱网条件，控制逆变器切换成双环控制模式；当逆变器工作在双环控制模式时，若判断得到未发生电网故障而且未达到限功率要求，判断是否达到第二脱网条件，若达到第二脱网条件，控制逆变器切换成脱网模式。

其中，所述电网故障包括电网电压骤升或电网电压跌落。

其中，所述达到限功率要求，包括：接收到电网调度降额指令，或者发生逆变器输入功率大于逆变器输出功率。

综上所述，假设逆变器正常发电时直流母线电压vbus恒定为1200v，vbus≥1400v时会对逆变器、优化器等造成一定潜在危害，则本发明通过使各优化器在vbus≥1400v时切换到能量回馈模式来降低vbus，当vbus降低至vbus_lim(1200v<vbus_lim<1400v)时再使各优化器切换到开关电源模式来将vbus限制在vbus_lim的水平，这样便防止了vbus长期维持在1400v及以上的电压水平，延长了逆变器、优化器等的寿命。

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。

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实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例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。