光伏逆变器及其功率调节方法以及光伏系统与流程

本技术涉及电子电力，尤其涉及一种光伏逆变器及其功率调节方法以及光伏系统。

背景技术：

1、光伏系统是一种利用光伏太阳能板的光生伏特效应将太阳光辐射能转换为电能以供市电电网使用的新型发电系统。光伏逆变器是光伏系统中的核心部件，其主要负责将光伏组件产生的直流电转换为交流电，并向市电电网输出该交流电以供市电电网使用。两级式逆变器是一种广泛应用的光伏逆变器，包括直流变换单元和交流逆变单元，其中直流变换单元主要负责对光伏组件进行最大功率点跟踪(maximum power point tracking，mppt)，交流逆变单元主要负责将直流变换单元跟踪的最大功率并入电网。在最大功率点跟踪过程中，直流变换单元一般以固定的步长扰动光伏组件的端口电压，进而达到最大功率跟踪的目的，在稳态时直流变换单元运行在光伏组件的最大功率点附近。

2、考虑到光伏逆变器的并网功率(即电网的输入功率或交流逆变单元的输出功率)存在快速功率变化的需求，其对直流变换单元同样提出了快速功率调节的需求。如果直流变换单元的功率控制速度慢，则会与交流逆变单元的输出功率不匹配。目前，当光伏逆变器的并网功率发生快速功率降低需求时，直流变换单元通过计算功率变化量，以一定步长控制光伏组件的端口电压往光伏组件的开路电压方向移动，进而降低直流变换单元的输出功率。当光伏逆变器的并网功率发生快速功率升高需求时，直流变换单元通过计算功率变化量，以一定步长控制光伏组件的端口电压往光伏组件的短路电压方向移动，进而升高直流变换单元的输出功率。

3、但直流变换单元通过感知功率变化量，再以一定步长控制光伏组件的端口电压来控制直流变换单元的输出功率，存在功率响应速度慢、直流变换单元的输出功率与交流逆变单元的输出功率不能快速匹配的问题。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种光伏逆变器及其功率调节方法以及光伏系统，可以提高光伏逆变器的功率响应速度，使直流变换单元的输出功率与交流逆变单元的输出功率快速达到匹配。

2、第一方面，本技术提供一种光伏逆变器，该光伏逆变器包括直流变换单元、交流逆变单元、控制单元以及直流母线；直流变换单元的输入端用于连接光伏组件，直流变换单元的输出端通过直流母线与交流逆变单元的输入端连接，交流逆变单元的输出端用于连接负载。控制单元，用于在负载功率小于光伏组件在当前光照环境下输出的最大功率时，控制直流变换单元从mppt模式切换到母线恒定模式，以使直流变换单元的输入电压随着负载功率变化，从而使光伏组件的输出功率与光伏逆变器所需的输出功率保持同步调整，母线恒定模式为将直流变换单元的输出电压调节至恒定值或预设范围。因此，本技术的控制单元在负载功率小于光伏组件在当前光照环境下输出的最大功率时，控制直流变换单元从mppt模式切换到母线恒定模式，以使直流变换单元的输入电压随着负载功率变化，从而提升直流变换单元的功率响应速度，并且可以使直流变换单元的输出功率与交流逆变单元的输出功率快速达到匹配。

3、可选的，本技术的预设范围大于交流逆变单元的输出电压峰值，这样可以保证交流逆变单元能够输出电流。本技术的预设范围还可以小于一个值，这个值可以根据实际应用场景中的实验数据获得。

4、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，当直流变换单元处于mppt模式时，直流变换单元执行mppt来最大化自身的输出功率。直流变换单元在执行mppt时，可以以固定的步长扰动光伏组件的端口电压(也即直流变换单元的输入电压)，进而达到最大功率跟踪的目的。当直流变换单元处于母线恒定模式时，直流变换单元将自己的输出电压调节至恒定值或预设范围，来使母线电压保持恒压状态。这里的恒压状态并不是指电压恒定某一个值不变，这里的恒压状态是相对而言的，当然恒压状态可以允许一定范围内的波动。因此，上述控制单元用于在直流变换单元从mppt模式切换到母线恒定模式时，通过由控制直流变换单元的输入电压切换到通过调整直流变换单元控制信号的占空比来控制直流变换单元的输出电压调节至恒定值或预设范围。

5、可理解，当负载功率发生变化时，会引起母线电压出现短暂的波动。示例性的，当负载功率增大时，母线电压会出现暂态跌落现象；当负载升高时，母线电压会出现暂态抬升现象。

6、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，在负载功率为零时，直流变换单元处于母线恒定模式下，直流变换单元可以基于光伏组件提供的输入电压提升直流变换单元的输出电压至母线参考电压值，以实现母线恒定模式。其中，该母线参考电压值大于预设范围的下限值且小于预设范围的上限值，也就是说该母线参考电压值是预设范围内的一个取值。

7、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，在负载功率上升至大于零且小于光伏组件在当前光照环境下输出的最大功率时，直流变换单元仍然处于母线恒定模式下，直流变换单元在检测到直流变换单元的输出电压跌落至小于母线参考电压值时，提升光伏组件的输出功率以使直流变换单元的输出电压升高至母线参考电压值，以实现母线恒定模式。

8、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，直流变换单元处于母线恒定模式下负载功率跌落时，直流变换单元在检测到直流变换单元的输出电压上升至大于母线参考电压值时，降低光伏组件的输出功率以使直流变换单元的输出电压减小至母线参考电压值，以实现母线恒定模式。

9、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，控制单元，还用于在负载功率大于或等于光伏组件在当前光照环境下输出的最大功率时，控制直流变换单元从母线恒定模式切换到mppt模式，以对光伏组件进行mppt。

10、可选的，直流变换单元处于mppt模式下，交流逆变单元检测到直流变换单元的输出电压不等于母线参考电压值时，降低交流逆变单元的输出功率以使直流变换单元的输出电压调节至母线参考电压值。

11、第二方面，本技术提供一种光伏逆变器的功率调节方法，应用于光伏逆变器。该光伏逆变器包括直流变换单元、交流逆变单元、以及直流母线，直流变换单元的输入端用于连接光伏组件，直流变换单元的输出端通过直流母线与交流逆变单元的输入端连接，交流逆变单元的输出端用于连接负载。在该方法中，检测负载功率和光伏组件在当前光照环境下输出的最大功率；在负载功率小于光伏组件在当前光照环境下输出的最大功率时，控制直流变换单元从mppt模式切换到母线恒定模式，以使直流变换单元的输入电压随着负载功率变化，从而使光伏组件的输出功率与光伏逆变器所需的输出功率保持同步调整，该母线恒定模式为将直流变换单元的输出电压调节至恒定值或预设范围。

12、本技术通过实时监测负载功率和光伏组件在当前光照环境下输出的最大功率，并在负载功率小于光伏组件在当前光照环境下输出的最大功率时，控制直流变换单元从mppt模式切换到母线恒定模式，以使直流变换单元的输入电压随着负载功率变化，从而使光伏组件的输出功率与光伏逆变器所需的输出功率保持一致，可以提高光伏逆变器的功率响应速度，使直流变换单元的输出功率与负载功率快速达到匹配。

13、可选的，本技术的预设范围大于交流逆变单元的输出电压峰值，这样可以保证交流逆变单元能够输出电流。本技术的预设范围还可以小于一个值，这个值可以根据实际应用场景中的实验数据获得。

14、需要说明的是，当直流变换单元处于mppt模式时，直流变换单元执行mppt来最大化自身的输出功率。直流变换单元在执行mppt时，可以以固定的步长扰动光伏组件的端口电压(也即直流变换单元的输入电压)，进而达到最大功率跟踪的目的。当直流变换单元处于母线恒定模式时，直流变换单元将自己的输出电压调节至恒定值或预设范围，来使母线电压保持恒压状态。这里的恒压状态并不是指电压恒定某一个值不变，这里的恒压状态是相对而言的，当然恒压状态可以允许一定范围内的波动。

15、结合第二方面，在一种可能的实现方式中，控制直流变换单元从mppt模式切换到母线恒定模式包括：在控制直流变换单元从mppt模式切换到母线恒定模式时，调整直流变换单元控制信号的占空比以由控制直流变换单元的输入电压切换到控制直流变换单元的输出电压调节至恒定值或预设范围。

16、可理解，当负载功率发生变化时，会引起母线电压出现短暂的波动。示例性的，当负载功率增大时，母线电压会出现暂态跌落现象；当负载升高时，母线电压会出现暂态抬升现象。

17、结合第二方面，在一种可能的实现方式中，控制直流变换单元从mppt模式切换到母线恒定模式之后，该方法还包括：在负载功率为零时，基于光伏组件提供的输入电压提升直流变换单元的输出电压至母线参考电压值，以实现母线恒定模式。其中，该母线参考电压值大于预设范围的下限值且小于预设范围的上限值，也就是说该母线参考电压值是预设范围内的一个取值。

18、结合第二方面，在一种可能的实现方式中，控制直流变换单元从mppt模式切换到母线恒定模式之后，该方法还包括：在负载功率上升至大于零且小于光伏组件在当前光照环境下输出的最大功率时，在检测到直流变换单元的输出电压跌落至小于母线参考电压值时，提升光伏组件的输出功率以使直流变换单元的输出电压升高至母线参考电压值，以实现母线恒定模式。

19、结合第二方面，在一种可能的实现方式中，控制直流变换单元从mppt模式切换到母线恒定模式之后，该方法还包括：在负载功率跌落时，在检测到直流变换单元的输出电压上升至大于母线参考电压值时，降低光伏组件的输出功率以使直流变换单元的输出电压减小至母线参考电压值，以实现母线恒定模式。

20、结合第二方面，在一种可能的实现方式中，该方法还包括：在负载功率大于或等于光伏组件在当前光照环境下输出的最大功率时，控制直流变换单元从母线恒定模式切换到mppt模式以对光伏组件进行mppt。

21、可选的，控制直流变换单元从母线恒定模式切换到mppt模式之后，该方法还包括：在检测到直流变换单元的输出电压不等于母线参考电压值时，降低交流逆变单元的输出功率以调节直流变换单元的输出电压至母线参考电压值。

22、可选的，降低交流逆变单元的输出功率以调节直流变换单元的输出电压至母线参考电压值之后，该方法还包括：控制光伏组件的端口电压减小至目标电压值，该目标电压值小于光伏组件在当前光照环境下输出的最大功率所对应的电压值。这样，不仅可以降低光伏组件的输出功率，还可以减少直流变换单元和交流逆变单元失效的可能性。

23、第三方面，本技术提供一种光伏系统，该光伏系统包括光伏组件，和上述第一方面或第一方面的任意一种可能实现方式中的光伏逆变器，或者采用了上述第二方面或第二方面的任意一种可能实现方式的方法的光伏逆变器。该光伏逆变器的输入端连接光伏组件，该光伏逆变器的输出端用于连接负载；该光伏逆变器用于将该光伏组件的直流电转换为交流电并输入到负载中，在负载功率小于光伏组件在当前光照环境下输出的最大功率时，控制直流变换单元从mppt模式切换到母线恒定模式，以使直流变换单元的输入电压随着负载功率变化，从而使光伏组件的输出功率与光伏逆变器所需的输出功率保持同步调整，该母线恒定模式为将直流变换单元的输出电压调节至恒定值或预设范围。

24、可理解，上述各个方面的实现和技术效果可以相互参考，此处不再赘述。