CN104578171B - 一种直流光伏发电模块的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直流光伏发电模块的控制方法，属于光伏发电技术领域。该方法包括首先采用由直流光伏发电模块、GPRS模块、直流母线、逆变器、交流电网构成光伏发电***，将所有所述直流光伏发电模块作为基本单元进行并联，且均与所述直流母线相连，同时将所有直流光伏发电模块分为若干组，每组含有n个直流光伏发电模块和一个GPRS模块，与上位机实现无线通信；其次根据光伏组件输出电压和直流光伏发电模块输出功率进行故障检测和判断；最终根据直流母线电压确定各直流光伏发电模块的工作状态。本发明结构简单、控制灵活简便，故障诊断及定位快捷、准确，可彻底解决阴影等形成的热斑效应，实现发电效率最大化，尤其适合分布式光伏电站。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制方法，尤其是一种直流光伏发电模块的控制方法，属于光伏发电技术领域。
背景技术
目前常用的光伏发电***主要有集中式、串联式、多支路式等结构方案，但其缺点是：***中存在光伏组件的串联或并联，***的最大功率点跟踪是针对整个串并联光伏阵列或组件串，无法保证每个组件均运行在最大功率点，抗阴影能力差，甚至可能形成热斑，导致组件损坏，***可靠性低，大大降低了***的能量变换效率，同时也难以获得每个组件的状态信息。
针对上述缺点，有文献指出采用直流模块式结构方案。
CN103095180A公开了一种智能光伏模块及其控制方法，该方法为最大功率输出统一控制方法，即：将光伏电池组与DC-DC变换器相连组成光伏模块，然后将这些光伏模块串联在一起，由一个共用的最大功率跟踪单元统一控制每一个DC-DC变换器（为Buck电路），以期保证每一个光伏电池组在任何外部光照条件下都工作在其输出功率最优点。该方法仍然存在上述串联式光伏***缺陷，且存在***结构复杂、控制难、施工难等问题，同时也难以获得每个组件的状态信息。
CN102158094B公开了一种光伏发电DC-DC变换器的控制方法，该方法是将若干个DC-AC逆变器分别连接一个高频变压器，所有高频变压器的二次侧的一端连在一起，另一端分别连接单相二极管实现整流，组成光伏发电DC-DC变换器。当某一个光伏阵列模块的输出电压为零或当某一个光伏阵列模块的输出功率远小于其它光伏阵列模块的输出功率时，需要调整N相光伏发电DC-DC变换器中的各个DC-AC变换器的相角；而当光伏并网发电***中若干个光伏阵列模块发生问题使得其输出的最大功率大幅下降时，光伏发电DC-DC变换器的相数不做调整，但要调整发生问题的光伏阵列模块的输出电压为其它所有正常的光伏阵列模块输出电压的平均值。可见该光伏发电DC-DC变换器及其控制方法存在***结构复杂、控制复杂、施工难、成本高等问题，也没涉及到各个变换器的通信问题。
发明内容
本发明的主要目的在于：针对上述现有技术存在的缺点，提供一种结构简单、控制更加灵活简便、易于施工、智能化水平高的一种直流光伏发电模块的控制方法，通过将各个光伏发电模块作为基本单元进行并联，彻底解决阴影等形成的热斑效应，实现在任何光照条件下，尤其是在不匹配光照条件下，光伏发电***的发电效率最大化。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：
一种直流光伏发电模块，由光伏组件、直流微型变换器、通信模块组成，所述直流微型变换器一端与所述光伏组件相连，另一端与所述直流母线相连，所述直流微型变换器连接有自身的控制回路，所述控制回路与所述通信模块相连，实现直流升压、最大功率点跟踪（MPPT）和通信功能，彻底解决阴影等形成的热斑效应，大大提高发电效率。
所述直流微型变换器采用DC-AC-DC结构，首先通过DC-AC逆变，将光伏组件输出的直流电能变换为交流电能，然后通过高频变压器将电压升高，再通过AC-DC整流，将光伏组件的输出电压升高至所需直流电压。
本发明一种直流光伏发电模块的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，上述一种直流光伏发电模块在光伏发电***中采用以下连接方式：
1）光伏发电***包括直流光伏发电模块、GPRS模块、直流母线、逆变器、交流电网；所有所述直流光伏发电模块作为基本单元进行并联，且均与所述直流母线相连，将电能输送、汇至所述直流母线；所述逆变器一端与所述直流母线连接，将直流电能变换为交流电能，所述逆变器另一端与所述交流电网连接，实现并网；
2）将光伏发电***中所有所述直流光伏发电模块分为若干组；每组含有n个直流光伏发电模块（其中n≤255）和一个所述GPRS模块，每个直流光伏发电模块均通过其通信模块采用RS485总线与本组的GPRS模块相连；每组的GPRS模块与上位机实现无线通信，采集并上传本组所有直流光伏发电模块的状态信息，同时也下达上位机给各个直流光伏发电模块的指令，实现所有直流光伏发电模块的状态监控与故障诊断，方便***维护。
步骤2，光伏发电***运行中直流光伏发电模块的故障检测和判断：
1）各个光伏组件的输出电压近似相等，表明所有光伏组件工作正常；
2）正常光照情况下，当某一个直流光伏发电模块的输出功率远小于其邻近的直流光伏发电模块的输出功率时，表明该直流光伏发电模块的光伏组件出现了组件本身损坏、受局部阴影、鸟粪等杂物遮蔽的问题，或表明该直流光伏发电模块的直流微型变换器发生故障，此时发出报警信号；
3）正常光照情况下，当上位机接收不到一个或多个直流光伏发电模块数据时，表明这些直流光伏发电模块的通信模块或其所在组的GPRS模块发生故障，此时发出报警信号。
步骤3，确定直流光伏发电模块的工作状态：
1）始终监测直流母线电压；
2）当直流母线电压在正常范围（如：其额定电压的±15%）内，各个直流光伏发电模块工作在MPPT状态下，光伏发电***处于正常运行状态；
3）当直流母线电压高于某一限值（如其额定电压的115%）时，各个直流光伏发电模块将依次退出MPPT状态，进入恒压工作状态，直至直流母线电压在允许的范围内，此时，余下的直流光伏发电模块仍保持工作在原来工作状态；
4）当直流母线电压高于其上限值（如其额定电压的120%）时，各个直流光伏发电模块将依次工作于停机状态，直至直流母线电压在允许的范围内，此时，余下的直流光伏发电模块保持工作在原来工作状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1）直流光伏发电模块具有独立的最大功率点跟踪功能，可确保每个光伏组件均运行在最大功率点，直流光伏发电模块具有很高的抗局部阴影和组件电气参数失配能力，可彻底解决阴影等形成的热斑效应，极大地提高了光伏发电***在不匹配光照条件下的输出功率，实现了光伏发电***的发电效率最大化；
2）结构简单、控制更加灵活简便；
3）故障诊断及故障定位快捷、准确，***维护方便，大大缩短停机时间，进一步提高了***发电效率，且极大地提高了光伏发电***的智能化水平。
附图说明
图1为本发明一种直流光伏发电模块的构成示意图。
图2为本发明控制方法的***构成图。
其中，1-直流光伏发电模块；2-GPRS模块；3-直流母线；4-逆变器；5-交流电网；101-光伏组件；102-直流微型变换器；103-通信模块。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。
如附图1所示，本发明一种直流光伏发电模块的控制方法，所述直流光伏发电模块1由光伏组件101、直流微型变换器102、通信模块103组成，直流微型变换器102一端与光伏组件101相连，另一端与直流母线3相连，直流微型变换器101连接有自身的控制回路，所述控制回路与其通信模块103相连，实现直流升压、最大功率点跟踪（MPPT）和通信功能，彻底解决阴影等形成的热斑效应，大大提高***发电效率。
直流微型变换器102采用DC-AC-DC结构，首先通过DC-AC逆变，将光伏组件输出的直流电能变换为交流电能，然后通过高频变压器将电压升高，再通过AC-DC整流，将光伏组件的输出电压升高至所需直流电压（如800V或400V）。
如附图2所示，本发明一种直流光伏发电模块的控制方法，具体包括以下步骤：
步骤1，上述一种直流光伏发电模块1在光伏发电***中采用以下连接方式：
1）光伏发电***包括直流光伏发电模块1、GPRS模块2、直流母线3、逆变器4、交流电网5；将光伏发电***中所有直流光伏发电模块1作为基本单元进行并联，且均与直流母线3连接，将电能输送、汇至直流母线3；逆变器4的一端与直流母线3连接，将直流电能变换为交流电能，逆变器4的另一端与交流电网5连接，实现并网；
2）将光伏发电***中所有直流光伏发电模块1分为N组；每组含有n个直流光伏发电模块1（其中n≤255）和一个GPRS模块2，每个直流光伏发电模块1均通过其通信模块103采用RS485总线与本组的GPRS模块2相连；每组的GPRS模块2与上位机实现无线通信，采集并上传本组所有直流光伏发电模块1的状态信息，同时也下达上位机给各个直流光伏发电模块1的指令，实现所有直流光伏发电模块1的状态监控与故障诊断，方便***维护。
步骤2，光伏发电***运行中直流光伏发电模块1的故障检测和判断：
1）各个光伏组件101的输出电压近似相等，表明所有光伏组件101工作正常；
2）正常光照情况下，当某一个直流光伏发电模块1的输出功率远小于其邻近的直流光伏发电模块1的输出功率时，表明该直流光伏发电模块1的光伏组件101出现了组件本身损坏、受局部阴影、鸟粪等杂物遮蔽的问题，或表明该直流光伏发电模块1的直流微型变换器102发生故障，此时发出报警信号；
3）正常光照情况下，当上位机接收不到一个或多个直流光伏发电模块1的数据时，表明这些直流光伏发电模块1的通信模块103或其所在组的GPRS模块2发生故障，此时发出报警信号。
步骤3，确定直流光伏发电发电模块1的工作状态：
1）始终监测直流母线3的电压；
2）当直流母线3的电压在正常范围（如：其额定电压的±15%）内，各个直流光伏发电模块1工作在MPPT状态下，光伏发电***处于正常运行状态；
3）当直流母线3的电压高于某一限值（如其额定电压的115%）时，各个直流光伏发电模块1将依次退出MPPT状态，进入恒压工作状态，直至直流母线3的电压在允许的范围内，此时，余下的直流光伏发电模块1仍保持工作在原来工作状态；
4）当直流母线3的电压高于其上限值（如其额定电压的120%）时，各个直流光伏发电模块1将依次工作于停机状态，直至直流母线3的电压在允许的范围内，此时，余下的直流光伏发电模块1保持工作在原来工作状态。
除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (1)
1.一种直流光伏发电模块的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，一种直流光伏发电模块在光伏发电***中采用以下连接方式：
1）光伏发电***包括直流光伏发电模块、GPRS模块、直流母线、逆变器、交流电网；所有所述直流光伏发电模块作为基本单元进行并联，且均与所述直流母线相连，将电能输送、汇至所述直流母线；所述逆变器一端与所述直流母线连接，将直流电能变换为交流电能，所述逆变器另一端与所述交流电网连接，实现并网；
2）将光伏发电***中所有所述直流光伏发电模块分为若干组；每组含有不多于255个直流光伏发电模块和一个所述GPRS模块，每个直流光伏发电模块均通过其通信模块采用RS485总线与本组的GPRS模块相连；每组的GPRS模块与上位机实现无线通信，采集并上传本组所有直流光伏发电模块的状态信息，同时也下达上位机给各个直流光伏发电模块的指令，实现所有直流光伏发电模块的状态监控与故障诊断，方便***维护；
步骤2，光伏发电***运行中直流光伏发电模块的故障检测和判断：
1）各个光伏组件的输出电压近似相等，表明所有光伏组件工作正常；
2）正常光照情况下，当某一个直流光伏发电模块的输出功率远小于其邻近的直流光伏发电模块的输出功率时，表明该直流光伏发电模块的光伏组件出现了组件本身损坏、受局部阴影、杂物遮蔽的问题，或表明该直流光伏发电模块的直流微型变换器发生故障，此时发出报警信号；
3）正常光照情况下，当上位机接收不到一个或多个直流光伏发电模块数据时，表明这些直流光伏发电模块的通信模块或其所在组的GPRS模块发生故障，此时发出报警信号；
步骤3，确定直流光伏发电模块的工作状态：
1）始终监测直流母线电压；
2）当直流母线电压在正常范围内，各个直流光伏发电模块工作在MPPT状态下，光伏发电***处于正常运行状态；
3）当直流母线电压高于某一限值时，各个直流光伏发电模块将依次退出MPPT状态，进入恒压工作状态，直至直流母线电压在允许的范围内，此时，余下的直流光伏发电模块仍保持工作在原来工作状态；
4）当直流母线电压高于其上限值时，各个直流光伏发电模块将依次工作于停机状态，直至直流母线电压在允许的范围内，此时，余下的直流光伏发电模块保持工作在原来工作状态。
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