CN110291694B

CN110291694B - 参与配电网调频的光伏设备逆变器的功率控制

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Publication number: CN110291694B
Application number: CN201780086273.4A
Authority: CN
Inventors: 安托伊内·罗塞; 高西厄·代利莱
Original assignee: Electricite de France SA
Current assignee: Electricite de France SA
Priority date: 2016-12-12
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2023-03-14
Anticipated expiration: 2037-11-24
Also published as: US10790673B2; US20190305561A1; EP3552293B1; EP3552293A1; FR3060229A1; FR3060229B1; CN110291694A; WO2018108481A1

Abstract

本发明涉及控制由光伏板设备所产生的发电量，以建立功率储备以及确定在设备中的N个逆变器的产能管理。该方法以迭代方式实施，包括如下步骤：‑向N个逆变器组中的k个逆变器发出各自的设置点，使得每个逆变器都能产生最大功率(a)，其中k<N，k个逆变器被确定用于该方法的给定迭代，且从k个逆变器获得由k个逆变器分别所产生最大功率的测量值，并将测量值存储在存储器中(c)，所述存储器具有在该方法的先前迭代过程中从N‑k个附加逆变器所获得的N‑k个其它测量值；‑通过读取存储器的内容来估计设备的N个逆变器组所能产生的最大总功率(d)，并获得与所要建立的储备功率量相关的信息，并确定所要产生的整体功率，使得在所述整体功率与所述总的最大功率之间的差值对应于所要建立的储备功率量(e)，‑保持k个逆变器的设置点，以产生最大功率，并向N‑k个附加逆变器发出各自的设置点，以产生小于最大功率的目标功率，使得N‑k个目标功率和k个最大功率之和对应于所要产生的所述整体功率(f)，以及‑从N个逆变器中选择一个或多个后续逆变器，以在该方法的下一次迭代中替换k个逆变器。

Description

参与配电网调频的光伏设备逆变器的功率控制

技术领域

本发明涉及一种用于发电的光伏设备的管理，包括确保设备的光伏板和配电网之间连接的多个逆变器。

本发明尤其涉及一种方法，所述方法使得这种设备能够参与调节配电网的频率，而不需要使用电能储存装置且不需要修改当前市场上可买到的逆变器的内部控制。

背景技术

当前，至少在法国，需要调整频率(法国的标称频率为50赫兹)的服务主要是由传统生产商(负责产生水电、核能等)来实施。通常被称为“可再生能源”(风能、光伏等)的能源类型的生产商则被免除在外。

调频服务旨在帮助将配电网的频率稳定在标称频率(在法国50赫兹)周围。为实现这一目标，就要求一些生产商(特别是法国的传统生产商)：

-当在配电网中观察到欠频时增加功率(***中的生产不足或者过度消耗的症状)，

-当观察到超频时降低功率(生产过剩或者消耗不足的症状)。

传统生产商可以通过将其设备的标称设置点设置在电站最大功率以下的方式进行。例如，当频率低于其标称值50Hz，例如49.8Hz，那么它需要设备能产生更多电能(更准确地说是更多有功功率)来补偿生产不足以及确保配电网频率返回其50Hz的标称值。相反，在观察到配电网中过频时，则可能需要生产商暂时减少其生产(高于标称频率的频率，例如，在法国，是50.2赫兹而不是50赫兹，这是***中电能生产过量的情况)。

此外，通过非常快地从贮备中释放动态频率支持，可能提高敏感网络(例如岛屿***)中的供应质量，因为可以在中断后非常快速的发生。

现在，至少在法国，再生能源(风能、光伏等)的生产商是在免除参加频率调节之外的。

因此，光伏设备通常是被管理的，这样光伏板在任何时候都能获得最大的可用太阳能。该管理是由每个逆变器的内部控制来完成的，其算法使其能够找到太阳能电池板的最优操作点(电流、电压)，从而获取尽可能大的功率。通常用于实现该控制的算法类型被称之为“最大功率点跟踪”(以下简称“MPPT”)并且包括查找由每个面板所提供的最大功率，作为应用于其终端的电压函数。相关联的操作点被称为“最大功率点”(以下简称“MPP”)。

然而，随着电网中再生能源的大量增长，越来越多地要求全新设备(包括那些“可再生能源”)能够参与动态频率的支持和/或调节。

在过频情况下，现有的解决方案是暂时降低可再生能源生产商的发电量。这些解决方案仅仅只允许参与“向下”贮备(换句话说，当频率增加时减少产量)。对于使用例如风能的生产商，有可能通过控制涡轮机的机械速度或风力涡轮机叶片的俯仰角来减少所产生的发电量。

在光伏设备的情况下，有可能通过远离与供应光伏设备的面板的操作点MPP相对应的电压来减少所产生的发电量。在以申请人名义提交的文件FR 15 59128中提出了这样的实施例。然而，这种策略涉及了与一个光伏板或一组光伏板相连接的逆变器的内部控制。但是，逆变器通常是由制造商锁定的，因此它只能***作人员作为“黑匣子”来使用。

另一方面，许多商业逆变器允许功率管理，即，操作人员可以向逆变器发送一个有功功率设置点P_cons，且只要该功率保持低于对应于MPP的PMPP，该功率就将作为逆变器的输出产生(具有一定的精度和一定的延迟)。如果功率设置点P_cons大于逆变器的PMPP，所产生的功率将限于最大的可用功率，换句话说为功率PMPP(以下简称“MPP”)。具体地说，光伏逆变器的操作人员可以通过发送低于逆变器MPP的功率设置点来降低所产生的功率。因此，该功率P_cons可以被视为有功功率的限制设置点。

为了能够在频率降低的情况下支持配电网，可以保持“向上”贮备，从而保持可用功率和实际注入配电网的功率之间的余量。主要资源(风能，太阳等)的可变性使得这种贮备变得特别困难。

通常适于应对这种困难且有助于动态频率支持和/或调节的技术解决方案是在设备内添加存储装置。然而，该解决方案具有对存储装置附加投资的主要缺点。

本发明旨在改善这种情况。

发明内容

为此，提出了对光伏逆变器操作的内在修改并因此对光伏逆变器的管理的常规模式进行了修改。

根据第一方面，本发明提出一种方法，由计算机装置来实施，用于控制由光伏板设备所产生的功率，以便建立功率储备，该设备包括一组用于管理由所述光伏板所产生的功率的N个逆变器，该方法在一组N个逆变器中连续的逆变器上迭代地进行，包括：

-向N个逆变器组中的k个逆变器发出各自的设置点，使得每个逆变器都能产生最大功率，数字k小于数字N，并方法的给定迭代确定k个逆变器；

-从k个逆变器获得由k个逆变器分别所产生的最大功率的测量，并将k个逆变器的所述测量存储在存储器中，所述存储器进一步存储在该方法的至少一个先前迭代期间从N-k个附加逆变器所获得的N-k个测量值，

-通过读取存储器的内容来估计设备的N个逆变器组所能产生的最大总功率，

-获得与所要建立的储备功率量有关的信息，并确定所要产生的整体功率，使得在所述整体功率与所述总最大功率之间的差值对应于所要建立的储备功率量，

-保持k个逆变器的设置点，以产生最大功率，并向N-k个附加逆变器发出各自的设置点，以产生小于最大功率的目标功率，使得N-k个目标功率和k个最大功率之和对应于所要产生的所述整体功率，

-从N个逆变器中选择一个或多个后续逆变器，以在该方法的下一次迭代中替换k个逆变器。

因此，本发明简单地使用已知逆变器的当前能力来确定用于传递最大功率的操作点，以使通过所有逆变器的最大功率的循环确定来确定设备的可能功率储备成为可能。然后对这些逆变器中的一些逆变器(k个逆变器)进行管理，使它们达到最大功率，同时其它逆变器(N-k个逆变器)可用于参与建立储备，并且这是依次完成的(例如通过循环排列)。因此，本发明仅需要与逆变器进行通信的计算机设备，以便根据本方法来管理它们的运行。

在一个有利的实施例中，在向k个逆变器发出设置点和获得k个逆变器的最大功率测量值之间实施延迟(delay)，以考虑在每个逆变器搜索所能产生的最大功率中的延迟。这种搜索通常可以是预先存在的例程(称为“MPPT”)，下文将详细说明。

在一个实施例中，为达到最大功率而向k个逆变器发出的每个设置点包括相关联的时间斜坡(time ramp)设置点，以使由k个逆变器中的每个逆变器所产生的功率逐渐增加。这样的实施例避免了所产生的功率中出现尖峰，所述尖峰超出了与整体功率相关联的设置点，如下所示。

在一个实施例中，在向给定的逆变器发出目标功率设置点之前，验证在该方法的上一次迭代中所述给定的逆变器已接收到最大功率产生设置点，并在适当的情况下，这个给定的逆变器的目标功率设置点包括相关联的时间斜坡设置点，以使该给定的逆变器所产生的功率逐渐下降直至达到目标功率。同样，这类实施例使得避免不必要的功率生产减少成为可能，使其低于与整体功率相关联的设置点。

在该实施例中，结合前一个实施例，可以有利地选择向上和向下的斜坡，以在整套N个逆变器上保持与要生产的所述整体功率相对应的整体产生的功率。这种预防措施使之通过确认计算的总功率的设置点来平滑所产生的总功率成为可能，详见下文中的图4B。

在一个实施例中，确定各个目标功率设置点，以对所有N-k个附加逆变器在目标功率和最大功率之间保持相同的差异。这个实施例使得在没有达到它们所产生的最大功率的N-k个逆变器上分配所要建立的储备成为可能。

在一个实施例中，建立设备的所述功率储备，以将所述储备的所有或部分作为频率偏差偏离与所述逆变器所连接的配电网的标称频率的函数而释放出来。

尤其是，与要建立的储备功率量有关的所述信息可以是配电网络频率的直接测量值，基于此计算所要建立的储备功率量。

可选的是，与要建立的储备功率量有关的所述信息可以是从配电网络管理实体所接收到的储备-建立设置点。

在一个实施例中，在该方法的下一次迭代中，从N个逆变器中选择k个后续逆变器，以替换先前迭代的k个先前的逆变器(从而从一次迭代到下一次迭代中保持相同数字k)。在通常情况下，每次迭代都可在N个逆变器中提供k个逆变器的循环排列。

本发明还涉及一种计算机程序(及其存储介质)，包括当该程序由处理器执行时实施上述方法的指令。图3和图5是用于该程序的一般算法的可能流程图。图6和图7是该一般算法的特定子程序的可能流程图。

本发明还涉及一种具有处理电路的计算装置，包括用于实施上述方法的处理器。如图2所示以及下文的详细说明，所述处理电路还至少包括：

-接口(INT)，用于与逆变器通信；和，

-存储器(STO)，用于存储由逆变器连续产生的最大功率测量值。

因此，该方法使***的每个逆变器的有功功率设置点的管理成为可能，基于：

-每个逆变器的有功功率测量，实际上实时，以及，

-配电网络连接点(和/或来自网络管理实体的控制信号)的实时频率测量。

该方法使得现有的光伏设备能够适应频率调节，且不需要更换当前的逆变器或提供新的传感器。

附图说明

本发明的其它特征和优点将通过阅读本发明的一些典型实施例的详细表述和参考附图而更为清晰，其中：

-图1示出了带有由逆变器管理的光伏板的设备，该设备与本发明的装置通信，

-图2示意性地示出了本发明的装置，

-图3通过示例性实施例示出了本发明方法的主要步骤，

-图4A示出了配电网中的频率变化，作为三逆变器设备管理装置的输入参数，对于该参数的输出功率如图4B所示(所传输的单个功率见图4B的底部)，

-图5示出了根据本发明方法的示例性实施例的详细流程图，

-图6示出了实施图5所示步骤S3的细节，

-图7示出了实施图5所示步骤S12的细节。

具体实施方式

本发明涉及图1所示光伏板设备的管理，如图1所示。该设备包括多个以组PV1、PV2、PVN连接着相应的逆变器OND1、OND2、ONDN的光伏板。板通过光伏效应来产生电，功率Ppl、Pp2、PpN输出从它们所连接的每个逆变器可以通过计算装置DIS(例如计算机)来进行管理。为此，装置DIS可以为每个逆变器OND 1、OND2、ONDN发出设置点CONS1、CONS2、CONSN。尤其是，逆变器的这个设置点可以是所产生的最大功率P_MPP。一旦逆变器达到该功率值P_MPP，逆变器通常就会向装置DIS传输所达到的最大功率P_MPP。这样，在任何时候，装置DIS都可以知道这个可实现的最大功率P_MPP的测量值。该数值P_MPP是可变的，当然这取决于阳光条件(阳光越好，该数值就越大)。因此，由每个逆变器传输给装置DIS的数值P_MPP表示可达到的且由逆变器传输(并因此取决于当前的阳光度)的当前的最大功率的测量值(箭头MES1、MES2、MESN)。

更具体地说，逆变器通常被管理，使得光伏板始终能够提取最大的可用太阳能。通常用于实现这个管理的控制算法的类型被称之为“最大功率点跟踪”(“MPPT”)，并包括找到每个面板所提供的最大功率，基于提供给其终端的电压。相关联的操作点被称之为“最大功率点”(“MPP”)。也有可能通过远离对应于向其提供电压的面板操作点MPP的电压来减少(“抑制”)由逆变器所产生的功率。在这种情况下，所产生的功率Pp会小于功率P_MPP。实际上，用于控制光伏板操作点的算法可以集成到商用逆变器的控制命令单元中并由制造商锁定。因此，对于用户来说，逆变器形同“黑匣子”，只具有有限的外部管理模式可选择。即便如此，大多数逆变器都可提供至少两种管理模式：

-MPP管理：逆变器以MPP模式运行，以提供当前的最大功率PMPP并始终使用MPPT类算法来提取最大功率，

-功率设置点(Pcons)管理：逆变器例如从外部设备接收功率设置点，并尝试达到该设置点。如果有足够的太阳能可用，则逆变器就寻找使之能够实现所要求的功率设置点的光伏板的操作点(例如，通过更改面板终端上的电压，相对于给出最大功率PMPP的电压)。在这种情况下，可以认为逆变器是被“抑制”的，因为它没有最大限度地利用面板，因此没有提取可用的最大功率。但是，它确实提供了与发送给它的设置点相对应的功率。另一方面，如果发送给逆变器的功率设置点大于可用的太阳能，则逆变器试图以最大可用功率运行，即，在MPP管理中，只要最大可用功率仍然低于设置点。

在本发明的范围内，被认为是逆变器可以每个接收：

-功率设置点，其允许在可用功率允许的情况下抑制面板功率，以及，

-以MPP模式操作的指令，通过在逆变器内部控制器中实施的MPPT类算法的方式寻找最大功率点。

然后，本发明提出利用这些可能的操作模式来建立由面板所产生的功率储备，从而有助于平衡配电网的频率(如文件FR1559128所描述的目标)。例如，这涉及纠正偏离标称频率(在法国为50Hz)的频率偏差Δf。原则上，频率越高(Δf>0)，则降低产生的功率的需求就越大。频率越低(Δf<0)，则释放所产生的功率储备的需求越大。在Δf<0的极端情况下，逆变器可以被控制，以传送所有逆变器的最大功率P_MPP。

为此，该装置获得配电网的频率的当前值，或偏离标准值的偏差Δf。为了获得该数据，参考图2，装置DIS可以经由通信接口COM接收(或者可选地直接测量)数值Δf。该装置进一步包括处理器PROC和永久存储器MEM。该存储器MEM通常可以存储本发明意义上的计算机程序的指令代码。指令代码可以由处理器PROC读取，以执行根据本发明的方法(详见下文)。该装置进一步包括用于存储临时数据的工作存储器STO，尤其是最大功率P_MPP，逆变器通过与逆变器的通信接口INT将最大功率P_MPP发送至装置，其也可用于将功率产生设置点发送至逆变器。应注意的是，存储器MEM和STO可以是装置的相同存储器单元。另外，特别是对于下文所述方法的可选步骤(但对于计时有利)，该装置可以包括内部时钟HOR。

尤其是，期望是在光伏设备中建立功率储备并优化其建立，采用的方式是限制损失的生产潜能并最大化储备可用性。因此，本发明涉及一种方法，可由计算机装置(典型地是装置DIS)实施，通过将精确计算的有功功率设置点发送至设备(以下称为“电站”)的各个逆变器控制来自光伏板的功率的产生，以在任何时候都能对电站的最大可用功率(称为电站的“整体MPP”)进行预估并能达到小于或等于整体MPP的整体功率的设置点。这种方法不涉及对逆变器内部控制器的任何修改(人为移植MPP的算法，例如，如文件FR 15 59128所述)，可以将其视为“黑匣子”***，功率设置点视为输入以及获得的和测量到的功率视为输出。该方法可以与使用商用逆变器的现有设备相兼容，只要逆变器可以从外部设备(例如可编程逻辑控制器(PLC)、计算机等)接收功率设置点，且它们对这些设置点的响应时间足够短(通常小于5秒)。

该方法的一个实施例，可以通过图3所示的步骤来描述，为包含总数为N的逆变器的设备循环实施：

a)向N个逆变器的组中的k个逆变器(k大于或等于1但小于N)发送指令，以产生它们的最大功率(设置点转到MPP)，

b)应用选定的延迟(这样通过这些逆变器内部的搜索算法的MPP的搜索已经汇聚于MPP点，且这些逆变器所产生的功率实际上是各自的MPP功率)，

c)测量k个逆变器在它们的最大功率所产生的功率并记录这些数值(这些功率值表示这些逆变器当时的MPP，并存储在存储器中，如随后受到抑制的话，则用作对这些逆变器当前MPP的估计值)，

d)计算由设备所能产生的整体最大功率(称为整体MPP)的估计值(通过将存储的N个单独逆变器的组的MPP估计值相加)，

e)可能与步骤a)至d)并行，获得有关电力传输网络频率的数据，并基于相对于标称频率的频率偏差(以下表示为Δf)计算用于释放所有或部分设备储备的整体功率设置点(配电网的这个频率及其偏差可能是由设备直接测量，或者可以指令形式来接受以释放所有或部分储备，例如，在由设备接受到的信号中，例如来自网络管理实体)，

f)将功率设置点发送到(N-k)个逆变器(不在它们的MPP上的设备的逆变器)，以抑制它们的功率(或多或少即刻)，使得设备的总功率遵循整体功率设置点(小于或等于设备的整体MPP)：这些逆变器因此进行有功功率的调节或将设备调节到配电网频率的工作，而k个其它逆变器在它们的MPP处，

g)重复上述步骤，同时修改处于MPP的逆变器和被抑制的逆变器(通过在例如N个逆变器中选择k个后续逆变器)：逆变器可以因此每个反过来转到MPP并更新每个逆变器的MPP的估计值，周期性地或根据先进的替代策略，同时保持功率被抑制的其它逆变器中的储备。

步骤f)可以不同的方式来执行：(N-k)个逆变器可以全部具有相同的单个功率设置点，或者可选择性地，可以具有从一个逆变器到另一个逆变器的不同的单个功率设置点，但具有产生符合整体功率设置点的设备总功率的相同目标。通常，(N-k)个逆变器中的一些可能例如处于它们的MPP，而其它逆变器可能低于MPP。

因此，通过在各个瞬间将选定的N-k个逆变器的功率设置在小于或等于它们的MPP的位置上在电站建立常规的储备，通过向它们发送小于或等于它们各自的MPP估计值的功率设置点。周期性地更新MPP估计值，以确保在位于MPP处的逆变器和确保建立储备功能的逆变器之间的循环。因此，电站的整体MPP估计值在任何时间都是已知的(通过对一组N个逆变器逐个测量和记录所有MPP值)。然后，可以控制整体功率，以提供储备和调节配电网的频率，而不需要除逆变器常规功率传感器(商业逆变器已具有这些传感器)之外的传感器。所有所需要的只是电站连接点处的网络频率传感器，或者仅仅是用于接收外部调节信号(例如来自网络管理实体的信号)的通信模块。不需要修改逆变器的内部控制器，也不需要事先了解面板的行为。

作为说明性示例，在由三个逆变器组成的设备的简单情况下，每个逆变器具有10kW的最大功率，因此全日照的电站总功率为30kW。通过参与配电网频率的调节，从未达到这个最大值(除非在全日照和频率远低于50Hz的情况下)。相反，在该示例中，期望是保持4kW的固定功率储备，在配电网频率显着下降情况下或在所述外部信号的设置点激活的情况下能快速释放该固定功率储备。

在初始状态下，每个逆变器的MPP估计值都是已知的，且对每个逆变器都等于6kW。电站MPP_{估计_总}的整体MPP的估计值是三个逆变器的估计的MPP之和。因此，MPP_{估计_总}＝18kW。

在循环(cycle)的第一阶段期间，对逆变器OND1进行控制以达到它的MPP。预计产生6千瓦，我们想要保持4千瓦的向上储备。因此，有必要产生总共18千瓦-4千瓦＝14千瓦，换句话说，应在逆变器OND2和OND3中放置4千瓦的储备。通过平均分配储备，在该示例中，在每个逆变器(OND2和OND3)中放置2千瓦的储备，因此每个逆变器均接收设置点，例如P_cons＝4kW。其它分配解决方案也有可能，例如优化逆变器效率。假定整体MPP(MPP_整体)的估计值为18kW，则总实测功率(P_总)为14kW。实际上，与估计值相比，逆变器1的功率MPP没有变化。因此，我们确实在理论上具有4千瓦的储备，如下所示：

-OND1:MPP＝6kW和Pcons＝MPP＝MES1＝6kW,

-OND2:MPP＝6kW,但是Pcons＝4kW＝MES2,以及

-OND3:MPP＝6kW,但是Pcons＝4kW＝MES3,

其中，MES1+MES2+MES3＝P_总＝14kW,而MPP整体＝18kW,因此，该电站的储备是4kW。

进入第二阶段，逆变器OND2在MPP上运行(而不是逆变器OND1)，现在在逆变器OND1和OND3中放置储备。在所述示例中，观察估计的MPP与逆变器OND2的测量功率之间的差异：它的MPP已被改变且已变为6.5kW。在该阶段结束时，记录逆变器OND2的新的MPP值，以更新整体MPP和校正下一阶段的设置点，从而继续保持4kW的储备。

在第二阶段结束时，我们具有：

-OND1:MPP＝6kW和Pcons＝4kW,

-OND2:MPP＝6.5kW和Pcons＝MPP＝6.5kW,以及

-OND3:MPP＝6kW和Pcons＝4kW。

因此，P_总＝14.5kW和MPP整体＝18.5kW，该电站因此具有4kW的储备。

在第三阶段期间，逆变器OND3进入MPP。可以注意到它的MPP没有变化。

因此，在第三阶段结束时：

-OND1:MPP＝6kW和Pcons＝4kW,

-OND2:MPP＝6.5kW，以便Pcons可以被选择为Pcons＝4.5kW,以及

-OND3:MPP＝6kW和Pcons＝6kW.

因此，我们具有P_总＝14.5kW和MPP整体＝18.5kW，该电站具有4kW的储备。

然后，我们在其MPP处切回到逆变器OND1，以重新开始循环，并在其自最后一次测量后发生变化的典型情况下更新逆变器OND1的MPP。

会注意到，通过这种将连续逆变器设置为MPP的循环算法，这有可能保持电站的储备量，同时跟随各个逆变器的MPP的变化并在所有逆变器上分配整体设置点。储备的准确性随着阳光的变化而变化，这导致MPP的变化。因此，优选周期性地扫描所有逆变器，并定期更新所有MPP。由于这变化较为缓慢，因此，MPP估计值的准确性较好，且所选择的储备的精度可以得到令人满意的保证。

我们现在参考图4A和图4B，显示在实际条件下该方法的测试，在一个由三个逆变器所组成的设备中(每个逆变器的最大功率为15kW)，它们的功率由计算机DIS(PLC)管理，计算机DIS(PLC)根据从逆变器所接收到的功率测量值向逆变器发送有功功率设置点。以概述的形式，使用配电网f的频率曲线(图4A)来测试设备(对应于由三组逆变器产生的功率之和的Ppl+Pp2+Pp3)对配电网中频率变化的响应。图4B证实了根据本发明方法的令人满意的多逆变器操作。

对该测试的分析清楚地说明逆变器依次逐个地被命令转到MPP，以找到它们的最大功率点，并更新保存在存储器中的估计MPP值。在逆变器的单个功率测量曲线上，逆变器有跟随其上升至MPP和从其MPP下降的斜坡，以使功率转换更平缓。下面将详细描述这种“斜坡”变体的实施。噪声在整体功率的水平上较低且整体功率始终以非常小误差跟随总设置点。此时，MPP估计是正确的，因为在频率非常低的时候(在t＝400s，在所示示例中，恰好是在600s之前)，整个储备被释放(意味着将电站带到MPP)，所获得的总功率(Pp1+Pp2+Pp3)确实是预期功率并且与整体设置点CONS_整体相对应，几乎没有误差，除了在要求的最大功率上，因为它不能超出三个逆变器的P_MPP之和。

观察到令人满意的调频操作：整体功率确实响应频率变化。当频率增加时，功率减小；反之，当频率减小时，电站的功率增加，以支持配电网。表示在产生的整体功率中变化的曲线(Ppl+Pp2+Pp3)，作为配电网频率变化函数，确实跟随着设置点，因此可以实现高质量的调节。

下面将更详细描述特定实施例，作为可能的示例性实施例。

逆变器的功率的控制是基于上述循环方法的原理，参考图3。控制装置DIS在存储器中保存表格或“令牌”的矢量，表示在每个时刻哪些逆变器将转到MPP和哪些将提供储备。例如，如果矢量第一个元素令牌(l)＝1，命令逆变器OND1进入MPP。如果令牌(l)＝0，则抑制逆变器OND1的功率且接收功率设置点，以便建立电站的部分储备。在循环周期的每个阶段结束时，“重新分配”令牌，以改变在MPP处的逆变器和提供储备的逆变器之间的分配。那些提供储备的逆变器接收精确计算的设置点，从而获得整体设置点(作为所需储备、最大可用功率和配电网频率的函数)。下面将详细描述这些计算。另外，如上所述，添加了称为“通过设置点斜坡来平滑过渡”的附加功能，以平滑每个逆变器的“储备”模式和“MPP”模式之间的功率转换，同时确保在每个时刻实现整体设置点。下面将详细说明此特性。

一般来说，会注意到所有逆变器强制进入MPP的三种情况：

-第一种情况涉及收集所有逆变器的所有MPP的初始化阶段，

-第二种情况发生在估计的整体MPP低于操作人员所预先定义的阈值时(提供储备的可用功率不足)，以及

-第三种情况发生在整体功率设置点大于或等于电站的当前整体MPP时(因此，希望释放所有可用功率，如图4B中所示，在90s，400s和590s时)。

在该示例中，呈现了三个逆变器中的一个逆变器的循环扫描。其它扫描策略可用于改善MPP估计或用于在任何时刻获得最大可控功率。其中一些策略可能是基于例如，测量面板终端处的DC电压。另外，在例如只有两个逆变器(或者分别为四个逆变器)的情况下，一个(分别为两个)逆变器可被放置在其MPP上，而另一个(另外两个)跟随所施加的功率设置点。另外，每个逆变器可以有自己的MPP，不同于另一个逆变器的MPP(由于它连接到的面板的数量，或者它们的恶化)。

图5示出了与上述集成第一初始(init)化步骤S1的实施例细节相对应的算法。在持续时间T_初始内，逆变器都被命令进入MPP。时间T_初始必须足够长，才能使得MPP稳定(每个逆变器的MPPT内部算法收敛所需的时间)。这个数值取决于逆变器的型号和制造商的规格，但对于今天的商用逆变器，大约需要10-20秒。在此阶段没有建立任何储备。在初始化开始时(t＝t₀)，定义变量t_{结束_循环}的第一个数值。因此，一旦初始化时间结束，初始化就结束，且频率调节实际上可以在接下来的步骤中开始。每个逆变器的MPP的估计值预先存储在控制装置DIS的存储器中。

一旦周期的每个“阶段”完成(OK箭头退出测试S2)，这些数值就会在步骤S3中更新，并且已经命令了k个逆变器进入MPP，以获得它们的MPP的更新数值。对于N个逆变器，更新MPP估计值的这个步骤S3的框图如图6所示，并在下文讨论。在图6的步骤S31中，初始化逆变器的计数器i(i＝0)。在测试S32中，只要计数器i小于逆变器N的总数(OK箭头)，具有在最后一个循环期间所获得的测量值的存储的MPP值的更新被执行。如果计数器i已达到数值N(箭头KO)，在步骤S33中，这个MPP更新例程可以停止。否则，在步骤S34中，计数器i首先递增(以指定后续逆变器)，随后在步骤S35中，进行测试以确定这个逆变器i当前是否在MPP处，在这种情况下(OK箭头-S35)，在这个逆变器中测量的(measured)输出功率P_测量(i)对应于其估计MPP(MPP_估计(i))，并可在步骤S36中被存储在存储器中。否则(KO箭头-S35)，当前逆变器i的估计MPP保持不变，因为当前还存储在装置DIS的存储器中(步骤S37)。

回到图5，在步骤S4(MPP更新步骤S3后)中，重置循环参数，以准备循环的下一阶段。也重新分配令牌，以指示后续要放在它们的MPP上的逆变器。将令牌的先前数值保存在存储器中，以确定在循环前一阶段中放置在MPP上的逆变器。因此，在该步骤S4中执行以下操作：

-令牌的重新分配：由于前一阶段的令牌状态已被记录并存储在存储器中，令牌通过循环排序进行重新分配(例如，对于一个在MPP处同时具有两个令牌和两个逆变器的四逆变器的电站来说，我们将1001变为1100，其中，位1定义了要放置在MPP上的逆变器)；以及

-在定义了新的令牌后，计算新的斜坡用于功率转换平滑斜坡的全新斜率(新的斜坡参数的计算)。该计算详述如下。

在步骤S5中，重新界定定义斜坡(ramp)相位结束和逆变器MPP更新相位结束的时间变量，如下：

o T_{结束_斜坡}＝t+T_斜坡

o T_{结束_循环}＝t+T_循环

尤其是，这是一个要确定何时可以结束功率平滑斜坡和何时可认为MPP更新已经完成的问题。

当然，本文所述的令牌循环分布仅仅是可用于管理逆变器使其到达MPP的一个示例性实施例。还有其它重新分发令牌的可能实施。

此外，只要循环未完成(KO箭头退出测试S2)，循环参数和MPP估计值就保持不变(步骤S6)。

在步骤S7中，将电站N个逆变器组的各个MPP的估计值相加，来估计电站的整体MPP：

接着，在测试S8中，根据本发明将这个数值MPP_{整体_估计}与用于储备程序的激活阈值THR进行比较(不考虑配电网频率的平衡)。如果最大功率MPP_{整体_估计}低于这个阈值THR(KO箭头退出测试S8)，那么在步骤S9中，所有逆变器都必须在MPP处进行操作。

否则(OK箭头退出测试S8)，在步骤S10中计算小于最大功率MPP_{整体_估计}的整体功率设置点P(f)，并且该设置点取决于配电网f的频率。

作为计算用于初级频率调节的P(f)的示例，根据可用总功率(整体MPP的估计)、期望的“平均”储备量(R0)和配电网频率测量计算整体设置点，以按如下实施初次调频：

Pcons_总＝MPP_{整体_估计}-R₀-H(f-f₀)(其中R₀和H大于0)。

在该计算中添加饱和度，以便优选地遵守以下限制：

MPP_{估计_总}-2R₀≤Pcons_总≤MPP_{整体_估计}

这类实施例可以确保电站可以有效地产生的最大功率不低于给定的功率设置点(如图4B所示在90s、400s等处的情况)，从而保持在功率设置点和实际产生的功率之间的一致性。因此，调整H数值定义了用于频率调节的电站的“标准化”功率。整体功率设置点可以增加，以有效地响应频率的降低；也可以减少，以响应频率的增加。

当然，这只是一个具有比例增益调频的简单示例。其它调频实施例可能，例如，可变斜率和/或死区的添加。整体设置点也可以作为外部信号的函数来计算，例如来自请求在每个时刻释放或多或少的储备的网络管理实体。

只要整体功率设置点保持在最大可能产生MPP_{整体_估计}以下(OK箭头退出测试S11)，则在步骤S12中计算单个功率设置点CONS(i)并将其发送至逆变器，如下所示，优选地搜索非MPP设置点的功率分布。否则(KO箭头退出测试S11)，所有逆变器都必须在步骤S13的MPP上运行。

在步骤S12(参考图7详述)中，计算单个功率，使得实际输送的整体功率等于整体功率设置点。它们也被计算，使得从抑制的设置点到MPP的逆变器可以逐渐增加到MPP(通过遵循功率转换的平滑斜坡)，以及从MPP“下降”的逆变器也可以逐渐地下降，以避免电源功率的跳转。这种实施平滑了功率的转换。下面将详细介绍该特性。

为了避免由于设置点跳转所导致的单个功率的突然转换(从抑制功率切换到MPP，反之亦然)，可以在功率设置点添加斜坡，以“软化”这些转换。实际上，对于某些逆变器，已经观察到功率增加到MPP比从MPP的功率减少要速度快。对于其它型号的逆变器，这种趋势可以逆转。在任何一种情况下，达到MPP的变化率的这种差异，在相对于设置点所产生的整体功率中产生尖峰，这尖峰应随后会衰减。可以观察到这种斜坡对图4B示例中所产生的单个功率产生的影响(对于功率Ppl、Pp2和Pp3)。斜坡的目的是整体功率总是满足的，但单个逆变器处的功率转换是“更温和的”，同时确保设置点的总和总是等于整体设置点。

在一个示例性实施例中，每个逆变器的斜坡斜率计算如下：

式中：ΔΡ(i)是在逆变器(i)的MPP与其斜坡开始前的瞬间的功率之间的差值。实际上，它是使用针对逆变器的MPP估计(存储在存储器中的最新值)和发送到逆变器的最新功率设置点来计算的。在步骤S4中完成该计算，如上参考图5所示。

对于一组逆变器(可能具有数个同时上升到MPP的逆变器，因为有数个逆变器从MPP下降)，每个上升到MPP的逆变器在到达其MPP之前接收斜坡设置点，而正在下降的逆变器接收逐渐从MPP下降到抑制设置点的设置点，以用于储备。在每个时刻，设置点是根据电站的整体功率来计算的。

定义总斜坡设置点：P_斜坡_总＝∑_{逆变器上升}P_斜坡(i)

在时间t，如果逆变器i在上升到其MPP的进程中，其新的设置点由以下关系式给出：

(R1):Pcons(i)(t)＝MPP_估计(i)-(t_{结束_斜坡}-t-t_采样)*P_斜坡(i)

式中，t_采样是采样时间。无论算法的采样时间如何，此公式均有效。通过不在MPP的逆变器来确保功率的储备。它们各自都接收到与它们的MPP功率成比例的设置点，通过计算，逆变器产生的功率之和对应于整体设置点。

对于不在MPP的逆变器，其功率设置点由以下关系式给出：

(R2):

估计MPP值(存储在存储器中)被用来计算设置点。因此，假设确实实现了功率设置点，则各功率之和给出整体功率设置点。

此外，为了补偿正在上升到MPP的逆变器的功率斜坡，必须调整正在“下降”的逆变器的设置点，以便在每个时刻各个设置点之和都可以给出整体设置点。因此，在时间t，如果逆变器i处于降低其MPP以建立储备的进程中正，则其新的设置点由以下关系式给出：

(R3):

式中，t_采样是给定的采样时间。

通过使用这些关系，求得如下设置点之和：

-在MPP的逆变器，

-有助于储备建立的逆变器，

-正在上升到MPP的逆变器，以及

-正在从MPP下降的逆变器。

我们确实发现设置点之和在时间t等于整体设置点。

图7示出了与这个处理相对应的算法流程图，施加了上述斜坡。在初始化逆变器计数器i(i＝0)的步骤S131之后，测试S132将i与数字N进行比较(其中如果i＝N，则在步骤S133该程序结束)，并在步骤S134中递增i，在测试S135中，首先确定逆变器i的令牌是否等于1(该逆变器被带到其MPP)。在测试S136和S137中，进一步确定这个逆变器的前一个令牌JET-1(i)(在前一循环中)是否已经为1。在测试S138和S139中进一步确定是否当前时间已超过所选定的延迟t_斜坡。

如果逆变器i的当前令牌等于1，且如果逆变器i的前一个令牌也等于1，则没有必要执行由逆变器i所产生的功率变化，在步骤S140中，其功率设置点Pcons(i)对应于其MPP。

如果逆变器i的当前令牌等于1，但如果除了逆变器i的前一个令牌等于0且延迟t_斜坡尚未过去，则在步骤S141中，逆变器i被控制，以跟随斜坡到它的MPP的斜率，具有使用关系R1所计算的功率设置点Pcons(i)。但是，在这种情况下，在延迟t_斜坡结束后，应用步骤S140，要求逆变器i到达其MPP。

如果逆变器i的当前令牌等于0而逆变器i的前一个令牌等于1，则逆变器i必须从其MPP“下降”且应用延迟直至t_斜坡。在该延迟期间，在步骤142中，该逆变器i的功率设置点Pcons(i)由上述关系式R3来确定，该关系式R3取决于所施加的斜坡。然后，一旦延迟结束，功率设置点不再取决于施加的斜坡且由关系式R2来确定。

如果逆变器i的当前令牌等于0且如果逆变器i的前一个令牌也等于0，则在步骤S143中，其功率设置点Pcons(i)保持低于MPP且由先前给定的关系式R2来确定。

通过实施本发明，由多个逆变器所组成的光伏场，可以参与动态频率支持，而不需要增加存储或额外的传感器，也不需要更改当前商用光电逆变器的内部控制器。

用于逆变器MPP循环估计的算法可以动态地预估电站的整体MPP且遵循MPP的变化，同时产生低于电站MPP的整体功率，由此精确保持储备的量(尤其是如果日照变化动态保持缓慢)。这种结果可在没有任何知识模型、传感器、或对商用PV逆变器内部控制器更改情况下获得。通过始终了解MPP，允许配电网的管理者知道满足配电需求的可用储备量。包括合适的通信总线(用于与逆变器通信，例如图2的接口INT)的简单计算装置(PLC或用于执行该算法的计算机)，允许在现有光伏场中实施本发明，因为逆变器已有能力接收有功功率设置点并返回其有功功率测量值。因此，一些现有的光伏电站(具有能够从外部设备接收设置点的逆变器)可以容易地适于执行调频，而不需要更改逆变器或光伏板。本发明的方法可以很容易地适于与任何数量的逆变器(大于两个)作业和与具有不同动态特性、不同功率的逆变器作业(通过对算法参数进行简单的调整)。所述算法可被用于执行其它要求对光伏生产进行管理的服务(除了有助于平衡配电网频率)。

Claims

1.一种用于控制由光伏板设备所产生的功率以便建立功率储备的方法，所述设备包括用于管理由所述光伏板所产生的功率的一组N个逆变器，该方法在一组N个逆变器中连续的逆变器上迭代地进行，包括：

-在一组N个逆变器中向k个逆变器发出各自的设置点，使得每个逆变器都能产生最大功率，数字k小于数字N以及k个逆变器被确定用于该方法的给定迭代；

-从k个逆变器获得由k个逆变器分别所产生的最大功率的测量值，并将k个逆变器的所述测量值存储在存储器中，所述存储器也存储在该方法的至少一个先前迭代期间从N-k个附加逆变器所获得的N-k个测量值，

-通过读取存储器的内容来估计设备的一组N个逆变器所能产生的最大总功率，

-获得与所要建立的储备功率量有关的信息，并确定所要产生的整体功率，使得在所述整体功率与所述总的最大功率之间的差值对应于所要建立的储备功率量，

-保持k个逆变器的设置点，以产生最大的功率，并向N-k个附加逆变器发出各自的设置点，以产生小于最大功率的目标功率，使得N-k个目标功率和k个最大功率之和对应于所要产生的所述整体功率，

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在向k个逆变器发出设置点和获得k个逆变器的最大功率测量值之间实施延迟，以考虑在每个逆变器搜索所能产生的最大功率中的延迟。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，发送给用于搜索最大功率的k个逆变器的每个设置点包括相关联的时间斜坡设置点，以使得在k个逆变器中的每个逆变器所产生的功率中逐渐增加。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在向给定的逆变器发出目标功率设置点之前，验证在该方法的上一次迭代中所述给定的逆变器已接收到最大功率产生设置点，并在适当的情况下，这个给定的逆变器的目标功率设置点包括相关联的时间斜坡设置点，以使得该给定的逆变器所产生的功率逐渐下降直至达到目标功率。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，为到达最大功率而向k个逆变器发出的每个设置点包括相关联的时间斜坡设置点，以使由k个逆变器中的每个逆变器所产生的功率逐渐增加，并且选择向上和向下的斜坡，以在一组N个逆变器上保持与要产生的所述整体功率相对应的整体产生的功率。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定各个目标功率设置点，以对所有N-k个附加逆变器在目标功率和最大功率之间保持相同的差异。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，建立所述设备的功率储备，以将所述储备的所有或部分作为配电网的标称频率的频率偏差的函数释放出来，所述配电网连接所述逆变器。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，与要建立的储备功率量有关的所述信息是配电网络频率的测量值，基于此计算所要建立的储备功率量。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，与要建立的储备功率量有关的所述信息是从配电网络管理实体所接收到的储备-建立设置点。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在该方法的下一次迭代中，从N个逆变器中选择k个后续逆变器，以替换先前迭代的k个先前的逆变器，从而在每次迭代时对k个逆变器执行循环排列。

11.一种非暂时性的计算机介质存储，存储实施根据权利要求1所述的方法的计算机程序的指令，当该程序由处理器执行时。

12.一种具有处理电路的计算机装置，包括用于实施权利要求1所述方法的处理器，其特征在于，所述处理电路还进一步至少包括：

-接口，用于与逆变器通信，以及

-存储器，用于存储由逆变器所连续产生的最大功率测量值。