CN114080748B - 变换器的控制方法、变换器及光伏发电*** - Google Patents

变换器的控制方法、变换器及光伏发电*** Download PDF

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Abstract

光伏发电***中的变换器及其控制方法。变换器(20)的输入端连接至少一个光伏组件(10)，且输出端连接逆变器(300)。控制方法包括：根据光伏组件(10)的输出功率和电压的PV曲线确定变换器(20)的输出PV曲线；根据输出PV曲线控制变换器(20)的电压输出；其中，输出PV曲线至少包括相连接的模拟限压区间和恒功率区间；模拟限压区间是指区间内任意一点所对应的变换器(20)输出电压与光伏组件(10)的输出电压成比例且比例系数相同；恒功率区间是指区间内任意两点所对应的输出电压不同，且区间内任意两点所对应的输出功率之间的差值小于第一预设阈值。该控制方法能够在实现限压输出的同时适配逆变器(300)已有的MPPT控制策略，避免光伏组串(100)功率掉零的情况发生。

Description

变换器的控制方法、变换器及光伏发电***
技术领域
本申请涉及光伏发电技术领域，尤其涉及变换器的控制方法、变换器及光伏发电***。
背景技术
目前，为了解决光伏组件串并联失配问题，通常会在每个光伏组件连接一个具有独立MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪)功能的变换器(也称优化器)，变换器的输出通过一定的串并联组合后接入逆变器。在采用分布式MPPT技术的光伏***中，变换器可以将光伏组件的输入电压/电流转换为不同的输出电压/电流，实现光伏组件级别的MPPT功能，最大限度提高***发电量。
光伏发电***配置有变换器后，由于变换器可以限压输出，在配置光伏组件时灵活性更大，单个光伏组串中光伏组件串联数量的上限可以提高，允许光伏发电***有更高的超配比。为了实现限压输出，避免光伏组串电压过高导致逆变器过压保护甚至是失效，现有变换器控制方法采用固定限压法，也即变换器设置固定限压点，变换器控制输出电压小于等于固定限压点。
为了配合变换器的固定限压法，逆变器的输入电压控制策略须做调整变更，由原先的MPPT模式修改为固定输入电压控制模式。然而，当光伏组串中的多个光伏组件被严重遮挡时，会导致逆变器的输入电压工作点大于光伏组串的限压点，通过逆变器输入电压环的作用会使逆变器输入电流减小至零，进而出现光伏组串功率掉零的情况，严重影响发电量。
发明内容
本申请实施例公开了一种变换器的控制方法、变换器及光伏发电***，能够在实现限压输出的同时适配逆变器已有的MPPT控制策略，避免光伏组串功率掉零的情况发生，进而能够保证光伏发电***的稳定性，提高***的发电量。
第一方面，本申请实施例公开一种变换器的控制方法，用于对变换器的输出进行控制，所述变换器的输入端连接至少一个光伏组件，所述变换器的输出端连接逆变器；所述变换器用于将所述至少一个光伏组件所产生的能量经过变换后输出。所述控制方法包括：
根据所述光伏组件的输出功率和电压的PV曲线确定所述变换器的输出PV曲线；所述输出PV曲线至少包括相连接的模拟限压区间和恒功率区间；所述模拟限压区间是指区间内任意一点所对应的变换器输出电压与所述光伏组件的输出电压成比例且比例系数相同；所述恒功率区间是指区间内任意两点所对应的输出电压不同，且区间内任意两点所对应的输出功率之间的差值小于第一预设阈值；根据所述输出PV曲线控制所述变换器的电压输出。
第一方面的技术方案，由于变换器的输出PV曲线包括了模拟限压区间，使得变换器的输出PV曲线和光伏组件的输出PV曲线部分相似，也即通过模拟光伏组件输出特性的方式来实现限压，进而使得连接有变换器的光伏组件可以等效为光伏组件，也即从后级的逆变器角度来看，配置有变换器后的光伏组件可以看成是一个新的光伏组件，从而能够在实现限压输出的同时适配逆变器已有的MPPT控制策略，能够保证光伏发电***的稳定性，提高***的发电量。
根据第一方面，在一种可能的实现方式中，所述模拟限压区间的第一端点所对应的功率与所述光伏组件的最大输出功率相对应，且所述第一端点所对应的电压由所述光伏组件的最大功率点所对应的电压及所述比例系数确定；所述恒功率区间连接所述第一端点。如此，当所述逆变器采用MPPT策略时可以很快的找到最大功率点，且可以避免出现光伏组串功率掉零的情况发生。
根据第一方面，在一种可能的实现方式中，所述模拟限压区间第二端点所对应的电压为所述变换器的最大输出电压，所述第二端点所对应的功率为0；所述最大输出电压由所述光伏组件的开路电压及所述比例系数确定，或者，所述最大输出电压由逆变器的最大输入电压及每个光伏组串中所串联的光伏组件的数量确定。如此，所述模拟限压区间与光伏组件的输出PV曲线中的最大功率点至光伏组件的开路电压的之间的部分相似，使得连接有变换器后的光伏组件的输出与光伏组件的输出更加相像。
根据第一方面，在一种可能的实现方式中，为了在适配逆变器的MPPT控制策略前提下，使得变换器的输出PV曲线多样化，以提高变换器的适配性，所述输出PV曲线还包括与所述模拟限压区间连接的固定限压区间；所述固定限压区间是指区间内任意一点所对应输出电压固定不变；所述第一端点远离所述固定限压区间。
根据第一方面，在一种可能的实现方式中，所述固定限压区间所对应的电压为所述变换器的最大输出电压，以实现限压输出，避免光伏组串电压过高导致逆变器过压保护甚至是失效。所述最大输出电压由所述光伏组件的开路电压及所述比例系数确定，或者，所述最大输出电压由逆变器的最大输入电压及每个光伏组串中所串联的光伏组件的数量确定。
根据第一方面，在一种可能的实现方式中，所述模拟限压区间的第二端点为所述固定限压区间的第一端点；所述模拟限压区间的第一端点所对应的电压由所述光伏组件的最大功率点所对应的电压及伸展系数确定；所述伸展系数大于所述比例系数。如此，可以使得模拟限压区间与固定限压区间存在交点，并使得当所述变换器为降压变换器时，在恒功率期间的输出电压增大，进而能够提高转换效率。
根据第一方面，在一种可能的实现方式中，所述模拟限压区间的第一端点所对应的电压小于所述固定限压区间所对应的电压，且与所述固定限压区间所对应的电压之间的差值大于预设电压，以避免因模拟限压区间过短而导致光伏组串功率掉零的情况发生。
根据第一方面，在一种可能的实现方式中，当所述变换器仅为升压变换器时，所述恒功率区间的一个端点对应所述光伏组件的最大功率点。
根据第一方面，在一种可能的实现方式中，所述变换器的输出PV曲线还包括与所述恒功率区间连接的直通区间；所述直通区间与所述光伏组件的输出PV曲线的最大功率点至短路电流点之间的曲线重合，进而使得连接有变换器的光伏组件可以完全等效于光伏组件本身的输出。
根据第一方面，在一种可能的实现方式中，所述输出PV曲线还包括与所述恒功率区间连接的限流区间；所述限流区间是指区间内任意两点所对应的输出电流之间的差值小于第二预设阈值，且变换器的输出功率随输出电压降低而线性下降。通过设置限流区间，可以避免变换器因输出电压过低时输出大电流而损坏变换器或者逆变器。
根据第一方面，在一种可能的实现方式中，所述比例系数由所述逆变器的最大允许输入电压及每个光伏组串的开路电压确定；每个光伏组串的开路电压为该组串中串联的光伏组件的数量与每个光伏组件的开路电压的乘积。
第二方面，本申请实施例公开一种变换器，所述变换器的输入端连接至少一个光伏组件，所述变换器的输出端连接逆变器；所述变换器用于将所述至少一个光伏组件所产生的能量经过变换后输出。所述变换器包括DC/DC电路、采样电路和控制器。所述DC/DC电路用于对光伏组件输出电压和输出电流进行调节。所述采样电路用于对光伏组件输出电压和输出电流进行采样。所述控制器用于根据采集到的电压和电流确定光伏组件的输出功率和电压的PV曲线。所述控制器还用于根据所述光伏组件的输出功率电压PV曲线确定所述变换器的输出PV曲线；所述输出PV曲线至少包括相连接的模拟限压区间和恒功率区间；所述模拟限压区间是指区间内任意一点所对应的变换器输出电压与所述光伏组件的输出电压成比例且比例系数相同；所述恒功率区间是指区间内任意两点所对应的输出电压不同，且区间内任意两点所对应的输出功率之间的差值小于第一预设阈值。所述控制器还用于根据所述输出PV曲线控制所述变换器的电压输出。
第二方面所描述的技术方案，由于变换器的输出PV曲线包括了模拟限压区间，使得变换器的输出PV曲线和光伏组件的输出PV曲线部分相似，也即通过模拟光伏组件输出特性的方式来实现限压，进而使得连接有变换器的光伏组件可以等效为光伏组件，也即从后级的逆变器角度来看，配置有变换器后的光伏组件可以看成是一个新的光伏组件，从而能够在实现限压输出的同时适配逆变器已有的MPPT控制策略，能够保证光伏发电***的稳定性，提高***的发电量。
根据第二方面，在一种可能的实现方式中，所述模拟限压区间的第一端点所对应的功率与所述光伏组件的最大输出功率相对应，且所述第一端点所对应的电压由所述光伏组件的最大功率点所对应的电压及所述比例系数确定；所述恒功率区间连接所述第一端点。如此，当所述逆变器采用MPPT策略时可以很快的找到最大功率点，且可以避免出现光伏组串功率掉零的情况发生。
根据第二方面，在一种可能的实现方式中，所述模拟限压区间第二端点所对应的电压为所述变换器的最大输出电压，所述第二端点所对应的功率为0；所述最大输出电压由所述光伏组件的开路电压及所述比例系数确定，或者，所述最大输出电压由逆变器的最大输入电压及每个光伏组串中所串联的光伏组件的数量确定。如此，所述模拟限压区间与光伏组件的输出PV曲线中的最大功率点至光伏组件的开路电压的之间的部分相似，使得连接有变换器后的光伏组件的输出与光伏组件的输出更加相像。
根据第二方面，在一种可能的实现方式中，为了在适配逆变器的MPPT控制策略前提下，使得变换器的输出PV曲线多样化，以提高变换器的适配性，所述输出PV曲线还包括与所述模拟限压区间连接的固定限压区间；所述固定限压区间是指区间内任意一点所对应输出电压固定不变；所述第一端点远离所述固定限压区间。
根据第二方面，在一种可能的实现方式中，所述固定限压区间所对应的电压为所述变换器的最大输出电压，以实现限压输出，避免光伏组串电压过高导致逆变器过压保护甚至是失效。所述最大输出电压由所述光伏组件的开路电压及所述比例系数确定，或者，所述最大输出电压由逆变器的最大输入电压及每个光伏组串中所串联的光伏组件的数量确定。
根据第二方面，在一种可能的实现方式中，所述模拟限压区间的第二端点为所述固定限压区间的第一端点；所述模拟限压区间的第一端点所对应的电压由所述光伏组件的最大功率点所对应的电压及伸展系数确定；所述伸展系数大于所述比例系数。如此，可以使得模拟限压区间与固定限压区间存在交点，并使得当变换器为降压变换器时在恒功率期间的输出电压增大，进而能够提高转换效率。
根据第二方面，在一种可能的实现方式中，所述模拟限压区间的第一端点所对应的电压小于所述固定限压区间所对应的电压，且与所述固定限压区间所对应的电压之间的差值大于预设电压，以避免因模拟限压区间过短而导致光伏组串功率掉零的情况发生。
根据第二方面，在一种可能的实现方式中，当所述变换器仅为升压变换器时，所述恒功率区间的一个端点对应所述光伏组件的最大功率点。
根据第二方面，在一种可能的实现方式中，所述变换器的输出PV曲线还包括与所述恒功率区间连接的直通区间；所述直通区间与所述光伏组件的输出PV曲线的最大功率点至短路电流点之间的曲线重合，进而使得连接有变换器的光伏组件可以完全等效于光伏组件本身的输出。
根据第二方面，在一种可能的实现方式中，所述输出PV曲线还包括与所述恒功率区间连接的限流区间；所述限流区间是指区间内任意两点所对应的输出电流之间的差值小于第二预设阈值，且变换器的输出功率随输出电压降低而线性下降。
根据第二方面，在一种可能的实现方式中，所述比例系数由所述逆变器的最大允许输入电压及每个光伏组串的开路电压确定；每个光伏组串的开路电压为该组串中串联的光伏组件的数量与每个光伏组件的开路电压的乘积。
第三方面，本申请实施例公开一种光伏发电***，包括至少一个光伏组串及逆变器；所述逆变器的输入端与所述至少一个光伏组串连接。每个光伏组串包括多个以串联方式组合在一起的光伏模块。每个光伏模块包括至少一个光伏组件及如权利要求11-20任一项所述变换器。所述变换器的输入端与所述至少一个光伏组件连接，用于将所述至少一个光伏组件所产生的能量经过变换后输出。
第四方面，本申请实施例公开一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序包含至少一段代码，该至少一段代码可由计算机执行，以控制所述计算机执行第一方面以及第一方面中任一可能的实现方式描述的方法。
附图说明
图1为本申一请实施例中的光伏发电***的结构示意图。
图2为本申请一实施例中的光伏组件的输出PV曲线图。
图3为本申请一实施例中的变换器的控制方法的流程图。
图4为本申请第一实施例中的变换器的输出PV曲线示意图。
图5为本申请第一实施例中的光伏组串的输出PV曲线示意图。
图6为本申请第二实施例中的变换器的输出PV曲线示意图。
图7为本申请第二实施例中的光伏组串的输出PV曲线示意图。
图8为本申请第三实施例中的变换器的输出PV曲线示意图。
图9为本申请第四实施例中的变换器的输出PV曲线示意图。
图10为本申请第五实施例中的变换器的输出PV曲线示意图。
图11为本申请第六实施例中的变换器的输出PV曲线示意图。
图12为本申请一实施例中的变换器的原理框图。
具体实施方式
本申请提供一种光伏发电***、应用于光伏发电***中的变换器及其控制方法。该控制方法模拟光伏组件的输出特性，使得变换器的输出功率电压(Power Voltage，PV)曲线和光伏组件的输出PV曲线至少部分相似，从而能够在实现限压输出的同时适配逆变器已有的MPPT控制策略，避免光伏组串功率掉零的情况发生，进而能够保证光伏发电***的稳定性，提高***的发电量。
下面结合附图，对本申请的实施例进行描述。
请参阅图1，图1为本申请一实施例提供的光伏发电***1000的结构示意图。如图1所示，所述光伏发电***1000包括至少一个光伏组串100、逆变器300及电网500。
本申请实施例中，每个光伏组串100包括多个以串联方式组合在一起的光伏模块101。其他实施例中，光伏组串100也可以只包括一个光伏模块101。每个光伏模块101包括至少一个光伏组件10及变换器20。当每个光伏模块101包括多个光伏组10时，多个光伏组件10串联或/和并联后接入变换器20。
其中，光伏组件10也称为太阳能电池板，是光伏发电***中的核心部分，将太阳能转化为电能，提供直流电输出，并传输至蓄电池中存储起来，或推动负载工作。
需要说明的是，单体太阳电池不能直接作为电源使用的，需要将若干单体电池串联或/和并联连接和严密封装成组件，是最小不可分割的光伏电池组合装置。此外，本申请中的“A和/或B”包括了A和B，A或B。
变换器20也称优化器，是一种安装在光伏组件10和逆变器300之间的功率变换装置，可以消除光伏组件10的串并联失配，降低光伏组件10被旁路的概率，并具有单个光伏组件10的MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪)功能。本申请实施例中，变换器20用于对与其相连的光伏组件10的输出功率进行优化，以保证光伏发电***1000输出功率最大化。
其他实施方式中，变换器20还可以用于对与其相连的光伏组件10进行IV曲线扫描，以检测与其相连的光伏组件10是否存在缺陷或损坏。其中，I是指电流，V是指电压。此外，IV曲线还能指示光伏组件10当前的发电能力、工作状况等信息。
逆变器300的输入端与至少一个光伏组串100相连，用于将至少一个光伏组串100输出的直流电转换成交流电后输出至电网500。
电网500也称为电力网，包括电力***中各种电压的变电所及输配电线路，即变电、输电、配电三个单元，用于输送与分配电能，改变电压。
可以理解，光伏发电***1000可以包括多个逆变器300，且逆变器300的交流侧可以接升压变压器(图未示)再接电网500。具体的，光伏发电***1000所包括的逆变器300的数量以及逆变器300的交流侧是否接升压器，可以依据具体应用环境而定，此处不做具体限定。
需要说明的是，在一种实施例中，当光伏发电***1000包括多台逆变器300时，多台逆变器300之间可以采用通信总线进行通信。通信总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，ISA)总线、外部设备互连(Peripheral Component，PCI)总线或扩展工业标准体系结构(Extended Industry Standard Architecture，EISA)总线等。该总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等，例如，485总线。
此外，在一具体的实施方式中，光伏发电***1000还可包括一个上位机(图未示)，用于与变换器20和逆变器300进行通信。其中，上位机可以是独立的通信主机，也可以是移动终端设备。上位机可以通过无线通信(如WiFi、Lora、Zigbee等)或者PLC通信与逆变器300和变换器20进行通信。此外，上位机还可以集成在光伏发电***1000的其它设备中，例如集成在逆变器300、汇流箱、并网箱或者其中一个变换器20中。
请参阅图2，图2为本申请一实施例中的光伏组件的输出PV曲线图。其中，光伏组件在光照下的输出电压和输出功率特性称之为PV曲线。从图2中可以看出，由于光伏组件的输出功率具有随着输出电压的增大先增大而后减小的变化趋势，因此存在能获取最大功率的最佳工作点。其中，A点所对应的电压为光伏组件的开路电压Voc，定义为光伏组件输出空载时对应的组件电压。B点所对应的电压为光伏组件的最大功率点电压Vmpp，定义为光伏组件输出功率最大时对应的组件电压。
此外，光伏组件的输出还随太阳辐射强度和光伏组件的自身温度而变化的，由于太阳辐射强度和自身温度是变化着的，显然最佳工作点也是在变化的。相对于这些变化，始终让光伏组件的工作点处于最大功率点，光伏发电***始终从光伏组件获取最大功率输出，这种控制就是最大功率跟踪控制。光伏发电***用的变换器的最大特点就是包括了最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)功能。
目前，光伏组件串联时需要结合当地最低气温和选用的光伏组件参数来确定光伏组串中光伏组件串联数量的上限，避免低温场景下，光伏组串电压过高导致逆变器过压保护甚至是失效。光伏发电***配置有变换器后，由于变换器可以限压输出，在配置光伏组件时灵活性更大，单个光伏组串中光伏组件串联数量的上限可以提高，允许光伏发电***有更高的超配比。因此，研究合适的变换器控制方法，实现限压输出，同时又不影响逆变器已有的控制策略，显得尤其重要。
请参阅图3，图3为本申请一实施例中的变换器的控制方法的流程图。该变换器的控制方法具体包括如下步骤。
步骤S11，根据光伏组件的输出功率电压PV曲线确定变换器的输出PV曲线。所述变换器的输出PV曲线至少包括相连接的模拟限压区间和恒功率区间。
其中，所述模拟限压区间是指区间内任意一点所对应的变换器输出电压与所述光伏组件的输出电压成比例且比例系数相同。所述恒功率区间是指区间内任意两点所对应的输出电压不同，且区间内任意两点所对应的输出功率之间的差值小于第一预设阈值。也即，在所述恒功率区间内，所述变换器输出电压变化而输出功率近似不变。
需要说明的是，该光伏组件的输出PV曲线，可以通过变换器来控制光伏组件的输出电压和输出电流并采样来获得。
步骤S12，根据所述变换器的输出PV曲线控制所述变换器的电压输出。
本申请实施例所公开的变换器控制方法，由于变换器的输出PV曲线包括了模拟限压区间，使得变换器的输出PV曲线和光伏组件的输出PV曲线部分相似，也即通过模拟光伏组件输出特性的方式来实现限压，进而使得连接有变换器的光伏组件可以等效为光伏组件，也即从后级的逆变器角度来看，配置有变换器后的光伏组件可以看成是一个新的光伏组件，从而能够在实现限压输出的同时适配逆变器已有的MPPT控制策略，能够保证光伏发电***的稳定性，提高***的发电量。
在一些实施方式中，所述比例系数由所述逆变器的最大允许输入电压及每个光伏组串的开路电压确定。其中，每个光伏组串的开路电压为该组串中串联的光伏组件的数量与每个光伏组件的开路电压的乘积。
可以理解，当每串中的光伏组件的参数不同时，每个光伏组串的开路电压为该组串中串联的所述光伏组件的开路电压之和。
本申请各实施例中，均以单相光伏发电***为例进行说明，逆变器最大允许输入电压为600V。光伏组件的参数相同，且均为：光伏组件开路电压(A点)，Voc＝38.25V；光伏组件短路电流(F点)，Isc＝9.95A；光伏组件最大功率点(B点)，Vmpp＝30.69V，Impp＝8.48A，Pmpp＝260.12W。可以理解，其他实施实施例中，光伏组件的参数还可以是其他参数，在此不做限定。
此外，本申请各个实施例中的变换器的转换效率均是以100％来计算的。可以理解，在工程应用中，变换器的转换效率是低于100％的。下面结合具体实施例，对如何确定比例系数、如何确定所述模拟限压区间和所述恒功率区间进行说明。
请参阅图4，图4为本申请第一实施例中的变化器的输出PV曲线示意图。其中，曲线L1为光伏组件的输出PV曲线，曲线L21为变换器的输出PV曲线。具体地，变换器的输出PV曲线L21包括模拟限压区间CD及恒功率区间DE。本实施方式中，单个光伏组串中串联的光伏组件的数量为20，因此比例系数K＝逆变器最大允许输入电压/光伏组件开路电压总和＝600V/38.25V*20＝0.7843。本申请实施方式中的变换器为降压变换器。
所述模拟限压区间CD的起点C点电压＝38.25V(A点电压)*0.7843＝30V，也即变换器输出电压上限C点电压＝600V/20＝30V。模拟限压区间CD的终点D点电压＝30.69V(B点电压)*0.7843＝24.07V。在模拟限压区间CD内，变换器模拟光伏组件输出特性，工作于降压模式，变换器输出PV曲线和光伏组件PV曲线形状相似，且区间内任意一点，变换器输出电压和变换器输入电压(即光伏组件输出电压)成比例并且比例系数K相同。
因此，本实施方式中，所述模拟限压区间CD的第一端点D所对应的功率为所述光伏组件的最大功率，且所述模拟限压区间的第一端点D所对应的电压由所述光伏组件的最大功率点所对应的电压及所述比例系数K确定。所述模拟限压区间CD的第二端点C所对应的电压为所述变换器的最大输出电压。所述最大输出电压由所述光伏组件的开路电压及所述比例系数K确定，或者，所述最大输出电压由逆变器的最大输入电压和光伏组串的数量确定。当光伏组串中的光伏组件的参数不同时，则每个变换器的最大输出电压由每个光伏组件的开路电压及所述比例系数K确定。
恒功率区间DE靠近模拟限压区间CD的第一端点D，且具有相同的端点D。在恒功率区间DE内，变换器为恒功率输出，工作于降压模式，变换器的输入电压始终为B点，输出电压允许在D点～E点之间变化。也即，所述恒功率区间DE的第二端点E所对应的电压小于恒功率区间DE的第一端点D所对应的电压。
可以理解，在工程应用中，由于变换器输出D点电压高于E点电压，变换器D点的转换效率略高于E点的转换效率，因此D点的功率略高于E点的功率，但由于D点功率和E点功率近似相等，所以DE区间可看作是恒功率区间。因此，恒功率区间DE是指区间内任意两点所对应的输出电压不同，且区间内任意两点所对应的输出功率之间的差值小于第一预设阈值。其中，第一预设阈值可以根据实际应用情况及变换器的硬件参数而设定，只要恒功率DE区间的功率在预设范围内波动即可。
作为一种具体的实现，变换器的输出曲线L21还包括与恒功率区间DE连接的限流区间EH。所述限流区间EH是指区间内任意两点所对应的输出电流之间的差值小于第二预设阈值。也即，在限流区间EH内，变换器为限流输出，区间内任意一点，变换器输出电流近似不变，变换器输出功率随输出电压降低而线性下降。可以理解，该第二预设阈值可以根据实际应用情况及变换器的硬件参数而设定，只要限流区间EH的电流在预设范围内波动即可。如此，可以避免因变换器输出大电流对变换器自身和逆变器所带来的损坏。
其中，恒功率区间DE的第二端点和限流区间EH的第一端点相同，均为E点。其中E点所对应的功率对应光伏组件的最大功率，E点所对应的电压为变换器限流区间的最大电压。限流区间的第二端点H与光伏组件的PV曲线的短路电流点F相对应，但限流区间的第二端点H表示变换器的输出短路点，变换器在H点时的输入电压为A点所对应的电压，也即，此时光伏组件工作在A点。可以理解，所述E点所对应的电压由变换器的硬件特性确定，因此，E点电压可以是根据变换器的特性而预设定。
图4中所示的曲线L21为一个光伏组件的变换器的输出PV曲线，而光伏组串由于包括了20个光伏组件，因此光伏组串的输出PV曲线为20个变换器输出PV曲线的叠加。具体地，如图5所示，其中图5中的曲线L3为包括20个光伏组件的光伏组串的输出PV曲线。从图5中可以看出，光伏组串的输出PV曲L3和光伏组件的输出PV曲线相似，仅仅是每个点所对应的电压和功率扩大了20倍。因此，对于逆变器而言，由于模拟限压区间CD为模拟光伏组件输出特性的区间，即使配置有变换器，但整个光伏组串仍可以看成是一个新的光伏组件，进而逆变器已有的MPPT可正常工作，不需要做变更。稳态后，由于逆变器MPPT，逆变器输入电压稳定在D点(481.4V＝24.07V*20)，并在D点附近波动。
当光伏组串中有6个光伏组件被严重遮挡后(功率为零)，光伏组串的输出PV曲线将变为曲线L4，稳态后，由于逆变器MPPT，逆变器输入电压稳定在D’点(336.98V＝24.07V*14)，并在D’点附近波动，进而无光伏组串功率掉零风险。
请参阅图6，图6为本申请第二实施例中的变化器的输出PV曲线示意图。与第一实施例不同的是，在本申请实施例中，变换器的输出PV曲线L22还包括与模拟限压区间C1D1连接的固定限压区间G1C1。所述固定限压区间G1C1是指区间内任意一点所对应输出电压固定不变。本实施方式中，所述固定限压区间G1C1所对应的电压为变换器的最大输出电压。该变换器最大输出电压G1点＝C1点＝600V/20＝30V。
此外，所述固定限压区间G1C1和所述模拟限压区间C1D1具有相同的端点C1，所述模拟限压区间C1D1的另一个端点D1所对应的功率与所述光伏组件的最大功率对应。本实施方式中，由于设置了固定限压区间G1C1，进而允许设置较高的D1点电压，变换器转换效率较高，相较于第一实施例提高了变换器的转换效率。
为了使得模拟限压区间C1D1向右移动与固定限压区间G1C1有交点C1，比例系数K应该扩大，本申请实施例中，将扩大后的比例系数称为伸展系数。可以理解，伸展系数大于比例系数越多，模拟限压区间C1D1向右移动的幅度越大，当伸展系数过大时，模拟限压区间C1D1将非常靠近固定限压区间G1C1，而使得模拟限压区间C1D1过小，进而影响逆变器的MPPT，因此，一些实施方式中，所述模拟限压区间G1C1的端点D1所对应的电压应小于所述固定限压区间G1C1所对应的电压，且与所述固定限压区间G1C1所对应的电压之间的差值大于预设电压，例如，预设电压可以为2V。
具体地，所述伸展系数可以是0.9，因此变换器输出电压上限G1点＝C1点＝600V/20＝30V，变换器输出D1点＝30.69V*0.9＝27.62V。本申请实施例中，变换器在整个PV曲线L22内均工作于降压模式。
图6中所示的输出PV曲线L22为一个光伏组件的变换器的输出PV曲线，而光伏组串由于包括了20个光伏组件，因此光伏组串的输出PV曲线为20个变换器输出PV曲线的叠加。具体地，如图7所示，其中图7中的输出PV曲线L5为包括20个光伏组件的光伏组串的输出PV曲线，光伏组串PV曲线L5为20个变换器输出PV曲线的叠加，模拟限压区间C1D1为模拟光伏组件特性的区间，从后级的逆变器角度来看，配置有变换器后的光伏组件可以看成是一个新的光伏组件，逆变器已有的MPPT可正常工作，不需要做变更。稳态后，由于逆变器MPPT，逆变器输入电压稳定在D1点(552.4V＝27.62V*20)，并在D1点附近波动。
当光伏组串中6个光伏组件被严重遮挡后(功率为零)，光伏组串PV曲线L5将变为光伏组串PV曲线L6，稳态后，由于逆变器MPPT，逆变器输入电压稳定在D1’点(386.68V＝27.62V*14)，并在D1’点附近波动，无光伏组串功率掉零风险。
请参阅图8，图8为本申请第三实施例中的变换器的输出PV曲线的示意图。本申请实施例中，单个光伏组串中串联的光伏组件的数量为14，因此比例系数K＝逆变器最大允许输入电压/光伏组件开路电压总和＝600V/38.25V*14＝1.1204，变换器输出的最大电压C2点＝600V/14＝42.86V。模拟限压区间C2D2的端点D2点电压＝30.69V*1.1204＝34.39V。
需要说明的是，与第一实施例不同的是，变换器在模拟限压区间C2D2工作于升压模式。变换器在恒功率区间D2B区间工作于升压模式，变换器的输入电压始终为B点，输出电压允许在D2点～B点之间变化；变换器在恒功率区间BE2工作于降压模式，变换器的输入电压始终为B点，输出电压允许在B点～E2点之间变化。
请参阅图9，图9为本申请第四实施例中的变换器的输出PV曲线的示意图。与第三实施例不同的是，所述输出PV曲线还包括固定限压区间G3C3。本实施方式中，变换器输出电压上限G3点＝C3点＝600V/14＝42.86V；伸展系数取1.3，因此模拟限压区间C3D3的端点D3所对应的电压＝30.69V*1.3＝39.90V。
请参阅图10，图10为本申请第五实施例中的变换器的输出PV曲线的示意图。与第三实施例不同的是，所述恒功率区间D4E4的端点E4为所述光伏组件的最大功率点B，且所述变换器的输出PV曲线还包括与所述恒功率区间连接的直通区间E4H。所述直通区间E4H与所述光伏组件的输出PV曲线的最大功率点B至短路电流点F之间的曲线重合。也即，变换器在直通区间E4H的输出电压等于输入电压，等价为光伏组件。
本实施方式中，变换器为升压变换器。具体地，变换器在模拟限压区间C4D4工作于升压模式。变换器在恒功率区间D4E4工作于升压模式，变换器的输入电压始终为B点，输出电压允许在D4点～E4点之间变化。
请参阅图11，图11为本申请第六实施例中的变换器的输出PV曲线的示意图。与第五实施例不同的是，所述输出PV曲线还包括固定限压区间G5C5。本实施方式中，变换器输出电压上限G5点＝C5点＝600V/14＝42.86V；伸展系数取1.3，因此模拟限压区间C5D5的端点D5所对应的电压＝30.69V*1.3＝39.90V。
本实施方式中，变换器为升压变换器。具体地，变换器在模拟限压区间C5D5工作于升压模式，变换器在恒功率区间D5E5工作于升压模式，变换器输入电压始终为B点，输出电压允许在D5点～E5点之间变化。
请参阅图12，图12为本申请一实施例中的变换器的原理框图。也即，图1中的变换器20可以通过图12中的结构来实现。如图12所示，变换器20包括DC/DC电路21、采样电路22、控制器23和存储器24。其中，DC/DC电路21、采样电路22、控制器23和存储器24的功能可以用集成电路来实现，将直流转直流DC/DC电路21、采样电路22、控制器23和存储器24集成在PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)上。印制电路板又称印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的载体。
本申请实施例中，DC/DC电路21对应连接至少一个光伏组件，作为变换器20的输入端，用于调节光伏组件10的输出电压。在其他实施例中，变换器20可以包括多个DC/DC电路21，每个DC/DC电路21与至少一个光伏组件10连接。
在一具体的实施例中，DC/DC电路21可以工作于功率变换模式，用于对输入端的光伏组件10的直流电能进行功率变换，再输出变换后的直流电能到输出端；或者，可以工作于直通模式，将输入端和输出端直接连通。在具体的实际应用中，DC/DC电路21可以根据具体应用环境进行电路设置，例如设置buck电路、boost电路或者buck-boost电路等。
采样电路22与DC/DC电路21电连接，用于检测光伏组件10的输出电压和与该输出电压所对应的电流。在具体的实际应用中，采样电路22可以包括传感器，例如电流传感器。
控制器23分别与DC/DC电路21、采样电路22和存储器24电连接。控制器23是指能够将各个部件按照指令的功能要求协调工作的部件，是***的神经中枢和指挥中心，通常由指令寄存器IR(Instruction Register)、程序计数器PC(Program Counter)和操作控制器OC(Operation Controller)三个部件组成，对协调整个***有序工作极为重要。这里的控制器23可以指一个或多个设备、电路、和/或用于处理数据(例如计算机程序指令)的处理核。
其他实施例中，控制器23可以是一个处理器，也可以是多个处理元件的统称。例如，处理器可以是一个通用中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，也可以是特定应用集成电(application-specific Integrated Circuit，ASIC)，或一个或多个用于控制本申请方案程序执行的集成电路，例如：一个或多个微处理器(Digital Signal Processor，DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA)。在具体实现中，作为一种实施例，处理器可以包括一个或多个CPU。
本实施方式中，控制器23用于执行前述的控制方法以控制变换器100的输出。
存储器24可以是只读存储器(read-only memory，ROM)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(random access memory，RAM)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM))或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。存储器24可以是独立存在。存储器24也可以和控制器23集成在一起。可以用于存储光伏组件10的电流、电压及功率等数据。
本申请实施例中，存储器24还用于存储执行本申请方案的应用程序代码，并由控制器23来控制执行。也即，所述控制器23用于执行所述存储器24中存储的应用程序代码。
可以理解的是，本申请实施例示意的结构并不构成对变换器20的具体限定。在本申请另一些实施例中，变换器20可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件，软件或软件和硬件的组合实现。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和各个单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
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。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的装置相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见装置部分说明即可。
需要说明的是，对于前述的各个方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。
本申请实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。
本申请的各实施方式可以任意进行组合，以实现不同的技术效果。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid StateDisk)等。
总之，以上所述仅为本发明技术方案的实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡根据本发明的揭露，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种变换器的控制方法，用于对变换器的输出进行控制，所述变换器的输入端连接至少一个光伏组件，所述变换器的输出端连接逆变器；所述变换器用于将所述至少一个光伏组件所产生的能量经过变换后输出；其特征在于，所述控制方法包括：
根据所述光伏组件的输出功率和电压的PV曲线确定所述变换器的输出PV曲线;
所述输出PV曲线至少包括相连接的模拟限压区间和恒功率区间;
所述模拟限压区间是指区间内任意一点所对应的变换器输出电压与所述光伏组件的输出电压成比例且比例系数相同，其中，所述比例系数为所述逆变器的最大允许输入电压与所述至少一个光伏组件的开路电压之和的比值；
所述恒功率区间是指区间内任意两点所对应的输出电压不同，且区间内任意两点所对应的输出功率之间的差值小于第一预设阈值；
根据所述输出PV曲线控制所述变换器的电压输出。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述模拟限压区间的第一端点所对应的功率与所述光伏组件的最大输出功率相对应，且所述第一端点所对应的电压由所述光伏组件的最大功率点所对应的电压及所述比例系数确定；所述恒功率区间连接所述第一端点。
3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述模拟限压区间第二端点所对应的电压为所述变换器的最大输出电压，所述第二端点所对应的功率为0；所述最大输出电压由所述光伏组件的开路电压及所述比例系数确定，或者，所述最大输出电压由逆变器的最大输入电压及每个光伏组串中所串联的光伏组件的数量确定。
4.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述输出PV曲线还包括与所述模拟限压区间连接的固定限压区间；所述固定限压区间是指区间内任意一点所对应输出电压固定不变；所述第一端点远离所述固定限压区间。
5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述模拟限压区间的第二端点为所述固定限压区间的第一端点；所述模拟限压区间的第一端点所对应的电压由所述光伏组件的最大功率点所对应的电压及伸展系数确定；所述伸展系数大于所述比例系数。
6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述模拟限压区间的第一端点所对应的电压小于所述固定限压区间所对应的电压，且与所述固定限压区间所对应的电压之间的差值大于预设电压。
7.如权利要求1-6任一项所述的控制方法，其特征在于，当所述变换器仅为升压变换器时，所述恒功率区间的一个端点对应所述光伏组件的最大功率点。
8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述变换器的输出PV曲线还包括与所述恒功率区间连接的直通区间；所述直通区间与所述光伏组件的输出PV曲线的最大功率点至短路电流点之间的曲线重合。
9.如权利要求1-6任一项所述的控制方法，其特征在于，所述输出PV曲线还包括与所述恒功率区间连接的限流区间；所述限流区间是指区间内任意两点所对应的输出电流之间的差值小于第二预设阈值，且变换器的输出功率随输出电压降低而线性下降。
10.一种变换器，所述变换器的输入端连接至少一个光伏组件，所述变换器的输出端连接逆变器；所述变换器用于将所述至少一个光伏组件所产生的能量经过变换后输出；其特征在于，所述变换器包括：
DC/DC电路，用于对光伏组件输出电压和输出电流进行调节；
采样电路，用于对光伏组件输出电压和输出电流进行采样；以及
控制器，用于根据采集到的电压和电流确定光伏组件的输出功率和电压的PV曲线；
所述控制器还用于根据所述光伏组件的PV曲线确定所述变换器的输出PV曲线；所述输出PV曲线至少包括相连接的模拟限压区间和恒功率区间，所述模拟限压区间是指区间内任意一点所对应的变换器输出电压与所述光伏组件的输出电压成比例且比例系数相同，其中，所述比例系数为所述逆变器的最大允许输入电压与所述至少一个光伏组件的开路电压之和的比值，所述恒功率区间是指区间内任意两点所对应的输出电压不同，且区间内任意两点所对应的输出功率之间的差值小于第一预设阈值；
所述控制器还用于根据所述输出PV曲线控制所述变换器的电压输出。
11.如权利要求10所述的变换器，其特征在于，所述模拟限压区间的第一端点所对应的功率与所述光伏组件的最大输出功率相对应，且所述第一端点所对应的电压由所述光伏组件的最大功率点所对应的电压及所述比例系数确定；所述恒功率区间连接所述第一端点。
12.如权利要求11所述的变换器，其特征在于，所述模拟限压区间第二端点所对应的电压为所述变换器的最大输出电压，所述第二端点所对应的功率为0；所述最大输出电压由所述光伏组件的开路电压及所述比例系数确定，或者，所述最大输出电压由逆变器的最大输入电压及每个光伏组串中所串联的光伏组件的数量确定。
13.如权利要求11所述的变换器，其特征在于，所述输出PV曲线还包括与所述模拟限压区间连接的固定限压区间；所述固定限压区间是指区间内任意一点所对应输出电压固定不变；所述第一端点远离所述固定限压区间。
14.如权利要求13所述的变换器，其特征在于，所述模拟限压区间的第二端点为所述固定限压区间的第一端点；所述模拟限压区间的第一端点所对应的电压由所述光伏组件的最大功率点所对应的电压及伸展系数确定；所述伸展系数大于所述比例系数。
15.如权利要求14所述的变换器，其特征在于，所述模拟限压区间的第一端点所对应的电压小于所述固定限压区间所对应的电压，且与所述固定限压区间所对应的电压之间的差值大于预设电压。
16.如权利要求10-15任一项所述的变换器，其特征在于，当所述变换器仅为升压变换器时，所述恒功率区间的一个端点对应所述光伏组件的最大功率点。
17.如权利要求16所述的变换器，其特征在于，所述变换器的输出PV曲线还包括与所述恒功率区间连接的直通区间；所述直通区间与所述光伏组件的输出PV曲线的最大功率点至短路电流点之间的曲线重合。
18.如权利要求10-15任一项所述的变换器，其特征在于，所述输出PV曲线还包括与所述恒功率区间连接的限流区间；所述限流区间是指区间内任意两点所对应的输出电流之间的差值小于第二预设阈值，且变换器的输出功率随输出电压降低而线性下降。
19.一种光伏发电***，包括至少一个光伏组串及逆变器；所述逆变器的输入端与所述至少一个光伏组串连接；其特征在于，每个光伏组串包括多个以串联方式组合在一起的光伏模块；每个光伏模块包括至少一个光伏组件及如权利要求10-15和17任一项所述变换器；所述变换器的输入端与所述至少一个光伏组件连接，用于将所述至少一个光伏组件所产生的能量经过变换后输出至所述逆变器。
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