CN116316795A - 光伏逆变器及其功率调节方法以及光伏*** - Google Patents

光伏逆变器及其功率调节方法以及光伏*** Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种光伏逆变器及其功率调节方法、光伏***。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。采用本申请，可以提高光伏逆变器的功率响应速度。

Description

光伏逆变器及其功率调节方法以及光伏***
技术领域
本申请涉及电子电力技术领域，尤其涉及一种光伏逆变器及其功率调节方法以及光伏***。
背景技术
光伏***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***。光伏逆变器是光伏***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。
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。
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。
发明内容
本申请实施例提供一种光伏逆变器及其功率调节方法以及光伏***，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。
第一方面，本申请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，本申请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。
可选的，本申请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。本申请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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
第二方面，本申请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。
本申请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。
可选的，本申请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。本申请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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
第三方面，本申请提供一种光伏***，该光伏***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。
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。
附图说明
图1是本申请实施例提供的光伏***的应用场景示意图；
图2是本申请实施例提供的光伏***的一结构示意图；
图3是本申请实施例提供的光伏***的另一结构示意图；
图4是本申请实施例提供的光伏***的又一结构示意图；
图5是本申请实施例提供的光伏组件的P-U曲线示意图；
图6是本申请实施例提供的母线电压-时间的曲线示意图；
图7是本申请实施例提供的光伏逆变器的功率调节方法的流程示意图。
具体实施方式
在本申请的描述中，除非另有说明，“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系，例如，A/B可以表示A或B。本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。
太阳能是大自然赐予的一种取之不尽、用之不竭、无污染的绿色能源，换句话说，太阳能是一种可再生的清洁能源，在人们生活、工作中有广泛的作用，其中之一就是将太阳能转换为电能。太阳能发电可分为光热发电和光伏发电，光伏发电(photovoltaic powergeneration)是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能转变为电能的技术。本申请提供的光伏***可为基于太阳能光伏发电的光伏***(为方便描述，下面简称光伏***)。太阳能光伏发电，具有无动部件、无噪声、无污染、可靠性高等特点，在偏远地区的通信光伏***中有极好的应用前景。
本申请提供的光伏***可适用于为无市电或者市电差的偏远地区的基站设备供电，或者蓄电池供电，或者家用设备(如冰箱、空调等等)供电等多种类型的用电设备的供电，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。本申请提供的光伏逆变器适用于上述光伏***，可用于将光伏组件等直流电源产生的可变直流电转换为市电频率的交流电，并向市电电网输出该交流电以供市电电网使用，具体可供市电电网中的基站设备、蓄电池、或者家用设备使用。本申请提供的光伏***可应用于不同的应用场景，比如，光伏供电场景、光储混合供电场景等，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。其中，光伏供电场景中，供电电源为光伏组件；光储混合供电场景中，供电电源包括光伏组件和储能电池组串。本申请以光伏供电场景为例进行说明。
参见图1，图1是本申请实施例提供的光伏***的应用场景示意图。在光伏供电场景下，图1所示的光伏***可以包括光伏组件和光伏逆变器。其中，光伏组件的输出端连接光伏逆变器的输入端，光伏逆变器的输出端连接到负载，比如交流电网、家用设备、通信基站等等。可选的，这里与光伏逆变器输入端相连的光伏组件的数量还可以是多个，多个光伏组件可串联和/或并联后与光伏逆变器相连。这里的光伏组件可以是太阳能电池板、光伏板等。在光伏***开始运行后，光伏逆变器可以将光伏组件输入的直流电转换为交流电送入负载，以供负载中的交流电网、通信基站或者家用设备等使用。
上述只是对本申请提供的光伏***的应用场景进行示例说明，而非穷举，本申请不对应用场景进行限制。
下面结合图2至图7对本申请提供的光伏***、光伏逆变器、以及光伏逆变器的功率调节方法进行示例说明。
下文为便于描述，以光伏逆变器输出端连接的负载是交流电网为例进行说明。
参见图2，图2是本申请实施例提供的光伏***的一结构示意图。如图2所示，光伏***1可以包括光伏组件10和光伏逆变器20，光伏组件10与光伏逆变器20的输入端连接，用于为光伏逆变器20提供电能(即供电)，比如提供输入电流、输入电压、或输入功率等。光伏逆变器20的输出端可以连接到负载(比如交流电网，或家用设备等)，用于将光伏组件10输入的直流电转变为交流电送入负载，以供负载使用。
在图2所示的光伏***1中，光伏逆变器20可以包括直流变换单元201、交流逆变单元202、控制单元203、以及直流母线204。直流变换单元201的输入端连接光伏组件10，直流变换单元201的输出端可以通过直流母线204与交流逆变单元202的输入端连接，交流逆变单元202的输出端连接负载。控制单元203可与交流逆变单元202的输出端相连，可以实时监测交流逆变单元202的输出功率(即负载的输入功率，本申请简称为负载功率，下文不再赘述)。控制单元203还可与直流变换单元201相连，可以从直流变换单元201获得光伏组件10在当前光照环境下输出的最大功率，并可以控制直流变换单元201切换模式。
可理解，图2所示的光伏***1中，Upv表示光伏组件10的输出电压，Ubus表示直流母线204上的母线电压，Uac表示交流逆变单元202的输出电压。
可选的，直流母线204上可以包括一个母线电容或者相互串联的多个母线电容，可用于储能。参见图3，图3是本申请实施例提供的光伏***的另一结构示意图。在图3所示的光伏***1中，直流母线204上包括母线电容C。直流变换单元201可将光伏组件10输出的直流电进行整流或升压等处理后输出并存储至母线电容C的两端。交流逆变单元202可将母线电容C两端的直流电转换为相应功率的交流电以供负载使用。
在一些可行的实施方式中，如图3所示，直流变换单元201可以包括直流(directcurrent，DC)/DC变换电路2011和DC/DC控制电路2012。交流逆变单元202可以包括DC/交流(alternating current，AC)变换电路2021和DC/AC控制电路2022。其中，DC/DC变换电路2011的输入端连接光伏组件10，DC/DC变换电路2011的输出端通过直流母线204与DC/AC变换电路2021的输入端相连，DC/AC变换电路2021的输出端连接负载。
DC/DC控制电路2012和DC/AC控制电路2022可以相连，用于进行信息交互。DC/DC控制电路2012可用于连接光伏组件10，可以实时监测和/或控制光伏组件10的输出电压(Upv)、输出电流、以及输出功率中的一项或多项。DC/DC控制电路2012还可与直流母线204上的母线电容C相连，可以实时监测母线电容C上的电压，即母线电压(Ubus)。DC/DC控制电路2012还可与DC/DC变换电路2011相连，可以控制DC/DC变换电路2011的输出电压。DC/AC控制电路2022也可与直流母线204上的母线电容C相连，可以实时监测母线电容C上的电压，即母线电压(Ubus)。DC/AC控制电路2022还可与DC/AC变换电路2021相连，可以实时监测和控制DC/AC变换电路2021的输出功率(即负载功率)。
可选的，在上述图2和图3所示的光伏***1中，光伏逆变器20的直流变换单元201可以是DC/DC变换器，可以对光伏组件10输入的直流电进行整流或升压等处理后输出。可选的，光伏逆变器20的交流逆变单元202可以是DC/AC变换器，可以将DC/DC变换器输出的直流电转变为交流电。光伏逆变器20的控制单元203可以是控制器、控制芯片、控制***、专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件等。
参见图4，图4是本申请实施例提供的光伏***的又一结构示意图。在图4所示的光伏***1中，光伏逆变器20包括DC/DC变换器201、DC/AC变换器202、直流母线204、以及控制器203。DC/DC变换器201的输入端连接光伏组件10，DC/DC变换器201的输出端可以通过直流母线204与DC/AC变换器202的输入端连接，DC/AC变换器202的输出端连接交流电网。DC/DC变换器201可将光伏组件10输出的直流电进行整流或升压等处理，以得到可以满足DC/AC变换器202的输入电压需求的直流电并存储至直流母线204上的母线电容C两端。DC/AC变换器202可将母线电容C两端的直流电压转换为相应功率的交流电以供负载使用。此时，控制器203可以连接DC/DC变换器201和DC/AC变换器202，用于根据负载功率(即DC/AC变换器202的输出功率)的变化与光伏组件10在当前光照环境下输出的最大功率的比较，控制DC/DC变换器201切换不同模式。
可理解，图4所示的光伏***1中，Upv表示光伏组件10的输出电压，Ubus表示直流母线204上的母线电压，Uac表示DC/AC变换器202的输出电压。
可理解，本申请提供的光伏***中与光伏逆变器输入端相连的光伏组件的数量可以是多个，多个光伏组件可串联和/或并联后与光伏逆变器相连；上述图2至图4仅是示例说明，本申请不限制光伏***中光伏组件的数量。可选的，多个光伏组件的输出电流可以通过汇流箱(即多个光伏组件并联至汇流箱)汇流之后为光伏逆变器提供直流输入电压。也就是说，光伏***还可以包括汇流箱，多个光伏组件可通过汇流箱连接光伏逆变器，光伏逆变器连接交流电网。
为方便描述，下面将以图2所示的光伏***的结构对本申请实施例提供的光伏逆变器的功能实现以及光伏逆变器的功率调节方法进行示例说明。
在一些可行的实施方式中，光伏逆变器20的控制单元203可用于在负载功率(也即光伏逆变器20的输出功率，下文不再赘述)小于光伏组件10在当前光照环境下输出的最大功率时，控制直流变换单元201从MPPT模式切换到母线恒定模式，以使直流变换单元201的输入电压随着负载功率(即光伏逆变器20的输出功率)变化，从而使光伏组件10的输出功率与光伏逆变器20所需的输出功率保持同步调整。该母线恒定模式可以是将直流变换单元201的输出电压调节至恒定值或预设范围。其中，预设范围的下限值为交流逆变单元202的输出电压峰值，预设范围的上限值可以基于实际应用场景中的实验数据获得。也就是说，预设范围可以大于下限值且小于上限值。
需要说明的是，当直流变换单元201处于MPPT模式时，直流变换单元201执行MPPT来最大化自身的输出功率。直流变换单元201在执行MPPT时，可以以固定的步长扰动光伏组件10的端口电压(也即直流变换单元201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201处于母线恒定模式时，直流变换单元201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Ubus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。
那么，换句话说，光伏逆变器20的控制单元203在控制直流变换单元201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201的输入电压切换到通过调整直流变换单元201控制信号的占空比来控制直流变换单元201的输出电压调节至恒定值或预设范围。
为方便理解，下面结合光伏逆变器在不同情况下光伏组件输出的功率-电压(P-U)曲线和母线电压-时间(Ubus-t)的变化曲线，来示例说明光伏逆变器的功能实现。参见图5，图5是本申请实施例提供的光伏组件的P-U曲线示意图。图5中，横坐标为光伏组件的输出电压Upv，也即光伏逆变器(或者直流变换单元)的输入电压；纵坐标为光伏组件的输出功率P，也即光伏逆变器(或者直流变换单元)的输入功率；Pmax为光伏组件在某种光照环境下的最大功率，相应的c点即为最大功率点。参见图6，图6是本申请实施例提供的母线电压-时间的曲线示意图。图6中横坐标表示时间(time，记为t)，纵坐标表示母线电压Ubus，Ubus_ref表示母线参考电压值。一个示例中，上述预设范围的下限值可以是图6的t0到t5内Ubus的最小值，上述预设范围的上限值可以是图6的t0到t5内Ubus的最大值。
可以理解，t＝0时，光伏逆变器20尚未启动。
在一些可行的实施方式中，0<t≤t0时，光伏逆变器20启机过程，当负载功率(Pac)为0时，直流变换单元201处于母线恒定模式，光伏组件10工作在图5所示光伏曲线(即P-U曲线)的a点。直流变换单元201可以采集直流母线204的母线电压Ubus，并可以基于光伏组件10提供的输入电压Ua(此时光伏组件10提供的输入电压Ua可以接近光伏组件10在当前光照环境下的开路电压)提升直流变换单元201的输出电压至预设的母线参考电压值Ubus_ref，以实现母线恒定模式。换句话说，在光伏逆变器20的启机过程中，即使负载功率Pac为0时，光伏组件10的输出功率P(或者直流变换单元201的输入功率)也不为0，以此来启动光伏逆变器20。可理解，本申请实施例在负载功率Pac为0的情况下，用很小的输入功率来启动光伏逆变器20，可以节省能耗。
其中，母线参考电压值Ubus_ref是预设范围内的一个取值。由前述图2到图4的连接关系可知，直流变换单元201的输出电压等于母线电压Ubus，所以提升直流变换单元201的输出电压至母线参考电压值Ubus_ref，等价于将母线电压Ubus升高至母线参考电压值Ubus_ref。
可以理解，t0<t<t1时，负载功率Pac仍然为0，母线电压Ubus维持在母线参考电压值Ubus_ref。
在一些可行的实施方式中，t＝t1时，光伏逆变器20开始工作，负载功率Pac开始升高。在光伏逆变器20的工作过程中(t1时刻之后)，当直流变换单元201处于母线恒定模式时，直流变换单元201(具体可以是图3中的DC/DC控制电路2012)可以实时监测直流母线204的母线电压Ubus和光伏组件10的输出功率。可以理解，当负载功率Pac发生变化时，会引起母线电压Ubus出现短暂的波动，从而出现母线电压Ubus不等于预设的母线参考电压值Ubus_ref的情况。比如，负载功率Pac增大，母线电压Ubus会出现暂态跌落现象。这是因为负载功率Pac突然增大，导致直流母线204两端存储的能量减少，从而导致母线电压Ubus出现暂态跌落现象。又比如，负载功率Pac减小，导致直流母线204两端堆积的能量增多，从而导致母线电压Ubus会出现暂态抬升现象。
t1<t≤t2时，负载功率Pac上升至大于0且小于光伏组件10在当前光照环境下输出的最大功率Pmax，直流变换单元201仍然处于母线恒定模式下，直流变换单元201检测到直流变换单元201的输出电压跌落至小于预设的母线参考电压值Ubus_ref时，直流变换单元201可以提升光伏组件10的输出功率来使直流变换单元201的输出电压升高至该母线参考电压值Ubus_ref，从而实现母线恒定模式。比如，直流变换单元201控制光伏组件10的工作点从图5所示光伏曲线(即P-U曲线)的a点迁移至b点。可理解，因为直流变换单元201的输出端与直流母线连接，那么直流变换单元201的输出电压等于母线电压Ubus，所以直流变换单元201的输出电压升高至母线参考电压值Ubus_ref，也即母线电压Ubus升高至母线参考电压值Ubus_ref。
t2<t<t3时，负载功率Pac保持不变，母线电压Ubus维持在母线参考电压值Ubus_ref。
t＝t3时，负载功率Pac继续开始升高，母线电压Ubus仍然会出现暂态跌落现象。
t3<t<t4时，负载功率Pac上升至大于或等于光伏组件10在当前光照环境下输出的最大功率Pmax。在此期间(即t3<t≤t4时)，负载功率Pac升高至等于光伏组件10在当前光照环境下输出的最大功率Pmax之前，直流变换单元201还处于母线恒定模式，并且直流变换单元201还在检测到直流变换单元201的输出电压跌落至小于母线参考电压值Ubus_ref时，直流变换单元201提升光伏组件10的输出功率，比如直流变换单元201控制光伏组件10的工作点从图5所示光伏曲线(即P-U曲线)的b点向c点迁移。但当控制单元203发现负载功率Pac大于或等于光伏组件10在当前光照环境下输出的最大功率Pmax时，控制单元203还用于控制直流变换单元201从母线恒定模式切换到MPPT模式以对光伏组件10进行MPPT。此时，光伏组件10的工作点在图5所示光伏曲线(即P-U曲线)的c点附近波动，即在最大功率点附近来回波动。
t＝t4时，负载功率Pac开始减小，在负载功率Pac减小的过程中，母线电压Ubus会出现暂态抬升现象。
可选的，在直流变换单元201处于MPPT模式下，交流逆变单元202在检测到直流变换单元201的输出电压不等于预设的母线参考电压值Ubus_ref时，交流逆变单元202降低自己的输出功率以调节直流变换单元201的输出电压至母线参考电压值Ubus_ref。那么，负载功率Pac的减小可以是直流变换单元201处于MPPT模式下，交流逆变单元202检测到直流变换单元201的输出电压不等于母线参考电压值Ubus_ref时，主动降低自己的输出功率导致的；当然也可以是因为负载需要的输入功率减小导致的，本申请实施例不做限制。
可以理解，因为交流逆变单元202的输出功率等于负载功率Pac，所以在t4<t≤t5期间，当交流逆变单元202的输出功率降低至小于光伏组件10在当前光照环境下输出的最大功率Pmax时，控制单元203可以控制直流变换单元201从MPPT模式切换回母线恒定模式。还可以理解，直流变换单元201切换回母线恒定模式后，检测到直流变换单元201的输出电压上升至大于母线参考电压值Ubus_ref时，直流变换单元201可以降低光伏组件10的输出功率以使直流变换单元201的输出电压减小至母线参考电压值Ubus_ref。比如，直流变换单元201控制光伏组件10的工作点从图5所示光伏曲线(即P-U曲线)的c点迁移至b点，或者由c点迁移至b′点。
可选的，直流变换单元201在降低光伏组件10的输出功率时，可以控制光伏组件10的端口电压减小至目标电压值Ub′，该目标电压值Ub′小于光伏组件10在当前光照环境下输出的最大功率所对应的电压值Uc。也就是直流变换单元201通过控制光伏组件10的工作点从图5所示光伏曲线(即P-U曲线)的c点迁移至b′点来降低光伏组件10的输出功率。这样，可以减少直流变换单元201和交流逆变单元202失效的可能性。可理解，当负载功率Pac减小至0时，直流变换单元201可以控制光伏组件10的工作点从图5所示光伏曲线(即P-U曲线)的c点迁移至a点。
在一些可行的实施方式中，在直流变换单元201处于母线恒定模式下，直流变换单元201在负载功率Pac跌落且检测到直流变换单元201的输出电压上升至大于母线参考电压值Ubus_ref时，直流变换单元201可以降低光伏组件10的输出功率来使直流变换单元201的输出电压减小至母线参考电压值Ubus_ref，从而实现母线恒定模式。
可以理解，光伏组件10受光照、遮挡等原因影响，光伏组件10的输出功率(即直流变换单元201的输入功率)会随着光照环境的变化而发生变化。所以，直流变换单元201可能会在母线恒定模式和MPPT模式之间反复切换。本申请实施例针对直流变换单元201处于不同模式有不同的实现逻辑，具体参见前文描述，这里不再赘述。
本申请实施例中光伏逆变器20的直流变换单元201和交流逆变单元202通过直流母线204进行功率耦合，控制单元203在负载功率小于光伏组件10在当前光照环境下输出的最大功率时，控制直流变换单元201从MPPT模式切换到母线恒定模式，以使直流变换单元201的输入电压随着负载功率变化，从而使光伏组件10的输出功率与光伏逆变器20所需的输出功率保持同步调整，也就是直流变换单元201的输出功率自跟随光伏逆变器20的输出功率变化，从而提升直流变换单元201的功率响应速度，并且可以使直流变换单元201的输出功率与光伏逆变器20的输出功率快速达到匹配。其中，母线恒定模式为将直流变换单元201的输出电压调节至恒定值或预设范围。
参见图7，图7是本申请实施例提供的光伏逆变器的功率调节方法的流程示意图。该方法应用于光伏逆变器。该光伏逆变器可以是前述图2至图4中任一种，该光伏逆变器可以包括直流变换单元、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。
如图7所示，本申请实施例提供的光伏逆变器的功率调节方法可包括步骤：
S701，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。
S702，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。
在一些可行的实施方式中，光伏逆变器启动后，光伏逆变器可以实时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。其中，预设范围可以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。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。
需要说明的是，当直流变换单元处于MPPT模式时，光伏逆变器执行MPPT来最大化自身的输出功率。光伏逆变器执行MPPT时，可以以固定的步长扰动光伏组件的端口电压(也就是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，光伏逆变器将直流变换单元的输出电压调节至恒定值或预设范围，来使直流母线的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，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。
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，负载功率增大时，母线电压会出现暂态跌落现象。反之，负载功率减小时，母线电压会出现暂态抬升现象。
在一些可行的实施方式中，在光伏逆变器的启动过程中，当负载功率为0时，直流变换单元处于母线恒定模式下，光伏逆变器可以采集直流母线的母线电压，并可以基于光伏组件提供的输入电压(此时光伏组件提供的输入电压可以接近光伏组件在当前光照环境下的开路电压)提升直流变换单元的输出电压至预设的母线参考电压值，以实现母线恒定模式。其中，母线参考电压值是预设范围内的一个取值。
之后，负载功率升高。在负载功率升高至大于0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，当光伏逆变器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该母线参考电压值，以实现母线恒定模式。
可选的，当光伏逆变器发现负载功率升高至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。
在一些可行的实施方式中，当直流变换单元处于母线恒定模式下负载功率跌落时，光伏逆变器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，可以降低光伏组件的输出功率来使直流变换单元的输出电压减小至母线参考电压值，从而实现母线恒定模式。
在一些可行的实施方式中，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。
可选的，在直流变换单元处于MPPT模式下，光伏逆变器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。可以理解，因为交流逆变单元的输出功率等于负载功率，所以当交流逆变单元的输出功率降低至小于光伏组件在当前光照环境下输出的最大功率时，光伏逆变器可以控制直流变换单元从MPPT模式切换回母线恒定模式。还可以理解，直流变换单元处于母线恒定模式下，光伏逆变器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，可以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。
换句话说，在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，该功率调节方法还包括：控制光伏组件的端口电压减小至目标电压值，来降低光伏组件的输出功率，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，可以减少直流变换单元和交流逆变单元失效的可能性。
本申请实施例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，也就是直流变换单元的输出功率自跟随交流逆变单元的输出功率变化，可以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。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种光伏逆变器，其特征在于，所述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，所述直流变换单元的输入端用于连接光伏组件，所述直流变换单元的输出端通过所述直流母线与所述交流逆变单元的输入端连接，所述交流逆变单元的输出端用于连接负载；
所述控制单元，用于在负载功率小于所述光伏组件在当前光照环境下输出的最大功率时，控制所述直流变换单元从最大功率点跟踪MPPT模式切换到母线恒定模式，以使所述直流变换单元的输入电压随着所述负载功率变化，从而使所述光伏组件的输出功率与所述光伏逆变器所需的输出功率保持同步调整，所述母线恒定模式为将所述直流变换单元的输出电压调节至恒定值或预设范围。
2.根据权利要求1所述的光伏逆变器，其特征在于，所述控制单元，用于在控制所述直流变换单元从MPPT模式切换到母线恒定模式时，通过由控制所述直流变换单元的输入电压切换到通过调整所述直流变换单元控制信号的占空比来控制所述直流变换单元的输出电压调节至恒定值或预设范围。
3.根据权利要求1所述的光伏逆变器，其特征在于，所述直流变换单元用于在所述负载功率为零时，基于所述光伏组件提供的输入电压提升所述直流变换单元的输出电压至母线参考电压值，以实现所述母线恒定模式，所述母线参考电压值大于所述预设范围的下限值且小于所述预设范围的上限值。
4.根据权利要求1所述的光伏逆变器，其特征在于，所述直流变换单元用于在所述负载功率上升至大于零且小于所述光伏组件在当前光照环境下输出的最大功率时，在检测到所述直流变换单元的输出电压跌落至小于母线参考电压值时，提升所述光伏组件的输出功率以使所述直流变换单元的输出电压升高至所述母线参考电压值，以实现所述母线恒定模式，所述母线参考电压值大于所述预设范围的下限值且小于所述预设范围的上限值。
5.根据权利要求4所述的光伏逆变器，其特征在于，所述直流变换单元用于在所述负载功率跌落时，在检测到所述直流变换单元的输出电压上升至大于所述母线参考电压值时，降低所述光伏组件的输出功率以使所述直流变换单元的输出电压减小至所述母线参考电压值，以实现所述母线恒定模式。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的光伏逆变器，其特征在于，所述控制单元，还用于在所述负载功率大于或等于所述光伏组件在当前光照环境下输出的最大功率时，控制所述直流变换单元从所述母线恒定模式切换到所述MPPT模式以对所述光伏组件进行MPPT。
7.根据权利要求6所述的光伏逆变器，其特征在于，所述交流逆变单元用于在检测到所述直流变换单元的输出电压不等于母线参考电压值时，降低所述交流逆变单元的输出功率以调节所述直流变换单元的输出电压至所述母线参考电压值，所述母线参考电压值大于所述预设范围的下限值且小于所述预设范围的上限值。
8.一种光伏逆变器的功率调节方法，应用于光伏逆变器，其特征在于，所述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，所述直流变换单元的输入端用于连接光伏组件，所述直流变换单元的输出端通过所述直流母线与所述交流逆变单元的输入端连接，所述交流逆变单元的输出端用于连接负载，所述方法包括：
检测负载功率和所述光伏组件在当前光照环境下输出的最大功率；
在所述负载功率小于所述光伏组件在当前光照环境下输出的最大功率时，控制所述直流变换单元从最大功率点跟踪MPPT模式切换到母线恒定模式，以使所述直流变换单元的输入电压随着所述负载功率变化，从而使所述光伏组件的输出功率与所述光伏逆变器所需的输出功率保持同步调整，所述母线恒定模式为将所述直流变换单元的输出电压调节至恒定值或预设范围。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述控制所述直流变换单元从最大功率点跟踪MPPT模式切换到母线恒定模式的步骤包括：在控制所述直流变换单元从MPPT模式切换到母线恒定模式时，调整所述直流变换单元控制信号的占空比以由控制所述直流变换单元的输入电压切换到控制所述直流变换单元的输出电压调节至恒定值或预设范围。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述控制所述直流变换单元从最大功率点跟踪MPPT模式切换到母线恒定模式之后，所述方法还包括：
在所述负载功率为零时，基于所述光伏组件提供的输入电压提升所述直流变换单元的输出电压至母线参考电压值，以实现所述母线恒定模式，所述母线参考电压值大于所述预设范围的下限值且小于所述预设范围的上限值。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述控制所述直流变换单元从最大功率点跟踪MPPT模式切换到母线恒定模式之后，所述方法还包括：
在所述负载功率上升至大于零且小于所述光伏组件在当前光照环境下输出的最大功率时，在检测到所述直流变换单元的输出电压跌落至小于母线参考电压值时，提升所述光伏组件的输出功率以使所述直流变换单元的输出电压升高至所述母线参考电压值，以实现所述母线恒定模式，所述母线参考电压值大于所述预设范围的下限值且小于所述预设范围的上限值。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述控制所述直流变换单元从最大功率点跟踪MPPT模式切换到母线恒定模式之后，所述方法还包括：
在所述负载功率跌落时，在检测到所述直流变换单元的输出电压上升至大于所述母线参考电压值时，降低所述光伏组件的输出功率以使所述直流变换单元的输出电压减小至所述母线参考电压值，以实现所述母线恒定模式。
13.根据权利要求8-12中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述负载功率大于或等于所述光伏组件在当前光照环境下输出的最大功率时，控制所述直流变换单元从所述母线恒定模式切换到所述MPPT模式以对所述光伏组件进行MPPT。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述控制所述直流变换单元从所述母线恒定模式切换到所述MPPT模式之后，所述方法还包括：
在检测到所述直流变换单元的输出电压不等于母线参考电压值时，降低所述交流逆变单元的输出功率以调节所述直流变换单元的输出电压至所述母线参考电压值，所述母线参考电压值大于所述预设范围的下限值且小于所述预设范围的上限值。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述降低所述交流逆变单元的输出功率以调节所述直流变换单元的输出电压至所述母线参考电压值之后，所述方法还包括：
控制所述光伏组件的端口电压减小至目标电压值，所述目标电压值小于所述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。
16.一种光伏***，其特征在于，所述光伏***包括光伏组件、如权利要求1-7中任一项所述的光伏逆变器或采用了如权利要求8-15中任一项功率调节方法的光伏逆变器；
所述光伏逆变器的输入端连接所述光伏组件，所述光伏逆变器的输出端用于连接负载；
所述光伏逆变器用于将所述光伏组件的直流电转换为交流电并输入到负载中，在负载功率小于所述光伏组件在当前光照环境下输出的最大功率时，控制所述直流变换单元从最大功率点跟踪MPPT模式切换到母线恒定模式，以使所述直流变换单元的输入电压随着所述负载功率变化，从而使所述光伏组件的输出功率与所述光伏逆变器所需的输出功率保持同步调整，所述母线恒定模式为将所述直流变换单元的输出电压调节至恒定值或预设范围。
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