CN212392680U

CN212392680U - 辐照及温度自适应电压优化控制的超长串光伏***

Info

Publication number: CN212392680U
Application number: CN202022057603.9U
Authority: CN
Inventors: 宋悦; 陈泽熙
Original assignee: Guangzhou Zhongxu New Energy Co ltd
Current assignee: Guangzhou Zhongxu New Energy Co ltd
Priority date: 2020-09-18
Filing date: 2020-09-18
Publication date: 2021-01-22
Anticipated expiration: 2030-09-18

Abstract

本实用新型公开了辐照及温度自适应电压优化控制的超长串光伏***，涉及光伏发电领域，其通过设置信息采集模块、控制模块和判断模块调整各优化器推荐参考占空比，实现能自动平衡光伏组串在极端低温超出逆变器电压限制，并能自动平衡在极端辐照下优化器输出电流超出其输出电流限制，从而提升组串中组件的设置数量，增加光伏组串输出电流，实现提高装机容量，使相同额定功率的逆变器汇流箱等设备数量更少，降低光伏***的成本；可稳定光伏组串的输出电压并接近于逆变器的最大额定电压，充分利用降压型优化器增加组件的数量；对逆变器和功率优化器的响应性能和精度要求不高，适合于组串数量庞大的大型集中式发电***。

Description

辐照及温度自适应电压优化控制的超长串光伏***

技术领域

本实用新型涉及发电领域，具体涉及光伏发电领域，尤其涉及发电***中设有光伏组件级或电池片串级功率优化器的一种辐照及温度自适应电压优化控制的超长串光伏***。

背景技术

光伏功率优化器是连接光伏组件或组件中子串的同样带有MPPT的DC/DC变换器。在电路结构原理上，由MPPT模块进行最大功率跟踪并控制PWM调节占空比，实现光伏组件运行在最大功率点。传统的光伏组件串联结构中，当其中部分单元因遮挡等原因功率降低，串联的其他单元也将因输出电压的变化而导致功率损失，即光伏组串的失配。在带功率优化器的串联结构中，每个优化器都独立地跟踪最大功率与占空比，使光伏组件内避免因外在环境而发生功率失配。

根据DC-DC转换电路根据拓扑结构的不同，主要可分为三种：Buck(降压)型、Boost(升压)型和Buck-Boost(降压-升压)型。其中，Buck型降压式DC/DC转换电路（还可以是BOOST-BUCK型升降压式），连接到光伏组件的输入端和连接到逆变器的输出端存在关系，输入电压U_in（即发电侧输出电压）和输出电压U_out的关系为U_out=U_in*D（公式1）；输入电流I_in（即发电侧输出电流）和输出电压I_out的关系为I_out=I_in/D（公式2）。其中，D为占空比，可在0到1之间调整。此外，优化器串联后，将连接到光伏逆变器的输入直流母线，再由光伏逆变器转化为AC交流电，继而通过升压变压器把交流电升压成10kv/20kv/35kv的中压并入电网，或者再二次升压到110kv及以上并入高压并网。目前对应于逆变器，光伏组串的安装容量的计算方法主要是N≤U_dcmax/{U_oc*[1+(t-25)*Kv]}（公式3）；其中，U_dcmax逆变器允许的最大直流输入电压，U_oc是光伏组件的开路电压，t是光伏组件工作条件下的极端低温，Kv是光伏组件的开路电压温度系数。为方便于光伏组件的选用，组件的出厂会经过测试得出参考参数，如地面光伏组件标准测试条件（STC）：AM=1.5，1000 W/m²，25ºC。现有算法中，主要考虑在测试条件下的极端低温，确定组串中组件数量的最大值，通过工作条件下的极端高温确定，确定组串中组件数量的最小值。

根据上述原理，功率优化器除了跟踪最大功率点，在一方面可以Buck型的降压效应，由U_out=U_in*D（公式1）可知，其可降低光伏组件实际输出电压（优化器输出电压），增加光伏组串输出电流的方式，实现提高装机容量，使相同额定功率的逆变器汇流箱等设备数量更少，提高组串发电容量。此外，如图1所示，在辐照相关性方面，以常见的硅晶体光伏组件为例，在中高辐照度(≥200 W/m²)情况下，随辐照的变化，最大功率点电压与开路电压的变化不大。因此，在另一方面，功率优化器具有最大功率点跟踪的特点，且最大功率点电压约为0.83倍的开路电压，并由此可使带有功率优化器的光伏组件不会运行在最大功率点电压至开路电压的区间，因而光伏组串的容量计算上的组件电压可降低，进一步提高组串发电容量。

现有的光伏发电***中，优化器是固定的参考占空比,而采取通过逆变器配置优化器的输出电压。当组件无遮挡时，各优化器在参考占空比附近运行，实际占空比D变化在±3%内。在示意性的假设情况中，在某个环境的极限辐照条件下I_out=1.11*I_mp，则根据公式2优化器的占空比运行在90%±3%的范围内,则相应地输出电压V_out=0.9V_pv。而优化器能跟踪最大功率点，则公式3中V_oc可采用最大功率点电压V_m。因此由公式3，现有组串中组件计算方法是N=U_dcmax/{0.9*0.83V_oc*[1+(t-25)*Kv]}，即V_out=0.9*0.83*V_oc=0.747V_oc，因此，带有优化器的组件可因此Buck型优化器在固定参考占空比的现有方法下，可增加约30%光伏组件安装容量。若取参考占空比为0.8, 则相应地输出电压V_out=0.8Vpv,现有组串中组件计算方法是N=U_dcmax/{0.8*0.83V_oc*[1+(t-25)*Kv]}，即V_out=0.8*0.83*V_oc=0.664V_oc，即50%的容量增加。而当参考占空比固定为0.8，而进一步增加组串容量，则由I_out=1.25I_mp可知，在极端辐照情况下，I_out将超出优化器的额定最大输出电压I_om。目前主要的功率优化器，最大输出电流约为最大输入电流的1.06倍。

现有技术的方案的缺陷在于，若考虑优化器的参考占空比受限制于优化器的最大输出电流I_om,则随之组串的安装容量会下降20%，若考虑到极限环境发生的概率较低，而应对最大输出电流I_om的限制，则***长期运行的寿命会降低。同时，在一天当中，超出最大输出电流主要发生在正午前后3-4小时，而其他时段是远低于STC测试条件下的I_mp；在一年四季中，极限温度出现时，辐照不同于STC测试条件，如冬季的正午低温将伴随辐照低于测试条件的1000W/m²,如夏季正负的极限辐照下将伴随着高温并使U_oc因负温度因素下降低。此外，这些极端情况可能会迫使功率优化器输出在一个极限电压（或电流）而变得不稳定，对逆变器产生冲击。若采用根据实时电压、电流和温度等运行状态实时地单独地调整优化器占空比，则需要非常精确的检测和通讯相应效率，不能适用于大型的光伏电站光伏组件和光伏组串的数量庞大的情况。

发明内容

本实用新型提供了辐照及温度自适应电压优化控制的超长串光伏***，为解决优化器最大电流限制与利用优化器增加组串容量需求之间的矛盾，可增加每个组件串的串联组件数量与组串光伏装机容量，降低光伏***的度电成本（LCOE），并减少极限环境条件下组串电压（或电流）对***的冲击。

特别地，其主要应用于地面、水面及大型工商业屋顶场景的集中式光伏发电***，其具备环境较为单一，光伏阵列朝向基本一致、各个光伏组串的组件数量一致的特点。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

在一方面，本实用新型提供了一种辐照及温度自适应电压优化控制的超长串光伏***，包括光伏发电单元、优化器、逆变器和控制模块；所述优化器的输入端连接于所述光伏发电单元的输出端并跟踪其最大功率点，所述优化器的输出端相串联形成串联体，所述串联体的输出端连接于所述逆变器的直流母线，逆变器的交流侧并至电网；所述逆变器(30)的直流母线推荐有参考输入电压，所述控制模块(52)可获取优化器(40)和逆变器(30)的运行信息，所述控制模块(52)根据优化器(40)的实时运行信息，并参照直流母线参考输入电压，对各个串联体(20)推荐参考占空比，所述优化器(40)在推荐参考占空比的浮动范围调整实际占空比。

具体地，还包括信息采集模块(51)和判断模块(50)，所述判断模块(50)比较逆变器(30)的运行信息与当前推荐的直流母线参考输入电压之间的差异,判断是否对所推荐的参考占空比进行相应的调整，所述信息采集模块(51)获取优化器(40)和逆变器(30)的运行信息。

上述超长串光伏***，优选地，所述信息采集模块可获取串联体中各优化器最大功率点的输入电压，并由所述控制模块处理得到平均输入电压；所述控制模块根据直流母线参考输入电压及优化器数量处理得到优化器参考输出电压，所述控制模块根据优化器平均输入电压与优化器参考输出电压处理获得推荐占空比。

上述超长串光伏***，优选地，所述优化器为Buck型降压式或Buck-Boost型升降压式DC/DC转换电路，所述逆变器为无Boost升压的单级式DC/AC转换电路或有Boost升压的两级式DC/AC转换电路，所述控制模块根据优化器平均输入电压与优化器参考输出电压的除值获得推荐占空比。

上述超长串光伏***，优选地，所述信息采集模块可获取串联体中各优化器的输入电流，所述判断模块所设置的推荐占空比，可使优化器的实际输入电流与推荐占空比的比值小于优化器的额定最大输出电流；所述判断模块根据在极端环境的输入电流与额定输出电流的比值，设置推荐占空比可推荐的最大阈值。

上述超长串光伏***，优选地，所述信息采集模块可获取逆变器直流母线的实际输入电压，所述判断模块对直流母线的实际输入电压与当前推荐的直流母线参考输入电压进行比较并作出判断，若两者差异超过设定比例则调整对逆变器直流母线所推荐的参考输入电压，并相应地调整对各个串联体功率优化器所推荐的参考占空比，直至两者差异在设定比例内。在参考占空比D_ref及直流母线电压变化判定方面,在其中一个方面有，判断模块对逆变器变化判断的设定比例，与功率优化模块根据推荐占空比运行的设定浮动范围相当。具体地，判断模块对变化判断的设定比例在2%至8%范围内，该百分比的设定方式取决于光伏发电***的实际布局方式和布局的场景。在相同的场景中各个光伏组件中表现出一致性的失配情况较多，而出现局部异物遮挡等局部失配情况较少，则该设定比例的取值可以较低，如2%到4%。反之，则该设定比例的取值会较高。

上述超长串光伏***，优选地，所述优化器的功率器件运行的开关频率高于所述逆变器开关器件运行的开关频率；在逆变器运行周期内，若存在串联体间一致性失配，则所述逆变器在的设定比例内跟踪并联串联体的最大功率点，以对直流母线电压进行调整，跟随于实际直流母线电压的调整，各串联体中的优化器在参考占空比的浮动范围内调整实际占空比；在优化器运行周期内，若存在串联体内的非一致性失配，则直流母线电压不变,由非一致性失配的串联体中的各优化器维持输出电流一致地根据参考占空比的浮动范围内调整实际占空比。

上述超长串光伏***，优选地，所述信息采集模块获取光伏逆变器的交流侧的并网点电压UT，所述判断模块将并网点电压UT与工频电压比较，并判断所述光伏逆变器处在正常工作模式或者高电压工作模式，并根据不同的工作模式对所述逆变器输入直流母线推荐相对应的初始参考输入电压。

上述超长串光伏***，优选地，所述光伏发电单元为光伏组件，或者一光伏组件内部分光伏电池片的串并联结构；两个以上的所述串联体相互并联连接并且其输出端连接到逆变器的输入端；各所述串联体的光伏发电单元总容量相当和安装相对位置相当；各所述优化器所连接的光伏发电单元的容量相当；所述串联体中的各所述光伏发电单元的为竖向方向安装，所述光伏发电单元均由光伏电池片在安装的横向方向上串联连接。在光伏发电***中，通过调配光伏电池片、光伏组件和光伏组件的一些结构改变，可将部分失配划分到常规失配，减少非常规失配的部分，进一步将的判断值降低，使***运行更为稳定、高效和低成本。使非常规失配，比如光伏组串内部鸟粪、飞鸟、个别组件功率失效，以上组件级别失配占比不会太高，影响组件串内部组件数量不会超过3%。

在另一方面，本实用新型提供了一种辐照及温度自适应电压优化控制的方法，应用于并网光伏发电***中，该并网光伏发电***包括光伏发电单元、优化器、逆变器；所述优化器的输入端连接于所述光伏发电单元的输出端并跟踪其最大功率点，所述优化器的输出端相串联形成串联体，所述串联体的输出端连接于所述逆变器的直流母线，该方法包括：获取优化器和逆变器的运行信息，并对直流母线推荐参考输入电压；根据优化器的运行信息，并参照直流母线参考输入电压，对各个串联体推荐参考占空比；所述优化器在推荐参考占空比的浮动范围调整实际占空比；比较逆变器的运行信息与当前推荐的直流母线参考输入电压之间的差异,判断是否对所推荐的参考占空比进行相应的调整。

上述方法，优选地，应用于的并网光伏发电***中具体有，所述优化器运行频率高于逆变器运行频率，所述优化器为Buck型降压式或Buck-Boost型升降压式DC/DC转换电路，所述逆变器为无Boost升压的单级式DC/AC转换电路或有Boost升压的两级式DC/AC转换电路，该方法包括具体步骤：

获取逆变器的交流侧的并网点电压UT，根据UT与并网点工频基准电压作比较并判断，若UT≤1.1p.u.,则判断逆变器处在正常工作模式；若UT>1.1p.u.，则判断逆变器处在高电压工作模式，并根据不同的工作模式的相应地设置直流母线的初始的U_dcref；

当处于正常工作模式中，设置初始的直流母线参考输入电压U_dcref，并在串联体中的各优化器设置相匹配的参考占空比D_ref，其中，参考占空比D_ref由直流母线的参考输入电压U_dcref与串联体中各优化器的输入电压之和∑U_in的除值得到；获取的实际输入电压U_dc与参考输入电压U_dcref作比较并判断：若直流母线的|(U_dc-U_dcref)/U_dcref|超过设定比例，则重新调整U_dcref并设置D_ref，直至U_dc与U_dcref满足|(U_dc-U_dcref)/U_dcref不超过设定比例；若直流母线的|(U_dc-U_dcref)/U_dcref|未超过设定比例，以当前参考输入电压U_dcref和参考占空比D_ref运行，直至逆变器跟踪最大功率点运行周期改变U_dc，或者逆变器交流侧紊反馈至直流母线侧而改变U_dc，并使|(U_dc-U_dcref)/U_dcref|超过设定比例；

在逆变器的各运行周期，若存在串联体间一致性失配，由逆变器在U_dcref的设定比例内跟踪最大功率点的直流母线实际输入电压U_dc；跟随于实际输入电压U_dc，各串联体中的优化器在参考占空比D_ref的浮动范围内调整实际占空比D，以平衡各串联体间的一致性失配；

在优化器的各运行周期，若存在串联体内的非一致性失配，则直流母线电压U_dc不变,由非一致性失配的串联体中的各优化器维持输出电流一致地根据参考占空比D_ref的浮动范围内调整实际占空比D，以平衡串联体内部的非一致性失配；

当处于高电压工作模式中，母线参考U_dcref设置在逆变器的最大功率点电压跟踪范围外，通过调整参考输入电压U_dcref在串联体中的各优化器设置相匹配的参考占空比D_ref，直至直流母线|(U_dc-U_dcref)/U_dcref|不超过设定比例；

其中，获取优化器的输入电流，对推荐占空比的设置均满足，优化器的实时输入电流与推荐占空比的比值小于优化器的额定最大输出电流。

与现有技术相比，本实用新型有益效果如下：

本实用新型的发电***通过设置信息采集模块、控制模块和判断模块，可是随实际的辐照和温度变化下，在参考了在逆变器直流母线的参考输入电压下，依照当前优化器和逆变器的运行状态，调整各优化器推荐参考占空比，使在组串的设置过程中，能自动平衡光伏组串在极端低温超出逆变器电压限制，也能自动平衡在极端辐照下优化器输出电流超出其输出电流限制，从而提升组串中组件的设置数量，增加光伏组串输出电流，实现提高装机容量，使相同额定功率的逆变器汇流箱等设备数量更少，降低光伏***的成本；并且，可稳定光伏组串的输出电压并接近于逆变器的最大额定电压，充分利用降压型优化器增加组件的数量，此外，本实用新型对逆变器和功率优化器的响应性能和精度要求不高，适合于组串数量庞大的大型集中式发电***。

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

附图说明

图1为光伏电参数特征示意图；

图2为本实用新型的超长串光伏***电路结构示意图;

图3为本实用新型的优化电压控制方法的辐照及电压自适应流程示意图；

图4为本实用新型的优化电压控制方法的工作状态判断流程示意图；

图5为本实用新型的优化电压控制方法在正常工作状态流程示意图；

图6为本实用新型的优化电压控制方法在高电压工作状态流程示意图。

附图标记：10、光伏组件；20、光伏组串；30、逆变器；40、优化器；50、判断模块；51、信息采集模块；52、控制模块；60、升压变压器；70、电网。

具体实施方式

为更好的说明本实用新型的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不作为限制本实用新型的范围。

如图2所示，是本实用新型的一种优化电压控制的光伏发电***，其包括光伏发电单元、优化器40、逆变器30、判断模块50、信息采集模块51和控制模块52；实施例具体有，优化器40数量有多个，光伏发电单元为光伏组件10并与优化器40数量相当，参见图1，光伏组串20中设置有编号为10-1至10-N的N个光伏组件10，每个光伏组件10的输出端均连接有优化器40，编号为40-1至40-N的N个优化器40相互串联为光伏组串20。各优化器40的输入端均连接有光伏发电单元,各优化器40具有适用于功率优化器40的最大功率跟踪模块，即MPPT模块，并能通过该MPPT模块跟踪光伏组件10的最大功率点。多个优化器40的输出端相串联形成串联体，串联体及其所连接的光伏组件10可并称为光伏组串20。多个光伏组串20连接于逆变器30的直流母线。参件图2，光伏发电***中共有编号为20-1至20-M的M串光伏组串20，各光伏组串20相互并联为光伏组件10阵列，并连接到直流母线当中，由直流母线连接到光伏逆变器30的输入端。逆变器30具有适用于逆变器30的最大功率跟踪模块，即MPPT模块，并能通过该MPPT模块跟踪直流母线的最大功率点。逆变器30的交流侧连接有升压变压器60，交流点经过升压后并网至电网70。

参照图2，光伏发电***包括判断模块50、信息采集模块51和控制模块52。信息采集模块51用于检测并获取逆变器30直流侧和交流侧的信息，以及优化器40输出端和输出端的信息，为判断模块50提供判断的参数，为控制模块52提供控制的参数；判断模块50用于根据感测参数对光伏发电***的运行状态进行判断和选择；控制模块52根据信息采集模块51所获信息进行计算处理，并判断模块50的结果控制优化器40和逆变器30运行。其中，信息采集模块51在一方面，通过耦合到各个功率优化模块的输入端和输出端，或者通过接口连接到功率优化模块的MPPT模块当中，通过信息共享的方式，获取光伏组串20中各功率优化模块的输入电压及输入电流。在另一方面，可通过电压传感器，耦合到各个光伏组串20所连接的直流母线上，检测并获取逆变器30的输入电压。再者，通过发电***安装时，输入的方式获得光伏组串20中功率优化模块的数量。控制模块52可进行参数处理的并与功率优化模块进行控制通信的器件，并连接到各个功率优化模块。所述判断模块50、信息采集模块51和主控模块为设定在光伏发电***的集中管理***当中，可以是带有接口卡并配置有光伏管理***的工业PC，所述集中管理***外置或内置在直流汇流箱和逆变器30当中。

本实施例具体有，信息采集模块51通过连接到各个优化器40获取其输入电流I_in、输入电压U_in、输出电流I_out和U_out等信息，通过耦合到电网70并网点获取并网点电压UT，通过耦合到直流母线获取直流母线电压U_dc，也即逆变器30的输入电压。

参考占空比D_ref的推荐，是由信息采集模块51获取U_in-1，U_in-2,U_in-3,…,U_in-n，并由控制模块52计算U_in-1+U_in-2+U_in-3+…+U_in-n/n得到的优化器40输入电压平均值，在由控制模块52计算直流母线U_dc分配到组串中的每个优化器40的输出参考电压，即U_dc/n。由于优化器40是Buck降压型DC/DC转换电路，参考占空比D_ref是由输出参考电压除以输入电压平均值得到。控制模块52通过建立与各个优化器40的通信，将参考占空比D_ref推荐到优化器40内。在其他实施例中，参考占空比D_ref还可以是直流母线的参考输入电压U_dcref与各优化器40的输入电压之和∑U_in|n的比值。优化器40获得参考占空比D_ref将在浮动范围，如±5%，选取实际的占空比D。同样地，可以理解为实际占空比D取值为，D_ref-5%≤D≤D_ref+5%。可以理解的是，优化器40的调整频率较快，当发生优化器40判断当前电参数变化速率较快，可选择不响应参考占空比，可超出D_ref浮动范围地调整实际占空比。

本实施例在推荐直流母线输入电压方面，具体有，判断模块50根据并网点电压UT，与并网点工频基准电压作比较并判断，若UT≤1.1p.u.,则判断逆变器30处在正常工作模式；若UT>1.1p.u.，则判断逆变器30处在高电压工作模式。根据不同的工作模式的相应地设置直流母线的初始的U_dcref，并在串联体中的各优化器40内设置相匹配的参考占空比D_ref。如工频基准电压为800V，则在正常工作模式下，初始的U_dcref=1.414*1.1*p.u.，约为1250V；则高电压工作模式，初始的U_dcref=1.414*1.2*p.u.，约为1400V。当逆变器30在正常工作模式，设置正常工作模式的初始参考输入电压U_dcref，所述判断模块50根据参考输入电压U_dcref与实际直流母线电压U_dc并比较判断：若直流母线的|(U_dc-U_dcref)/U_dcref|超过设定比例，则增加或降低U_dcref，并相应重新推荐D_ref，若直流母线的|(U_dc-U_dcref)/U_dcref|不超过设定比例，则维持当下推荐的U_dcref和D_ref运行。其中，在一个方面地，该设定比例为5%。其中，相对优化器40的运行周期内，辐照和温度的变化较慢可视作不变，逆变器30的MPPT模块的运行较慢可视作最大功率点的U_dc不变，而交流侧的扰动对U_dc的影响是突发的，须视作U_dc是变化的。可通过判断模块50平衡逆变器30的直流侧和交流侧之间的差异，一方面可利用优化器40平衡电网70冲击，另一方面维持逆变器30输入电压稳定。

如图3至6所示，与上述优化电压控制的光伏发电***具有相似的特点，是一种优化电压控制的方法，示意性地应用于额定电压为1500V的逆变器30的光伏发电***当中，该方法包括步骤：检测并获取当前直流母线电压U_dc,获取串联体中各优化器40输入电压之和∑U_in|n，获取当前串联体输出电流I_out，获取逆变器30的交流侧的并网点电压UT等直流侧和/或交流侧的信息。（1）根据UT与并网点工频基准电压作比较并判断，若UT≤1.1p.u.,则判断逆变器30处在正常工作模式（1a）；若UT>1.1p.u.，则判断逆变器30处在高电压工作模式（1b），并根据不同的工作模式的相应地设置直流母线的初始的U_dcref。

对判断结果进行不同的处理方式：（1a）若判定结果为当前处于正常工作模式中，则设置初始的直流母线参考输入电压U_dcref=1250V，则通过U_dcref/∑U_in|n在串联体中的各优化器40设置相匹配的参考占空比D_ref。（2）根据实际输入电压U_dc与参考输入电压U_dcref作比较并判断：若直流母线的|(U_dc-U_dcref)/U_dcref|超过5%（2a），则重新调整U_dcref并设置D_ref；并重新检测直流母线U_dc及进入判断（2），直至|(U_dc-U_dcref)/U_dcref|不超过5%；若直流母线的|(U_dc-U_dcref)/U_dcref|未超过5%（2b），以当前参考输入电压U_dcref和参考占空比D_ref运行。当判定处于（2b），在各个阶段逆变器30MPPT跟踪最大功率点并调整直流母线电压U_dc，并判断光伏组串20运行状态：若各优化器40串联体输出端均有dU_dc/dt>设定值，则可判断为各光伏组串20的一致性失配，并通过各光伏组串20的优化器40根据D_ref在±5%范围，设置实际的占空比，使各光伏组串20输出端与逆变器30最大功率点电压一致，实现平衡该失配；若部分优化器40串联体输出端均有dU_dc/dt>设定值，则可判断为部分光伏组件10的非一致性失配，并在维持逆变器30最大功率点电压不变下，通过对失配光伏组串20的优化器40在D_ref在±5%范围内自动调整占空比，实现平衡该失配；若dU_dc/dt≤设定值，则重新进入判断（2）检测***是否出现波动。（1b）若判定结果为当前处于高电压工作模式中，则设置初始的直流母线参考输入电压U_dcref=1400V，则通过U_dcref/∑U_in|n在串联体中的各优化器40设置相匹配的参考占空比D_ref。此时，逆变器30的最大功率跟踪失效，***执行判断（2），使|(U_dc-U_dcref)/U_dcref|不超过5%。

由此可示例地分析。在假定电网70运行稳定的情况下，则逆变器30的直流母线参考输入电压可视作稳定在1250V，即考虑到交流电压峰值的交流有效电压800V的1.414倍附近。

在日出前后阶段，即处于一天中光伏组件10温度最低的阶段，且日出后一端时间光伏组件10都处于低太阳辐照度的（Ir＜200 W/m²）区间，此阶段光伏组件10输出工作电流很小，而不必考虑优化器40输出电流超限的问题，小于0.2I_mp（STC测试的组件工作电流，又因为此时光伏组件10的温度较低，根据电压负温度特性，因而此时组件最大功率点电压已经接近U_mp，因而此阶段可取比较低的参考占空比,如0.66即可满足***启动要求，实现逆变器30早启动早发电。

随太阳光辐照的增加，如200 W/m²≤Ir≤850 W/m²，此阶段光伏组件10工作电流组件增加，即0.2-0.85倍I_mp之间，并且电池温度逐渐上升，组件最大功率点电压将组件接近或大于U_mp，但此时优化器40输出电流仍然离优化器40电流限制较远，此时阶段可随逆变器30因跟踪最大功率点电压，及直流母线电压U_dc的升高，进行连续监测和判定并且对优化器40重新推荐参考占空比D_ref，使其在0.66到0.78之间依次提升，由于随辐照的增加，光伏组件10的最大功率点电压也将随之增加，即U_in-1+U_in-2+U_in-3+…+U_in-n在增加，最终可使直流母线电压U_dc与推荐电压U_dcref相接近。

在处于正午前后几个小时之间，太阳光辐照将高照度阶段，如Ir＞850 W/m²，在一年内的夏天极限日子里，太阳辐照可能达到1150 W/m²。此阶段光伏组件10工作电流组件增加，即0.85-1.15倍Imp。但随着辐照的增加，电池的温度将增加到65℃以上，根据电压负温度特性实际U_in-1+U_in-2+U_in-3+…+U_in-n将降低，并且可使得当占空比取用较高的数值情况下，也不会超过逆变器30输入直流母线的电压限制。因而，通过进行连续监测和判定并且对优化器40重新推荐参考占空比D_ref，如0.8-0.95以上。随着参考占空比的提升，优化器40输出电压Iout将被控制在优化器40输出电流限制以内。同理，在日落前后阶段，其具有与日出相近的阶段，在此不再赘述。

在示意性的实施例中，光伏发电***采用的光伏组件10，其工作参数由组件温度25℃、辐照1000 W/m²、AM1.5光谱的STC光伏测试下，组件的最大功率点输出电流为Im为13A，组件的最大功率输出电压Um为41V，开路电压为49.4V。光伏发电***采用的BUCK型光伏功率优化器40，其参数中有输入电流限制为15A，输出电流限制为16A。光伏发电***还采用的光伏逆变器30，最大输入电压为1500V，满载MPPT电压调节范围。应用场景为青海格尔木，则高辐照度或低辐照度下的极端高温和极端低温等环境数据可获得，示意性地，环境极端低温t取-25℃，极端温度高温取65℃，极端辐照取1100 W/m²，电压温度系数取-0.3%/℃，由衡量不同电压控制方法对组件安装数量的影响，应采用相同环境数据等条件作比较，以上取值仅方便理解而不作具体限定。

在传统无功率优化器40的组件情况中，由公式3，N≤{U_dcmax/{U_oc*[1+(t-25)*Kv]}可得(即{1500/{49.4*[1-0.3%*(-25-25)]})，N≤26.4，则光伏组件10的数量N1为26块。

在传统带有功率优化器40并参考占空比固定的电压控制方法中。若采用参考占空比固定为0.8中，由于在优化器40的最大功率点跟踪下，以及Buck型直流变换电路的降压效应下，则N2=N1/(0.8*0.83)=39。但是，考虑到极端辐照如1150 W/m²，则Iout=1.15*13A/0.8=18.7A，电流将超出限制的16A，因而需要减少15%的组件容量，即所选取光伏组件10的I_mp减小15%。若采用参考占空比为0.9中，则有I_out=1.15*13A/0.9=16.6，加上优化器40的实际占空比调整，可以维持I_mo所限制的16A以内。因此，当参考占空比为0.9，由N2=N1/(0.93*0.83)=33.6。因此，综合上实际选取N2为33块。

按照本实用新型的电压控制方案指示下，即参考占空比随***实际运行状态变化。在极端辐照下，实际优化器40输入电流I_mp，若超出1.15倍I_mp，及I_out受限下参考占空比可取0.93。在39块的方案中，光伏组串20两端的输出电压将为39*41*0.93将超出1500额定电压。但本实用新型方案是依照实际电压情况推荐参考占空比，发电***的极端辐照下，电池的温度也会随之升高，即实际输出电压为39*41*0.93*[1-0.3%*(65-25)]将在1300左右。考虑到极端低温下，实际辐照不足STC测试条件的1000 W/m²，考虑到极端辐照下，实际温度将高于STC测试条件的25℃，本实用新型的电压控制方案下，光伏组串20选取组件可大于39以上。

现有无功率优化器40的光伏***中，一串光伏组串20中具有26块组件，光伏组件10和光伏组串20的运行状态如下，以一天中不同时间点的辐照和温度情况为例，光伏组件10、功率优化器40和光伏组串20的运行状态如下表表1。

序号	太阳辐照(W/m2)	电池温度(℃)	电池最大功率输出电流(A)	组串工作电压（V）	组串开路电压（V）
						1	200	-15	2.60	1236	1446
2	400	0	5.20	1172	1371
						3	850	30	11.05	1044	1221
4	1000	55	13.00	938	1097
						5	1100	65	14.30	895	1047

现有常规优化器40控制方法下的光伏***中，固定参考占空比0.8，串联组件数量33块，以一天中不同时间点的辐照和温度情况为例，光伏组件10、功率优化器40和光伏组串20的运行状态如下表表2。

序号	太阳辐照(W/m2)	电池温度(℃)	功率优化器40BUCK型电路占空比D	电池最大功率输出电流(A)	优化器40最大功率输出电流(A)	组串电压(V)
							1	200	-15	0.80	2.6	3.25	1483
2	400	0	0.80	5.2	6.5	1407
							3	850	30	0.80	11.05	13.81	1253
4	1000	55	0.80	13.0	16.25	1125
							5	1100	65	0.80	14.3	17.87	1074

本实用新型优化器40控制方法下的光伏***中：参考占空比随当前***运行状态改变，串联组件数量为39块，以一中不同时间点的辐照和温度情况为例，光伏组件10、功率优化器40和光伏组串20的运行状态如下表表3。

序号	太阳辐照(W/m2)	电池温度(℃)	功率优化器40BUCK型电路占空比D	电池最大功率输出电流(A)	优化器40最大功率输出电流(A)	组串电压(V)
							1	200	-15	0.66	2.60	3.90	1225
2	400	0	0.70	5.20	7.40	1231
							3	850	30	0.78	11.05	14.10	1222
4	1000	55	0.87	13.00	14.94	1224
							5	1100	65	0.92	14.30	15.54	1235

由表1至3看出本实用新型方案的优势。在传统无功率优化器40的方案中，如表1，显然该方案中，组串中组件数量较少，仅有本方案的67%的容量，同时传统组件容易发生失配的情况，造成功率的损失；并且，随着逆变器30负载的变化，极容易发生脱网的情况，并且工作电压随一天波动较大，增加的电力逆变过程的不稳定性。在传统的功率优化方法和***当中，如表2，在在序号1和2的状态下，组串电压超出了光伏逆变器30的调整范围；在序号4和5状态下，中电流超出了优化器40的额定范围，在序号5的状态下，当发生电网70的异常时，要求光伏逆变器30的交流输出超载，将因组串电压过低而断开和电网70的连通，无法完成高电压的穿越。而本方案功率优化方法和***中，如表3，在一天的各种情况下，如组串及失配，失配以及辐照和温度的变化，组串电压维持在1221V-1231V之间，波动范围在0.8%以内。在面临极端环境下，组件级的失配下，电流和电压均不会超出器件和设备的额定范围；且本方案的组件数量高于传统***中的组件数量，面对交流侧并网点的高电压，可稳定运行而不脱网。

本实施例除了增加组件数量以外，还具有优势在于，其通过判断单元依据***变换状态，推荐设置逆变器30直流母线参考电压及对应的功率优化模块的参考占空比，利用参考占空比调整优化器40串联体的实际输出电压，即逆变器30直流母线的实际电压与理想的参考输入电压相匹配，使各优化器40具有浮动调整空间地根据自身运行状态；在一方面地，能适应于一致性地发生于各串联体的失配情况，并通过一致选取实际的占空比使直流母线获得能平衡失配的实际电压；在另一方面地，能自适应调整发生在局部的非一致性失配情况，可维持母线电压不变地部分优化器40匹配于串联体电流地进一步选取实际占空比；总体上地，使逆变器30的直流母线电压稳定在极小幅度的变化范围以内，并能平衡电网70扰动反馈到直流侧的电压冲击，继而能满足高电压穿越要求；并使逆变器30维持在高输入电压状态下，能提升交流输出电压，降低逆变器30、升压变压器60和电缆等的交流线损，且对逆变器30和功率优化器40的响应性能和精度要求不高，适合于组串数量庞大的大型集中式发电***。

以上实施例主要描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。

Claims

1.一种辐照及温度自适应电压优化控制的超长串光伏***，其特征在于，包括光伏发电单元(10)、优化器(40)、逆变器(30)、控制模块(52)；所述优化器(40)的输入端连接于所述光伏发电单元(10)的输出端并跟踪其最大功率点，所述优化器(40)的输出端相串联形成串联体(20)，所述串联体(20)的输出端连接于所述逆变器(30)的直流母线，逆变器(30)的交流侧并至电网(70)；

所述逆变器(30)的直流母线推荐有参考输入电压，所述控制模块(52)可获取优化器(40)和逆变器(30)的运行信息，所述控制模块(52)根据优化器(40)的实时运行信息，并参照直流母线参考输入电压，对各个串联体(20)推荐参考占空比，所述优化器(40)在推荐参考占空比的浮动范围调整实际占空比。

2.根据权利要求1所述的辐照及温度自适应电压优化控制的超长串光伏***，其特征在于，还包括信息采集模块(51)，所述信息采集模块(51)可获取串联体(20)中各优化器(40)最大功率点的输入电压，并由所述控制模块(52)处理得到平均输入电压；所述控制模块(52)根据直流母线参考输入电压及优化器(40)数量处理得到优化器(40)参考输出电压，所述控制模块(52)根据优化器(40)平均输入电压与优化器(40)参考输出电压处理获得推荐占空比。

3.根据权利要求2所述的辐照及温度自适应电压优化控制的超长串光伏***，其特征在于，所述优化器(40)为Buck型降压式或Buck-Boost型升降压式DC/DC转换电路，所述逆变器(30)为无Boost升压的单级式DC/AC转换电路或有Boost升压的两级式DC/AC转换电路；所述控制模块(52)根据优化器(40)平均输入电压与优化器(40)参考输出电压的除值获得推荐占空比。

4.根据权利要求1所述的辐照及温度自适应电压优化控制的超长串光伏***，其特征在于，还包括信息采集模块(51)和判断模块(50)，所述信息采集模块(51)可获取串联体(20)中各优化器(40)的输入电流，所述判断模块(50)所设置的推荐占空比，可使优化器(40)的实际输入电流与推荐占空比的比值小于优化器(40)的额定最大输出电流；所述判断模块(50)根据在极端环境的输入电流与额定输出电流的比值，设置推荐占空比可推荐的最大阈值。

5.根据权利要求1所述的辐照及温度自适应电压优化控制的超长串光伏***，其特征在于，还包括信息采集模块(51)和判断模块(50)，所述信息采集模块(51)可获取逆变器(30)直流母线的实际输入电压，所述判断模块(50)对直流母线的实际输入电压与当前推荐的直流母线参考输入电压进行比较并作出判断，若两者差异超过设定比例则调整对逆变器(30)直流母线所推荐的参考输入电压，并相应地调整对各个串联体(20)功率优化器(40)所推荐的参考占空比，直至两者差异在设定比例内。

6.根据权利要求5所述的辐照及温度自适应电压优化控制的超长串光伏***，其特征在于，所述优化器(40)的功率器件运行的开关频率高于所述逆变器(30)开关器件运行的开关频率；在逆变器(30)运行周期内，若存在串联体(20)间一致性失配，则所述逆变器(30)在的设定比例内跟踪并联串联体(20)的最大功率点，以对直流母线电压进行调整，跟随于实际直流母线电压的调整，各串联体(20)中的优化器(40)在参考占空比的浮动范围内调整实际占空比；在优化器(40)运行周期内，若存在串联体(20)内的非一致性失配，则直流母线电压不变,由非一致性失配的串联体(20)中的各优化器(40)维持输出电流一致地根据参考占空比的浮动范围内调整实际占空比。

7.根据权利要求1所述的辐照及温度自适应电压优化控制的超长串光伏***，其特征在于，还包括信息采集模块(51)和判断模块(50)，所述信息采集模块(51)获取光伏逆变器(30)的交流侧的并网点电压UT，所述判断模块(50)将并网点电压UT与工频电压比较，并判断所述光伏逆变器(30)处在正常工作模式或者高电压工作模式，并根据不同的工作模式对所述逆变器(30)输入直流母线推荐相对应的初始参考输入电压。

8.根据权利要求1所述的辐照及温度自适应电压优化控制的超长串光伏***，其特征在于，所述光伏发电单元为光伏组件，或者一光伏组件内部分光伏电池片的串并联结构；两个以上的所述串联体(20)相互并联连接并且其输出端连接到逆变器(30)的输入端；各所述串联体(20)的光伏发电单元总容量相当和安装相对位置相当；各所述优化器(40)所连接的光伏发电单元的容量相当；所述串联体(20)中的各所述光伏发电单元的为竖向方向安装，所述光伏发电单元均由光伏电池片在安装的横向方向上串联连接。