CN213279182U

CN213279182U - 一种优化电压控制的光伏发电***

Info

Publication number: CN213279182U
Application number: CN202022060322.9U
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: 2021-05-25
Anticipated expiration: 2030-09-18

Abstract

本实用新型公开了一种优化电压控制的光伏发电***，尤其涉及发电***中设有光伏组件级或电池片串级光伏优化器，其通过设置判断单元依据***变换状态，推荐设置逆变器直流母线参考电压及对应的功率优化模块的参考占空比，可以规避各种光伏组件各种发电失配损失，同时可使直流母线输入电压稳定在极小幅度的变化范围以内，并能平衡电网扰动的电压冲击，能满足高电压穿越要求；并使逆变器维持在较高输入电压，可增加串联体的发电容量，并能提升交流输出电压，降低逆变器、升压变压器和电缆等的交流线损；并能降低***响应速度和精度的要求，适合于大型集中式发电***，综合而高效地利用功率优化器提高光伏电站的发电效率及降低建设成本。

Description

一种优化电压控制的光伏发电***

技术领域

本实用新型涉及光伏发电领域，具体涉及集中式光伏发电***领域，尤其涉及发电***中设有光伏组件级或电池片串级光伏优化器的一种优化电压控制的光伏发电***。

背景技术

光伏逆变器是连接光伏组件或光伏组串并获取其电力的DC/AC转换装置，通常带有最大功率/电力跟踪电路(MPPT)；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。

在光伏逆变器方面，目前市场上的光伏逆变器主要分别组串式逆变器、集中式逆变器和集散式逆变器。其中，组串式逆变器主要是多路光伏组串MPPT跟踪后并网逆变为交流电；集散式逆变器亦采用多路MPPT跟踪，并采用BOOST升压 DC/DC电路外置在带MPPT功能的汇流箱内的双级拓扑结构；集中式主要是由多路光伏组串并联直流电汇后逆变为交流电，其逆变电路结构为无BOOST升压单级式拓扑结构。

集中式逆变器具有拓扑结构简单，可靠性高的特点，主要应用于大中型商业、工业屋顶分布式和大型地面(水面)等场景的大型光伏电站。根据DC/AC的逆变原理，光伏逆变器的直流输入电压要保持在高于交流输出的电压峰值，即直流输入电压须大于交流输出有效电压的1.414倍。因此，组串式逆变器具有BOOST 升压，可提升逆变单元母线电压高于光伏组串的输出电压，而无BOOST升压DC/DC 电路的单极拓扑结构的集中式逆变器。因此，在同样光伏组件阵列上，采用组串式逆变器要比采用集中式逆变器具有更高的额定输出电压(交流输出有效值更高)。同时，集中式逆变器在配置时MPPT范围最低电压要求大于1.414倍逆变器交流输出电压。有鉴于此，若是采用相同线径时，在光伏逆变器交流输出端与升压变低压绕组方面，在组串式逆变器电压提升到原来的1.33倍情况下，电流能降低到原来的75％，根据发热损耗公式则损耗是原来的56.25％，则组串式逆变器比集中式具有更低的设备损耗与线路损耗。此外，相较于集中式逆变器，组串式逆变器MPPT电压范围更宽，组件配置更为灵活，日出后启动更早、日落前关机更晚，***发电时间长。

另外，在光伏发电***中，在经过光伏逆变器转化为AC交流电后，还需要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。电力***中交流电网会由于负荷扰动或线路故障因素产生过电压现象，因此光伏逆变器需要具备承受过电压现象的能力，即高电压穿越的能力。高电压穿越是指当电力***事故或扰动引起光伏逆变器交流出口侧电压升高时，在一定的电压跌落范围和时间间隔内，光伏逆变器能保证不脱网连续运行，并发出动态无功，支持电网恢复，而在高电压期间发生：若逆变器输出有功跌落，会造成电力***无功过剩，电压会进一步上升，高压直流输电在有功和无功耦合的设备作用下，效应会更加严重，所以高电压穿越期间应保持光伏逆变器输出有功不变。因此，高电压穿越的能力要求光伏逆变器能运行在更稳定的状态下。

在光伏发电过程中，会面临遇到诸如落叶遮挡、鸟粪遮挡、树荫遮挡和不同安装角度而引起的光伏组件失配问题。所谓失配，是指在光伏组件或电池片串联结构当中，存在着木桶效应，及串联的光伏电池其中一块因遮挡等原因照度下降，会使得整串电池的电流下降，并且使串联的其他光伏电池的工作电压不在最大功率的工作电压下。如图1所示，由于光伏组件或电池片的伏安特性和功率特性是与照度高度相关的非线性特征。当发生遮挡或太阳光线的照度下降，光伏组件的最大功率输出电流随照度，且变化量较大。而照度的变化对光伏组件的输出电压的影响不是那么大。而在光伏组件的串联结构中，部分光伏组件的遮挡会导致整串电流的下降，同时改变其他光伏组件的输出端电压，令未遮挡的光伏组件不能以最大功率产生电能。

而设置有光伏功率优化器的光伏组件串联结构当中，可通过最大功率跟踪模块自动根据输出端电压及电流参数，配置光伏组件输出端的电压及电流，使其运行在最大功率点。如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。

配置了光伏功率优化器的光伏发电***价格较高，目前的组串式逆变器，由于主要应用在户用、中小型工商业屋顶等场景的小型光伏电站，存在注入落叶遮挡、鸟粪遮挡、树荫遮挡和不同安装角度引起的光伏组件失配问题较多利用光伏功率优化器可有效挽回功率损失。但是，大型光伏电站一般布置在空旷的场景中，且设置的光伏组件数量众多，因此应用光伏功率优化器的案例较少。

基于上述关于光伏逆变器和光伏功率优化器的背景，目前主要的光伏功率优化器应用方法和***有；传统的功率优化器是固定占空比的,而采取通过光伏逆变器配置功率优化器的输出电压。此外，如solaredge公司所采用的方案，是检测每个功率优化器的运行状态，单独调整功率优化器的占空比，对于遮挡组件的功率优化器，将其占空比调低，使输出电流升高，使输入电压降低，与其所在光伏组串的电流相平衡；对于无遮挡组件的功率优化器，将其占空比调高，使输出电压升高，使输出电流降低，使所在光伏组串的略微降低，使输出端电压维持相对稳定的状态。

前者的方案，需要光伏逆变器需要在较宽的范围内配置输入电压，在日常的运行当中，逆变器输入电压会随着运行功率变化，并且在极端环境下，光伏组串会对逆变器形成极端的电流或者电压的冲击，其可以解决组件失配问题，但也会对光伏逆变***造成冲击。后者的方案，能解决光伏组件的失配问题，也能获得较为稳定的逆变器输入电流，但对光伏功率优化器与光伏逆变器之间的通讯实时快捷提出很高的要求。特别是对于大型的光伏电站，光伏组件和光伏组串的数量庞大，功率优化器输入端电压、电流采用精度、速度及调整占空比响应速度方便均不足以满足要求。特别是，后者的方案采用升降压拓扑结构，就是为了应对大面积的遮挡而导致电压过低的问题，可见其不适合于组串数量很多的大型集中式发电***。因此，在光伏发电***中在面临组件阵列失配与交流并网扰动等问题，难以调配逆变器和功率优化系之间的冲突。

发明内容

本实用新型提供了一种优化电压控制的光伏发电***，可解决应用了功率优化器的光伏发电***中可应对组件阵列失配与交流并网扰动，并平衡逆变器和功率优化系之间的冲突，同时经济适用地实现对集中式光伏发电***中组件级别的功率优化，进一步提高大型光伏电站的发电性能。

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：

本实用新型提供了一种优化电压控制的光伏发电***，包括光伏发电单元、优化器、逆变器、判断模块、信息采集模块和控制模块；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；所述信息采集模块，用于获取的逆变器直流侧和/或交流侧的信息；所述判断模块，用于根据所述逆变器实测的直流母线输入电压与当前推荐的直流母线参考输入电压之间的差异,并用于判断是否对逆变器直流母线的参考输入电压进行相应的调整；所述控制模块,用于对所述逆变器直流母线推荐参考输入电压,以及对各个串联体功率优化器推荐相对应的参考占空比，并随***运行获取判断模块的结果而更新参考输入电压的推荐。

上述光伏发电***，优选地，所述的判断模块，用于根据所述逆变器实测的直流母线输入电压与当前推荐的直流母线参考输入电压之间的差异包括：所述判断模块用于比较实测的直流母线输入电压与当前推荐的直流母线参考输入电压并作出判断，若两者差异超过设定比例，则调整对逆变器直流母线推荐的参考输入电压；所述控制模块用于相应地调整对各个串联体功率优化器推荐参考占空比，直至两者差异在设定比例内。

上述光伏发电***，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；所述逆变器用于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用于在参考占空比的浮动范围内调整实际占空比。具体地，判断模块对光伏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。

上述光伏发电***，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；所述逆变器用于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用于在参考占空比的浮动范围内调整实际占空比。

上述光伏发电***，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。

上述光伏发电***，优选地，所述信息采集模块还用于获取串联体中各优化器的输入电流；所述判断模块用于根据在极端环境的输入电流与额定输出电流的比值，设定推荐占空比的最大阈值。

上述光伏发电***，优选地，所述信息采集模块还用于获取光伏逆变器的交流侧的并网点电压UT，所述判断模块用于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，所述控制模块用于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。

上述光伏发电***，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；各所述优化器所连接的光伏发电单元的容量相当。

上述光伏发电***，优选地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。

上述光伏发电***，优选地，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。

与现有技术相比，本实用新型有益效果如下：

本实用新型通过设置判断单元依据***变换状态，推荐设置逆变器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串联体的实际输出电压，即逆变器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；并使逆变器维持在高输入电压状态下，继而可增加串联体的发电容量，并能提升交流输出电压，降低逆变器、升压变压器和电缆等的交流线损；同时，采用推荐参考的控制方式，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***，综合而高效地利用功率优化器提高光伏电站的发电效率及降低建设成本。

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为本实用新型的光伏发电***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工作状态判断流程示意图；

图4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5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；

本实施例具体有，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。

所述判断模块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。

在一个较为简单的方案中，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。

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。

由此可示例地分析。当出现来自电网70扰动并由逆变器30交流侧反馈影响到直流侧，使直流母线的U_dc突然升高，并使直流母线|(U_dc-U_dcref)/U_dcref|超过 5％，则可调整U_dcref升高，并由U_dcref/∑U_in|n获得升高的D_ref，优化器40在升高的 D_ref运行并选取实际占空比，使其实际输出电压升高，与U_dc的升高相匹配，最终使|(U_dc-U_dcref)/U_dcref|在5％以内。由此可见，电网70的扰动可经过调整U_dcref与D_ref，使各优化器40的总体的输出电压与直流母线的实际电压相匹配，可使光伏发电***满足电压并网的要求，即UT≤1.1p.u可正常运行而不脱网。

由此可示例地分析。当出现前后排及类似的各光伏组串20的具有一致性失配情况，优化器40的串联体将出现失配，逆变器30将通过其MPPT模块跟踪各并联光伏组串20的最大功率点以平衡该一致性的失配，并使直流母线电压U_dc为最大功率点的电压。该过程将各使光伏组串20的输出电压与直流母线电压U_dc出现瞬时差异，须光伏组串20内的各优化器40根据参考占空比重新调整实际占空比，使光伏组串20的输出电压与直流母线电压U_dc相匹配。具体地，下排的光伏组件10受到前排的遮挡，由于光伏组串20的输出电流为最大功率点的电流，由I_out＝I_in/D(公式2)，I_in受到遮挡降低，I_out需升高以平衡光伏组串20电流，即D＝I_in/I_out中I_in降低，则优化器40在D_ref-5％至D_ref的范围内选取实际占空比D，即实际占空比将低于D_ref。而上排的光伏组件10处于未遮挡状态下，I_in未遮挡而未改变，但I_out需降低以平衡光伏组串20电流，即D＝I_in/I_out中I_out升高，则优化器40在D_ref至D_ref+5％至的范围内选取实际占空比D，即实际占空比将高于D_ref。又由于实际选取的占空比，是在D_ref的浮动范围内，而D_ref的推荐下U_oc即使因交流侧扰动影响，优化器40实际选取占空比能使其输出电压，及光伏组串20输出电压与实际U_oc匹配，则在合适的而能在直流母线电压较高的情况下，满足组串级失配的调整。下排的组件的输出电压将降低，上排的组件输出电压将升高，最终光伏组串20的输出电压与直流母线电压是相配合的。由于各个光伏组串20 中一致性的失配情况，各光伏组串20将推荐一致的D_ref，并使各光伏组串20的输出端电压与实际直流母线电压相当。相类似的，诸如双面组件背部辐照不均匀、组件积灰、大面积云彩、组件性能一致性衰减等引起的形式影响基本一致的失配，可通过本实施方案进行调整及平衡。

由此可示例地分析。当出现落叶等局部遮挡，将使部分的或者某一光伏组串20的输出电压与直流母线电压U_dc出现瞬时差异，且差异超出设定值。由于逆变器30将维持直流母线电压U_dc不变，该串光伏组串20将因功率下降而形成电流的下降。其中，对于被遮挡的组件，由I_out＝I_in/D(公式2)，I_in受到遮挡降低， I_out需升高以平衡光伏组串20电流，即D＝I_in/I_out中I_in降低，则优化器40在D_ref-5％至D_ref的范围内选取实际占空比D，即实际占空比将低于D_ref。而对于未遮挡并正常运行的其他光伏组件10，I_in未遮挡而未改变，但I_out需降低以平衡光伏组串 20电流，即D＝I_in/I_out中I_out升高，则优化器40在D_ref至D_ref+5％至的范围内选取实际占空比D，即实际占空比将高于D_ref。同样地，在大多数情况下局部失配可在D_ref的浮动范围选取实际占空比而实现消除失配影响。该过程由优化器40在参考占空比D_ref的浮动范围内自动调配，无需另外的控制。相类似的，诸如飞鸟遮挡、部分组件规格差异和部分组件老化等的失配，可通过本实施方案进行调整及平衡。

当逆变器30在高电压工作模式，设置高电压工作模式的初始参考输入电压 U_dcref，U_dcref设置在逆变器30的最大功率点电压跟踪范围外，所述判断单元调整参考电压U_dcref，并在串联体中的各功率优化模块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。此时，参考输入电压U_dcref将超出逆变器30的可跟踪最大功率点的电压范围。高电压工作模式的初始参考输入电压U_dcref将较高，由U_dcref/∑U_in|n，使参考占空比D_ref将升高，使直流母线电压升高匹配与高电压模式，可使光伏发电***满足电压并网的高电压要求，即UT ＞1.1p.u可运行10s而不脱网。同时，由于直流母线|(U_dc-U_dcref)/U_dcref|不超过设定比例，各优化器40可继续应对***的失配问题，避免失配造成的功率损失，以当前的高功率实现电网70的高电压穿越。

在光伏发电单元方面，在本实施例中，光伏发电单元为光伏组件10，在其他实施例中，可以理解地，光伏发电单元还可以是光伏电池片，及一光伏组件 10内部分光伏电池片的串并联结构。

在优化器40和逆变器30方面，在本实施例中，优化器40具体是降压式 Buck型拓扑电路结构的DC/DC转换电路，逆变器30具体是无Boost升压的单级拓扑电路结构的DC/AC转换电路；采用Buck型降压式优化器40时。因为Buck 型降压式优化器40，其输出电压较之输入电压将下降，对于相同额定输入电压的逆变器30，可以令光伏组串20中的组件数量是无优化器40时光伏组件10数量的1.2倍以上，可组串中光伏组件10的数量更多；而集中式逆变器30具有稳定的特点，适用于大型光伏电站。在其他实施例中，只需要利用本领域公知常识进行简单的变换和计算，则优化器40还可以是Boost-Buck升降压式的DC/DC 转换电路结构；逆变器30还可以是带Boost电路的两级式组串式逆变器30。

在光伏组串20方面，在其中一个方面有，光伏组串20可以是N个光伏组件10数量等分地呈上下关系的多列排列地串联构成。在其他实施例中，光伏组串20可以是N个光伏组件10呈单列排列地串联构成，或采用其他结构串联。在各光伏组串20安装相对位置和连接方式相当的情况下，前后排遮挡、双面组件背部照度、组件积灰、大面积云彩、组件性能一致衰减等失配情况，在各个光伏组串20上是具有一致性的，属于常规失配。在光伏发电***中，通过调配光伏电池片、光伏组件10和光伏组件10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20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50对逆变器30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50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，如前后排遮挡、背面不均匀辐照、檩条的遮挡、或者各个光伏组件10一致性地老化等问题在光伏组串20内的各个光伏组件10中表现出一致性的失配情况较多，而出现局部异物遮挡，或者部分光伏电路板的质量差异，或者部分组件老化问题较少，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。设定比例在安装光伏发电***时，可以确定出一个确定值，便于判断模块50的判断。

如图3至5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。

(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％。

传统功率优化方法和***，固定占空比为0.8，串联组件数量33块以一中不同时间点的照度和温度情况为例，光伏组件10、优化器40和光伏组串20的运行状态如下表表1。

本方案功率优化方法和***：可变中值占空比，串联组件数量为36块，以一中不同时间点的照度和温度情况为例，光伏组件10、优化器40和光伏组串20 的运行状态如下如下表表2。

在本实施例中，将组串级一致性的失配的常规失配，可由逆变器30MPPT跟踪调整。在传统的功率优化方法和***当中，如表1，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，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。

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

1.一种优化电压控制的光伏发电***，其特征在于，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)；所述优化器(40)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(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)；

所述信息采集模块(51)，用于获取的逆变器(30)直流侧和/或交流侧的信息；

所述判断模块(50)，用于根据所述逆变器(30)实测的直流母线输入电压与当前推荐的直流母线参考输入电压之间的差异,并用于判断是否对逆变器(30)直流母线的参考输入电压进行相应的调整；

所述控制模块(52),用于对所述逆变器(30)直流母线推荐参考输入电压,以及对各个串联体(20)功率优化器(40)推荐相对应的参考占空比，并随***运行获取判断模块的结果而更新参考输入电压的推荐。

2.根据权利要求1所述优化电压控制的光伏发电***，其特征在于，所述的判断模块，用于根据所述逆变器(30)实测的直流母线输入电压与当前推荐的直流母线参考输入电压之间的差异包括：所述判断模块(50)用于比较实测的直流母线输入电压与当前推荐的直流母线参考输入电压并作出判断，若两者差异超过设定比例，则调整对逆变器(30)直流母线推荐的参考输入电压；所述控制模块(52)用于相应地调整对各个串联体(20)功率优化器(40)推荐参考占空比，直至两者差异在设定比例内。

3.根据权利要求2所述优化电压控制的光伏发电***，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；所述逆变器(30)用于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)用于在参考占空比的浮动范围内调整实际占空比。

4.根据权利要求1所述优化电压控制的光伏发电***，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；所述逆变器(30)用于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)用于在参考占空比的浮动范围内调整实际占空比。

5.根据权利要求4所述优化电压控制的光伏发电***，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。

6.根据权利要求4所述的优化电压控制的光伏发电***，其特征在于，所述信息采集模块(51)还用于获取串联体(20)中各优化器(40)的输入电流；所述判断模块(50)用于根据在极端环境的输入电流与额定输出电流的比值，设定推荐占空比的最大阈值。

7.根据权利要求1所述优化电压控制的光伏发电***，其特征在于，所述信息采集模块(51)还用于获取光伏逆变器(30)的交流侧的并网点电压UT，所述判断模块(50)用于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，所述控制模块(52)用于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所述优化电压控制的光伏发电***，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；各所述优化器(40)所连接的光伏发电单元的容量相当。

9.根据权利要求1所述优化电压控制的光伏发电***，其特征在于，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。

10.根据权利要求1所述优化电压控制的光伏发电***，其特征在于，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。