[发明专利]一种提高光伏电池板输出利用率的控制方法

摘要

本发明公开了一种提高光伏电池板输出利用率的控制方法，所述控制方法是基于一种光伏并网系统直流侧投切拓扑结构，所述光伏并网系统整体拓扑结构是：光伏阵列与逆变器之间通过切换装置连接，切换装置由开关装置、控制器以及信号采集处理器组成。所述控制方法内容包括：获取光伏系统参数以及直流侧实时电流和电压；将N串电池板输出功率的数值分组，构造电池板输出利用率目标函数；切换装置根据目标函数大小，自动切换逆变器路数使光伏系统一直在最优状态运行。本发明针对电池板低光照问题及局部阴影问题，通过切换直流侧电路，能够有效地提高光伏电池板输出利用率。

主权项

一种提高光伏电池板输出利用率的控制方法，所述控制方法是基于一种光伏并网系统直流侧投切拓扑结构，所述光伏并网系统整体拓扑结构是：光伏阵列与逆变器之间通过切换装置连接，切换装置由开关装置、控制器以及信号采集处理器组成；所述信号采集处理器用于采集每串电池板输出电压、电流以及逆变器输入功率和输出功率，同时采集逆变器工作温度；所述开关装置中第一串电池板与第二到第N串电池板都有一个开关连接，第二串电池板与第三到第N串电池板都有一个开关连接，第三串电池板与第四到第N串电池板都有一个开关连接，以此类推，直到第N‑1串电池板与第N串电池板有一个开关连接；所述开关装置紧邻逆变器侧出口处每串电池板与逆变器都有一个开关连接；提供的直流侧拓扑结构可使各串电池板根据目标函数大小灵活匹配连接到运行的逆变器上，即切换装置以目标函数最小为最优条件，确定此时电池板与切换装置以及切换装置与逆变器之间的连接方式，进行切换；所述切换装置能够根据各电池板输出电流大小随时自动切换逆变器路数，如逆变器突然故障，则可切换至其他逆变器上工作；所述电池板的串数不限于与逆变器台数相同；即当逆变器运行中损坏时或者逆变器台数M＜N时，不必更改电池板串数及开关数量；所述逆变器为容量相同或者接近；其特征在于：所述控制方法内容包括以下步骤：步骤1：获取光伏系统参数以及直流侧实时电流和电压；所述系统参数包括电池板参数、所用电缆参数、逆变器参数以及电网参数；步骤2：将N串电池板输出功率的数值分成Z组，①第i组数值个数即为Ni的值，使得每组电池板输出功率的和近似相等，则光伏阵列可以连接切换装置；②存在N串电池板，M台逆变器，使得连接逆变器m的电池板组中含有PVm，若N>M且损坏的逆变器为集合ML，存在正整数x和y，其中x∈(M,N]∪ML，使得PVx和PVy必须分到一组，则切换装置可以连接逆变器；步骤3：构造电池板输出利用率目标函数FZ：FZ=Σi=1ZΣn=1NZiPdZinηZi×100%-Σi=1ZI0Zi2RaZiΣi=1ZΣn=1NZiPdZin+Σn=1NIdn2Rdzn+Σi=1Z(Σn=1NZiIdZin)2RdyZi×100%---(1)]]>式(1)中：Z∈[1,M]，M表示逆变器总台数；NZi为将N串电池板分成Z组时第i组电池板串数，i∈[1,Z]，IdZin为第i组中电池板重新排序后第n串电池板的电流值，UdZin为第i组中电池板重新排序后第n串电池板的电压值，PdZin为第i组中电池板重新排序后第n串电池板的输出功率，ηZi属于一个变量，为切换装置中N串电池板分成Z组时第i组电池板连接到该台逆变器工作时，该台逆变器此时的转换效率：信号采集处理器采集逆变器输入功率、输出功率及工作温度，为逆变器转换效率ηZi拟合更加准确的曲线提供参考数据，使切换装置根据温度自适应调整ηZi作出更加准确的判断；Idn为直流侧PVn电池板电流，Rdzn为PVn电池板和切换装置之间的线路电阻，RdyZi为切换装置中NZi串电池板组成的一组电池板与该台逆变器之间的线路电阻，I0Zi为NZi串电池板连接到该台逆变器的并网侧电流，RaZi为NZi串电池板连接该台逆变器的并网侧线路总电阻；逆变器输入功率为：Pinvin=Σi=1ZΣn=1NZiUdZinIdZin=Σi=1ZΣn=1NZiPdZin---(2)]]>逆变器输出功率为：Pinvout=Σi=1ZΣn=1NZiPdZinηZi×100%---(3)]]>直流侧线路损耗为：P1=Σn=1NIdn2Rdzn+Σi=1Z(Σn=1NZiIdZin)2RdyZi---(4)]]>交流侧线路损耗为：P2=Σi=1ZI0Zi2RaZi---(5)]]>根据(2)—(5)式，电池板输出利用率目标函数简化为：FZ=Pinvout-P2Pinvin+P1×100%---(6)]]>根据厂家提供的逆变器工作的最小输入功率以及逆变器启动电压，得到直流侧电流大小，将得到的逆变器工作最小电压、电流代入目标函数FZ中，令其F1(N)＞F2(N)且F1(N+1)＜F2(N+1)，即可确定最大电池板串数N，其中F1(N)表示N串电池板与任意一台逆变器连接工作时目标函数大小，F2(N)表示N串电池板与任意两台逆变器连接工作时目标函数大小；步骤4：切换装置根据目标函数大小，自动切换逆变器路数使光伏系统一直在最优状态运行；根据计算确定max(FZ)，即切换装置确定使FZ达到最大值时的逆变器工作台数MZ，切换线路使MZ台逆变器运行；切换装置动作，每过一段时间，采集数据，再根据步骤2中Ni数值、逆变器连接方法，将已分组形成的组数、组中包含的电池板输出功率、组中包含的电池板相对应的串次以及逆变器连接的方式输出，再分别将每种方案中数值带入到目标函数FZ中得到最大值为最佳组合方式，再输出最佳分组方式与连接方法，切换装置根据最佳连接方法动作切换线路；F1表示N串电池板连到一台逆变器的目标函数大小，F2表示将N(N＝N1+N2)串电池板分配为N1和N2串电池板分别连到两台逆变器的目标函数大小，F3表示将N(N＝N1+N2+N3)串电池板分配为N1、N2和N3串电池板分别连到三台逆变器的目标函数大小，以此类推。