一种模块化光伏逆变器的智能轮换休眠控制方法

摘要

本发明涉及一种模块化光伏逆变器的智能轮换休眠控制方法，该方法为：根据当前处于运行状态的光伏逆变器模块个数、每个光伏逆变器模块额定功率及总输出功率，计算当前光伏逆变器的负载率，若当前光伏逆变器的负载率小于最佳负载率下限值，依次切除正在运行的光伏逆变器模块，直到当前光伏逆变器的负载率高于最佳负载率下限值；若当前光伏逆变器的负载率大于最佳负载率上限值，依次投入处于停机状态的光伏逆变器模块，直到当前光伏逆变器的负载率低于最佳负载率上限值。本发明的控制方法使当前逆变器的负载率时时处于最佳负载率区间，提高逆变器系统在不同负载时的转换效率，减小能量的损失。

权利要求

1.一种模块化光伏逆变器的智能轮换休眠控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)统计当前处于运行状态的光伏逆变器模块个数N，并计算光伏逆变器总输出功率PPV，结合每个光伏逆变器模块额定功率Pe，计算当前光伏逆变器的负载率η，即

2)若当前光伏逆变器的负载率小于最佳负载率下限值，且当前处于运行状态的光伏逆变器模块N个数大于1，依次切除正在运行的光伏逆变器模块，并按照步骤1)计算当前光伏逆变器的负载率η，直到当前光伏逆变器的负载率η高于最佳负载率下限值，停止切除；

若当前光伏逆变器的负载率大于最佳负载率上限值，且当前处于运行状态的逆变器个数N小于光伏逆变器模块总数，依次投入处于停机状态的光伏逆变器模块，并按照步骤1)计算当前光伏逆变器的负载率η，直到当前光伏逆变器的负载率η低于最佳负载率上限值，停止投入；

所述最佳负载率上限值和最佳负载率下限值是根据最佳负载率区间40％～80％进行设定的定值。

2.根据权利要求1所述的一种模块化光伏逆变器的智能轮换休眠控制方法，其特征在于，所述最佳负载率下限值为20％，所述最佳负载率上限值为60％。

3.根据权利要求1所述的一种模块化光伏逆变器的智能轮换休眠控制方法，其特征在于，所述步骤2)中切除正在运行的光伏逆变器模块时的规则是：根据光伏逆变器模块的运行时间，从长到短依次切除。

4.根据权利要求1所述的一种模块化光伏逆变器的智能轮换休眠控制方法，其特征在于，所述步骤2)中投入处于停机状态的光伏逆变器模块的规则是：根据光伏逆变器模块的停机时间，从长到短依次投入。

5.根据权利要求1所述的一种模块化光伏逆变器的智能轮换休眠控制方法，其特征在于，对于处于故障状态的光伏逆变器模块，当其恢复正常状态后，排在停机状态的光伏逆变器模块序列的最后。

说明书

一种模块化光伏逆变器的智能轮换休眠控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种模块化光伏逆变器的智能轮换休眠控制方法。技术背景

[0002] 效率正成为目前电力电子装置中越来越受关注的设计指标，在某些应用领域中，效率成为行业发展中相互竞争的主要指标之一，如新能源光伏发电及风力发电行业，变流器效率的提升能够带来直接的经济效益，因此具有更大的竞争优势。

[0003] 欧洲效率是由不同负载情况下的效率按照不同比重累加得到的，逆变器不同功率点的加权系数如表1所示。

[0004] 表1逆变器不同功率点的加权系数

[0005]额定功率点 5％ 10％ 20％ 30％ 50％ 100％
加权系数 0.03 0.06 0.13 0.10 0.48 0.20

[0006] 从表1中可看出半载功率点的效率占其最大组成部分，欧洲效率的定义不同于我们通常所说的平均效率或者最高效率，它充分考虑了不同地区及不同季节太阳光强度的变化，更加准确的描述了光伏逆变器的性能，对于光伏逆变器而言，不仅最大输出效率的增加可以提高发电量，欧洲效率的提高同样可以，而且更具有现实指导意义。

[0007] 为了提高光伏逆变器的欧洲效率，仅仅降低额定负载时的损耗是不够的，必须同时提高不同负载情况下的效率，现有光伏电站的集中式光伏逆变器的弊端就在于无法每时每刻工作在理论设计的最高效率点，无法得到最大经济效益。

发明内容

[0008] 本发明提出一种模块化光伏逆变器的智能轮换休眠控制方法，以解决现有光伏电站的集中式光伏逆变器工作时负载率变化较大，不能时时工作在最高效率点的问题。

[0009] 为解决上述技术问题，本发明的模块化光伏逆变器的智能轮换休眠控制方法包括如下步骤：

[0010] 1)统计当前处于运行状态的光伏逆变器模块个数N，并计算光伏逆变器总输出功率PPV，结合每个光伏逆变器模块额定功率Pe，计算当前光伏逆变器的负载率η，即[0011] 2)若当前光伏逆变器的负载率小于最佳负载率下限值，且当前处于运行状态的光伏逆变器模块N个数大于1，依次切除正在运行的光伏逆变器模块，并按照步骤1)计算当前光伏逆变器的负载率η，直到当前光伏逆变器的负载率η高于最佳负载率下限值，停止切除；

[0012] 若当前光伏逆变器的负载率大于最佳负载率上限值，且当前处于运行状态的逆变器个数N小于光伏逆变器模块总数，依次投入处于停机状态的光伏逆变器模块，并按照步骤1)计算当前光伏逆变器的负载率η，直到当前光伏逆变器的负载率η低于最佳负载率上限值，停止投入。

[0013] 所述最佳负载率下限值为20％，所述最佳负载率上限值为60％。

[0014] 所述步骤2)中切除正在运行的光伏逆变器模块时的规则是：根据光伏逆变器模块的运行时间，从长到短依次切除。

[0015] 所述步骤2)中投入处于停机状态的光伏逆变器模块的规则是：根据光伏逆变器模块的停机时间，从长到短依次投入。

[0016] 对于处于故障状态的光伏逆变器模块，当其恢复正常状态后，排在停机状态的光伏逆变器模块序列的最后。

[0017] 本发明的模块化光伏逆变器的智能轮换休眠控制方法针对模块化光伏逆变器拓扑结构，不需增加额外的控制器及硬件，只需要通过实时计算当前逆变器的负载率，判断当前负载率是否处于最佳负载率区间，从而依次投入停机状态的光伏逆变器模块，或切除运行状态的光伏逆变器，从而使当前逆变器的负载率时时处于最佳负载率区间，提高逆变器系统在不同负载时的转换效率，减小能量的损失。

[0018] 同时本发明控制方法中根据逆变器运行时间和停机时间的长短，加入了轮换休眠控制策略，确保了各个模块的运行时间基本均衡，且还考虑频繁投切的情况，设定了最佳负载率上、下限值，从而保证各个功率模块的寿命能够较大程度延长。

附图说明

[0019] 图1本实施例中模块化光伏逆变器主电路拓扑结构图；

[0020] 图2本实施例中模块化光伏逆变器控制系统结构框图；

[0021] 图3本实施例中模块化光伏逆变器智能轮换休眠开机控制方案流程图；

[0022] 图4本实施例中模块化光伏逆变器智能轮换休眠关机控制方案流程图；

[0023] 图5本实施例中模块化光伏逆变器智能休眠控制流程图；

[0024] 图6本实施例中模块化光伏逆变器投切流程图。

具体实施方式

[0025] 下面结合附图对发明的具体实施方式进行详细说明。

[0026] 本实施例中模块化光伏逆变器智能轮换休眠控制方法的具体步骤，如下：

[0027] 1)统计当前处于运行状态的光伏逆变器模块个数N，并计算光伏逆变器总输出功率PPV，结合每个光伏逆变器模块额定功率Pe，计算当前光伏逆变器的负载率η，即[0028] 2)若当前光伏逆变器的负载率小于最佳负载率下限值，且当前处于运行状态的光伏逆变器模块N个数大于1，依次切除正在运行的光伏逆变器模块，并按照步骤1)计算当前光伏逆变器的负载率η，直到当前光伏逆变器的负载率η高于最佳负载率下限值，停止切除；

[0029] 若当前光伏逆变器的负载率大于最佳负载率上限值，且当前处于运行状态的逆变器个数N小于光伏逆变器模块总数，依次投入处于停机状态的光伏逆变器模块，并按照步骤1)计算当前光伏逆变器的负载率η，直到当前光伏逆变器的负载率η低于最佳负载率上限值，停止切入。

[0030] 现在对上面各个步骤进行详细说明：

[0031] 本实施例中设定当前光伏逆变器由4个光伏逆变器子模块组成，每个子模块额定功率为125kW，当前处于运行状态的光伏逆变器模块数目为N运行，当前光伏逆变器总输出功率为PPV。

[0032] 为了避免光伏逆变器子模块频繁切除，根据最佳负载率区间40％-80％，本实施例中对最佳负载区间略作调整，设定最佳负载率下限值为20％，最佳负载率上限值为60％；当每个光伏逆变器模块的输出功率下降到该模块额定功率的20％以下，即总输出功率下降到总额定功率(正在运行模块数乘以每个模块额定功率)的20％以下且维持一段时间后，切除(休眠)一个子模块；当每个光伏逆变器模块的输出功率上升到该模块额定功率的60％以上，即总输出功率上升到总额定功率(正在运行模块数乘以每个模块额定功率)的60％以上且维持一段时间后，投入(唤醒)一个子模块。

[0033] 当然，作为其他实施方式，最佳负载率上、下限值还可以取值为70％、30％等，只要不过于偏离最佳负载区间40％-80％均可。

[0034] 模块输出的功率上升时，模块运行数量与功率范围的对应关系如表2所示：

[0035] 表2模块输出的功率上升时，模块运行数量与功率范围对应关系

[0036]

[0037] 模块功率下降时，模块运行数量与功率范围的对应关系如表3所示：

[0038] 表3模块功率下降时，模块运行数量与功率范围的对应关系

[0039]

[0040] 本实施中模块的唤醒考虑了开关器件运行时间均衡，在唤醒模块时，将休眠时间较长的功率模块优先唤醒，即对未开启模块进行排序，将休眠时间长的模块排在首位，依次类推，如下所示：

[0041]

[0042] 光伏逆变器模块启动后，更新未开启模块队列ID号及已开启模块队列ID号。如001模块启动后，更新队列如下所示：

[0043]

[0044] 本实施例中模块的休眠也考虑了器件运行时间均衡，满足模块休眠条件时，将运行时间较长的功率模块优先休眠，即对运行模块进行排序，将运行时间长的模块排在首位，依次类推，如下所示：

[0045]

[0046] 本实施例中处于休眠状态的光伏逆变器模块具有两种情况，一种是处于停机状态，一种是处于故障状态。对于所有处于休眠状态的光伏逆变器模块按照休眠时间长短排序，而模块处于故障状态后，从队列退出，在模块故障自复位完成后，排入队列末位；

[0047] 现根据上述规则给出了模块化光伏逆变器智能轮换休眠开机控制方法，如图3所示，具体步骤如下：

[0048] 1)首先判断未开启光伏逆变器模块中是否存在故障模块，若存在故障模块，进入步骤2)，否则进入步骤3)；

[0049] 2)记录故障模块对应的ID号，并从未开启光伏逆变器模块队列中删除该ID号；

[0050] 3)判断未开启光伏逆变器模块中是否存在已复位故障模块，若存在已复位故障模块，进入步骤4)，否则进入步骤5)；

[0051] 4)将已复位故障模块对应的ID号添加到未开启队列中最后一位，进入步骤5)；

[0052] 5)判断当前正在运行的光伏逆变器模块个数是否为0，若为0，进入步骤6)，否则进入步骤7)；

[0053] 6)是否有新的模块启动命令，若有，进入步骤8)，否则进入步骤10)；

[0054] 7)判断当前运行模块数是否小于总模块数N运行，若小于，进入步骤9)。否则进入步骤10)；

[0055] 8)开启未开启光伏逆变器模块队列中休眠时间最长的光伏逆变器模块，并更新未开启光伏逆变器模块队列和已开启光伏逆变器模块队列ID号排序，进入步骤10)；

[0056] 9)判断总输出功率PPV是否大于N运行×60％×125kW，若大于，进入步骤8)，否则进入步骤10)；

[0057] 10)模块投入过程结束。

[0058] 根据上述规则给出了模块化光伏逆变器智能轮换休眠关机控制方法，如图4所示，具体步骤如下：

[0059] 1)判断当前运行的光伏逆变器模块个数是否大于1，若大于1，进入步骤2)，否则进入步骤3)；

[0060] 2)判断总输出功率PPV是否小于N运行×20％×125kW，若小于，进入步骤4)否则进入步骤5)；

[0061] 3)判断是否有新的模块关闭命令，若有，进入步骤4)，否则进入步骤5)；

[0062] 4)关闭已开启光伏逆变器模块队列中运行时间最长的光伏逆变器模块，并更新已开启光伏逆变器模块队列和未开启光伏逆变器模块队列ID号排序，进入步骤5)；

[0063] 5)模块切除过程结束。

[0064] 根据上述模块化光伏逆变器智能轮换休眠开、关机控制方法，本实施例中的模块智能轮换休眠控制方法的具体流程如图5和图6所示。

[0065] 其中，所涉及到的模块智能轮换休眠控制方法的输入输出信息如表4所示。

[0066] 表4模块智能轮换休眠控制方法的输入输出信息

[0067]

[0068] 将已开启队列和未开启队列揉和后用一个数组Arry[idx]来实现智能投切。其中：

[0069] 1)Arry[0]数组中的命令字实现对模块1的投入和切除操作；初始化时为0x00；

[0070] 2)Arry[1]数组中的命令字实现对模块2的投入和切除操作；初始化时为0x00；

[0071] 3)Arry[2]数组中的命令字实现对模块3的投入和切除操作；初始化时为0x00；

[0072] 4)Arry[3]数组中的命令字实现对模块4的投入和切除操作；初始化时为0x00；

[0073] 5)idx1作为指向切除模块的指针下标，实现对切除模块的排序；系统初始化时为0；

[0074] 6)idx2作为指向投入模块的指针下标，实现对投入模块的排序；系统初始化时为0；

[0075] 7)根据各模块的状态对相应的数组Arry[]置初始命令字，故障状态时置0x55，停机状态时置0x00，运行状态时置0xFF；

[0076] 8)根据有功大小改变投切标志位RUNOFF_Flag的值。

[0077] 9)1—表示投入一个模块；0—表示既不投入也不切除；-1—表示切除一个模块；

[0078] 10)在投切流程中根据RUNOFF_Flag的值投切模块。

[0079] 11)各个模块的投切命令字分别为：

[0080] CON_CMD_1—模块1投切命令字，CON_CMD_1＝Arry[0]；

[0081] CON_CMD_2—模块2投切命令字，CON_CMD_2＝Arry[1]；

[0082] CON_CMD_3—模块3投切命令字，CON_CMD_3＝Arry[2]；

[0083] CON_CMD_4—模块4投切命令字，CON_CMD_4＝Arry[3]；

[0084] 本实施例中的模块化光伏逆变器智能休眠控制方法可采用如图1所示的模块化光伏逆变器，整个系统由4个额定功率为125kW三相三电平逆变器模块并联组成。

[0085] 本实施例中的模块化光伏逆变器智能休眠控制方法可采用如图2所示的模块化光伏逆变器智能轮换休眠控制系统，在光伏逆变器中专门设置一个中央控制器，由中央控制器统一向各个控制器发送子模块启停机命令、电流指令信号、同步信号等。模块控制器位于每个光伏逆变器模块内部，接收来自与中央控制器的启停机命令、电流指令、同步信号。

[0086] 本实施例中所涉及到的光伏逆变器最佳负载率的上、下限值、额定功率Pe，均可以根据实际需要自行设定，并不局限于本实施例中所给出的值。