一种光伏优化器的功率可限制方法
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种光伏优化器的功率可限制方法。
背景技术
随着全球对可再生能源的需求不断增加，光伏组件已成为实现可持续能源供应的关键组成部分。然而，光伏组件的性能和输出功率受到多种因素的影响，如光照强度、温度、阴影和污垢等。为了解决这些问题，光伏优化器应运而生。光伏优化器旨在提高光伏组件的能源效率和稳定性。它通过实时监测和控制光伏组件的电压、电流和温度等参数，以实现最大功率输出和最高能源利用率。
光伏系统在具体使用过程中，会存在光伏优化器输出功率过大情况，比如光伏优化器内部发生短路导致其输出功率超过阈值，或是光照过强导致逆变器电流拉取过高导致光伏优化器输出功率超过阈值，轻则导致光伏优化器触发过功率保护停止工作，重则导致功率器件的烧毁。
传统的过功率保护，在实际输出功率超出输出额定功率时，光伏优化器会直接关断输出进入保护模式，此时的光伏组件无法继续为负载供电，从而导致整个过程中发电的效率有所降低。
发明内容
本发明意在提供一种光伏优化器的功率可限制方法，用来解决现有光伏优化器功率限制不当导致发电效率降低、光伏优化器容易损坏的技术问题。
本发明提供的基础方案为：一种光伏优化器的功率可限制方法，应用于光伏发电系统，所述光伏发电系统包括：光伏组件，光伏优化器和并网逆变器；所述光伏优化器的输入端连接光伏组件的输出端，光伏优化器的输出端连接逆变器的直流输入端；
所述光伏优化器的工作模式包括低功率模式和BUCK模式；所述BUCK模式还包括BUCK降压模式；所述光伏优化器的功率可限制方法包括：
S1：根据预设的监控模式获取光伏组件的输出电压和输出功率；
S2：根据光伏组件的输出电压和输出功率，通过预设的判断策略控制所述光伏优化器进入低功率模式或BUCK模式；
S3：进入BUCK模式的光伏优化器进行最大功率点追踪，按照预设的采样间隔，实时采集光伏优化器的输出功率，如果输出功率连续N次高于额定输出功率，进入BUCK降压模式；如果输出功率连续N次低于预设功率值，进入低功率模式。
本发明的工作原理及优点在于：根据光伏优化器实际工作情况，将其工作模式划分为低功率模式和BUCK模式，低功率模式主要用于对光伏优化器在没有达到启动状态情况下进行元器件保护，BUCK模式主要用于对光伏优化器在达到启动状态情况下进行最大功率点追踪，使得相应的光伏组件能够根据不同的运行参数进行模式调整，整体保持高功率工作，提高发电效率；以实时监控的光伏组件输出情况为依据，使得光伏优化器进入相适应的工作模式，也起到限制光伏优化器输出功率的目的，保证光伏优化器处于最合适的模式，实现最大利用率以及组件保护；同时在出现光伏优化器输出功率过大或过小时，光伏组件能够根据功率情况进行工作模式的自适应调整，完成工作模式切换和功率限制及相应功率调整，防止光伏优化器因保护或者元器件损坏而不能正常工作，维持光伏系统输出稳定，有效地提高光伏系统的发电效率，同时增加了光伏优化器使用寿命。
进一步，所述BUCK降压模式为，当输出功率连续N次高于额定输出功率时，关闭最大功率点追踪，按设定的方式降低PWM占空比，降低输出功率。
有益效果：PWM输出电压与其占空比成正比例关系，随着占空比的增加，输出电压也会相应地增加，反之亦然，因此，通过改变PWM的占空比，可以控制输出电压的大小，进一步达到功率限制的目的，同时进行连续N次判断，避免单次判断的误判，保证判断结果的准确性。
进一步，按设定的方式降低PWM占空比后，还包括，按照预设的采样间隔，获取光伏优化器的输出电流，将获取的光伏优化器的输出电流与设定的电流阈值进行比较；若输出电流大于设定的电流阈值，按设定的降低方式继续降低PWM占空比。
若输出电流小于设定的电流阈值，逐步升高PWM占空比，当光伏组件的输出电压达到预设电压，且输出功率达到预设功率值，恢复到BUCK模式。
有益效果：由于输出电流＝输出电压/电阻，恒阻模式下输出电压的降低导致输出电流也随之降低，因此输出功率＝输出电压×输出电流也会降低，从而进一步达到功率限制的目的，进行电流阈值的判断，是进一步对功率调整的判断更加准确。
进一步，所述N次为五次；所述预设的采样间隔为13.5us。
有益效果：进行五次判断，以及设定的采样间隔，能够保证判断时长合适，使得判断结果的精确性和快速性能够得到平衡。
进一步，所述设定的方式降低PWM占空比为，判断输出功率增大的原因，如果是发生短路导致输出功率超过额定输出功率，则关闭PWM来降低占空比；如果是光照过强导致逆变器电流拉取过高使得输出功率超过额定输出功率，则逐步降低PWM占空比。
有益效果：通过判断输出功率增大的原因，采用两种不同的方式进行降低，发生短路时，情况比较严重，需要以最快速的方式进行功率降低；而逆变器电流拉取过高引起的情况，相比短路故障严重性降低，因此采取逐步占空比的方式，使得系统调整更加平稳。
进一步，所述逐步降低PWM占空比为，当占空比在70％-100％范围内时，每次降低范围在4％-5％；当占空比在40％-70％范围内时，每次降低范围在3％-4％；当占空比在0％-40％范围内时，每次降低范围在2％-3％。
有益效果：在占空比降低的同时，对占空比下降值进行微调，能够使得功率超过范围逐渐减小的情况下占空比下降值也逐步减小，避免固定的占空比下降值导致功率调整范围过大，延长恢复时间。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的一种光伏优化器的功率可限制方法的流程图。
图2为本发明实施例所提供的一种光伏优化器的功率可限制方法的仿真图。
图3为本发明实施例所提供的一种光伏优化器的功率可限制方法的仿真图。
图4为本发明实施例所提供的一种光伏优化器的功率可限制方法的仿真图。
图5为本发明实施例所提供的一种光伏优化器的功率可限制方法的仿真图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
实施例一
如图1所示：一种光伏优化器的功率可限制方法，应用于光伏发电系统，所述光伏发电系统包括：光伏组件，光伏优化器和并网逆变器；所述光伏优化器的输入端连接光伏组件的输出端，光伏优化器的输出端连接逆变器的直流输入端。
需要说明的是，任意一个电池串组均包括串联连接的多个光伏组件，每一个光伏组件均配置有用于执行最大功率点追踪的光伏优化器，每一个电池串组中各个光伏组件各自所对应的光伏优化器串联连接构成一个链路，在同一个光伏组串中，各个光伏优化器的输出电流相等，输出电压与输出功率成正比。因此，当光伏发电系统需要限功率运行时，输出功率最大的光伏优化器最先超过相应阈值，其输出功率和输出电压首先开始降低，组串电流降低，光伏组串中其余功率优化器的输出电压相应升高，若达不到光伏发电系统要求的限功率值，则逆变器直流母线电压继续上升，组串电流继续降低，输出功率最大的光伏优化器进一步降低功率，同时其余功率优化器的输出电压继续升高直至超过相应阈值而进行降额。光伏优化器监控并优化每块光伏组件的电能，即使阵列中任意一块光伏组件出现失配问题时，其他光伏组件仍然能输出最大功率，因而能够补偿因失配问题而产生的发电量损失。
所述光伏优化器的功率可限制方法包括：
S1：根据预设的监控模式获取光伏组件的输出电压和输出功率；
需要说明的是，预设的监控模式，具体为，根据预设的采样间隔对光伏组件的输出电压、输出电流和输出功率进行实时监控，根据各项数据进行工作状态判断。
S2：根据光伏组件的输出电压和输出功率，通过预设的判断策略控制所述光伏优化器进入低功率模式或BUCK模式；
需要说明的是，预设的判断策略，具体为，获取光伏组件的输出电压，判断是否在输出电压阈值范围内，如果否，控制所述光伏优化器进入低功率模式；如果是，进行光伏组件输出功率的判断；获取光伏组件的输出功率，判断同一采样时刻的光伏组件的输出电压是否达到预设电压，以及输出功率是否达到预设功率值；如果否，控制所述光伏优化器继续处于低功率模式；如果是，进入BUCK模式。本实施例中，输出电压阈值范围在0-80V，预设电压的范围为15-20V，预设功率值为8W，此数值的确定，合理匹配了光伏组件以及整个光伏系统的高效运行，同时避免设置过低，导致频繁启停，设置过高，无法及时启动，降低发电效率。
S3：进入BUCK模式的光伏优化器进行最大功率点追踪，按照预设的采样间隔，实时采集光伏优化器的输出功率，如果输出功率连续N次高于额定输出功率，进入BUCK降压模式；如果输出功率连续N次低于预设功率值，进入低功率模式。
需要说明的是，BUCK模式为最大功率点追踪启动且输出功率在合理范围内，BUCK降压模式为在BUCK模式中输出功率高于额定输出功率时，启动降压；本实施例中，额定输出功率为100W。所述预设的采样间隔为13.5us。N为五次，进行五次判断，如果五次连续高于额定输出功率，才进入BUCK降压模式进行功率调整，如果五次判断仅有一次或两次高于额定输出功率，其他次都低于额定输出功率，可以认为是扰动，仍然保持BUCK模式进行最大功率点追踪，不会轻易进入模式切换，保证判断的准确性以及防止单次扰动情况使得光伏优化器功率调整频率过高。对于低功率模式的切换，同上述一样，不再赘述。
具体的，所述BUCK降压模式为，当输出功率连续N次高于额定输出功率时，关闭最大功率点追踪，按设定的方式降低PWM占空比，降低输出功率。
需要说明的是，PWM脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。PWM的占空比是指脉宽除以脉冲周期的值，百分数表示，比如50％，调节PWM的占空比来调节电压，在PWM波频率一定的条件下通过改变其占空比的大小来实现电压的调节，PWM输出电压与其占空比成正比例关系，随着占空比的增加，输出电压也会相应地增加，反之亦然，比如占空比为100％时输出全电压，占空比为50％时，输出电压为全电压的50％，占空比为0时，输出电压为0。因此，通过改变PWM的占空比，可以控制输出电压的大小，由于输出电流＝输出电压/电阻，恒阻模式下输出电压的降低导致输出电流也随之降低，因此输出功率＝输出电压×输出电流也会降低，进一步达到功率限制的目的。
按设定的方式降低PWM占空比后，还包括，按照预设的采样间隔，获取光伏优化器的输出电流，将获取的光伏优化器的输出电流与设定的电流阈值进行比较。
具体的，若输出电流大于设定的电流阈值，按设定的降低方式继续降低PWM占空比。若输出电流小于设定的电流阈值，逐步升高PWM占空比，当光伏组件的输出电压达到预设电压，且输出功率达到预设功率值，恢复到BUCK模式。
需要说明的是，光伏优化器输入端连接光伏组件，输出端连接逆变器直流输入端，由于串并联连接方式，光伏优化器的输出电流受到逆变器直流母线电流的控制，因此在降低占空比调整电压的同时，还需要使得其输出电流与其他串联的光伏组件电流进行匹配，保持串联电流相对稳定性，因此恒阻模式下输出电压的降低导致输出电流也随之降低，因此输出功率也会降低，从而进一步达到功率限制的目的，进行电流阈值的判断，是进一步对功率调整的合理性判断。
所述设定的方式降低PWM占空比为，判断输出功率增大的原因，如果是发生短路导致输出功率超过额定输出功率，则关闭PWM来降低占空比；
需要说明的是，发生短路时，情况比较严重，需要以最快速的方式进行功率降低，直接关闭PWM来降低占空比，使得PWM输出为0，控制输出电压直接降低到0，快速限制功率，保证系统稳定性。
如果是光照过强导致逆变器电流拉取过高使得输出功率超过额定输出功率，则逐步降低PWM占空比。
所述逐步降低PWM占空比为，当占空比在70％-100％范围内时，每次降低范围在4％-5％；当占空比在40％-70％范围内时，每次降低占空比范围在3％-4％；当占空比在0％-40％范围内时，每次降低占空比范围在2％-3％。
需要说明的是，设定的调节范围，即为每次PWM占空比的降低值，本实施例中，设定的调节范围为5％-10％。假定原PWM占空比为50％，在40％-70％范围内，以4％为降低值在原PWM占空比基础上进行降低，占空比降低为46.5％，仍然在40％-70％范围内，以3.5％为占空比降低值进行输出电压降低，占空比降低为43％，仍然在40％-70％范围内，以3％为占空比降低值进行输出电压降低，占空比降低为40％。
经过判断后，还需要继续进行降低，按相应范围内的降低值进行输出电压降低，在降低占空比的基础上，通过微调模式，先大范围降低，再小范围降低，能够使得调整更具有稳定性。
实施例二
为了更好的说明本方案提供的方法，进行仿真测试，用稳压电源代替光伏电池，电子负载拉取电流，系统测试当前运行情况：额定输出功率30V*15A＝450W,功率限制100W。
发生功率过大、电流增大的情况下，仿真结果如图2，图3，图4，图5所示。
具体的，如图2所示，此时输出电压28.1V，输出电流3.6A，输出功率100W(以达到功率限制值)，占空比为最大95％。如图3所示，当继续增加电流至3.7A，占空比降为91.9％，输出功率为99.3W(等效于100W)。如图4，持续增加电流，优化器为了保持输出功率在100W会持续降低占空比，从而达到输出功率限制的作用。如图5所示，当外部恢复正常，电流减小，占空比又会逐步恢复到最大。
本方案结合光伏优化器与光伏组件、逆变器的连接方式，通过实时收集和分析光伏组件的发电数据，判断光伏优化器是否进入启动状态，进行光伏优化器的第一次工作状态选择，有效保证光伏优化器在合适的情况下才能进行最大功率点追踪；持续进行光伏组件的输出情况和光伏优化器的状态判断，当外部环境和负载需求满足要求后，进行光伏优化器进入BUCK模式的切换；在进入BUCK模式后，对输出功率进行实时监控，根据输出功率是否大于额定功率，或者是否低于预设功率值，进行模式切换，快速完成功率限制以及最大功率点追踪恢复，使得光伏组件能够进行工作模式的自适应调整，维持光伏系统输出稳定，提高光伏系统的可靠性和稳定性，有效地提高光伏系统的发电效率，提升能源利用率，同时进行元器件保护，增加了光伏优化器使用寿命。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。
