專利名稱：具有光伏陣列iv測試功能的光伏并網(wǎng)逆變器及測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)十千瓦到麗級別的大功率光伏并網(wǎng)逆變裝置，更具體地說是一種 具有光伏陣列IV測試功能的光伏并網(wǎng)逆變器及測試方法。
背景技術(shù)：
隨著太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電的迅速發(fā)展，規(guī)模化的太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電是未來的發(fā) 展趨勢，大型或特大型的光伏并網(wǎng)電站將會越來越多，光伏陣列是光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要組 成部分，它決定了光伏系統(tǒng)的發(fā)電量，同時也占光伏系統(tǒng)成本的主要部分。光伏陣列的發(fā)電 量從理論上來說是組成陣列的所有單塊太陽電池組件發(fā)電量的總和，但在實際中光伏陣列 的發(fā)電量卻往往大大低于理論設(shè)計要求，這是由于太陽能發(fā)電所受的制約因數(shù)相當(dāng)多。就 其內(nèi)部原因，包括單塊電池自身特性差異引起的聯(lián)接組合效率損失，單塊電池?fù)p壞、電池老 化等等，而外界環(huán)境因素則包括陣列的電池的安裝、電池板的潔凈程度、組合規(guī)則等。就是 對于同一塊光伏陣列來說，外界環(huán)境溫度、日照強度、風(fēng)速、運行時間等外界條件的變化，也 均會引起光伏系統(tǒng)的發(fā)電量、系統(tǒng)效率等的變化。這一系列不確定的影響因素會導(dǎo)致理論 設(shè)計合理的光伏系統(tǒng)，在實際運行時發(fā)電量與設(shè)計要求誤差較大。因而對于任何的光伏系 統(tǒng)都只能在具體實踐中根據(jù)安裝的實際環(huán)境條件確定真正的發(fā)電量和系統(tǒng)效率。光伏陣列 的現(xiàn)場測試結(jié)果是分析和評價光伏陣列發(fā)電效率的重要依據(jù)之一。 對于大功率光伏電站光伏陣列的現(xiàn)場測試，需要有專用的測試設(shè)備，現(xiàn)場也不方 便操作，現(xiàn)有的測試設(shè)備參數(shù)難以滿足各種電站的需求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種具有光伏陣列IV測 試功能的光伏并網(wǎng)逆變器及測試方法，在并網(wǎng)逆變器內(nèi)部實現(xiàn)輸入側(cè)光伏陣列IV特性的 測試，為實現(xiàn)現(xiàn)場光伏陣列的IV特性測試提供解決方案，并可用來預(yù)估設(shè)定條件下的光伏 陣列IV、 PV特性，方便光伏電站系統(tǒng)的發(fā)電能力評估，指導(dǎo)光伏逆變器的MPPT最大功率跟 蹤方式，提高跟蹤效率。 本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案 本發(fā)明具有光伏陣列IV測試功能的光伏并網(wǎng)逆變器，由逆變器主電路和系統(tǒng)控 制器構(gòu)成，所述逆變器主電路采用電壓型逆變器，包括單相和三相并網(wǎng)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)特點 是 在光伏陣列輸入端口和濾波電容Cl之間設(shè)置用于測量光伏陣列輸入電流的電流
傳感器CT1 ;設(shè)置用于測量濾波電容Cl端電壓的直流母線電壓傳感器VT1 ; 在所述光伏陣列的輸出端口設(shè)置直流斷路器Kl ，所述光伏陣列的輸出總電流經(jīng)所
述直流斷路器Kl輸入光伏并網(wǎng)逆變器、直流母線電壓傳感器VT1和電流傳感器CT1。 本發(fā)明具有光伏陣列IV測試功能的光伏并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu)特點也在于 在所述系統(tǒng)控制器中設(shè)置電流、電壓采樣通道及用于保存采樣IV數(shù)據(jù)的RAM數(shù)據(jù)存貯器，并配套設(shè)置顯示單元和通訊接口 ；系統(tǒng)控制器在對所述采樣IV數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理 后，接入顯示器進(jìn)行顯示和/或通過通訊接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 本發(fā)明光伏并網(wǎng)逆變器的測試方法的特點是以所述濾波電容C1的端電壓處于 光伏陣列開路電壓的5%以內(nèi)為偵測狀態(tài)，在所述偵測狀態(tài)下實時觀測由所述電流傳感器 CT1和直流母線電壓傳感器VT1所測得的電流、電壓的變化，根據(jù)所述電流和電壓的變化判 斷出所述直流斷路器K1的閉合時刻和濾波電容C1的充電過程的結(jié)束時刻，錄取自直流斷 路器K1的閉合時刻到濾波電容C1充電過程結(jié)束時刻的階段中電流和電壓的變化曲線。
本發(fā)明光伏并網(wǎng)逆變器的測試方法的特點也可以是設(shè)定并網(wǎng)運行時的直流電壓 下限值為Vd ;在所述逆變器并網(wǎng)運行時，根據(jù)用戶指令在直流電壓下限值Vd和光伏陣列開
路電壓的范圍內(nèi)進(jìn)行光伏陣列的采樣iv數(shù)據(jù)的掃描，獲得并網(wǎng)運行狀態(tài)下的光伏陣列的
采樣IV數(shù)據(jù)關(guān)系，并以此光伏陣列的PV曲線。 對于光伏陣列的PV曲線為多峰的情況，設(shè)置最佳最大功率點MPPT的跟蹤搜索范 圍在最大的峰值的士50V內(nèi)。 與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在 1、本發(fā)明適用于常規(guī)的并網(wǎng)逆變系統(tǒng)，可以方便對本系統(tǒng)所配光伏陣列的IV特
性進(jìn)行測試，并利用測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和評估系統(tǒng)光伏陣列的特點和發(fā)電能力。 2、本發(fā)明可以根據(jù)現(xiàn)場實測光伏陣列PV峰值特性，用于指導(dǎo)光伏并網(wǎng)逆變器的
MPPT跟蹤方式，提高發(fā)電效率。 3、本發(fā)明可用于方便地對光伏陣列進(jìn)行使用壽命和故障的分析。
圖l為主電路原理圖。 圖2光伏陣列電容充電過渡過程示意圖。 圖3光伏陣列的IV和PV示意圖。 圖4并網(wǎng)在線IV特性掃描測量控制框圖。 以下通過具體實施方式
，結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
具體實施例方式
在圖1所示的本發(fā)明系統(tǒng)中，端口 SP和SN為光伏陣列PV的輸入端口，K1為直流 斷路器，可以位于系統(tǒng)外部或內(nèi)部，手動或自動均可，U、 V、 W為逆變單元的三相輸出端口， CT1為逆變單元的直流母線電流傳感器，CI為直流濾波電容，CT1位于光伏陣列PV和濾波 電容CI之間，可以檢測PV的輸出電流，VT1為直流電壓傳感器，CT1和VT1選擇精密高速的 霍爾傳感器，Tl T6為逆變單元中的功率模塊IGBT，對于主電路中的其它部件，包括電感 和變壓器按常規(guī)設(shè)置。 在對光伏陣列PV進(jìn)行測試時，首先需停機，并斷開Kl及切斷逆變器與電網(wǎng)的連 接，然后等待主電路濾波電容C1的電壓逐步自放電下降為合適的低電壓。控制系統(tǒng)的供 電必須正常，即電網(wǎng)可以給控制器供電，但并不給主電路供電，在電容電壓位于合適的低電 壓，比如0伏時，啟動系統(tǒng)的IV測試程序，并閉合Kl，針對Kl閉合時刻的不確定性，該程序 始終檢測直流電壓和電流的變化，一旦發(fā)現(xiàn)電流、電壓有突變，即認(rèn)為K1閉合，立即進(jìn)行數(shù)據(jù)的采樣和存儲記錄，直至電壓和電流穩(wěn)定(即電流接近O值，而電壓幾乎不變)時，結(jié)束
采樣并進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)的存儲，此時即認(rèn)為PV對電容的充電過渡過程結(jié)束。 在系統(tǒng)采樣完成后，對所存數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波平滑處理，通過本機的串行接口送點陣
液晶屏顯示，在顯示屏上可以標(biāo)示最大功率點電壓和電流值，以及縱橫坐標(biāo)軸及單位(如
電壓、電流、功率)，其日照強度和結(jié)溫采用手動輸入。點陣式液晶屏可以采用觸摸屏，其不
僅具有系統(tǒng)運行的監(jiān)控管理功能，也具有對光伏陣列數(shù)據(jù)曲線的處理功能，程序設(shè)計方便
靈活，通過人機界面設(shè)置當(dāng)前太陽電池組件的結(jié)溫和日照強度，系統(tǒng)可以顯示用戶所感興
趣的日照強度和結(jié)溫條件下的預(yù)估IV和PV曲線。該光伏陣列的預(yù)估功能可以為光伏并網(wǎng)
電站的發(fā)電能力提供有價值的參考數(shù)據(jù)。 圖2為光伏陣列給電容充電時的電壓電流過渡過程示意圖。 圖3(a)圖3(b)分別為根據(jù)電壓電流采樣數(shù)據(jù)生成的IV和PV曲線示意圖。 以上的IV測試過程需要停機，并等待濾波電容C1的放電，這在檢修和安裝階段是
較為方便的，一般不會影響發(fā)電，但如果系統(tǒng)已經(jīng)處于正常的發(fā)電狀態(tài)，停機測試IV特性
則會影響發(fā)電生產(chǎn)，對電網(wǎng)也會造成較大的沖擊影響，并網(wǎng)發(fā)電的同時，在線對IV特性進(jìn)
行測試，可以減少對電網(wǎng)發(fā)電的影響，雖然不能在全電壓范圍對光伏陣列的IV進(jìn)行測試，
但可以在工作電壓范圍內(nèi)實現(xiàn)對光伏陣列的IV測試，發(fā)現(xiàn)可能存在的PV曲線多峰值或電
池板的遮擋、故障和衰減等。 圖4為并網(wǎng)在線IV特性掃描測量控制框圖，根據(jù)系統(tǒng)的光伏陣列工作電壓范圍， 在接受到IV掃描測試指令時(M/S選擇為1時)，結(jié)束MPPT跟蹤程序，執(zhí)行SCPV掃描PV程 序，將直流母線的電壓指令Vd。*按步進(jìn)方式給定閉環(huán)控制，增加或減少直流電壓Vd。，其變化 范圍覆蓋系統(tǒng)的正常工作電壓范圍，在指令電壓掃描期間，系統(tǒng)的直流電壓Vd。跟蹤指令電 壓Vd。*變化，并網(wǎng)發(fā)電也在繼續(xù)，但并網(wǎng)功率會隨著直流電壓的變化而變化，系統(tǒng)對此掃描 過程的直流電壓和電流進(jìn)行采樣存儲并建立數(shù)據(jù)關(guān)系，形成IV和PV關(guān)系曲線。由于并網(wǎng) 需要正常工作，所以掃描的電壓有最低限制，IV曲線在直流電壓的下限會缺少相關(guān)數(shù)據(jù)，但 這并不影響對光伏陣列特性的評估和判斷。 本發(fā)明是在系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)不變的情況下，利用主電路的直流斷路器合閘瞬間，
光伏陣列對主電路濾波電容的充電過程的iv變化關(guān)系，高速采樣直流電壓和電流，實現(xiàn)光
伏陣列的IVJ力率-電壓(PV)特性測試，并可以根據(jù)測試結(jié)果，對該光伏陣列的IV、 PV特 性進(jìn)行預(yù)估和評價。系統(tǒng)根據(jù)測試結(jié)果，可以設(shè)置最佳最大功率點跟蹤MPPT區(qū)域，從而加 快MPPT的跟蹤速度和跟蹤效率，有效避免由于太陽電池的多組串并和陰影遮擋可能帶來 的PV關(guān)系的多峰值對MPPT的影響。該功能的設(shè)置可以節(jié)省專用的光伏陣列IV測試設(shè)備， 方便現(xiàn)場的調(diào)試，特別是兆瓦級光伏并網(wǎng)電站的安裝調(diào)試和評估，現(xiàn)有的光伏陣列IV測試 設(shè)備由于適配功率較小，是難以滿足系統(tǒng)要求的。
權(quán)利要求
具有光伏陣列IV測試功能的光伏并網(wǎng)逆變器，由逆變器主電路和系統(tǒng)控制器構(gòu)成，所述逆變器主電路采用電壓型逆變器，包括單相和三相并網(wǎng)系統(tǒng)，其特征是在光伏陣列輸入端口和濾波電容C1之間設(shè)置用于測量光伏陣列輸入電流的電流傳感器CT1；設(shè)置用于測量濾波電容C1端電壓的直流母線電壓傳感器VT1；在所述光伏陣列的輸出端口設(shè)置直流斷路器K1，所述光伏陣列的輸出總電流經(jīng)所述直流斷路器K1輸入光伏并網(wǎng)逆變器、直流母線電壓傳感器VT1和電流傳感器CT1。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有光伏陣列IV測試功能的光伏并網(wǎng)逆變器，其特征是在所 述系統(tǒng)控制器中設(shè)置電流、電壓采樣通道及用于保存采樣IV數(shù)據(jù)的RAM數(shù)據(jù)存貯器，并配 套設(shè)置顯示單元和通訊接口 ；系統(tǒng)控制器在對所述采樣IV數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理后，接入顯示 器進(jìn)行顯示和/或通過通訊接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
3. —種權(quán)利要求1所述光伏并網(wǎng)逆變器的測試方法，其特征是以所述濾波電容C1的端 電壓處于光伏陣列開路電壓的5%以內(nèi)為偵測狀態(tài)，在所述偵測狀態(tài)下實時觀測由所述電 流傳感器CT1和直流母線電壓傳感器VT1所測得的電流、電壓的變化，根據(jù)所述電流和電壓 的變化判斷出所述直流斷路器K1的閉合時刻和濾波電容C1的充電過程的結(jié)束時刻，錄取 自直流斷路器K1的閉合時刻到濾波電容C1充電過程結(jié)束時刻的階段中電流和電壓的變化 曲線。
4. 一種權(quán)利要求1所述光伏并網(wǎng)逆變器的測試方法，其特征是設(shè)定并網(wǎng)運行時的直流 電壓下限值為Vd;在所述逆變器并網(wǎng)運行時，根據(jù)用戶指令在直流電壓下限值Vd和光伏陣 列開路電壓的范圍內(nèi)進(jìn)行光伏陣列的采樣IV數(shù)據(jù)的掃描，獲得并網(wǎng)運行狀態(tài)下的光伏陣 列的采樣IV數(shù)據(jù)關(guān)系，并以此光伏陣列的PV曲線。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光伏并網(wǎng)逆變器的測試方法，其特征是對于光伏陣列的PV曲 線為多峰的情況，設(shè)置最佳最大功率點MPPT的跟蹤搜索范圍在最大的峰值的±50V內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有光伏陣列IV測試功能的光伏并網(wǎng)逆變器，由逆變器主電路和系統(tǒng)控制器構(gòu)成，逆變器主電路采用電壓型逆變器，包括單相和三相并網(wǎng)系統(tǒng)，其特征是在光伏陣列輸入端口和濾波電容C1之間設(shè)置用于測量光伏陣列輸入電流的電流傳感器CT1；設(shè)置用于測量濾波電容C1端電壓的直流母線電壓傳感器VT1；在光伏陣列的輸出端口設(shè)置直流斷路器K1，光伏陣列的輸出總電流經(jīng)所述直流斷路器K1輸入光伏并網(wǎng)逆變器、直流母線電壓傳感器VT1和電流傳感器CT1。本發(fā)明適用于常規(guī)的并網(wǎng)逆變系統(tǒng)，可以方便對本系統(tǒng)所配光伏陣列的IV特性進(jìn)行測試，并利用測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和評估系統(tǒng)光伏陣列的特點和發(fā)電能力。
文檔編號H02J3/38GK101752877SQ20101004654
公開日2010年6月23日 申請日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者劉寧, 張國榮, 杜燕, 汪海寧, 蘇建徽, 茆美琴, 陳林 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)