一種光伏電站的跟蹤控制方法及系統與流程
2023-05-22 17:29:49
本發明涉及光伏電站控制領域，特別是涉及一種光伏電站的跟蹤控制方法及系統。
背景技術：
眾所周知，逆變器在光伏電站現場連接著多個跟蹤器系統，現有的供電模式，每套跟蹤器控制箱需要鋪設很長的電纜從光伏電站場內電網取電，增加現場施工的工作量，使工作的成本增加且電纜在惡劣的電站環境中很容易出問題，使光伏跟蹤控制器不能正常工作，不能做到對數據信息的實時監控。
光伏跟蹤控制器主要是檢測太陽變化的數據信息，並將信息傳送至中央控制器，以此控制太陽光伏系統中的陣列光伏組件的工作狀態；現有的通訊架構是通訊箱以有線通信方式連接多個控制箱，之後通訊箱和逆變器一起與數據採集器以有線通信方式相連。此方案中的控制箱、通訊箱與數據採集器的距離較遠，通訊信號損耗很大，通訊質量很不穩定。這樣往往造成通訊箱與控制箱的通訊質量不好，加上現場的野蠻施工，電纜非常容易中斷，這樣帶給數據採集器的壓力較大，並且通訊箱的成本較高。
此外，多個控制箱與通訊箱互連，控制箱的信號反射較嚴重，此信號反射也將幹擾多個控制箱與通訊箱之間的正常通訊，若解決此問題，通常需要在控制箱端或者通訊箱端增加源端匹配電阻來解決，這樣無疑增加了整個控制箱或通訊箱的設計難度，使得成本上升；若多個控制箱其中一個出現故障，其通過總線傳遞給通訊箱的信號為0，這樣將會使得控制箱至通訊箱的整個通訊總線短路而無法工作。
技術實現要素：
本發明的提供了一種光伏電站的跟蹤控制方法及系統，其目的保障了光伏跟蹤控制器一直處於工作狀態，通過增加了從陣列光伏組取電的方案，極大減少了現場電纜的鋪設，使得跟蹤系統面對多變的電站環境更加靈活穩當，通訊質量更加可靠。
本發明提供的技術方案如下：
一種光伏電站的跟蹤控制方法，所述光伏電站包括將光能轉換為直流電輸出的陣列光伏組件、將直流電轉換為交流電後與公共電網併網發電的逆變器，包括：步驟S10檢測公共電網的當前供電環境狀態；步驟S20當公共電網的供電環境正常時，切換至輸入端並聯在所述逆變器的輸出端與公共電網的連接端的第一供電線路為光伏跟蹤控制器供電；步驟S30當公共電網的供電環境異常時，切換至輸入端並聯在所述逆變器的輸入端與所述陣列光伏組件的連接端的第二供電線路為所述光伏跟蹤控制器供電；步驟S40由所述第一供電線路或所述第二供電線路之一供電，使所述光伏跟蹤控制器控制所述陣列光伏組件的方向、角度。
在本發明中，提供了多種供電方式，保障了光伏跟蹤控制器一直處於工作狀態，通過增加了從陣列光伏組取電的方案，極大減少了現場電纜的鋪設，使得跟蹤系統面對多變的電站環境更加靈活穩當，通訊質量更加可靠，對電站監控做到了不因內場供電的不穩定的不間斷，並且成本降低明顯。
優選的，所述第一供電線路包括：步驟S21將所述逆變器的輸出端與公共電網的連接端的交流電進行整流處理後，形成直流電供所述光伏跟蹤控制器正常工作。
優選的，所述第二供電線路包括：步驟S31將所述陣列光伏組件輸出的直流電進行調壓處理後，供所述光伏跟蹤控制器正常工作。
在本發明中，從逆變器的AC埠取電，相對於從國家電網端取電相比，與跟蹤器控制箱的距離較短，節省了大量的電纜；多種供電方式使跟蹤器控制箱便能正常工作，及時調整跟蹤支架到最佳狀態，避免惡劣天氣對電池板造成損壞，從而避免經濟損失。
一種光伏電站的跟蹤控制系統，所述光伏電站包括將光能轉換為直流電輸出的陣列光伏組件，再將直流電轉換為交流電後與公共電網併網發電，所述跟蹤控制系統包括：逆變器、第一供電線路、第二供電線路、電源切換子模塊、以及光伏跟蹤控制器；其中，所述逆變器的輸入端與所述陣列光伏組件電連接、輸出端與公共電網電連接，將來自所述陣列光伏組件的直流電轉換為交流電後，與公共電網併網發電；所述第一供電線路，輸入端並聯在所述逆變器的輸出端與公共電網的連接端，輸出端與所述光伏跟蹤控制器電連接；所述第二供電線路，輸入端並聯在所述逆變器的輸入端與所述陣列光伏組件的連接端，輸出端與所述光伏跟蹤控制器電連接；所述電源切換子模塊，檢測公共電網的當前供電環境狀態，並根據公共電網的供電環境正常/異常，對應切換所述第一供電線路/第二供電線路向所述光伏跟蹤控制器供電；所述光伏跟蹤控制器，分別與所述第一供電線路、所述第二供電線路電連接，由所述第一供電線路/第二供電線路之一供電，控制所述陣列光伏組件的方向、角度。
在本發明中，提供了多種供電方式，保障了光伏跟蹤控制器一直處於工作狀態，通過增加了從陣列光伏組取電，極大減少了現場電纜的鋪設，使得跟蹤系統面對多變的電站環境更加靈活穩當，通訊質量更加可靠，對電站監控做到了不因內場供電的不穩定的不間斷，並且成本降低明顯。
優選的，還包括控制器供電模塊，所述控制器供電模塊包括：AC-DC供電單元，輸入端並聯在所述逆變器的輸出端與公共電網的連接端，輸出端與所述光伏跟蹤控制器電連接，將所述逆變器的輸出端與公共電網的連接端的交流電進行整流處理後，形成直流電供所述光伏跟蹤控制器正常工作。
優選的，所述控制器供電模塊還包括：DC-DC供電單元，輸入端並聯在所述逆變器的輸入端與所述陣列光伏組件的連接端，輸出端與所述光伏跟蹤控制器電連接，將所述陣列光伏組件輸出的直流電進行調壓處理後，供所述光伏跟蹤控制器正常工作。
優選的，所述控制器供電模塊是由所述AC-DC供電單元和所述DC-DC供電單元組成的雙輸入智能開關電源。
優選的，包括，所述電源切換子模塊是雙路互鎖開關，所述雙路互鎖開關設置在所述雙輸入智能開關電源中。
在本發明中，從逆變器的AC埠取電，相對於從國家電網端取電相比，與跟蹤器控制箱的距離較短，節省了大量的電纜；多種供電方式使跟蹤器控制箱便能正常工作，及時調整跟蹤支架到最佳狀態，避免惡劣天氣對電池板造成損壞，從而避免經濟損失。
優選的，還包括：數據採集器、中央控制器；其中，所述逆變器，與所述光伏跟蹤控制器通訊連接；所述數據採集器，與所述逆變器通訊連接；所述中央控制器，與所述數據採集器通訊連接；其中，所述光伏跟蹤控制器，發送光伏跟蹤的數據信息，並將來自所述中央控制器的伺服器時間與光伏跟蹤控制器時間進行校正；所述逆變器，接收、向所述數據採集器轉發來自所述光伏跟蹤控制器的數據信息，並接收、向所述光伏跟蹤控制器轉發來自所述中央控制器的伺服器時間；所述數據採集器，採集所述逆變器轉發的所述光伏跟蹤控制器數據信息，並接收、向所述逆變器轉發來自所述中央控制器的伺服器時間；所述中央控制器，監控所述數據採集器採集的數據信息，並向所述數據採集器發送伺服器時間，控制所述光伏跟蹤控制器正常運行。
優選的，所述數據採集器與所述逆變器通訊連接的方式包括：通過有線的通訊方式，和/或電力載波通訊方式。
在本發明中，一控制箱對一逆變器，節省了通訊箱以及若干電纜，簡化了通訊架構，使得通訊質量更可靠更穩定；逆變器在光伏跟蹤控制器和數據採集器的信號傳輸之間僅提供一個傳輸通道，不做任何數據轉換，使其節約通訊線路的架線工作，使其節約成本，節省了能源的浪費。
與現有技術相比，本發明提供一種光伏電站的跟蹤控制方法及系統，至少帶來以下一種技術效果:
在本發明中，採用集成解決方案，極大減少了現場電纜的鋪設，使得跟蹤系統面對多變的電站環境更加靈活穩當，通訊質量更加可靠，對電站監控做到了不因內場供電的不穩定的不間斷，並且成本降低明顯。
在本發明中，逆變器在光伏電站現場連接著多個跟蹤器系統，且逆變器與電網及陣列光伏組件都有接口，因此做到使用組件的電能作為備份電源，形成冗餘保護系統。正常情況下，逆變器從箱式變壓器的電網取電，一旦電網異常，則馬上切換到用電池組件供電，使得電機能夠及時放平組件，不易受到惡劣天氣的損害。當電網恢復正常的時候，又可以及時切回去，使得系統自動跟蹤，繼續發電。
附圖說明
下面將以明確易懂的方式，結合附圖說明優選實施方式，對一種光伏電站的跟蹤控制方法及系統特性、技術特徵、優點及其實現方式予以進一步說明。
圖1是本發明一種光伏電站的跟蹤控制方法一個實施例的流程圖；
圖2是本發明一種光伏電站的跟蹤控制方法另一個實施例的流程圖；
圖3是本發明一種光伏電站的跟蹤控制系統的一個實施例的結構圖；
圖4是本發明一種光伏電站的跟蹤控制系統的另一個實施例的結構圖；
圖5是本發明一種光伏電站的跟蹤控制系統的另一個實施例的結構圖；
圖6是本發明一種光伏電站的跟蹤控制供電線路實施例的電路圖。
具體實施方式
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對照附圖說明本發明的具體實施方式。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖，並獲得其他的實施方式。
為使圖面簡潔，各圖中只示意性地表示出了與本發明相關的部分，它們並不代表其作為產品的實際結構。另外，以使圖面簡潔便於理解，在有些圖中具有相同結構或功能的部件，僅示意性地繪示了其中的一個，或僅標出了其中的一個。在本文中，「一個」不僅表示「僅此一個」，也可以表示「多於一個」的情形。
本發明提供一種光伏電站的跟蹤控制方法的一個實施例，所述光伏電站包括將光能轉換為直流電輸出的陣列光伏組件、將直流電轉換為交流電後與公共電網併網發電的逆變器，包括：步驟S10檢測公共電網的當前供電環境狀態；步驟S20當公共電網的供電環境正常時，切換至輸入端並聯在所述逆變器的輸出端與公共電網的連接端的第一供電線路為光伏跟蹤控制器供電；步驟S30當公共電網的供電環境異常時，切換至輸入端並聯在所述逆變器的輸入端與所述陣列光伏組件的連接端的第二供電線路為所述光伏跟蹤控制器供電；步驟S40由所述第一供電線路或所述第二供電線路之一供電，使所述光伏跟蹤控制器控制所述陣列光伏組件的方向、角度。
具體的，在本實施例中，參考圖1所示，在光伏發電系統中，電能來自於陣列光伏組件也即太陽能電池板，由於陣列光伏組件產生的電能為直流電，為電網提供電能，所以必須要經過逆變器將直流電變成交流電進行併網至電網系統中；為了增加太陽電池板的工作工作效率，要時刻檢測太陽轉動的方向等變化信息，根據太陽轉動變化信息以調整太陽電池板的方向，那麼此時需要通過光伏跟蹤控制器獲取太陽轉動變化信息(包括角度，方向等相關參數信息)；在本發明的光伏電站的跟蹤控制方法中，首選要檢測當前供電電網的環境變化信息，如果天氣正常，處於白天狀態時，光伏跟蹤控制器取電過程為：陣列光伏組件產生直流電，將直流電發送至逆變器轉換為交流電，將交流電併入電網中，光伏跟蹤控制器從電網中取電，此時為第一供電線路；還包括，天氣正常，處於白天狀態，而此時電網出現異常，那麼，光伏跟蹤控制器從陣列光伏組件中取電，此時為第二供電線路；如果在黑天時，光伏跟蹤控制器直接從電網取電，電網的電來自於國家電網，使光伏跟蹤控制器一直處於工作狀態。當供電線路從第一供電線路切換到第二供電線路時，第二供電線路會有30S～60S的延時接通，使得第二供電線路可帶電熱插拔，保證了安全性。
在本發明中，提供了多種供電方式，保障了光伏跟蹤控制器一直處於工作狀態，通過增加了從陣列光伏組取電的技術方案，極大減少了現場電纜的鋪設，使得跟蹤系統面對多變的電站環境更加靈活穩當，通訊質量更加可靠；本發明對於電站的監控做到了不因內場供電的不穩定而影響光伏跟蹤控制器的工作狀態，提高了光伏跟蹤控制器的續航能力，並且明顯的降低了施工成本。
優選的，所述第一供電線路包括：步驟S21將所述逆變器的輸出端與公共電網的連接端的交流電進行整流處理後，形成直流電供所述光伏跟蹤控制器正常工作。
優選的，所述第二供電線路包括：步驟S31將所述陣列光伏組件輸出的直流電進行調壓處理後，供所述光伏跟蹤控制器正常工作。
具體的，本實施例是在上一實施例的基礎上提供的又一實施例，參考圖2和圖6所示；當電網正常時，優先通道工作，即第一供電線路，同時逆變單元及光伏逆變器也正常併網發電。此時，DC開關閉合，開關1、開關2閉合(互鎖裝置判斷來自開關2的信號，220V交流電壓將其判斷將其開關2閉合)，開關3斷開，開關電源為雙輸入智能開關電源，而從逆變器的交流端即AC埠取電，給光伏跟蹤器的控制箱供電，光伏跟蹤器正常工作；當電網出現故障或者電網斷開時，優先通道即第一供電線路不能再給跟蹤器控制箱供電，啟用備用通道工作即第二供電線路，此時，DC開關閉合，互鎖裝置判斷來自開關2的信號，電壓不足220V，判斷信號為0，開關2斷開，開關3閉合，陣列電池板即PV端給開關電源供電。在以上兩條線路的供電時，在光伏跟蹤器的控制箱取電之前要經過雙輸入智能開關電源，而開關3和開關2組成的胡鎖裝置開關設置在雙輸入智能開關電源內，通過檢測電網是否發生異常；由於第一條線路的電為交流電，而第二條線路的電為直流電，所以通過雙輸入智能開關電源進行整流，和調壓處理後供光伏跟蹤器的控制箱，由於光伏跟蹤器的控制箱是由24V直流供電。
在本發明中，從逆變器的AC埠取電，相對於從國家電網端取電相比，與跟蹤器控制箱的距離較短，節省了大量的電纜；多種供電方式使跟蹤器控制箱便能正常工作，及時調整跟蹤支架到最佳狀態，避免惡劣天氣對電池板造成損壞，從而避免經濟損失。
本發明還提供一種光伏電站的跟蹤控制系統的一個實施例，所述光伏電站包括將光能轉換為直流電輸出的陣列光伏組件10，再將直流電轉換為交流電後與公共電網30併網發電，所述跟蹤控制系統包括：逆變器20、第一供電線路41、第二供電線路42、電源切換子模塊51、以及光伏跟蹤控制器60；其中，所述逆變器20的輸入端與所述陣列光伏組件10電連接、輸出端與公共電網30電連接，將來自所述陣列光伏組件10的直流電轉換為交流電後，與公共電網30併網發電；所述第一供電線路41，輸入端並聯在所述逆變器20的輸出端與公共電網30的連接端，輸出端與所述光伏跟蹤控制器60電連接；所述第二供電線路42，輸入端並聯在所述逆變器20的輸入端與所述陣列光伏組件10的連接端，輸出端與所述光伏跟蹤控制器60電連接；所述電源切換子模塊51，檢測公共電網30的當前供電環境狀態，並根據公共電網30的供電環境正常/異常，對應切換所述第一供電線路41/第二供電線路42向所述光伏跟蹤控制器供電；所述光伏跟蹤控制器，分別與所述第一供電線路41、所述第二供電線路42電連接，由所述第一供電線路41/第二供電線路42之一供電，控制所述陣列光伏組件的方向、角度。
具體的，在本實施例中，參考圖3、4、5所示，在光伏發電系統中，電能來自於陣列光伏組件也即太陽能電池板，由於陣列光伏組件產生的電能為直流電，為電網提供電能，所以必須要經過逆變器將直流電變成交流電進行併網至電網系統中；為了增加太陽電池板的工作工作效率，要時刻檢測太陽轉動的方向等變化信息，根據太陽轉動變化信息以調整太陽電池板的方向，那麼此時需要通過光伏跟蹤控制器獲取太陽轉動變化信息(包括角度，方向等相關參數信息)；在本發明的光伏電站的跟蹤控制系統中，首選要檢測當前供電電網的環境變化信息，如果天氣正常，處於白天狀態時，光伏跟蹤控制器取電過程為：陣列光伏組件發直流電，將直流電發送至逆變器轉換為交流電，將交流電併入電網中，光伏跟蹤控制器從電網中取電；還包括，天氣正常，處於白天狀態，而此時電網出現異常，那麼，光伏跟蹤控制器從陣列光伏組件中取電；如果在黑天時，光伏跟蹤控制器直接從電網取電，電網的電來自於國家電網，使光伏跟蹤控制器一直處於工作狀態。
在本發明中，提供了多種供電方式，保障了光伏跟蹤控制器一直處於工作狀態，通過增加了從陣列光伏組取電的方案，極大減少了現場電纜的鋪設，使得跟蹤系統面對多變的電站環境更加靈活穩當，通訊質量更加可靠，對電站監控做到了不因內場供電的不穩定的不間斷，並且成本降低明顯。
優選的，還包括控制器供電模塊50包括：AC-DC供電單元52，輸入端並聯在所述逆變器20的輸出端與公共電網30的連接端，輸出端與所述光伏跟蹤控制器60電連接，將所述逆變器20的輸出端與公共電網30的連接端的交流電進行整流處理後，形成直流電供所述光伏跟蹤控制器60正常工作。
優選的，所述控制器供電模塊50還包括：DC-DC供電單元53，輸入端並聯在所述逆變器20的輸入端與所述陣列光伏組件10的連接端，輸出端與所述光伏跟蹤控制器60電連接，將所述陣列光伏組件10輸出的直流電進行調壓處理後，供所述光伏跟蹤控制器60正常工作。
優選的，所述控制器供電模塊是由所述AC-DC供電單元52和所述DC-DC供電單元53組成的所述控制器供電模塊50為雙輸入智能開關電源。
優選的，包括，所述電源切換子模塊51是雙路互鎖開關，所述雙路互鎖開關設置在所述雙輸入智能開關電源中。
具體的，本實施例是在上一實施例的基礎上提供的又一實施例，參考圖3、4、5所示；當電網正常時，優先通道工作，即第一供電線路，同時逆變單元及光伏逆變器也正常併網發電。此時，DC開關閉合，開關1、開關2閉合(互鎖裝置判斷來自開關2的信號，220V交流電壓將其判斷將其開關2閉合)，開關3斷開，開關電源為雙輸入智能開關電源，而從逆變器的交流端即AC埠取電，給光伏跟蹤器的控制箱供電，光伏跟蹤器正常工作；當電網出現故障或者電網斷開時，優先通道即第一供電線路不能再給跟蹤器控制箱供電，啟用備用通道工作即第二供電線路，此時，DC開關閉合，互鎖裝置判斷來自開關2的信號，電壓不足220V，判斷信號為0，開關2斷開，開關3閉合，陣列電池板即PV端給開關電源供電。在以上兩條線路的供電時，在光伏跟蹤器的控制箱取電之前要經過雙輸入智能開關電源，而開關3和開關2組成的胡鎖裝置開關設置在雙輸入智能開關電源內，通過檢測電網是否發生異常；由於第一條線路的電為交流電，而第二條線路的電為直流電，所以通過雙輸入智能開關電源進行整流，所用的其內部的AC-DC供電單元，和調壓處理後，所用的其內部的DC-DC供電單元，供光伏跟蹤器的控制箱，由於光伏跟蹤器的控制箱是由24V直流供電。雙輸入智能開關電源是由AC-DC供電單元和DC-DC供電單元組成，可以現實對電網異常的判斷，同時能夠完成第一條線路和第二條線路的切換。當供電線路從第一供電線路切換到第二供電線路時，第二供電線路會有30S～60S的延時接通，使得第二供電線路可帶電熱插拔，保證了安全性。
在本發明中，從逆變器的AC埠取電，相對於從國家電網端取電相比，與跟蹤器控制箱的距離較短，節省了大量的電纜；多種供電方式使跟蹤器控制箱便能正常工作，及時調整跟蹤支架到最佳狀態，避免惡劣天氣對電池板造成損壞，從而避免經濟損失。
優選的，還包括：數據採集器200、中央控制器100；其中，所述逆變器20，與所述光伏跟蹤控制器60通訊連接；所述數據採集器200，與所述逆變器20通訊連接；所述中央控制器100，與所述數據採集器200通訊連接；其中，所述光伏跟蹤控制器60，發送光伏跟蹤的數據信息，並將來自所述中央控制器100的伺服器時間與光伏跟蹤控制器60時間進行校正；所述逆變器，接收、向所述數據採集器200轉發來自所述光伏跟蹤控制器60的數據信息，並接收、向所述光伏跟蹤控制器60轉發來自所述中央控制器的伺服器時間；所述數據採集器200，採集所述逆變器20轉發的所述光伏跟蹤控制器60數據信息，並接收、向所述逆變器20轉發來自所述中央控制器的伺服器時間；所述中央控制器100，監控所述數據採集器200採集的數據信息，並向所述數據採集器發送伺服器時間，控制所述光伏跟蹤控制器60正常運行。
優選的，所述數據採集器200與所述逆變器20通訊連接的方式包括：通過有線的通訊方式，和/或電力載波通訊方式。
具體的，本實施例是在上一實施例的基礎上提供的又一實施例，參考圖3、4、5所示；在本發明的系統中，光伏跟蹤控制器60將跟蹤的數據信息要傳送到中央控制器100，需要通過逆變器20進行轉發，而數據採集器200將轉發的所有光伏跟蹤控制器60的數據信息進行數據處理後進一步傳送到中央控制器100；本發明的通訊方案的特點是在省略通訊箱的前提下，利用逆變器20的網管系統實現控制箱到數據採集器200的通信通道直連。光伏跟蹤控制器60與逆變器20以有線通信方式(RS485)連接，逆變器20與數據採集器200之間為電力載波通信(PLC)或者有線通信方式(RS485)，以PLC通訊方式優選。數據採集器200同時連接多個逆變器20；一控制箱對一逆變器20架構；在本實施例中，光伏跟蹤控制器60將光伏跟蹤結構的實時角度、光伏跟蹤系統故障或光伏跟蹤控制器60的故障、光伏跟蹤系統的關鍵運行參數等信息均通過RS485傳輸埠傳輸至逆變器20的RS485傳輸埠；逆變器20將以上光伏跟蹤控制器60傳輸過來的信息，以透傳的方式加載在與數據採集器200連接的電纜上，以電力載波通訊PLC的方式傳輸至數據採集器200，數據採集器200將加載信息解調分類(後臺已定義了加載端與解調端的序號編碼)後即可獲取這些信息。同時數據採集器200將從中央控制室獲取的電腦server時間，通過PLC通訊群發至逆變器20，之後通過雙向RS485通道到達控制箱，實現與控制箱內的晶振電路時間進行對比校正。
在本發明中，一控制箱對一逆變器20，節省了通訊箱以及若干電纜，簡化了通訊架構，使得通訊質量更可靠更穩定；逆變器20在光伏跟蹤控制器60和數據採集器200的信號傳輸之間僅提供一個傳輸通道，不做任何數據轉換，使其節約通訊線路的架線工作，使其節約成本，節省了能源的浪費。
應當說明的是，上述實施例均可根據需要自由組合。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。