阅读说明：本技术 变压器档位确定方法、装置及光伏发电系统 (Transformer gear determination method and device and photovoltaic power generation system ) 是由 方俊峰 杨宗军 于 2019-11-04 设计创作，主要内容包括：本发明实施例公开了一种变压器档位确定方法、装置及光伏发电系统,变压器档位确定方法应用于光伏发电系统,光伏发电系统包括光伏组件、逆变器和变压器,变压器档位确定方法包括：获取预设时间内的逆变器的历史直流电压数据和变压器高压侧的历史电压数据；根据变压器高压侧的历史电压数据,计算变压器各个档位下的低压侧的电压；基于逆变器的历史直流电压和变压器的低压侧的电压的关系以及逆变器的效率特性,确定预设时间内的变压器的最佳档位。本发明实施例提供的变压器档位确定方法,能够保证逆变器在正常工作状态下有较高的运行效率。(The embodiment of the invention discloses transformer gear determining methods and devices and a photovoltaic power generation system, wherein the transformer gear determining method is applied to the photovoltaic power generation system, the photovoltaic power generation system comprises a photovoltaic component, an inverter and a transformer, the transformer gear determining method comprises the steps of obtaining historical direct current voltage data of the inverter and historical voltage data of a high-voltage side of the transformer in preset time, calculating voltage of a low-voltage side of the transformer under each gear according to the historical voltage data of the high-voltage side of the transformer, and determining an optimal gear of the transformer in the preset time based on the relation between the historical direct current voltage of the inverter and the voltage of the low-voltage side of the transformer and the efficiency characteristic of the inverter.)

变压器档位确定方法、装置及光伏发电系统

技术领域

本发明实施例涉及变压器调档技术，尤其涉及一种变压器档位确定方法、装置及光伏发电系统。

背景技术

在光伏电站中，为使逆变器输出的交流电压保持在额定并网电压，需通过调节变压器的档位实现调压，变压器的档位确定关系到光伏发电系统的设备安全及稳定运行，是比较重要的研究内容。

目前，现有的变压器档位确定方法仅考虑了电网电压偏差对配电系统设备安全的影响，会带来逆变器损耗偏高、工作效率较低的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种变压器档位确定方法、装置及光伏发电系统，以实现逆变器在正常工作状态下有较高的运行效率。

第一方面，本发明实施例提供了一种变压器档位确定方法，光伏电站包括光伏组件、逆变器和变压器，变压器档位确定方法包括：

获取预设时间内的逆变器的历史直流电压数据和变压器高压侧的历史电压数据；

根据变压器高压侧的历史电压数据，计算变压器各个档位下的低压侧的电压；

基于逆变器的历史直流电压和变压器的低压侧的电压的关系以及逆变器的效率特性，确定预设时间内的变压器的最佳档位。

可选的，预设时间包括至少一个预设时间区间，根据变压器高压侧的历史电压数据，计算变压器各个档位下的低压侧的电压之前，还包括：

根据逆变器的历史直流电压数据，确定逆变器在各预设时间区间内的平均直流电压；

根据变压器高压侧的历史电压数据，确定变压器高压侧在各预设时间区间内的平均电压；

根据变压器高压侧的历史电压数据，计算变压器各个档位下的低压侧的电压，包括：

计算变压器各档位对应的变压器的变比；

基于变压器高压侧在各预设时间区间内的平均电压和变压器的变比，计算变压器在各档位下各预设时间区间内的低压侧平均电压。

可选的，预设时间区间为月或者季度。

可选的，计算变压器各档位对应的变压器的变比，包括：

获取变压器的铭牌参数中各个档位对应的额定电压和变压器的低压侧额定电压；

将各个档位对应的额定电压除以低压侧额定电压，得到变压器各个档位对应的变比。

可选的，基于逆变器的历史直流电压和变压器的低压侧的电压的关系以及逆变器的效率特性，确定预设时间内的变压器的最佳档位，包括：

从各预设时间区间内变压器各档位对应的低压侧电压中确定使逆变器的效率最高电压，该电压对应的档位为最佳档位。

可选的，从各预设时间区间内变压器各档位对应的低压侧电压中确定使逆变器的效率最高电压，该电压对应的档位为最佳档位，包括：

基于

得到满足条件的低压侧平均电压集合；其中，U₁为逆变器的交流输出电压，U₂为变压器的低压侧电压，U_直为逆变器的直流输入电压；

取集合中的最大值对应的档位为最佳档位。

可选的，确定预设时间内的变压器的最佳档位之后，方法还包括：

根据逆变器MPPT能否正常工作和光伏组件的温度运行条件，对确定后的变压器的最佳档位进行校验。

可选的，根据逆变器MPPT能否正常工作和光伏组件的温度运行条件，对确定后的变压器的最佳档位进行校验，包括：

根据光伏组件的运行参数，计算光伏组件在工作温度上限的最低直流电压；其中，光伏组件在工作温度上限对应的最高工作温度T_cell的计算公式为T_cell＝T_air+25·G/0.8，T_air表示预设时间区间内环境气温的最高温度，G表示实时辐照度，光伏组件的最低直流电压V_mp(min)的计算公式为V_mp(min)＝V_STC·[1+(T_cell-25)·γ]，γ为光照组件的电压温度系数，V_STC为光伏组件在STC下测得的最大功率点电压；

当所述最低直流电压大于所述逆变器MPPT电压范围的下限时，确定变压器档位调节正确；其中，最低直流电压需满足

n表示光伏组件的串联数。

第二方面，本发明实施例还提供了一种变压器档位确定装置，应用于光伏发电系统，光伏发电系统包括光伏组件、逆变器和变压器，变压器档位确定装置包括：

获取模块，获取模块用于获取预设时间内的逆变器的历史直流电压数据和变压器高压侧的历史电压数据；

计算模块，计算模块用于根据变压器高压侧的历史电压数据，计算变压器各个档位下的低压侧的电压；

档位确定模块，档位确定模块用于基于逆变器的历史直流电压和变压器的低压侧的电压的关系以及逆变器的效率特性，确定预设时间内的变压器的最佳档位。

第三方面，本发明实施例还提供了一种光伏发电系统，包括光伏组件、逆变器和变压器，还包括第二方面所述的变压器档位确定装置。

本发明实施例提供的变压器档位确定方法、装置及光伏发电系统，通过获取预设时间内的逆变器的历史直流电压数据和变压器高压侧的历史电压数据，并根据变压器高压侧的历史电压数据，计算变压器各个档位下的低压侧的电压，从而基于逆变器的历史直流电压和变压器的低压侧的电压的关系以及逆变器的效率特性，确定预设时间内的变压器的最佳档位。相比现有的方法中仅考虑电网电压偏差对变压器档位调节的影响，本实施例提供的方法基于逆变器的历史直流电压和变压器的低压侧的电压的关系以及逆变器的效率特性，确定预设时间内的变压器的最佳档位，保证逆变器在正常工作状态下有较高的运行效率。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种变压器档位确定方法的流程图；

图2是本发明实施例二提供的一种变压器档位确定方法的流程图；

图3是本发明实施例三提供的一种变压器档位确定方法的流程图；

图4是本发明实施例五提供的一种变压器档位确定装置的结构框图；

图5是本发明实施例六提供的一种光伏发电系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的一种变压器档位确定方法的流程图，该方法应用于光伏发电系统，光伏发电系统包括光伏组件、逆变器和变压器，光伏组件的输出端和逆变器的直流侧电连接，逆变器的交流侧与变压器的低压侧电连接，参考图1，该变压器档位确定方法具体包括如下步骤：

步骤110、获取预设时间内的逆变器的历史直流电压数据和变压器高压侧的历史电压数据。

其中，预设时间是过去的一段时间，预设时间的范围可以根据实际需要确定，例如可以是过去的一年、某几个月等逆变器的历史直流电压数据可包括逆变器在预设时间内的输入端输入的电压数据，逆变器的输入端输入的电压为直流输入电压，变压器高压侧的历史电压数据可包括变压器在预设时间内的高压侧电压数据，变压器的低压侧电压即逆变器的输出电压，逆变器的输出电压为交流输出电压。

步骤120、根据变压器高压侧的历史电压数据，计算变压器各个档位下的低压侧的电压。

示例性地，变压器可包括多个档位，变压器铭牌参数中包括变压器的各个档位对应的额定高压电压，每个档位对应的额定高压电压不同，如变压器包括五个档位，从1档位到5档位的额定高压电压是递减的，可根据变压器各个档位对应的额定高压电压与变压器低压侧额定电压确定变压器变比，根据变比和各个档位对应的变压器高压侧的历史电压数据计算各个档位对应的低压侧电压，如变压器的1档位对应的额定高压电压为38850V，低压侧额定电压为315V，则可计算得到变压器的1档位对应的变比为38850V/315V＝123.3，若在去年1月份变压器的1档位对应的高压侧月平均电压为36876V，则去年1月份变压器的1档位对应的低压侧月平均电压为36876V/123.3＝299V。

步骤130、基于逆变器的历史直流电压和变压器的低压侧的电压的关系以及逆变器的效率特性，确定预设时间内的变压器的最佳档位。

具体的，逆变器的输入端的交流电压和输出端的直流电压需要满足一定条件才能保证逆变器的正常运行，由于逆变器的交流侧与变压器的低压侧电连接，因此逆变器的交流电压即变压器低压侧电压，在逆变器正常运行时交流电压在一定范围内的电压值越大逆变器的运行效率越高，因此在保证逆变器正常运行的变压器各个档位下的低压侧平均电压中，电压值最大的档位确定为最佳档位，预设时间包括至少一个预设时间区间，预设时间区间为月或者季度，例如以月为预设时间区间，根据去年各个月的变压器在各个档位下的低压侧月平均电压，可确定在一定电压范围内各个档位对应的低压侧月平均电压中，电压值最大的档位为当月的最佳档位，可作为今年对应月份的最佳档位。

本实施例提供的变压器档位确定方法，通过获取预设时间内的逆变器的历史直流电压数据和变压器高压侧的历史电压数据，并根据变压器高压侧的历史电压数据，计算变压器各个档位下的低压侧的电压，从而基于逆变器的历史直流电压和变压器的低压侧的电压的关系以及逆变器的效率特性，确定预设时间内的变压器的最佳档位。相比现有的方法中仅考虑电网电压偏差对变压器档位调节的影响，本实施例提供的方法基于逆变器的历史直流电压和变压器的低压侧的电压的关系以及逆变器的效率特性，确定预设时间内的变压器的最佳档位，保证逆变器在正常工作状态下有较高的运行效率。

实施例二

图2是本发明实施例二提供的一种变压器档位确定方法的流程图，本实施例可建立在上述实施例的基础之上，参考图2，该变压器档位确定方法具体包括如下步骤：

步骤210、获取预设时间内的逆变器的历史直流电压数据和变压器高压侧的历史电压数据。

步骤220、根据逆变器的历史直流电压数据，确定逆变器在各预设时间区间内的平均直流电压。

具体的，预设时间包括至少一个预设时间区间，预设时间区间为月或者季度，以预设时间是年，预设时间区间是月为例，可获取逆变器在去年一年每天9:00～16:00的直流电压，其他时间的数据由于辐照度较低并且波动较大需要舍弃，然后以月为单位，对逆变器的直流电压进行划分，再对每个月的直流电压取平均数，得到去年一年各个月的逆变器的月平均直流电压。

步骤230、根据变压器高压侧的历史电压数据，确定变压器高压侧在各预设时间区间内的平均电压。

示例性的，预设时间为年，预设时间区间为月，可获取变压器在去年一年每天9:00～16:00的高压侧电压，然后以月为单位，对变压器高压侧电压进行划分，再对每个月的高压侧电压取平均数，得到去年一年各个月的月平均高压侧电压。

步骤240、获取变压器的铭牌参数中各个档位对应的额定电压和变压器的低压侧额定电压。

其中，变压器的铭牌参数中包括各个档位对应的额定高压电压以及变压器的高压侧额定电压和低压侧额定电压，可直接获取变压器铭牌参数中的数据。

步骤250、将各个档位对应的额定电压除以低压侧额定电压，得到变压器各个档位对应的变比。

具体的，如变压器低压侧额定电压为315V，变压器的1档位对应的额定高压电压为38850V，则1档位对应的变比为123.3(38850V/315V)，据此得到变压器各个档位对应的变比。

步骤260、基于变压器高压侧在各预设时间区间内的平均电压和变压器的变比，计算变压器在各档位下各预设时间区间内的低压侧平均电压。

示例性的，预设时间区间为月，在去年1月份变压器的1档位对应的高压侧月平均电压为37125V，1档位对应的变比为123.3，则1档位对应的1月份变压器的低压侧月平均电压为301.1V，可计算得到去年各个月份的变压器在各档位下对应的低压侧平均电压。如以变压器五个档位为例，可用矩阵A表示计算得到的变压器在各个档位下各个月份的低压侧平均电压

其中，U_5-1表示变压器在五档位下1月份的低压侧平均电压，即U_i-j表示变压器在i档位下j月份的低压侧平均电压。

步骤270、基于逆变器的历史直流电压和变压器的低压侧平均电压的关系以及逆变器的效率特性，确定预设时间内的变压器的最佳档位。

具体的，预设时间区间以月为例，在计算得到如上述的矩阵A后，需确定满足逆变器正常运行条件

(U₁为逆变器的交流输出电压，U₂为变压器的低压侧电压，U_直为逆变器的直流输入电压)的低压侧平均电压的集合B，即在矩阵A的每一列中选出符合上述不等式条件的电压组成集合B_j，B_j表示j月份满足条件的低压侧平均电压的集合，在集合B_j中确定最大值U_j-k＝Max(B_j)，U_j-k表示变压器在k档位下j月份的电压值最大的低压侧平均电压，则最大电压值对应的档位k为当月的最佳档位。可根据去年各个月变压器的最佳档位确定今年各个月变压器的最佳档位，如去年一月份确定的最佳档位为五档，则可将五档作为今年一月份的最佳档位，其它月份的最佳档位对应得到，即可在今年年初确定去年各个月份变压器的最佳档位，以根据去年的档位情况确定今年各个月份的最佳档位。当然，也可根据去年和前年以及前几年的月平均电压确定今年的月平均电压，从而确定今年各个月份的最佳档位，即预设时间根据实际情况而定，在此不做限定。

本实施例提供的变压器档位确定方法，通过获取预设时间内的逆变器的历史直流电压数据和变压器高压侧的历史电压数据，并根据变压器各个档位对应的变比，计算变压器在各档位下各预设时间区间内的低压侧平均电压，从而基于逆变器的历史直流电压和变压器的低压侧的电压的关系以及逆变器的效率特性，确定预设时间内的变压器的最佳档位。相比现有的方法中仅考虑电网电压偏差对变压器档位调节的影响，本实施例提供的方法基于逆变器的历史直流电压和变压器的低压侧的电压的关系以及逆变器的效率特性，确定预设时间内的变压器的最佳档位，保证逆变器在正常工作状态下有较高的运行效率。

实施例三

图3是本发明实施例三提供的一种变压器档位确定方法的流程图，本实施例可建立在实施例一的基础之上，参考图3，该变压器档位确定方法具体包括如下步骤：

步骤310、获取预设时间内的逆变器的历史直流电压数据和变压器高压侧的历史电压数据。

步骤320、根据变压器高压侧的历史电压数据，计算变压器各个档位下的低压侧的电压。

步骤330、基于

得到满足条件的低压侧平均电压集合；其中，U₁为逆变器的交流输出电压，U₂为变压器的低压侧电压，U_直为逆变器的直流输入电压。

具体的，逆变器的交流输出电压以及变压器的低压侧电压均与直流输入电压需满足如上的不等式，逆变器可正常工作，且在满足上述不等式时，逆变器的交流输出电压越高逆变器的效率越高。以预设时间为去年一年、预设时间区间以月为例，在得到的去年各个月份变压器在各档位下的低压侧电压中，确定满足如上不等式条件的多个电压值的集合。

步骤340、取集合中的最大值对应的档位为最佳档位。

具体的，在满足如上不等式条件的去年各个月份变压器在各档位下的低压侧电压的集合中，确定最大的电压值对应的档位为当月的最佳档位，即从变压器的低压侧电压中确定使逆变器的效率最高电压，该电压对应的档位为最佳档位。

步骤350、根据光伏组件的运行参数，计算光伏组件在工作温度上限的最低直流电压。

具体的，根据光伏组件的最高工作温度T_cell的公式T_cell＝T_air+25·G/0.8，其中，T_air表示对应月份的最高温度，G表示实时辐照度，可取1kW/m²，可计算得到光伏组件在当月的环境气温最高时的最高工作温度T_cell，并根据光伏组件的最低直流电压的计算公式V_mp(min)＝V_STC·[1+(T_cell-25)·γ]，其中，光伏组件的参数γ为组件电压温度系数，V_STC为组件在STC下测得的最大功率点电压，γ和V_STC均可由光伏组件铭牌获取，由此可计算得到V_mp(min)。

步骤360、当最低直流电压大于逆变器MPPT电压范围下限时，确定变压器档位调节正确。

具体的，光伏组件的最低直流电压需要满足的条件为

其中，n表示光伏组件的串联数，n可取22，当

可以判断变压器确定档位后，逆变器MPPT在最高气温时可正常工作，即可确定该档位为变压器在对应月份的最佳档位。

本实施例提供的变压器档位确定方法，相比现有的方法中仅考虑电网电压偏差对变压器档位调节的影响，本实施例提供的方法基于逆变器的历史直流电压和变压器的低压侧的电压的关系以及逆变器的效率特性，确定预设时间内的变压器的最佳档位，保证逆变器在正常工作状态下有较高的运行效率，并在确定最佳档位后还对最佳档位进行验证，以提高最佳档位确定的可靠性。

实施例四

本实施例是以某月份为例，说明本发明实施例提供的变压器档位确定方法，该方法包括：

步骤一：采集某电站的运行参数。

示例性的，表1示意出了某光伏电站的运行参数，采集去年五月份的运行参数如下：

表1某光伏电站的运行参数

根据上表，将采集的直流电压和高压侧电压分别求和并对求和结果取均值，计算得到逆变器在五月份的直流月平均电压为580V，变压器的高压侧月平均电压为36794V。

步骤二：计算变压器各个档位对应的变比。

示例性的，表2示意出了该变压器的铭牌参数，铭牌参数如下：

表2变压器的铭牌参数

其中，1档位对应的变比为1档额定高压电压38850V除低压侧额定电压315V，即1档位对应的变比为38850V/315V＝123.3，据此可计算各个档位的变比，表3示意出了该变压器在各档位下的变比，计算得到变压器各档位下的变比如下：

表3变压器的变比

1档	2档	3档	4档	5档
					123.3	120.4	117.5	114.5	111.6

步骤三：确定变压器的最佳档位。

具体的，根据变压器各个档位对应的变比和五月份的电压，可计算出箱变在各档位下各月份的低压侧电压矩阵A如下：

其中，U_5-1表示五月份变压器的1档位对应的低压侧月平均电压，U_5-2表示五月份变压器的2档位对应的低压侧月平均电压，以此类推，得到五月份各个档位的低压侧月平均电压，再根据可得到满足条件集合的B₅如下：

取B₅中的最大值U_5-5，因此确定去年五月份的最佳档位为5档，可将5档作为今年五月份的最佳档位。

步骤四：根据逆变器MPPT能否正常工作和光伏组件的温度运行条件，对确定后的变压器的最佳档位进行校验。

具体的，通过历史气象数据可知，去年5月份的最高气温为36℃，根据光伏组件的最高工作温度T_cell的公式T_cell＝T_air+25·G/0.8，其中，T_air表示对应月份的最高温度，G表示实时辐照度，可取1kW/m²，可计算得到光伏组件的最高工作温度T_cell＝36+25×1/0.8＝67.25℃，并根据光伏组件的最低工作电压的计算公式V_mp(min)＝V_STC·[1+(T_cell-25)·γ]，其中，光伏组件的参数γ为组件电压温度系数，该参数由光伏组件铭牌获取，如获取的γ为-0.4％，V_STC为组件在STC下测得的最大功率点电压，该参数由光伏组件铭牌获取，如获取的V_STC为31.54V，可计算得到V_mp(min)＝31.54×[1+(67.25-25)×(-0.4％)]＝36.9V。

逆变器MPPT正常工作的条件为

其中，n表示光伏组件的串联数，n可取22，可以得到

因此可以判断变压器调档至5档时，逆变器MPPT在最高气温时可正常工作，即可确定5档为变压器在五月份的最佳档位。

本实施例提供的变压器档位确定方法，相比现有的方法中仅考虑电网电压偏差对变压器档位调节的影响，本实施例提供的方法基于逆变器的历史直流电压和变压器的低压侧的电压的关系以及逆变器的效率特性，确定预设时间内的变压器的最佳档位，保证逆变器在正常工作状态下有较高的运行效率。

实施例五

图4是本发明实施例五提供的一种变压器档位确定装置的结构示意图，应用于光伏发电系统，光伏发电系统包括光伏组件、逆变器和变压器，变压器档位确定装置包括：获取模块410、计算模块420和档位确定模块430；其中，

获取模块410用于获取预设时间内的逆变器的历史直流电压数据和变压器高压侧的历史电压数据；计算模块420用于根据变压器高压侧的历史电压数据，计算变压器各个档位下的低压侧的电压；档位确定模块430用于基于逆变器的历史直流电压和变压器的低压侧的电压的关系以及逆变器的效率特性，确定预设时间内的变压器的最佳档位。

在上述实施例的基础上，计算模块420可包括直流电压确定子模块、高压侧电压确定子模块、变比计算子模块和低压侧电压计算子模块，直流电压确定子模块用于根据逆变器的历史直流电压数据，确定逆变器在各预设时间区间内的平均直流电压；高压侧电压确定子模块用于根据变压器高压侧的历史电压数据，确定变压器高压侧在各预设时间区间内的平均电压；变比计算子模块用于计算变压器各档位对应的变压器的变比；低压侧电压计算子模块用于基于变压器高压侧在各预设时间区间内的平均电压和变压器的变比，计算变压器在各档位下各预设时间区间内的低压侧平均电压。

优选的，变比计算子模块包括电压获取单元和变比计算单元，电压获取单元用于获取变压器的铭牌参数中各个档位对应的额定电压和变压器的低压侧额定电压；变比计算单元用于将各个档位对应的额定电压与低压侧额定电压相比，得到变压器各个档位对应的变比。

在一种实施方式中，档位确定模块430可包括档位确定子模块，档位确定子模块用于从变压器的低压侧电压中确定使逆变器的效率最高电压，该电压对应的档位为最佳档位。

优选的，档位确定子模块包括集合确定单元和档位确定单元，集合确定单元用于基于

得到满足条件的低压侧平均电压集合；档位确定单元用于取集合中的最大值对应的档位为最佳档位。

在一种实施方式中，变压器档位确定装置还可包括校验模块，校验模块用于根据逆变器MPPT能否正常工作和光伏组件的温度运行条件，对确定后的变压器的最佳档位进行校验。

优选的，校验模块包括电压计算子模块和档位确定子模块，电压计算子模块用于根据光伏组件的运行参数，计算光伏组件在工作温度上限的最低工作电压；档位确定子模块用于当最低工作电压大于逆变器MPPT正常工作的最低直流电压时，确定变压器档位调节正确。

本实施例提供的变压器档位确定装置，具备变压器档位确定方法相应的有益效果。

实施例六

图5是本发明实施例六提供的一种光伏发电系统的结构框图，该光伏发电系统包括光伏组件10、逆变器20和变压器30，还包括本发明任意实施例所述的变压器档位确定装置。

本实施例提供的光伏发电系统，具备变压器档位确定方法相应的有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。