CN104810845B - 分布式光储能参与母线调节自适应控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种分布式光储能参与母线调节自适应控制装置及方法，所述控制装置包含：光伏电池模块、储能模块、直流变换器、逆变器；所述光伏电池模块与所述直流变换器相连；所述直流变换器和所述储能模块并联后与所述逆变器连接；所述逆变器与母线相连；所述直流变换器用以根据当前储能模块容量与母线电能状态，调节所述光伏电池模块电能输出大小；所述逆变器用以根据当前储能模块容量与母线电能状态，控制电能输出至所述储能模块和/或母线；所述储能模块，用于存储或释放电能。以此，自适应参与母线的调节，提高母线运行的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种分布式光储能参与母线调节自适应控制装置及方法，属于变流控制技术。
背景技术
随着分布式电源在电力系统的渗透率不断提升，由于新能源大多具有间歇性及不可控性，且常规的分布式并网发电控制较多采用电力电子并网逆变器模式，该模式并未体现常规电力系统固有的惯性及调频调压控制特性，这使得母线稳定性问题越发严峻。且分布式光伏发电受气象环境影响，出力不具备规律性，在接入公共母线后，会引起局部母线的波动与不稳定，尤其是母线结构薄弱地区，分布式光伏系统接入后对局部地区的电能质量会产生较大的影响。分布式电源与储能系统在独立供电模式下，负荷与分布式电源依靠协调控制器联合运行，无法快速调节电源与负荷的匹配关系，使储能系统处于过载运行状态，影响储能系统的寿命与系统安全可靠运行。
目前储能参与新能源协调控制策略的研究主要集中在大规模风电场、光伏电站接入主网的应用领域，或少量风电、光伏、柴发接入微网的应用领域，对于分布式光伏系统大规模接入配母线的情况则研究较少，且多采用调度控制的方式被动运行。
由于发电单元地域分散，电能等级不统一等问题，导致对分散的分布式发电系统难以通过调度的方式实现自动电能控制，且在独立供电模式下需要协调控制器快速控制负荷与分布式电源，以实现微母线下的电能与能量平衡。
发明内容
本发明目的在于克服上述问题，实现光伏发电与储能系统优化协调控制以及能够自适应参与母线的调节，提高母线运行的稳定性；主要解决难点：提出分布式光储能系统控制模式，提出光储能系统自适应参与母线调节控制方法，维持母线稳定运行。
为达上述目的，本发明具体提供一种分布式光储能参与母线调节自适应控制装置及方法，具体包含：光伏电池模块、储能模块、直流变换器、逆变器；所述光伏电池模块与所述直流变换器相连；所述直流变换器和所述储能模块并联后与所述逆变器连接；所述逆变器与母线相连；所述直流变换器用以根据当前储能模块容量与母线电能状态，调节所述光伏电池模块电能输出大小；所述逆变器用以根据当前储能模块容量与母线电能状态，控制所述直流变换器输出的电能输出至所述储能模块和/或母线；所述储能模块，用于存储或释放电能。
在上述实施例中，优选的还包含：所述直流变换器还包含监测单元，所述直流变换器根据所述监测单元监测到的当前所述储能模块容量及母线电能状态调节所述光伏电池模块电能输出大小。
在上述实施例中，优选的还包含：当监测单元检测到所述储能模块容量已满和所述母线电能状态高于第一阀值时，所述直流变换器断路；当监测单元检测到所述母线电能状态低于第二阀值时，所述直流变换器控制所述光伏电池模块增加输出。
在上述实施例中，优选的还包含：所述逆变器还包含监测单元，所述逆变器根据所述监测单元监测到的当前所述储能模块容量及母线状态控制电能输出至所述储能模块和/或母线。
在上述实施例中，优选的还包含：当监测单元检测到所述储能模块容量已满和所述母线电能状态高于第一阀值时，所述逆变器断路；当监测单元检测到所述储能模块容量未满和所述母线电能状态高于第一阀值时，所述逆变器增加对所述储能模块输出；当监测单元检测到所述母线电能状态低于第二阀值时，所述逆变器增加对所述母线输出和/或减少对所述储能模块输出。
本发明还提供一种分布式光储能参与母线调节自适应控制装置的控制方法，所述控制方法包含：所述直流变换器根据当前储能模块容量与母线电能状态，调节所述光伏电池模块电能输出大小；所述逆变器根据当前储能模块容量与母线电能状态，控制所述直流变换器输出的电能输出至所述储能模块和/或母线。
在上述实施例中，优选的还包含：所述直流变换器根据所述监测单元监测到的当前所述储能模块容量及母线电能状态调节所述光伏电池模块电能输出大小。
在上述实施例中，优选的还包含：当监测单元检测到所述储能模块容量已满和所述母线电能状态高于第一阀值时，所述直流变换器断路；当监测单元检测到所述母线电能状态低于第二阀值时，所述直流变换器控制所述光伏电池模块增加输出。
在上述实施例中，优选的还包含：所述逆变器根据所述监测单元监测到的当前所述储能模块容量及母线状态控制电能输出至所述储能模块和/或母线。
在上述实施例中，优选的还包含：当监测单元检测到所述储能模块容量已满和所述母线电能状态高于第一阀值时，所述逆变器断路；当监测单元检测到所述储能模块容量未满和所述母线电能状态高于第一阀值时，所述逆变器增加对所述储能模块输出；当监测单元检测到所述母线电能状态低于第二阀值时，所述逆变器增加对所述母线输出和/或减少对所述储能模块输出。
本发明的有益技术效果在于：本发明所提供的分布式光储能参与母线调节自适应控制装置及方法从根本上消除光伏发电给母线稳定运行带来的隐患，在分布式光储发电系统中引入主动参与配母线的控制特性，在母线电压与频率变化时自动参与电能调节，母线电能不需要时则可以将发电电能储存在储能系统中，将分布式光伏发电由间隙性电源变为电能可控性电源，参与配母线调控，同时能够自动参与母线的电压调节，在分布式光储发电系统独立供电时可以通过负荷与电源的电能主动调节电压与频率，外部设备检测到电压与频率水平进行分级负荷与电源管理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为分布式光储系统拓扑结构；
图2为DC/DC拓扑图；
图3为DC/DC控制策略图；
图4为DC/AC储能变流器拓扑图；
图5为DC/AC控制原理图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1所示，图1为本发明所提供一种分布式光储能参与母线调节自适应控制装置，包含：光伏电池模块PV、储能模块BS、直流变换器DC/DC、逆变器DC/AC；所述光伏电池模块PV与所述直流变换器DC/DC相连；所述直流变换器DC/DC和所述储能模块BS并联后与所述逆变器DC/AC连接；所述逆变器DC/AC与母线相连；所述直流变换器DC/DC用以根据当前储能模块BS容量与母线电能状态，调节所述光伏电池模块PV电能输出；所述逆变器DC/AC用以根据当前储能模块BS容量与母线电能状态，控制所述直流变换器输出的电能输出至所述储能模块BS和/或母线；所述储能模块BS，用于存储或释放电能。
在上述实施例中，优选的还包含：所述直流变换器DC/DC还包含监测单元，所述直流变换器DC/DC根据所述监测单元监测到的当前所述储能模块BS容量及母线电能状态调节所述光伏电池模块PV电能输出。
在上述实施例中，优选的还包含：所述直流变换器DC/DC还包含：当监测单元检测到所述储能模块BS容量已满和所述母线电能状态高于第一阀值时，所述直流变换器DC/DC断路；当监测单元检测到所述母线电能状态低于第二阀值时，所述直流变换器DC/DC控制所述光伏电池模块PV增加输出。
在上述实施例中，优选的还包含：所述逆变器DC/AC还包含监测单元，所述逆变器DC/AC根据所述监测单元监测到的当前所述储能模块BS容量及母线状态控制电能输出至所述储能模块BS和/或母线。
在上述实施例中，优选的还包含：当监测单元检测到所述储能模块BS容量已满和所述母线电能状态高于第一阀值时，所述逆变器DC/AC断路；当监测单元检测到所述储能模块BS容量未满和所述母线电能状态高于第一阀值时，所述逆变器DC/AC增加对所述储能模块BS输出；当监测单元检测到所述母线电能状态低于第二阀值时，所述逆变器DC/AC增加对所述母线输出和/或减少对所述储能模块BS输出。
请参考图2所示，图2为直流变换器DC/DC拓扑图，采用boost升压电路控制；该直流变换器DC/DC还包含监测单元，所述直流变换器DC/DC根据所述监测单元监测到的当前所述储能模块BS容量及母线电能状态调节所述光伏电池模块PV电能输出。复请参考图2所示，该直流变换器DC/DC当监测单元检测到所述储能模块BS容量较小和所述母线电能状态高于第二阀值时，停止所述直流变换器DC/DC运行。
再请参考图3所示，图3为DC/DC控制策略图；其中DC/DC功能为实现光伏最大功率点跟踪(MPPT)功能，通过光伏端电压与输出电流计算光伏发电功率，采用最大功率搜索方式确定光伏端电压控制值；在实现最大功率跟踪中，考虑输出直流母线电压范围，参与直流母线电压的自适应控制，避免直流母线过压。
请参考图4所示，图4为逆变器DC/AC拓扑图，采用基于IGBT模块的三相全桥电路，变流器主要包括交直流预充电路、交直流EMI、LC滤波器、变压器等；该逆变器DC/AC根据所述监测单元监测到的当前所述储能模块BS容量及母线状态控制电能输出至所述储能模块BS和/或母线。复请参考图4所示，当监测单元检测到所述储能模块BS容量较小和所述母线电能状态高于第二阀值时，停止所述逆变器DC/AC运行。
本发明还提供一种分布式光储能参与母线调节自适应控制装置的控制方法，所述控制方法包含：所述直流变换器DC/DC根据当前储能模块BS容量与母线电能状态，调节所述光伏电池模块PV电能输出；所述逆变器DC/AC根据当前储能模块BS容量与母线电能状态，控制所述直流变换器输出的电能输出至所述储能模块BS和/或母线。
在上述实施例中，优选的还包含：所述直流变换器DC/DC根据所述监测单元监测到的当前所述储能模块BS容量及母线电能状态调节所述光伏电池模块PV电能输出。
在上述实施例中，优选的还包含：当监测单元检测到所述储能模块BS容量已满和所述母线电能状态高于第一阀值时，所述直流变换器DC/DC断路；当监测单元检测到所述母线电能状态低于第二阀值时，所述直流变换器DC/DC控制所述光伏电池模块PV增加输出。
在上述实施例中，优选的还包含：所述逆变器DC/AC根据所述监测单元监测到的当前所述储能模块BS容量及母线状态控制电能输出至所述储能模块BS和/或母线。
在上述实施例中，优选的还包含：当监测单元检测到所述储能模块BS容量已满和所述母线电能状态高于第一阀值时，所述逆变器DC/AC断路；当监测单元检测到所述储能模块BS容量未满和所述母线电能状态高于第一阀值时，所述逆变器DC/AC增加对所述储能模块BS输出；当监测单元检测到所述母线电能状态低于第二阀值时，所述逆变器DC/AC增加对所述母线输出和/或减少对所述储能模块BS输出。
请参考图5所示，图5为逆变器DC/AC控制原理图，通过PQ控制实现光储系统与电网之间有功功率以及无功功率交互；本发明中，逆变器DC/AC实现交流电网与储能模块BS之间能量双向流动，储能模块BS实现光伏发电与电网功率流动之间功率平衡作用。当光伏发电功率大于电网需求时，储能模块BS存储光伏发电多余能量；当光伏发电不足时，储能模块BS释放能量，满足电网运行需求。
在本发明所提供的光储系统中，分布式光储系统与母线之间功率平衡关系如下：光伏发电功率为Ppv，DC/AC输出功率Pgrid，Qgrid，电池系统功率PBS。
Pgrid＝Ppv+PBS； (1)
分布式光储系统工作模式Fmode为停机模式、故障模式、常规运行模式、自适应运行模式，独立运行模式，独立供电模式；各种模式定义如下：
停机模式，系统未启动；
故障模式：系统运行过程出现故障保护时，系统处于的工作状态；
常规运行模式：当母线电压、频率均正常范围，光储系统按照监控或者设定模式运行；
自适应运行模式：当母线电压、频率偏出正常范围，但未达到故障水平时，光储系统主动参与母线稳定调节；
独立运行模式：当光储系统不具备与母线进行功率交互时，可以工作在光伏发电之间对储能进行充电的运行模式；
独立供电模式：当母线故障时，需要光储系统处于微网、自适应运行模式、故障模式相应控制策略进行说明。
当母线电压、频率均正常时，光储分布式发电根据监控指令进行或者设定模式，有功指令：Pcommon，无功指令：Qcommon；当母线电压或者频率异常时，需要分布式电源自适应参与母线调节的判断依据式：
其中，UCmax为母线电压正常运行上限值；UCmin为母线电压正常运行下限值；FCmax为母线频率正常运行上限值；FCmin为母线频率正常运行下限值；，UFmax为母线电压保护上限值；UFmin为母线电压保护下限值；FFmax为母线频率保护上限值；FFmax为母线频率保护下限值。
当Fmode为0时，分布式光储系统处于常规运行模式，系统可以按照监控调度需求运行，或者按照最大功率跟踪等设置方式运行：
其中，Pcommon(k)为第k次常规模式有功指令值，Qcommon(k)为第k次常规模式无功指令值；
当Fmode为1时，分布式光储系统处于自适应运行模式，根据母线电压以及频率确定系统与母线之间有功无功交互需求；当母线电压下降至设定电压Ucmin时，光储系统自动加大容性无功输出；当母线电压超过设定电压Ucmax时，光储系统自动加大感性无功输出；当母线频率下降至设定电压Fcmin时，光储系统自动减小吸收有功功率或者增大输出功功率；当母线电压频率超过设定电压Fcmax时，光储系统自动加大吸收有功功率或者减小输出有功功率；光储系统运行最大功率限制由变流器容量确定，具体运行控制策略如式(6)以及式(7)：
其中，Pref(k)为第k次光储系统有功功率指令值，fk+1为第k+1次母线频率采样值，Qref(k)为第k次光储系统无功功率指令值，uk+1为第k+1次母线电压采样值；
当Fmode为2时，分布式光储系统处于故障模式，此时逆变器DC/AC应停止运行，DC/DC通过储能模块BS电能容量SOC确定是否继续运行，若SOC较低则光伏电池模块PV可以通过DC/DC进行充电，若SOC过高，DC/DC应停止运行，禁止向储能模块BS充电，防止过冲。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种分布式光储能参与母线调节自适应控制装置，其特征在于，所述控制装置包含：光伏电池模块、储能模块、直流变换器、逆变器；
所述光伏电池模块与所述直流变换器相连；所述直流变换器和所述储能模块并联后与所述逆变器连接；所述逆变器与母线相连；
所述直流变换器用以根据当前储能模块容量与母线电能状态，调节所述光伏电池模块电能输出大小；
所述逆变器用以根据当前储能模块容量与母线电能状态，控制所述直流变换器输出的电能输出至所述储能模块和/或母线；
所述储能模块，用于存储或释放电能；
所述直流变换器还包含监测单元，所述直流变换器根据所述监测单元监测到的当前所述储能模块容量及母线电能状态调节所述光伏电池模块电能输出大小；当监测单元检测到所述储能模块容量已满和所述母线电能状态高于第一阀值时，所述直流变换器断路；当监测单元检测到所述母线电能状态低于第二阀值时，所述直流变换器控制所述光伏电池模块增加输出；
所述逆变器还包含监测单元，所述逆变器根据所包含的监测单元监测到的当前所述储能模块容量及母线状态控制电能输出至所述储能模块和/或母线。
2.根据权利要求1所述的分布式光储能参与母线调节自适应控制装置，其特征在于，当逆变器所包含的监测单元检测到所述储能模块容量已满和所述母线电能状态高于第一阀值时，所述逆变器断路；
当逆变器所包含的监测单元检测到所述储能模块容量未满和所述母线电能状态高于第一阀值时，所述逆变器增加对所述储能模块输出；
当逆变器所包含的监测单元检测到所述母线电能状态低于第二阀值时，所述逆变器增加对所述母线输出和/或减少对所述储能模块输出。
3.一种如权利要求1所述控制装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包含：
所述直流变换器根据当前储能模块容量与母线电能状态，调节所述光伏电池模块电能输出大小；
所述逆变器根据当前储能模块容量与母线电能状态，控制所述直流变换器输出的电能输出至所述储能模块和/或母线；
所述直流变换器根据所述监测单元监测到的当前所述储能模块容量及母线电能状态调节所述光伏电池模块电能输出大小；
当监测单元检测到所述储能模块容量已满和所述母线电能状态高于第一阀值时，所述直流变换器断路；
当监测单元检测到所述母线电能状态低于第二阀值时，所述直流变换器控制所述光伏电池模块增加输出；所述逆变器根据所包含的监测单元监测到的当前所述储能模块容量及母线状态控制电能输出至所述储能模块和/或母线。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包含：当逆变器所包含的监测单元检测到所述储能模块容量已满和所述母线电能状态高于第一阀值时，所述逆变器断路；
当逆变器所包含的监测单元检测到所述储能模块容量未满和所述母线电能状态高于第一阀值时，所述逆变器增加对所述储能模块输出；
当逆变器所包含的监测单元检测到所述母线电能状态低于第二阀值时，所述逆变器增加对所述母线输出和/或减少对所述储能模块输出。
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| CN101969281A (zh) * | 2010-10-14 | 2011-02-09 | 北京四方继保自动化股份有限公司 | 基于共直流母线的电池储能与光伏发电的协调控制和优化方法 |
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