CN105515033A - 一种光储微电网系统的功率协调控制方法 - Google Patents

一种光储微电网系统的功率协调控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光储微电网系统的功率协调控制方法，该光储微电网系统包括光伏电池阵列、两个DC/DC变换器、蓄电池储能装置、逆变器和交直流母线组成；光伏电池阵列通过升压DC/DC变换器接入直流母线，蓄电池通过升降压DC/DC变换器接入直流母线，直流母线通过逆变器，将直流转换为交流，接到交流母线上，直流母线和交流母线可分别接直流和交流负载；其特征在于：本设计给出了光储微电网系统结构图，分析了具体的功率交换原理和系统的具体工作模式。给出了光储微电网协调控制结构和基于动态阻抗匹配MPPT控制原理，该方法可以实现光储微电网系统的功率平滑切换控制，提高系统的控制精度。

Description

一种光储微电网系统的功率协调控制方法
技术领域
本发明涉及微电网、储能技术领域，具体涉及一种光储微电网系统的功率协调控制方法。
背景技术
微电网技术是可再生能源分布式发电模块化应用的一种新技术途径，可以有效提高分布式发电效能。光伏发电系统是微电网中最为典型的可再生能源发电系统，需要对其进行MPPT控制，以最大限度地利用资源。然而，光伏发电系统最大功率点受光照、温度等外界因素影响明显，输出功率具有一定波动性，需要进行功率平衡控制。储能设备作为微电网孤岛运行与并网的切换机构，可有效平滑可再生能源的输出，提高微电网电能质量。有鉴于此，本专利将寻找有效的功率协调控制方法，有效解决光储微电网的突出技术难题，实现输出功率的有效管理。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种光储微电网系统的功率协调控制方法。
一种光储微电网系统的功率协调控制方法，该光储微电网系统包括光伏电池阵列、两个DC/DC变换器、蓄电池储能装置、逆变器和交直流母线组成；光伏电池阵列通过升压DC/DC变换器接入直流母线，蓄电池通过升降压DC/DC变换器接入直流母线，直流母线通过逆变器，将直流转换为交流，接到交流母线上，直流母线和交流母线可分别接直流和交流负载；
当光伏电池阵列工作在MPPT状态，在其输出功率PPV大于微网所需功率PU时，多余功率通过双向DC/DC变换器对蓄电池储能，当光伏电池阵列输出功率PPV小于微网所需功率PU时，蓄电池通过双向DC/DC变换器实行能量释放。
蓄电池端电压为Ub，蓄电池过充电压为Ubch，蓄电池过放电压为Ubdch，其具体模式为：模式1，PPV＞PU,Ub＜Ubch，升压变换器工作在MPPT模式，实现最大功率跟踪控制，双向变换器工作在降压模式，对蓄电池进行充电；模式2，PPV＞PU,Ub＞Ubch，由于此时蓄电池端电压大于过充电压，不能再对蓄电池充电，因此，升降压变换器停止工作，升压变换器工作在恒功率模式；模式3，PPV＜PU,Ub＞Ubdch，升压变换器工作在MPPT模式，实现最大功率跟踪，升降压变换器工作在升压模式，蓄电池进行放电控制；模式4，PPV＜PU,Ub＜Ubdch，升压变换器工作在MPPT模式，进行最大功率跟踪，蓄电池端电压小于过放电电压，不能再进行放电，升降压变换器停止工作。
系统包括光储微电网协调控制结构，系统的主电路和控制电路，包括有光伏电池阵列、升压斩波器，双向变换器、蓄电池和各种电力电子开关元件等组成；其中控制电路，用于对升压变换器和双向变换器的控制；将光伏电池阵列输出功率和微网所需功率的偏差作为蓄电池参考输入信号，同时检测蓄电池端电压和电流信号，得出其实际功率，通过开关K1～K4进行模式切换控制。
系统提供了动态阻抗匹配MPPT控制原理图，实时检测光伏电池阵列的电压和电流信号，通过中心差分法计算得到动态阻抗参考值，和系统阻抗进行比较，送入PI调节器，通过PWM控制产生变换器的控制信号，控制变换器通断。
有益效果，本发明给出了光储微电网系统结构图，分析了具体的功率交换原理和系统的具体工作模式。给出了光储微电网协调控制结构和基于动态阻抗匹配MPPT控制原理，该方法可以实现光储微电网系统的功率平滑切换控制，提高系统的控制精度。
附图说明
图1光储微电网系统结构图；
图2光储微电网协调控制结构图；
图3动态阻抗匹配MPPT控制原理图。
具体实施方式
为了使从事光伏发电和微电网技术相关领域人员能更好地理解本发明方案，下面参照附图对本发明实施方式进行详细说明。
光储微电网系统结构如图1所示，该系统由光伏电池阵列、DC/DC变换器、蓄电池储能装置、逆变器和交直流母线组成。光伏电池阵列通过升压DC/DC变换器接入直流母线，蓄电池通过升降压DC/DC变换器接入直流母线，直流母线通过逆变器，将直流转换为交流，接到交流母线上，直流母线和交流母线可分别接直流和交流负载。
当光伏电池阵列工作在MPPT状态，在其输出功率PPV大于微网所需功率PU时，多余功率通过双向DC/DC变换器对蓄电池储能，当光伏电池阵列输出功率PPV小于微网所需功率PU时，蓄电池通过双向DC/DC变换器实行能量释放。为了有效实现蓄电池充放电和功率的协调控制，必须解决好蓄电池各工作阶段两个变换器的协调工作。设蓄电池端电压为Ub，蓄电池过充电压为Ubch，蓄电池过放电压为Ubdch，其具体模式为：模式1，PPV＞PU,Ub＜Ubch，升压变换器工作在MPPT模式，实现最大功率跟踪控制，双向变换器工作在降压模式，对蓄电池进行充电；模式2，PPV＞PU,Ub＞Ubch，由于此时蓄电池端电压大于过充电压，不能再对蓄电池充电，因此，升降压变换器停止工作，升压变换器工作在恒功率模式；模式3，PPV＜PU,Ub＞Ubdch，升压变换器工作在MPPT模式，实现最大功率跟踪，升降压变换器工作在升压模式，蓄电池进行放电控制；模式4，PPV＜PU,Ub＜Ubdch，升压变换器工作在MPPT模式，进行最大功率跟踪，蓄电池端电压小于过放电电压，不能再进行放电，升降压变换器停止工作。
一种光储微电网系统的功率协调控制方法，该光储微电网系统包括光伏电池阵列、两个DC/DC变换器、蓄电池储能装置、逆变器和交直流母线组成；光伏电池阵列通过升压DC/DC变换器接入直流母线，蓄电池通过升降压DC/DC变换器接入直流母线，直流母线通过逆变器，将直流转换为交流，接到交流母线上，直流母线和交流母线可分别接直流和交流负载；
当光伏电池阵列工作在MPPT状态，在其输出功率PPV大于微网所需功率PU时，多余功率通过双向DC/DC变换器对蓄电池储能，当光伏电池阵列输出功率PPV小于微网所需功率PU时，蓄电池通过双向DC/DC变换器实行能量释放。
蓄电池端电压为Ub，蓄电池过充电压为Ubch，蓄电池过放电压为Ubdch，其具体模式为：模式1，PPV＞PU,Ub＜Ubch，升压变换器工作在MPPT模式，实现最大功率跟踪控制，双向变换器工作在降压模式，对蓄电池进行充电；模式2，PPV＞PU,Ub＞Ubch，由于此时蓄电池端电压大于过充电压，不能再对蓄电池充电，因此，升降压变换器停止工作，升压变换器工作在恒功率模式；模式3，PPV＜PU,Ub＞Ubdch，升压变换器工作在MPPT模式，实现最大功率跟踪，升降压变换器工作在升压模式，蓄电池进行放电控制；模式4，PPV＜PU,Ub＜Ubdch，升压变换器工作在MPPT模式，进行最大功率跟踪，蓄电池端电压小于过放电电压，不能再进行放电，升降压变换器停止工作。
系统包括光储微电网协调控制结构，系统的主电路和控制电路，包括有光伏电池阵列、升压斩波器，双向变换器、蓄电池和各种电力电子开关元件等组成；其中控制电路，用于对升压变换器和双向变换器的控制；将光伏电池阵列输出功率和微网所需功率的偏差作为蓄电池参考输入信号，同时检测蓄电池端电压和电流信号，得出其实际功率，通过开关K1～K4进行模式切换控制。
系统提供了动态阻抗匹配MPPT控制原理图，实时检测光伏电池阵列的电压和电流信号，通过中心差分法计算得到动态阻抗参考值，和系统阻抗进行比较，送入PI调节器，通过PWM控制产生变换器的控制信号，控制变换器通断。
为了实现上述模式下光储微电网系统控制，设计了图2所示的协调控制结构，图中上部分为系统的主电路，主要有光伏电池阵列、升压斩波器，双向变换器、蓄电池和各种控制装置等组成。图中下部分为控制电路，主要实现对升压变换器和双向变换器的控制。将光伏电池阵列输出功率和微网所需功率的偏差作为蓄电池参考输入信号，同时检测蓄电池端电压和电流信号，得出其实际功率，通过开关K1～K4进行模式切换控制。为了实现光伏系统模式切换的平滑性，采用动态阻抗匹配方法进行MPPT控制，其原理图如图3所示。实时检测光伏电池阵列的电压和电流信号，通过中心差分法计算得到动态阻抗参考值，和系统阻抗进行比较，送入PI调节器，通过PWM控制产生变换器的控制信号，通过采用这种控制方式，增加切换控制的平滑性，提高系统的控制精度。
参见图1，本系统提供了一个光储微电网系统结构图，该系统由光伏电池阵列、两个DC/DC变换器、蓄电池储能装置、逆变器和交直流母线组成。光伏电池阵列通过升压DC/DC变换器接入直流母线，蓄电池通过升降压DC/DC变换器接入直流母线，直流母线通过逆变器，将直流转换为交流，接到交流母线上，直流母线和交流母线可分别接直流和交流负载。
参见图2，本系统提供了光储微电网协调控制结构图，图中上部分为系统的主电路，主要有光伏电池阵列、升压斩波器，双向变换器、蓄电池和各种电力电子开关元件等组成。图中下部分为控制电路，主要实现对升压变换器和双向变换器的控制。将光伏电池阵列输出功率和微网所需功率的偏差作为蓄电池参考输入信号，同时检测蓄电池端电压和电流信号，得出其实际功率，通过开关K1～K4进行模式切换控制。具体控制通过算法得以实现，算法描述的模式和切换策略如下：
当光伏电池阵列工作在MPPT状态，在其输出功率PPV大于微网所需功率PU时，多余功率通过双向DC/DC变换器对蓄电池储能，当光伏电池阵列输出功率PPV小于微网所需功率PU时，蓄电池通过双向DC/DC变换器实行能量释放。为了有效实现蓄电池充放电和功率的协调控制，必须解决好蓄电池各工作阶段两个变换器的协调工作。设蓄电池端电压为Ub，蓄电池过充电压为Ubch，蓄电池过放电压为Ubdch，其具体模式为：模式1，PPV＞PU,Ub＜Ubch，升压变换器工作在MPPT模式，实现最大功率跟踪控制，双向变换器工作在降压模式，对蓄电池进行充电；模式2，PPV＞PU,Ub＞Ubch，由于此时蓄电池端电压大于过充电压，不能再对蓄电池充电，因此，升降压变换器停止工作，升压变换器工作在恒功率模式；模式3，PPV＜PU,Ub＞Ubdch，升压变换器工作在MPPT模式，实现最大功率跟踪，升降压变换器工作在升压模式，蓄电池进行放电控制；模式4，PPV＜PU,Ub＜Ubdch，升压变换器工作在MPPT模式，进行最大功率跟踪，蓄电池端电压小于过放电电压，不能再进行放电，升降压变换器停止工作。
参见图3，本系统提供了动态阻抗匹配MPPT控制原理图，在系统中加入电压、电流检测装置，实时检测光伏电池阵列的电压和电流信号，通过中心差分法计算得到动态阻抗参考值，和系统阻抗进行比较，送入PI调节器，通过PWM控制产生变换器的控制信号，控制变换器通断。
以上内容是结合优选技术方案对本发明所做的详细说明，不能认定发明的具体实施仅限于这些，对于在不脱离本发明思想前提下做出的简单推演及替换，都应当视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种光储微电网系统的功率协调控制方法，该光储微电网系统包括光伏电池阵列、两个DC/DC变换器、蓄电池储能装置、逆变器和交直流母线组成；光伏电池阵列通过升压DC/DC变换器接入直流母线，蓄电池通过升降压DC/DC变换器接入直流母线，直流母线通过逆变器，将直流转换为交流，接到交流母线上，直流母线和交流母线可分别接直流和交流负载；其特征在于：
当光伏电池阵列工作在MPPT状态，在其输出功率PPV大于微网所需功率PU时，多余功率通过双向DC/DC变换器对蓄电池储能，当光伏电池阵列输出功率PPV小于微网所需功率PU时，蓄电池通过双向DC/DC变换器实行能量释放。
2.根据权利要求1所述的一种光储微电网系统的功率协调控制方法，其特征在于：蓄电池端电压为Ub，蓄电池过充电压为Ubch，蓄电池过放电压为Ubdch，其具体模式为：模式1，PPV＞PU,Ub＜Ubch，升压变换器工作在MPPT模式，实现最大功率跟踪控制，双向变换器工作在降压模式，对蓄电池进行充电；模式2，PPV＞PU,Ub＞Ubch，由于此时蓄电池端电压大于过充电压，不能再对蓄电池充电，因此，升降压变换器停止工作，升压变换器工作在恒功率模式；模式3，PPV＜PU,Ub＞Ubdch，升压变换器工作在MPPT模式，实现最大功率跟踪，升降压变换器工作在升压模式，蓄电池进行放电控制；模式4，PPV＜PU,Ub＜Ubdch，升压变换器工作在MPPT模式，进行最大功率跟踪，蓄电池端电压小于过放电电压，不能再进行放电，升降压变换器停止工作。
3.根据权利要求1所述的一种光储微电网系统的功率协调控制方法，其特征在于：系统包括光储微电网协调控制结构，系统的主电路和控制电路，包括有光伏电池阵列、升压斩波器，双向变换器、蓄电池和各种电力电子开关元件等组成；其中控制电路，用于对升压变换器和双向变换器的控制；将光伏电池阵列输出功率和微网所需功率的偏差作为蓄电池参考输入信号，同时检测蓄电池端电压和电流信号，得出其实际功率，通过开关K1～K4进行模式切换控制。
4.根据权利要求1所述一种光储微电网系统的功率协调控制方法，其特征在于：系统提供了动态阻抗匹配MPPT控制原理图，实时检测光伏电池阵列的电压和电流信号，通过中心差分法计算得到动态阻抗参考值，和系统阻抗进行比较，送入PI调节器，通过PWM控制产生变换器的控制信号，控制变换器通断。
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