CN105656169B - 供电系统和供电系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种供电系统和供电系统的控制方法，供电系统包括光伏电池、分别与光伏电池和直流母线相连的DC/DC变换器、与直流母线相连的储能电池，与直流母线相连的双向换流器，分别与双向换流器、外部逆变器、电网和负载相连的开关组件、开关组件与外部逆变器之间具有第一支路、开关组件与电网之间具有第二支路，控制方法包括以下步骤：获取储能电池的电量；获取负载的需求功率；根据储能电池的电量、负载的需求功率以及第一支路和第二支路的通断状态控制光伏电池、储能电池、外部逆变器和电网中的至少一个为负载供电。该方法可实现自发自用，在保证用户正常用户的情况下，减少从电网取电，提高可再生能源利用率，减小电网负担，降低储能电池容量。

Description

供电系统和供电系统的控制方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种供电系统的控制以及一种供电系统。

背景技术

随着绿色可再生能源的发展，集中式储能系统应运而生，但是随着集中式储能系统的容量越来越大，集中管理的问题越来越多，市场逐渐趋于饱和，而家庭用分布式储能系统成为了发展的趋势。

相关的家庭用储能系统多以单一的储能形式存在，以作为应急电源或延时电源，或者作为光伏、风电等不稳定能源的中间过渡电源。相关的家庭用供电系统的特点是作为电网能源的辅助，例如，先将光伏、风电等波动性和随机性的能源存储起来，再在用电高峰期将存储的能量平滑释放入电网。但是，相关技术存在的缺点是，需要大容量的储能电池来存储可再生能源，容易造成可再生能源浪费或者电池容量的浪费。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种供电系统的控制方法，能够提高可再生能源的利用率，可降低对储能电池的容量的要求。

本发明的另一个目的在于提出一种供电系统。

根据本发明一方面实施例提出的供电系统的控制方法，所述供电系统包括光伏电池、分别与所述光伏电池和直流母线相连的DC/DC变换器、包括储能电池的电池组件，所述储能电池与所述直流母线相连，与所述直流母线相连的双向换流器，分别与所述双向换流器、外部逆变器、电网和负载相连的开关组件、所述开关组件与所述外部逆变器之间具有第一支路、所述开关组件与所述电网之间具有第二支路，所述控制方法包括以下步骤：获取所述储能电池的电量；获取所述负载的需求功率；根据所述储能电池的电量、所述负载的需求功率以及所述第一支路和所述第二支路的通断状态控制所述光伏电池、所述储能电池、所述外部逆变器和所述电网中的至少一个为所述负载供电。

根据本发明实施例提出的供电系统的控制方法，通过储能电池的电量、负载的需求功率以及第一支路和第二支路的通断状态控制光伏电池、储能电池、外部逆变器和电网中的至少一个为负载供电，可以实现自发自用，在保证用户正常用户的情况下，减少从电网取电，提高可再生能源的利用率，从而减小电网的负担，减少对电网的依赖，降低对储能电池的容量的要求。

根据本发明另一方面实施例提出的供电系统，包括：光伏电池；分别与所述光伏电池和直流母线相连的DC/DC变换器；电池组件，所述电池组件包括储能电池，所述储能电池与所述直流母线相连；与所述直流母线相连的双向换流器；分别与所述双向换流器、外部逆变器、电网和负载相连的开关组件，所述开关组件与所述外部逆变器之间具有第一支路、所述开关组件与所述电网之间具有第二支路，所述第一支路和所述第二支路的通断状态根据用户的指令进行控制；控制器，用于获取所述储能电池的电量，获取所述负载的需求功率，并根据所述储能电池的电量、所述负载的需求功率以及所述第一支路和所述第二支路的通断状态控制所述光伏电池、所述储能电池、所述外部逆变器和所述电网中的至少一个为所述负载供电。

根据本发明实施例提出的供电系统，控制器根据储能电池的电量、负载的需求功率以及第一支路和第二支路的通断状态控制光伏电池、储能电池、外部逆变器和电网中的至少一个为负载供电，可以实现自发自用，在保证用户正常用户的情况下，减少从电网取电，提高可再生能源的利用率，从而减小电网的负担，减少对电网的依赖，降低对储能电池的容量的要求，并可扩大供电系统的适用范围。

附图说明

图1是根据本发明实施例的供电系统的控制方法的流程图；

图2是根据本发明一个实施例的供电系统的控制方法的流程图；

图3是根据本发明另一个实施例的供电系统的控制方法的流程图；

图4是根据本发明又一个实施例的供电系统的控制方法的流程图；

图5是根据本发明实施例的供电系统的方框示意图；以及

图6是根据本发明另一个实施例的供电系统中双向换流器的控制原理示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图来描述本发明实施例的供电系统的控制方法和执行该控制方法的供电系统。

图1是根据本发明实施例的供电系统的控制方法的流程图。供电系统包括光伏电池、分别与光伏电池和直流母线相连的DC/DC变换器、与直流母线相连的储能电池，与直流母线相连的双向换流器，分别与双向换流器、外部逆变器、电网和负载相连的开关组件、开关组件与外部逆变器之间具有第一支路、开关组件与电网之间具有第二支路。如图1所示，控制方法包括以下步骤：

S1：获取储能电池的电量。

具体地，可通过供电系统中的电池管理器获取储能电池的电量。

S2：获取负载的需求功率。

具体地，可通过电流检测器检测流入负载的电流，以及通过电压检测器检测负载两端的电压，并根据电流和电压计算负载的需求功率。

S3：根据储能电池的电量、负载的需求功率以及第一支路和第二支路的通断状态控制光伏电池、储能电池、外部逆变器和电网中的至少一个为负载供电。

其中，需要说明的是，外部逆变器可将储能电站等输出的直流电直接逆变为交流电，而光伏电池输出的直流电需经过DC/DC变换器变换后再将变换后的直流电逆变为交流电。

根据本发明的一个实施例，当第一支路和第二支路根据用户的指令均导通即外部逆变器和电网均与供电系统相连时，根据储能电池的电量、负载的需求功率以及第一支路和第二支路的通断状态控制光伏电池、储能电池、外部逆变器和电网中的至少一个为负载供电即步骤S3具体包括：获取外部逆变器的输出功率；当外部逆变器的输出功率大于或等于负载的需求功率时，根据负载的需求功率先控制外部逆变器为负载供电，且进一步判断储能电池的电量；如果储能电池的电量大于或等于第一阈值，则再控制光伏电池和外部逆变器向电网放电；如果储能电池的电量大于第二阈值且小于第一阈值，则再控制光伏电池向储能电池充电，并控制外部逆变器向储能电池充电或向电网放电；如果储能电池的电量小于或等于第二阈值，则再控制光伏电池和外部逆变器向储能电池充电；当外部逆变器的输出功率小于负载的需求功率时，根据负载的需求功率先控制外部逆变器为负载供电，且进一步判断储能电池的电量；如果储能电池的电量大于第二阈值时，则再控制光伏电池、储能电池和电网中的至少一个为负载进行补足供电；如果储能电池的电量小于第二阈值时，则再控制电网为负载进行补足供电，并控制电网和光伏电池同时为储能电池充电。

进一步地，控制光伏电池、储能电池和电网中的至少一个为负载进行补足供电具体包括：控制光伏电池为负载供电；如果光伏电池的输出功率与外部逆变器的输出功率之和大于负载的需求功率，则判断储能电池的电量是否大于或等于第一阈值，如果是，则控制光伏电池向电网放电，如果否，则控制光伏电池向储能电池充电。如果光伏电池的输出功率与外部逆变器的输出功率之和小于负载的需求功率，则判断双向换流器的交流输出功率是否达到预设额定功率，如果双向换流器的交流输出功率达到预设额定功率，则控制电网为负载进行补足供电，如果双向换流器的交流输出功率未达到预设额定功率，则控制双向换流器将储能电池输出的直流电逆变后向负载供电，并且如果储能电池的补足供电仍不满足负载的需求功率，则再控制电网为负载进行补足供电。

由此可知，当外部逆变器和光伏电池同时输入电能时，控制外部逆变器优先给负载供电，之后再根据负载的需求功率和电池电量对光伏电池、储能电池和电网进行控制。

具体而言，如图2所示，本发明实施例的供电系统的控制方法具体包括以下步骤：

S101：判断储能电池的电量。如果储能电池的电量大于或等于第一阈值(即电量满)，则执行步骤S102；如果储能电池的电量大于第二阈值且小于第一阈值(即电量未满)，则执行步骤S107；如果储能电池的电量小于或等于第二阈值(即电量空)，则执行步骤S112。

S102：判断外部逆变器的输出功率是否大于或等于负载的需求功率。如果是，则执行步骤S103；如果否，则执行步骤S104。

S103：控制光伏电池和外部逆变器向电网放电。

也就是说，当储能电池的电量满且外部逆变器的输出功率大于或等于负载的需求功率时，光伏电池通过DC/DC变换器和双向换流器向电网放电，并且外部逆变器根据负载的需求功率直接为负载供电，如果外部逆变器的能量有剩余即外部逆变器的输出功率大于负载的需求功率，则将外部逆变器中剩余的能量放入电网，此时，从电网取电为0。

S104：控制光伏电池和/或储能电池向负载供电。

S105：判断光伏电池和/或储能电池补充的功率是否满足负载的需求功率。如果是，则结束；如果否，则执行步骤S106。

S106：控制电网向负载进行补足供电。

具体而言，当储能电池的电量满且外部逆变器的输出功率小于负载的需求功率时，控制光伏电池通过DC/DC变换器和双向换流器为负载供电，同时控制外部逆变器也为负载供电。如果光伏电池的能量有剩余即光伏电池的输出功率与外部逆变器的输出功率之和大于负载的需求功率，则将光伏电池输出的剩余电量放入电网；如果外部逆变器的输出功率加上光伏电池的功率仍不满足(即小于)负载的需求功率，且双向换流器的交流端已按照预设额定功率进行输出，则从电网取电供给负载；如果外部逆变器的输出功率加上光伏电池的功率仍不满足负载的需求功率，且双向换流器的交流端未按照预设额定功率进行输出，则从储能电池取电供给负载，如果双向换流器按照预设额定功率输出时仍不满足负载的需求功率，再从电网取电供给负载。

S107：判断外部逆变器的输出功率是否大于或等于负载的需求功率。如果是，则执行步骤S108；如果否，则执行步骤S109。

S108：控制光伏电池向储能电池充电，并控制外部逆变器向储能电池充电或向电网放电。

也就是说，当储能电池的电量未满且外部逆变器的输出功率大于或等于负载的需求功率时，光伏电池通过DC/DC变换器和双向换流器向电池供电，并且外部逆变器根据负载的需求功率直接为负载供电，如果外部逆变器的能量有剩余即外部逆变器的输出功率大于负载的需求功率，则将外部逆变器中剩余的能量放入电网或者给电池充电，此时，从电网取电为0。

S109：控制光伏电池和/或储能电池向负载供电。

S110：判断光伏电池和/或储能电池补充的功率是否满足负载的需求功率。如果是，则结束；如果否，则执行步骤S111。

S111：控制电网向负载进行补足供电。

具体而言，当储能电池的电量未满且外部逆变器的输出功率小于负载的需求功率时，控制光伏电池通过DC/DC变换器和双向换流器为负载供电，同时控制外部逆变器也为负载供电。如果光伏电池的能量有剩余即光伏电池的输出功率与外部逆变器的输出功率之和大于负载的需求功率，则将光伏电池输出的剩余电量放入储能电池；如果外部逆变器的输出功率加上光伏电池的功率仍不满足(即小于)负载的需求功率，且双向换流器的交流端已按照预设额定功率进行输出，则从电网取电供给负载；如果外部逆变器的输出功率加上光伏电池的功率仍不满足负载的需求功率，且双向换流器的交流端未按照预设额定功率进行输出，则从储能电池取电供给负载，如果仍不满足负载的需求功率，再从电网取电供给负载。

S112：判断外部逆变器的输出功率是否大于或等于负载的需求功率。如果是，则执行步骤S113；如果否，则执行步骤S114。

S113：控制光伏电池和外部逆变器同时向储能电池充电。

也就是说，当储能电池的电量放空且外部逆变器的输出功率大于或等于负载的需求功率时，光伏电池通过DC/DC变换器和双向换流器向电池供电，并且外部逆变器根据负载的需求功率直接为负载供电，如果外部逆变器的能量有剩余即外部逆变器的输出功率大于负载的需求功率，则将外部逆变器中剩余的能量给电池充电，此时，从电网取电为0。

S114：控制电网向负载进行补足供电，同时控制电网和光伏电池同时为储能电池充电。

在本实施例中，根据负载的需求功率可控制光伏电池、储能电池、外部逆变器和电网中的至少一个为负载供电，并在保证用户正常用户的情况下，减少从电网取电，提高可再生能源的利用率，减小电网的负担，减少对电网的依赖，降低储能电池的容量。

根据本发明的另一个实施例，当第一支路根据用户的指令关断且第二支路根据用户的指令导通即仅电网与供电系统相连、外部逆变器不与供电系统相连时，根据储能电池的电量、负载的需求功率以及第一支路和第二支路的通断状态控制光伏电池、外部逆变器和电网中的至少一个为负载供电即步骤S3具体包括：获取光伏电池的输出功率；当光伏电池的输出功率大于负载的需求功率时，根据负载的需求功率先控制光伏电池为负载供电，且进一步判断储能电池的电量；如果储能电池的电量大于或等于第一阈值，则再控制光伏电池向电网放电或控制光伏电池进行降功率工作；如果储能电池的电量大于第二阈值且小于第一阈值，则再控制光伏电池向储能电池充电；如果储能电池的电量小于或等于第二阈值，则再控制光伏电池向储能电池充电。当所述光伏电池的输出功率小于或等于所述负载的需求功率时，根据负载的需求功率先控制光伏电池为负载供电，且进一步判断储能电池的电量；如果储能电池的电量小于第二阈值，则再控制电网为负载进行补足供电；如果储能电池的电量大于第二阈值，则判断双向换流器的交流输出功率是否达到预设额定功率，如果是，则控制电网为负载进行补足供电，如果否，则控制储能电池向负载供电，并且如果仍不满足负载的需求功率，则再控制电网为负载进行补足供电。

由此可知，当仅有光伏电池输入电能时，控制光伏电池优先给负载供电，之后再根据负载的需求功率和电池电量对光伏电池、储能电池和电网进行控制。

具体而言，如图3所示，本发明实施例的供电系统的控制方法具体包括以下步骤：

S201：判断储能电池的电量。如果储能电池的电量大于或等于第一阈值(即电量满)，则执行步骤S202；如果储能电池的电量大于第二阈值且小于第一阈值(即电量未满)，则执行步骤S207；如果储能电池的电量小于或等于第二阈值(即电量空)，则执行步骤S212。

S202：判断光伏电池的输出功率是否大于或等于负载的需求功率。如果是，则执行步骤S203；如果否，则执行步骤S204。

S203：控制光伏电池向电网放电或控制光伏电池进行降功率工作。

也就是说，当储能电池的电量满且光伏电池的输出功率大于或等于负载的需求功率时，光伏电池通过DC/DC变换器和双向换流器为负载电，如果光伏电池的能量有剩余即光伏电池的输出功率大于负载的需求功率，则将光伏电池中剩余的能量放入电网，此时，从电网取电为0。

S204：判断双向换流器的交流输出功率是否达到预设额定功率。如果是，则执行步骤S205；如果否，则执行步骤S206。

S205：控制电网向负载进行补足供电。

S206：控制储能电池向负载进行补足供电，如果仍不满足负载的需求功率，则再控制电网为负载进行补足供电。

具体而言，当储能电池的电量满且光伏电池的输出功率小于负载的需求功率时，先控制光伏电池通过DC/DC变换器和双向换流器为负载供电，如果双向换流器的交流端已按照预设额定功率进行输出，则再从电网取电供给负载；如果双向换流器的交流端未按照预设额定功率进行输出，则从储能电池取电供给负载，如果双向换流器按照预设额定功率输出时仍不满足负载的需求功率，再从电网取电供给负载。

S207：判断光伏电池的输出功率是否大于或等于负载的需求功率。如果是，则执行步骤S208；如果否，则执行步骤S209。

S208：控制光伏电池向储能电池充电。

也就是说，当储能电池的电量未满且光伏电池的输出功率大于或等于负载的需求功率时，光伏电池通过DC/DC变换器和双向换流器为负载供电，如果光伏电池的能量有剩余即光伏电池的输出功率大于负载的需求功率，则将光伏电池中剩余的能量给电池充电，此时，从电网取电为0。

S209：判断双向换流器的交流输出功率是否达到预设额定功率。如果是，则执行步骤S110；如果否，则执行步骤S211。

S210：控制电网向负载进行补足供电。

S211：控制储能电池向负载进行补足供电，如果仍不满足负载的需求功率，则再控制电网为负载进行补足供电。

具体而言，当储能电池的电量未满且光伏电池的输出功率小于负载的需求功率时，先控制光伏电池通过DC/DC变换器和双向换流器为负载供电，如果双向换流器的交流端已按照预设额定功率进行输出，则再从电网取电供给负载；如果双向换流器的交流端未按照预设额定功率进行输出，则从储能电池取电供给负载，如果仍不满足负载的需求功率，再从电网取电供给负载。

S212：判断光伏电池的输出功率是否大于或等于负载的需求功率。如果是，则执行步骤S213；如果否，则执行步骤S214。

S213：控制光伏电池向储能电池充电。

也就是说，当储能电池的电量放空且光伏电池的输出功率大于或等于负载的需求功率时，光伏电池通过DC/DC变换器和双向换流器为负载供电，如果外部逆变器的能量有剩余即光伏电池的输出功率大于负载的需求功率，则将光伏电池中剩余的能量给电池充电，此时，从电网取电为0。

S214：控制电网向负载进行补足供电。

在本实施例中，根据负载的需求功率可控制光伏电池、储能电池和电网中的至少一个为负载供电，并在保证用户正常用户的情况下，减少从电网取电，提高可再生能源的利用率，减小电网的负担，减少对电网的依赖，降低储能电池的容量。

根据本发明的又一个实施例，当第二支路根据用户的指令关断即电网不与供电系统相连时，根据储能电池的电量、负载的需求功率以及第一支路和第二支路的通断状态控制光伏电池、外部逆变器和电网中的至少一个为负载供电即步骤S3具体包括：获取光伏电池的输出功率；当光伏电池的输出功率大于负载的需求功率时，根据负载的需求功率先控制光伏电池为负载供电，且进一步判断储能电池的电量；如果储能电池的电量大于或等于第一阈值，则控制光伏电池进行降功率工作；如果储能电池的电量小于第一阈值，则控制光伏电池向储能电池充电。当光伏电池的输出功率小于或等于负载的需求功率时，根据负载的需求功率控制光伏电池和储能电池同时为负载供电。

其中，需要说明的是，当供电系统与电网断开时，外部逆变器将无法运行。仅通过光伏电池为供电系统提供电能输入。供电系统的带负载能力为双向换流器交流端的预设额定功率。

由此可知，当供电系统离网运行时，根据负载的需求功率可对光伏电池和储能电池进行控制。

具体而言，如图4所示，本发明实施例的供电系统的控制方法具体包括以下步骤：

S301：判断储能电池的电量。如果储能电池的电量大于或等于第一阈值(即电量满)，则执行步骤S302；如果储能电池的电量等于第一阈值(即电量未满)，则执行步骤S305。

S302：判断光伏电池的输出功率是否大于或等于负载的需求功率。如果是，则执行步骤S303；如果否，则执行步骤S304。

S303：控制光伏电池为负载供电。

也就是说，当储能电池的电量满且光伏电池的输出功率大于或等于负载的需求功率时，光伏电池通过DC/DC变换器和双向换流器为负载供电，且DC/DC变换器将光伏电池的输出功率限制在和负载的需求功率相等。

另外，需要说明的是，此时如果该供电系统没有接任何负载，则DC/DC变换器将停止工作。

S304：根据负载的需求功率控制光伏电池和储能电池同时为负载供电。

也就是说，当储能电池的电量满且光伏电池的输出功率大于或等于负载的需求功率时，光伏电池和储能电池一起通过DC/DC变换器和双向换流器为负载供电。

另外，需要说明的是，此时如果该供电系统没有接任何负载，则DC/DC变换器将停止工作。

S305：判断光伏电池的输出功率是否大于或等于负载的需求功率。如果是，则执行步骤S306；如果否，则执行步骤S307。

S306：控制光伏电池为负载供电，并向储能电池充电。

也就是说，当储能电池的电量未满且光伏电池的输出功率大于或等于负载的需求功率时，光伏电池通过DC/DC变换器和双向换流器先为负载供电，如果光伏电池的能量有剩余即光伏电池的输出功率大于负载的需求功率，则将光伏电池中剩余的能量给电池充电。

另外，需要说明的是，此时如果该供电系统没有接任何负载，则DC/DC变换器只为储能电池充电。

S307：根据负载的需求功率控制光伏电池和储能电池同时为负载供电。

也就是说，当储能电池的电量未满且光伏电池的输出功率大于或等于负载的需求功率时，光伏电池和储能电池一起通过DC/DC变换器和双向换流器为负载供电。

另外，需要说明的是，此时如果该供电系统没有接任何负载，则DC/DC变换器只为储能电池充电。

在本实施例中，根据负载的需求功率可控制光伏电池和/或储能电池为负载供电，供电系统可离网运行，减小电网的负担，减少对电网的依赖。

另外，根据本发明的一些实施例，双向换流器获取电网的当前功率；双向换流器根据预设功率减去电网的当前功率的差值和预先设定的PI控制方式即预设PI控制模型主动调节双向换流器的输出功率，以使所述供电系统不向所述电网注入电能，其中，预设功率为负值。

具体而言，双向换流器可获取电网的当前电压和当前电流，根据电网的当前电压和当前电流计算电网的当前功率，并将预设功率减去计算得到的电网的当前功率的差值作为预先设定的PI控制模型的输入，以通过PI控制主动调节双向换流器的交流输出功率，从而保证供电系统不会向电网注入电能。更具体地，双向换流器在获取电网的当前功率之后，将预设功率与当前功率之间的差值作为PI控制模型的输入，根据PI控制模型对该差值分别进行比例计算和积分计算，然后将比例计算后得到的值与积分计算后得到的值之和作为PI控制模型的输出，具体地，PI控制模型的输出为双向换流器需要输出的功率，这样，双向换流器根据PI控制模型的输出调整其交流输出功率，以保证供电系统不会向电网注入电能。

其中，需要说明的是，在本发明实施例中，以供电系统向电网注入的功率为正，预设功率可为恒定的负值，例如，预设功率可为-400W。具体地，预设功率可根据用户的需求和供电系统的额定容量确定，预设功率可设置为供电系统容量的1％。

由此，通过双向换流器直接获取电网的电压和电流、并计算电网的功率，可以更快地对双向换流器的交流输出功率进行控制，并保证供电系统不向电网注入功率，同时保证供电系统从电网获取的电能最少。而且，该功率控制通过双向换流器实现，可不需要增加外部控制设备对双向换流器进行控制，控制算法相对简单。

综上，根据本发明实施例提出的供电系统的控制方法，通过储能电池的电量、负载的需求功率以及第一支路和第二支路的通断状态控制光伏电池、储能电池、外部逆变器和电网中的至少一个为负载供电，可以实现自发自用，在保证用户正常用户的情况下，减少从电网取电，提高可再生能源的利用率，从而减小电网的负担，减少对电网的依赖，降低对储能电池的容量的要求。

图5是根据本发明实施例的供电系统的方框示意图。如图5所示，该供电系统100包括光伏电池1、DC/DC变换器2、电池组件3、双向换流器4、开关组件5和控制器6。

其中，DC/DC变换器2分别与光伏电池1和直流母线7相连，DC/DC变换器2用于将光伏电池1输出的低压直流电转换为高压直流电，并且DC/DC变换器2以最大功率点跟踪控制方法对光伏电池1的输出功率进行控制，具体地，DC/DC变换器2通过电压检测器和电流检测器检测光伏电池1输出的直流电压和直流电流，并根据直流电压和直流电流对DC/DC变换器2进行控制，以使光伏电池1以最大功率输出。

电池组件3包括储能电池31，储能电池31与直流母线7相连；双向换流器4与直流母线相连，具体来说，双向换流器4的直流端与直流母线7相连；开关组件5分别与双向换流器4、外部逆变器8、电网9和负载10相连，开关组件5与外部逆变器8之间具有第一支路51、开关组件5与电网9之间具有第二支路52，第一支路51和第二支路52的通断状态根据用户的指令进行控制，具体来说，双向换流器4的交流端与开关组件5相连。根据本发明的一个实施例，负载10可包括多个负载单元，如图5所示，负载10可包括负载单元11和负载单元12，负载单元11的功率可大于负载单元12的功率。

控制器6用于获取储能电池31的电量，获取负载10的需求功率，并根据储能电池31的电量、负载10的需求功率以及第一支路和第二支路的通断状态控制光伏电池1、储能电池31、外部逆变器8和电网9中的至少一个为负载供电。其中，需要说明的是，控制器6可通过电池组件3中的电池管理器获取储能电池31的电量。控制器6还可根据流过负载10的电流和负载两端的电压计算负载10的需求功率。

还需说明的是，控制器6可独立设置，此时控制器6可通过双向换流器4控制光伏电池1、储能电池31、外部逆变器8和电网9中的至少一个为负载供电。另外，控制器6也可与双向换流器4集成设置。

根据本发明的一个实施例，当第一支路51和第二支路52根据用户的指令均导通即外部逆变器8和电网9均与供电系统100相连时，控制器6用于获取外部逆变器8的输出功率，其中，当外部逆变器8的输出功率大于或等于负载10的需求功率时，控制器6根据负载10的需求功率先控制外部逆变器8为负载10供电，且进一步判断储能电池31的电量，如果储能电池31的电量大于或等于第一阈值，则控制器6再控制光伏电池1和外部逆变器8向电网9放电，如果储能电池31的电量大于第二阈值且小于第一阈值，则控制器6再控制光伏电池1向储能电池31充电，并控制外部逆变器8向储能电3池充电或向电网10放电，如果储能电池31的电量小于或等于第二阈值，则控制器6再控制光伏电池1和外部逆变器8向储能电池31充电；当外部逆变器8的输出功率小于负载10的需求功率时，控制器6根据负载10的需求功率先控制外部逆变器8为负载10供电，且进一步判断储能电池31的电量，如果储能电池31的电量大于第二阈值，则再控制光伏电池1、储能电池31和电网9中的至少一个为负载10进行补足供电，如果储能电池31的电量小于第二阈值时，则再控制电网9为负载10进行补足供电，并控制电网9和光伏电池1同时为储能电池31充电。

进一步地，控制器6进一步用于控制光伏电池1为负载10供电，如果光伏电池1的输出功率与外部逆变器8的输出功率之和大于负载10的需求功率，则判断储能电池31的电量是否大于或等于第一阈值，如果是，则控制器6控制光伏电池1向电网9放电，如果否，则控制器6控制光伏电池1向储能电池31充电；如果光伏电池1的输出功率与外部逆变器8的输出功率之和小于负载10的需求功率，则判断双向换流器4的交流输出功率是否达到预设额定功率，如果双向换流器4的交流输出功率达到预设额定功率，则控制器6控制电网9为负载10进行补足供电，如果双向换流器4的交流输出功率未达到预设额定功率，则控制器6控制双向换流器4将储能电池31输出的直流电逆变后向负载10供电，并且如果储能电池31的补足供电仍不满足负载10的需求功率，则控制器6再控制电网9为负载10进行补足供电。

其中，需要说明的是，控制器6还可通过DC/DC变换器2获取光伏电池1的输出功率。控制器6还可根据外部逆变器8的交流侧的输出电流和输出电压计算外部逆变器8的输出功率。

由此可知，当外部逆变器8和光伏电池1同时输入电能时，控制器6控制外部逆变器8优先给负载10供电，之后再根据负载10的需求功率和储能电池31的电量对光伏电池1、储能电池31和电网9进行控制。并且在本实施例中，该供电系统在保证用户正常用户的情况下，可减少从电网取电，提高可再生能源的利用率，减小电网的负担，减少对电网的依赖，降低对储能电池的容量的要求。

根据本发明的另一个实施例，当第一支路51根据用户的指令关断且第二支路52根据用户的指令导通即仅电网9与供电系统100相连、外部逆变器8不与供电系统100相连时，控制器6用于获取光伏电池1的输出功率，其中，当光伏电池1的输出功率大于负载10的需求功率时，控制器6根据负载10的需求功率先控制光伏电池1为负载10供电，且进一步判断储能电池31的电量，如果储能电池31的电量大于或等于第一阈值，则控制器6再控制光伏电池1向电网9放电或控制光伏电池1进行降功率工作，如果储能电池31的电量大于第二阈值且小于第一阈值，则控制器6再控制光伏电池1向储能电池31充电，如果储能电池31的电量小于或等于第二阈值，则控制器6再控制光伏电池1向储能电池31充电；当光伏电池1的输出功率小于或等于负载10的需求功率时，控制器6根据负载10的需求功率先控制光伏电池1为负载10供电，且进一步判断储能电池31的电量，如果储能电池31的电量小于第二阈值，则控制器6再控制电网9为负载10进行补足供电，如果储能电池31的电量大于第二阈值，则判断双向换流器的交流输出功率是否达到预设额定功率，如果是，则控制器6控制电网9为负载10进行补足供电，如果否，则控制储能电池31向负载10供电，并且如果仍不满足负载10的需求功率，则控制器6再控制电网9为负载10进行补足供电。

由此可知，当仅有光伏电池1输入电能时，控制器6控制光伏电池1优先给负载10供电，之后再根据负载10的需求功率和电池电量对光伏电池1、储能电池31和电网9进行控制。并且在本实施例中，该供电系统在保证用户正常用户的情况下，可减少从电网取电，提高可再生能源的利用率，减小电网的负担，减少对电网的依赖，降低对储能电池的容量的要求。

根据本发明的又一个实施例，当第二支路52根据用户的指令关断即电网9不与供电系统100相连时，控制器6用于获取光伏电池1的输出功率，其中，当光伏电池1的输出功率大于负载10的需求功率时，控制器6根据负载10的需求功率先控制光伏电池1为负载10供电，且进一步判断储能电池31的电量，如果储能电池31的电量大于或等于第一阈值，则控制器6控制光伏电池1进行降功率工作，如果储能电池31的电量小于第一阈值，则控制器6控制光伏电池1向储能电池31充电；当光伏电池1的输出功率小于或等于负载10的需求功率时，控制器6根据负载10的需求功率控制光伏电池1和储能电池31同时为负载10供电。

其中，需要说明的是，当供电系统与电网9断开时，外部逆变器8将无法运行。仅通过光伏电池1为供电系统提供电能输入。供电系统的带负载能力为双向换流器4交流端的预设额定功率。

由此可知，当供电系统100离网运行时，根据负载10的需求功率可对光伏电池1和储能电池31进行控制。并且在本实施例中，根据负载的需求功率可控制光伏电池1和/或储能电池31为负载供电，供电系统100可离网运行，减小电网的负担，减少对电网的依赖。

另外，需要说明的是，当储能电池31的电量大于或等于第一阈值时，如果该供电系统没有接任何负载，则DC/DC变换器将停止工作；当储能电池31的电量小于第一阈值时，如果该供电系统没有接任何负载，则DC/DC变换器只为储能电池充电。

另外，根据本发明的一些实施例，当第二支路52根据用户的指令导通时，双向换流器4还用于获取电网9的当前功率，并根据预设功率与电网9的当前功率的差值和预先设定的PI(Proportional-Integral，比例-积分)控制方式即预设PI控制模型33主动调节双向换流器的输出功率，以使供电系统100不向电网9注入电能，其中，预设功率为负值。

具体而言，双向换流器4可通过电压检测器和电流检测器分别检测电网9的当前电压和当前电流，根据电网9的当前电压和当前电流计算电网9的当前功率，并将预设功率减去计算得到的当前功率的差值作为输入以通过PI控制主动调节双向换流器4的交流输出功率，从而保证供电系统100不会向电网9注入电能。

更具体地，如图6所示，双向换流器4在获取的电网9的当前功率之后，双向换流器4还将预设功率与当前功率之间的差值作为PI控制模型33的输入，根据PI控制模型对该差值分别进行比例计算和积分计算，然后将比例计算后得到的值与积分计算后得到的值之和作为PI控制模型33的输出，具体地，PI控制模型的输出为双向换流器3需要输出的功率，这样，双向换流器4根据PI控制模型33的输出调整其交流输出功率，以保证供电系统100不会向电网9注入电能。

其中，需要说明的是，在本发明实施例中，以供电系统100向电网9注入的功率为正，预设功率可为恒定的负值，例如，预设功率可为-400W。具体地，预设功率可根据用户的需求和供电系统100的额定容量确定，预设功率可设置为供电系统容量的1％。

由此，通过双向换流器4直接获取电网9的电压和电流、并计算电网的功率，可以更快地对双向换流器4的交流输出功率进行控制，并保证供电系统100不向电网9注入功率，同时保证供电系统100从电网9获取的电能最少。而且，该功率控制通过双向换流器4实现，可不需要增加外部控制设备对双向换流器4进行控制，控制算法相对简单。

综上，根据本发明实施例提出的供电系统，控制器根据储能电池的电量、负载的需求功率以及第一支路和第二支路的通断状态控制光伏电池、储能电池、外部逆变器和电网中的至少一个为负载供电，可以实现自发自用，在保证用户正常用户的情况下，减少从电网取电，提高可再生能源的利用率，从而减小电网的负担，减少对电网的依赖，降低对储能电池的容量的要求，并可扩大供电系统的适用范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (12)

1.一种供电系统的控制方法，其特征在于，所述供电系统包括光伏电池、分别与所述光伏电池和直流母线相连的DC/DC变换器、包括储能电池的电池组件，所述储能电池与所述直流母线相连，与所述直流母线相连的双向换流器，分别与所述双向换流器、外部逆变器、电网和负载相连的开关组件、所述开关组件与所述外部逆变器之间具有第一支路、所述开关组件与所述电网之间具有第二支路，所述控制方法包括以下步骤：

获取所述储能电池的电量；

获取所述负载的需求功率；以及

根据所述储能电池的电量、所述负载的需求功率以及所述第一支路和所述第二支路的通断状态控制所述光伏电池、所述储能电池、所述外部逆变器和所述电网中的至少一个为所述负载供电；

其中，当所述第一支路和所述第二支路根据用户的指令均导通时，控制所述外部逆变器优先给所述负载供电，再根据所述负载的需求功率和所述储能电池的电量对所述光伏电池、所述储能电池和所述电网进行供电控制。

2.如权利要求1所述的供电系统的控制方法，其特征在于，当所述第一支路和所述第二支路根据用户的指令均导通时，所述根据所述储能电池的电量、所述负载的需求功率以及所述第一支路和所述第二支路的通断状态控制所述光伏电池、所述储能电池、所述外部逆变器和所述电网中的至少一个为所述负载供电具体包括：

获取所述外部逆变器的输出功率；

当所述外部逆变器的输出功率大于或等于所述负载的需求功率时，根据所述负载的需求功率先控制所述外部逆变器为所述负载供电，且进一步判断所述储能电池的电量；如果所述储能电池的电量大于或等于第一阈值，则再控制所述光伏电池和所述外部逆变器向所述电网放电；如果所述储能电池的电量大于第二阈值且小于所述第一阈值，则再控制所述光伏电池向所述储能电池充电，并控制所述外部逆变器向所述储能电池充电或向所述电网放电；如果所述储能电池的电量小于或等于所述第二阈值，则再控制所述光伏电池和所述外部逆变器向所述储能电池充电；

当所述外部逆变器的输出功率小于所述负载的需求功率时，根据所述负载的需求功率先控制所述外部逆变器为所述负载供电，且进一步判断所述储能电池的电量；如果所述储能电池的电量大于所述第二阈值，则再控制所述光伏电池、所述储能电池和所述电网中的至少一个为所述负载进行补足供电；如果所述储能电池的电量小于所述第二阈值，则再控制所述电网为所述负载进行补足供电，并控制所述电网和所述光伏电池同时为所述储能电池充电。

3.如权利要求2所述的供电系统的控制方法，其特征在于，所述控制所述光伏电池、所述储能电池和所述电网中的至少一个为所述负载进行补足供电具体包括：

控制所述光伏电池为所述负载供电；

如果所述光伏电池的输出功率与所述外部逆变器的输出功率之和大于所述负载的需求功率，则判断所述储能电池的电量是否大于或等于所述第一阈值，如果是，则控制所述光伏电池向所述电网放电，如果否，则控制所述光伏电池向所述储能电池充电；

如果所述光伏电池的输出功率与所述外部逆变器的输出功率之和小于所述负载的需求功率，则判断所述双向换流器的交流输出功率是否达到预设额定功率，如果所述双向换流器的交流输出功率达到预设额定功率，则控制所述电网为所述负载进行补足供电，如果所述双向换流器的交流输出功率未达到预设额定功率，则控制所述双向换流器将所述储能电池输出的直流电逆变后向所述负载供电，并且如果所述储能电池的补足供电仍不满足所述负载的需求功率，则再控制所述电网为所述负载进行补足供电。

4.如权利要求1所述的供电系统的控制方法，其特征在于，当所述第一支路根据用户的指令关断且所述第二支路根据用户的指令导通时，所述根据所述储能电池的电量、所述负载的需求功率以及所述第一支路和所述第二支路的通断状态控制所述光伏电池、所述外部逆变器和所述电网中的至少一个为所述负载供电具体包括：

获取所述光伏电池的输出功率；

当所述光伏电池的输出功率大于所述负载的需求功率时，根据所述负载的需求功率先控制所述光伏电池为所述负载供电，且进一步判断所述储能电池的电量；如果所述储能电池的电量大于或等于第一阈值，则再控制所述光伏电池向所述电网放电或控制所述光伏电池进行降功率工作；如果所述储能电池的电量大于第二阈值且小于所述第一阈值，则再控制所述光伏电池向所述储能电池充电；如果所述储能电池的电量小于或等于所述第二阈值，则再控制所述光伏电池向所述储能电池充电；

当所述光伏电池的输出功率小于或等于所述负载的需求功率时，根据所述负载的需求功率先控制所述光伏电池为所述负载供电，且进一步判断所述储能电池的电量，如果所述储能电池的电量小于所述第二阈值，则再控制所述电网为所述负载进行补足供电，如果所述储能电池的电量大于所述第二阈值，则判断所述双向换流器的交流输出功率是否达到预设额定功率，如果是，则控制所述电网为所述负载进行补足供电，如果否，则控制所述储能电池向所述负载供电，并且如果仍不满足所述负载的需求功率，则再控制所述电网为所述负载进行补足供电。

5.如权利要求1所述的供电系统的控制方法，其特征在于，当所述第二支路根据用户的指令关断时，所述根据所述储能电池的电量、所述负载的需求功率以及所述第一支路和所述第二支路的通断状态控制所述光伏电池、所述外部逆变器和所述电网中的至少一个为所述负载供电具体包括：

获取所述光伏电池的输出功率；

当所述光伏电池的输出功率大于所述负载的需求功率时，根据所述负载的需求功率先控制所述光伏电池为所述负载供电，且进一步判断所述储能电池的电量；如果所述储能电池的电量大于或等于第一阈值，则控制所述光伏电池进行降功率工作；如果所述储能电池的电量小于所述第一阈值，则控制所述光伏电池向所述储能电池充电；

当所述光伏电池的输出功率小于或等于所述负载的需求功率时，根据所述负载的需求功率控制所述光伏电池和所述储能电池同时为所述负载供电。

6.如权利要求1所述的供电系统的控制方法，其特征在于，当所述第二支路根据用户的指令导通时，所述的供电系统的控制方法还包括：

所述双向换流器获取

所述电网的当前功率；以及

所述双向换流器根据预设功率与所述电网的当前功率的差值和预先设定的PI控制方式主动调节所述双向换流器的输出功率，以使所述供电系统不向所述电网注入电能。

7.一种供电系统，其特征在于，包括：

光伏电池；

分别与所述光伏电池和直流母线相连的DC/DC变换器；

电池组件，所述电池组件包括储能电池，所述储能电池与所述直流母线相连；

与所述直流母线相连的双向换流器；

分别与所述双向换流器、外部逆变器、电网和负载相连的开关组件，所述开关组件与所述外部逆变器之间具有第一支路、所述开关组件与所述电网之间具有第二支路，所述第一支路和所述第二支路的通断状态根据用户的指令进行控制；以及

控制器，用于获取所述储能电池的电量，获取所述负载的需求功率，并根据所述储能电池的电量、所述负载的需求功率以及所述第一支路和所述第二支路的通断状态控制所述光伏电池、所述储能电池、所述外部逆变器和所述电网中的至少一个为所述负载供电；

其中，当所述第一支路和所述第二支路根据用户的指令均导通时，所述控制器控制所述外部逆变器优先给所述负载供电，再根据所述负载的需求功率和所述储能电池的电量对所述光伏电池、所述储能电池和所述电网进行供电控制。

8.如权利要求7所述的供电系统，其特征在于，当所述第一支路和所述第二支路根据所述用户的指令均导通时，所述控制器用于获取所述外部逆变器的输出功率，其中，

当所述外部逆变器的输出功率大于或等于所述负载的需求功率时，所述控制器根据所述负载的需求功率先控制所述外部逆变器为所述负载供电，且进一步判断所述储能电池的电量，如果所述储能电池的电量大于或等于第一阈值，则所述控制器再控制所述光伏电池和所述外部逆变器向所述电网放电，如果所述储能电池的电量大于第二阈值且小于所述第一阈值，则所述控制器再控制所述光伏电池向所述储能电池充电，并控制所述外部逆变器向所述储能电池充电或向所述电网放电，如果所述储能电池的电量小于或等于所述第二阈值，则所述控制器再控制所述光伏电池和所述外部逆变器向所述储能电池充电；

当所述外部逆变器的输出功率小于所述负载的需求功率时，所述控制器根据所述负载的需求功率先控制所述外部逆变器为所述负载供电，且进一步判断所述储能电池的电量，如果所述储能电池的电量大于所述第二阈值，则再控制所述光伏电池、所述储能电池和所述电网中的至少一个为所述负载进行补足供电，如果所述储能电池的电量小于所述第二阈值时，则再控制所述电网为所述负载进行补足供电，并控制所述电网和所述光伏电池同时为所述储能电池充电。

9.如权利要求8所述的供电系统，其特征在于，所述控制器，进一步用于控制所述光伏电池为所述负载供电，

如果所述光伏电池的输出功率与所述外部逆变器的输出功率之和大于所述负载的需求功率，则判断所述储能电池的电量是否大于或等于所述第一阈值，如果是，则所述控制器控制所述光伏电池向所述电网放电，如果否，则所述控制器控制所述光伏电池向所述储能电池充电；

如果所述光伏电池的输出功率与所述外部逆变器的输出功率之和小于所述负载的需求功率，则判断所述双向换流器的交流输出功率是否达到预设额定功率，如果所述双向换流器的交流输出功率达到预设额定功率，则所述控制器控制所述电网为所述负载进行补足供电，如果所述双向换流器的交流输出功率未达到预设额定功率，则所述控制器控制所述双向换流器将所述储能电池输出的直流电逆变后向所述负载供电，并且如果所述储能电池的补足供电仍不满足所述负载的需求功率，则所述控制器再控制所述电网为所述负载进行补足供电。

10.如权利要求7所述的供电系统，其特征在于，当所述第一支路根据所述用户的指令关断且所述第二支路根据所述用户的指令导通时，所述控制器用于获取所述光伏电池的输出功率，其中，

当所述光伏电池的输出功率大于所述负载的需求功率时，所述控制器根据所述负载的需求功率先控制所述光伏电池为所述负载供电，且进一步判断所述储能电池的电量，如果所述储能电池的电量大于或等于第一阈值，则所述控制器再控制所述光伏电池向所述电网放电或控制所述光伏电池进行降功率工作，如果所述储能电池的电量大于第二阈值且小于所述第一阈值，则所述控制器再控制所述光伏电池向所述储能电池充电，如果所述储能电池的电量小于或等于所述第二阈值，则所述控制器再控制所述光伏电池向所述储能电池充电；

当所述光伏电池的输出功率小于或等于所述负载的需求功率时，所述控制器根据所述负载的需求功率先控制所述光伏电池为所述负载供电，且进一步判断所述储能电池的电量，如果所述储能电池的电量小于所述第二阈值，则所述控制器再控制所述电网为所述负载进行补足供电，如果所述储能电池的电量大于所述第二阈值，则判断所述双向换流器的交流输出功率是否达到预设额定功率，如果是，则所述控制器控制所述电网为所述负载进行补足供电，如果否，则控制所述储能电池向所述负载供电，并且如果仍不满足所述负载的需求功率，则所述控制器再控制所述电网为所述负载进行补足供电。

11.如权利要求7所述的供电系统，其特征在于，当所述第二支路根据所述用户的指令关断时，所述控制器用于获取所述光伏电池的输出功率，其中，

当所述光伏电池的输出功率大于所述负载的需求功率时，所述控制器根据所述负载的需求功率先控制所述光伏电池为所述负载供电，且进一步判断所述储能电池的电量，如果所述储能电池的电量大于或等于第一阈值，则所述控制器控制所述光伏电池进行降功率工作，如果所述储能电池的电量小于所述第一阈值，则所述控制器控制所述光伏电池向所述储能电池充电；

当所述光伏电池的输出功率小于或等于所述负载的需求功率时，所述控制器根据所述负载的需求功率控制所述光伏电池和所述储能电池同时为所述负载供电。

12.如权利要求7所述的供电系统，其特征在于，当所述第二支路根据用户的指令导通时，其中，所述双向换流器还用于：

获取所述电网的当前功率，并根据预设功率与所述电网的当前功率的差值和预先设定的PI控制方式主动调节所述双向换流器的输出功率，以使所述供电系统不向所述电网注入电能。