CN105680463B - 一种光储一体化发电系统优化节能控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光储一体化发电系统优化节能控制方法，所述方法包括如下步骤：(1)采集光储一体化发电系统运行数据；(2)计算所述光储一体化发电系统的功率；(3)判断光伏回路端口电流I_PV与光伏端口电流阈值大小I_th，若I_PV＜I_th则光伏回路自动搜索端口电压；(4)若I_PV≥I_th则所述光储一体化发电系统根据储能SOC以及流入流出功率大小进行相应控制。本发明通过对光伏输出电流和开路电压大小的检测实现光伏发电回路的优化控制,有效降低系统损耗，提高分布式光伏利用率。

Description

一种光储一体化发电系统优化节能控制方法

技术领域

本发明属于光储一体化发电系统控制技术领域，具体涉及一种光储一体化发电系统优化节能控制方法。

背景技术

面对愈发严重的能源和环境危机，各国均在大力发展清洁能源。2013年1月，国务院办公厅印发了《能源发展“十二五”规划》，要求加快风能、太阳能等可再生能源的分布式开发利用。我国国家能源局下发的《2015年全国光伏发电年度计划新增并网规模表》(征求意见稿)，规划2015年度全国分布式光伏新增并网规模7GW。

随着我国分布式光伏发电的快速发展，已经出现了部分“集中连片、多样多元”的分布式光伏发电应用区域，给区域供电和用电带来一些问题。区别于大规模集中式光伏发电，分布式光伏发电单点接入容量小、分散多点布置、出力不稳定，单点系统运行控制独立，同时接入配电网络电压低、容量小，高渗透分布式光伏接入给电网可能带来一些问题：1)分布式光伏接入配电网后，潮流双向较大范围波动，导致配网末端电压易出现波动，影响用电安全；2)多点密集的分布式光伏发电通过逆变器并网，逆变器的并联耦合效应，放大了配网内的谐波、电压畸变等电能质量问题，影响用户用电质量，网损加大；3)由于光伏发电的间歇式性和波动性，高渗透分布式光伏发电区域系统调控能力变差，为保障配电网安全，会出现弃光现象，导致光伏利用率下降，影响收益；4)分布式光伏的快速发展，加大了所在区域的负荷增长预测难度，进而增加了配电网规划的难度。在分布式光伏发电系统中配备一定比例的储能，可以辅助调节出力输出功率，改善光伏储能系统的出力特性，提高其可控性；利用储能的快速调节特性，可在一定程度上改善区域的无功和电压稳定性；利用储能可进行光伏发电量的时移，可减少光伏的弃光，提高光伏发电的利用率，提高系统的经济效益。

在极端环境下，光储一体化发电系统发电量低甚至不发电，此时系统运行损耗可能高于发电量，导致电量损耗，影响收益。同时为实现光伏、储能协调控制目前多采用协调控制器，增加了系统成本。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种光储一体化发电系统优化节能控制方法，本发明能够有效降低系统损耗，提高分布式光伏利用率，降低系统成本，提高储能使用寿命。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一种光储一体化发电系统优化节能控制方法，所述方法包括如下步骤：

(1)采集光储一体化发电系统运行数据；

(2)计算所述光储一体化发电系统的功率；

(3)判断光伏回路端口电流I_PV与光伏端口电流阈值大小I_th，若I_PV＜I_th则光伏回路自动搜索端口电压；

(4)若I_PV≥I_th则所述光储一体化发电系统根据储能SOC以及流入流出功率大小进行相应控制。

优选的，所述步骤(1)中，所述运行数据包括：光伏回路端口电压U_PV、电流I_PV，直流负荷侧端口电压U_{DC_LOAD}、电流I_{DC_LOAD}，储能回路端口电压U_BAT、电流I_BAT，交流电网侧电压U_GRID、电流I_GRID，交流负荷侧电压U_{AC_LOAD}、电流I_{AC_LOAD}。

优选的，所述步骤(2)中，所述光储一体化发电系统的功率包括：光伏回路功率P_PV，储能回路功率P_BAT，直流负荷回路功率P_{DC_LOAD}，电网侧功率P_GRID和交流负荷侧功率P_{AC_LOAD}，计算公式如下：

优选的，所述步骤(3)中，所述光伏回路自动搜索端口电压的步骤如下：

步骤3-1：降低光伏回路端口电压，公式如下：

U′_PV＝U_PV-ΔU_PV (2)

式中，U′_PV为下一时刻光伏端口电压，U_PV为当前时刻光伏端口电压，ΔU_PV为每次端口电压降低步长，根据实际需要进行设定；

步骤3-2：判断U′_PV与光伏端口电压阈值U_th大小，若U′_PV＜U_th则系统停机，否则转到步骤(1)；

步骤3-3：光伏回路由于端口电压U′_PV＜U_th而停机后继续检测光伏端口电压值，若U_PV≥U_th则系统重新开机运行，跳转到步骤(1)，否则停机。

优选的，所述步骤(4)中，根据所述储能SOC的大小分为5个工作区域，SOC＜SOC₁时为禁放区，SOC₁≤SOC＜SOC₂时为电量偏低区，SOC₂≤SOC＜SOC₃时为电量正常区，SOC₄≤SOC＜SOC₅时为电量偏高区，SOC₄≤SOC时为禁充区，且SOC₁＜SOC₂＜SOC₃＜SOC₄。

优选的，所述步骤(4)包括如下步骤：

步骤4-1：计算系统流入流出功率偏差ΔP，系统功率流出为正，流入为负，公式如下

ΔP＝P_PV-P_{DC_LOAD}-P_{AC_LOAD}-P_GRID (3)

步骤4-2：若ΔP＞0则继续判断储能SOC与SOC₃的大小，若SOC＜SOC₃则光伏回路按照MPPT运行，其余回路维持当前状态运行；

步骤4-3：若SOC≥SOC₃，则光伏回路限功率运行，其余回路维持当前状态运行，光伏回路功率输出大小的计算公式如下：

P_PV＝P_{DC_LOAD}+P_{AC_LOAD}+P_GRID (4)

步骤4-4：若ΔP≤0则继续判断储能SOC与SOC₂的大小，若SOC＞SOC₂则光伏回路按照MPPT运行，其余回路维持当前状态运行；

步骤4-5：若SOC≤SOC₂则光伏回路按照MPPT运行，同时限定功率流出大小使其与当前光伏输入功率相同。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明通过对光伏输出电流和开路电压大小的检测实现光伏发电回路的优化控制,有效降低系统损耗，提高分布式光伏利用率；

本发明以总体输出和储能荷电状态为约束条件，调节光伏输出，能够防止对储能的过充或过放提高储能使用寿命。

附图说明

图1是本发明提供的光储一体化发电系统运行拓扑图

图2是本发明提供的直流母线电压工作区域划分图

图3是本发明提供的光储一体化发电系统控制流程图

图4是本发明提供的光储一体化发电系统实验拓扑图

图5是本发明提供的光伏回路启动至运行到最大功率点时波形图

图6是本发明提供的光伏回路最大功率点处稳定运行波形图

图7是本发明提供的检测到输出电流过低后逐步搜寻最终停机波形图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

光储一体化发电系统运行拓扑如图1所示，光储一体化发电系统的直流端口各自独立，分别与分布式光伏、储能以及直流负荷相连，交流端口接有交流负荷，并通过并网开关与电网相连。为了控制方便根据储能SOC大小将工作区域分别为5个，如图2所示。SOC＜SOC₁时为禁放区，SOC₁≤SOC＜SOC₂时为电量偏低区，SOC₂≤SOC＜SOC₃时为电量正常区，SOC₄≤SOC＜SOC₅时为电量偏高区，SOC₄≤SOC时为禁充区，且SOC₁＜SOC₂＜SOC₃＜SOC₄，其中SOC₀、SOC₁、SOC₂、SOC₃具体值需根据储能类型以及实际需求进行设定。当系统检测到光伏侧电流小于阈值I_th时进行电压搜索，搜索至端口电压小于阈值V_th时则判断当前工况下不适合继续进行光伏发电，光伏发电回路停止运行，当检测到端口电压大于V_th时系统光伏发电回路重新启动运行。在系统正常运行时则根据储能SOC所处区域以及系统当前输入输出功率大小对光伏出力进行调节，防止对储能系统过充或过放。

如图3所示，为光储一体化发电系统节能控制方法，具体步骤如下：

步骤1：采集系统运行数据，包括光伏回路端口电压U_PV、电流I_PV，直流负荷侧端口电压U_{DC_LOAD}、电流I_{DC_LOAD}，储能回路端口电压U_BAT、电流I_BAT，交流电网侧电压U_GRID、电流I_GRID，交流负荷侧电压U_{AC_LOAD}、电流I_{AC_LOAD}；

步骤2：计算系统光伏回路功率P_PV，储能回路功率P_BAT，直流负荷回路功率P_{DC_LOAD}，电网侧功率P_GRID，交流负荷侧功率P_{AC_LOAD}，具体如下：

步骤3：判断I_PV与I_th大小，若I_PV＜I_th则光伏回路自动搜索端口电压，具体步骤如下：

步骤3-1：按照式(2)所示降低光伏回路端口电压；

U′_PV＝U_PV-ΔU_PV (2)

式中U′_PV为下一时刻光伏端口电压，U_PV为当前时刻光伏端口电压，ΔU_PV为每次端口电压降低步长，可根据实际需要进行设定。

步骤3-2：判断U′_PV与光伏端口电压阈值U_th大小，若U′_PV＜U_th则系统停机，若U′_PV＞U_th回到步骤1继续运行；

步骤3-3：光伏回路由于端口电压U′_PV＜U_th而停机后继续检测端口电压值，若U_PV≥U_th则系统重新开机运行，否则仍旧停机。

步骤4：若I_PV≥I_th则光储一体化发电系统根据储能SOC以及流入流出功率大小进行相应控制，具体如下：

步骤4-1：按照式(3)所示计算系统流入流出功率偏差ΔP，系统功率流出为正，流入为负：

ΔP＝P_PV-P_{DC_LOAD}-P_{AC_LOAD}-P_GRID (3)

步骤4-2：若ΔP＞0则继续判断储能SOC与SOC₃的大小，若SOC＜SOC₃则光伏回路按照MPPT运行，其余回路维持当前状态运行；

步骤4-3：若SOC≥SOC₃，则光伏回路限功率运行，其余回路维持当前状态运行。光伏回路功率输出大小如式(4)所示：

P_PV＝P_{DC_LOAD}+P_{AC_LOAD}+P_GRID (4)

步骤4-4：若ΔP≤0则继续判断储能SOC与SOC₂的大小，若SOC＞SOC₂则光伏回路按照MPPT运行，其余回路维持当前状态运行；

步骤4-5：若SOC≤SOC₂则光伏回路按照MPPT运行，同时限定功率流出大小使其与当前光伏输入功率相同。

图4为进行光储一体化发电系统实验拓扑，30kW光伏模拟器、60kW/60kWh铁锂电池与10kW可调电阻箱分别与光储一体机的直流端相连，铁锂电池端口电压为400V。10kVA交流可调负荷与光储一体机交流侧相连，同时交流侧通过并网开关柜与380V电网相连。

所设定的光伏曲线开路电压为280V，短路电流为40A，最大功率点处电压为222V，电流为36A，功率为8kW。如图5所示为光伏回路启动至运行到最大功率点时波形图，如图6所示为系统稳定运行后的波形，系统稳定运行时光伏端口电压为224V，电流为35.4A，功率为7.908kW。如图7所示为系统检测到光伏回路电流过低时对端口电压进行逐步搜索，当电压在阈值以下时系统停机运行，其中搜索步长为10V，阈值为100V。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种光储一体化发电系统优化节能控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)采集光储一体化发电系统运行数据；

(2)计算所述光储一体化发电系统的功率；

(3)判断光伏回路端口电流I_PV与光伏端口电流阈值大小I_th，若I_PV＜I_th则光伏回路自动搜索端口电压；

(4)若I_PV≥I_th，则所述光储一体化发电系统根据储能SOC以及流入流出功率大小进行相应控制；

所述步骤(1)中，所述运行数据包括：光伏回路端口电压U_PV、电流I_PV，直流负荷侧端口电压U_{DC_LOAD}、电流I_{DC_LOAD}，储能回路端口电压U_BAT、电流I_BAT，交流电网侧电压U_GRID、电流I_GRID，交流负荷侧电压U_{AC_LOAD}、电流I_{AC_LOAD}；

所述步骤(2)中，所述光储一体化发电系统的功率包括：光伏回路功率P_PV、储能回路功率P_BAT、直流负荷回路功率P_{DC_LOAD}、电网侧功率P_GRID和交流负荷侧功率P_{AC_LOAD}，计算公式如下：

所述步骤(3)中，所述光伏回路自动搜索端口电压的步骤如下：

步骤3-1：降低光伏回路端口电压，公式如下：

U′_PV＝U_PV-ΔU_PV (2)

式中，U′_PV为下一时刻光伏端口电压，U_PV为当前时刻光伏端口电压，ΔU_PV为每次端口电压降低步长，根据实际需要进行设定；

步骤3-2：判断U′_PV与光伏端口电压阈值U_th大小，若U′_PV＜U_th则系统停机，否则转到步骤(1)；

步骤3-3：光伏回路由于端口电压U′_PV＜U_th而停机后继续检测光伏端口电压值，若U_PV≥U_th则系统重新开机运行，跳转到步骤(1)，否则停机。

2.根据权利要求1所述控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中，根据所述储能SOC的大小分为5个工作区域，SOC＜SOC₁时为禁放区，SOC₁≤SOC＜SOC₂时为电量偏低区，SOC₂≤SOC＜SOC₃时为电量正常区，SOC₃≤SOC＜SOC₄时为电量偏高区，SOC₄≤SOC时为禁充区，且SOC₁＜SOC₂＜SOC₃＜SOC₄。

3.根据权利要求1所述控制方法，其特征在于，所述步骤(4)包括如下步骤：

步骤4-1：计算系统流入流出功率偏差ΔP，系统功率流出为正，流入为负，公式如下

ΔP＝P_PV-P_{DC_LOAD}-P_{AC_LOAD}-P_GRID (3)

步骤4-2：若ΔP＞0则继续判断储能SOC与SOC₃的大小，若SOC＜SOC₃则光伏回路按照MPPT运行，其余回路维持当前状态运行；

步骤4-3：若SOC≥SOC₃，则光伏回路限功率运行，其余回路维持当前状态运行，光伏回路功率输出大小的计算公式如下：

P_PV＝P_{DC_LOAD}+P_{AC_LOAD}+P_GRID (4)

步骤4-4：若ΔP≤0则继续判断储能SOC与SOC₂的大小，若SOC＞SOC₂则光伏回路按照MPPT运行，其余回路维持当前状态运行；

步骤4-5：若SOC≤SOC₂则光伏回路按照MPPT运行，同时限定功率流出大小使其与当前光伏输入功率相同。

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