CN108110747A - 一种光伏储能系统能量调度管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种光伏储能系统能量调度管理方法，该光伏储能系统包括直流母线以及分别与直流母线相连的多个功率模块，该方法包括：多个功率模块通过所述直流母线进行能量交互，并根据预设的优先级对每个功率模块的工作状态进行控制，以使光伏储能系统达到能量平衡状态；其中，每个功率模块分别与不同的优先级一一对应，并且每个功率模块之间相互独立。该实施例方案避免了各个功率模块之间的通信机制，降低了系统复杂性，提高了系统的模块化程度。
Description
技术领域
本发明实施例涉及微电网技术领域，尤指一种光伏储能系统能量调度管理方法。
背景技术
随着当前社会的能源、环保等问题的日益突出，电动汽车的发展日益成熟，动力电池价格也随着下降，光伏储能逆变器成为近年来发展趋势。能量调度管理的方法是决定光复储能逆变器性能的一个非常重要模块，只有实现好能量调度管理，才能最有效的利用光伏系统所产生的能量，提高光伏储能系统的自发自用率。
在现有的技术中，传统的储能逆变器采用主副控制或下垂控制的方法来实现能量管理。主副控制需要各个功率模块之间进行通信，根据不同的情况决定哪一个功率模块是主，哪一些模块是副，随着系统复杂性的增加，功率模块数量的快速递增，应用场合不断增多，这个主副控制的方法将会变得非常的复杂，不适用于模块化设计。下垂控制的方法虽然不需要各个功率模块之间的通信，可减低通信上的复杂性，但是下垂控制的一个主要特点是，根据电流大小进行输出电压的微调，使采用此方法很难准确跟踪PV最大功率点，影响光伏储能系统的效率。
发明内容
本发明实施例提供了一种光伏储能系统能量调度管理方法，能够避免各个功率模块之间的通信机制，降低系统复杂性，提高系统的模块化程度。
为了达到本发明实施例目的，本发明实施例提供了一种光伏储能系统能量调度管理方法，该光伏储能系统包括直流母线以及分别与直流母线相连的多个功率模块，该方法包括：
多个功率模块通过所述直流母线进行能量交互，并根据预设的优先级对每个功率模块的工作状态进行控制，以使光伏储能系统达到能量平衡状态；其中，每个功率模块分别与不同的优先级一一对应，并且每个功率模块之间相互独立。
可选地，多个功率模块包括：由PV电池板和Boost变换器组成的第一功率模块、由储能电池和双向直流-直流DC-DC变换器组成的第二功率模块，和/或由直流-交流DC-AC逆变器组成的第三功率模块。
可选地，
第一功率模块中的PV电池板通过Boost变换器与直流母线相连；
第二功率模块中的储能电池通过双向DC-DC变换器与直流母线相连；
第三功率模块中的DC-AC逆变器分别与直流母线和电网相连。
可选地，该方法还包括：预先为每个功率模块设置不同的直流母线电压阀值，以根据不同的直流母线电压阀值确定每个功率模块的优先级；
其中，不同的直流母线电压阀值与不同的优先级一一对应；优先级越高的功率模块将被分配越低的直流母线电压阀值；优先级越低的功率模块将被分配越高的直流母线电压阀值。
可选地，第三功率模块的优先级高于第二功率模块的优先级，第二功率模块的优先级高于第一功率模块的优先级。
可选地，根据预设的优先级对每个功率模块的工作状态进行控制，以使光伏储能系统达到能量平衡状态包括：
初始时刻优先级最高的功率模块控制直流母线电压，并使直流母线电压稳定在预设的直流母线电压参考值上，光伏储能系统处于初始能量平衡状态。
可选地，根据预设的优先级对每个功率模块的工作状态进行控制，以使光伏储能系统达到能量平衡状态还包括：
当直流母线电压超过预设的第一直流母线电压阀值时，与第一直流母线电压阀值对应的功率模块将被启动，启动后的功率模块通过能量输入输出对直流母线电压进行控制，将直流母线电压稳定在第一直流母线电压阀值上，以使光伏储能系统再次达到能量平衡状态。
可选地，根据预设的优先级对每个功率模块的工作状态进行控制，以使光伏储能系统达到能量平衡状态还包括：
当直流母线电压低于预设的第二直流母线电压阀值时，与第二直流母线电压阀值对应的功率模块将结束对直流母线电压的控制，并由当前直流母线电压对应的功率模块对直流母线电压进行控制，以使光伏储能系统再次达到能量平衡状态。
可选地，与优先级相对应的每个直流母线电压阀值能够通过自我学习方式进行自调整。
可选地，直流母线电压阀值通过自我学习方式进行自调整时的参考因素包括：
DC-AC逆变器和双向DC-DC变换器效率最高的工作点、PV电池板的最大功率点的直流电压以及电网电压。
本发明实施例的光伏储能系统包括直流母线以及分别与直流母线相连的多个功率模块，该方法包括：多个功率模块通过所述直流母线进行能量交互，并根据预设的优先级对每个功率模块的工作状态进行控制，以使光伏储能系统达到能量平衡状态；其中，每个功率模块分别与不同的优先级一一对应，并且每个功率模块之间相互独立。通过该实施例方案，避免了各个功率模块之间的通信机制，降低了系统复杂性，提高了系统的模块化程度。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明实施例的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明实施例技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明实施例的技术方案，并不构成对本发明实施例技术方案的限制。
图1为本发明实施例的光伏储能系统的主要拓扑示意图；
图2为本发明实施例的光伏储能系统功率模块扩展后的示意图；
图3为本发明实施例的基于直流母线电压的能量调度管理系统的工作原理示意图；
图4为本发明实施例的能量调度管理系统实时计算直流电压阀值的示意图。
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明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
为了达到本发明实施例目的，本发明实施例提供了一种光伏储能系统能量调度管理方法，该光伏储能系统包括直流母线以及分别与直流母线相连的多个功率模块，该方法包括：
多个功率模块通过所述直流母线进行能量交互，并根据预设的优先级对每个功率模块的工作状态进行控制，以使光伏储能系统达到能量平衡状态；
其中，每个功率模块分别与不同的优先级一一对应，并且每个功率模块之间相互独立。
可选地，如图1所示，该光伏储能系统中的多个功率模块可以包括：由PV电池板和Boost变换器组成的第一功率模块、由储能电池和双向直流-直流DC-DC变换器组成的第二功率模块，和/或由直流-交流DC-AC逆变器组成的第三功率模块。
在本发明实施例中，如图2所示，该第一功率模块、第二功率模块和第三功率模块均可以包括一个或多个，对于其具体数量不做限制；并且多个功率模块并行连接到直流母线上，通过直流母线进行能量交替；每个功率模块之间相互独立，级各自独立运行，模块与模块之间并不存在任何通信机制，大大简化了系统的复杂性。
可选地，第一功率模块中的PV电池板通过Boost变换器与直流母线相连；
第二功率模块中的储能电池通过双向DC-DC变换器与直流母线相连；
第三功率模块中的DC-AC逆变器分别与直流母线和电网相连。
在本发明实施例中，由于每个功率模块是通过优先级来实现对直流母线电压的控制的，因此需要预先设置每个功率模块的优先级。
可选地，该方法还包括：预先为每个功率模块设置不同的直流母线电压阀值，以根据不同的直流母线电压阀值确定每个功率模块的优先级；
其中，不同的直流母线电压阀值与不同的优先级一一对应；优先级越高的功率模块将被分配越低的直流母线电压阀值；优先级越低的功率模块将被分配越高的直流母线电压阀值。
在本发明实施例中，根据预先为不同的功率模块设置的优先级，可以为其分配相应的直流母线电压阀值。
可选地，第三功率模块的优先级高于第二功率模块的优先级，第二功率模块的优先级高于第一功率模块的优先级。
在本发明实施例中，可以为第三功率模块分配最低直流母线电压阈值，为第二功率模块分配中间直流母线电压阈值，为第一功率模块分配最高直流母线电压阈值。
在本发明实施例中，根据上述设置可知，功率模块优先等级如下：DC-AC逆变器的优先级最高，然后是储能电池+双向DC-DC变换器，而PV电池板+Boost变换器的优先级最低。如图3所示，DC-AC逆变器优先级最高，所以直流母线电压阀值最低(如直流母线电压阈值4和5)，接着储能电池+双向DC-DC变换器的功率模块被分配较高的直流母线电压阀值(如直流母线电压阈值1和3)，而PV电池板+Boost变换器的功率模块被分配最大的直流母线电压阀值(如直流母线电压阈值2)。
在本发明实施例中，通过上述优先级的设置，便可以通过直流母线电压的改变，使与直流母线连接的所有功率模块自动调节自己的功率输入和输出，以便从新达到能量平衡状态。
可选地，根据预设的优先级对每个功率模块的工作状态进行控制，以使光伏储能系统达到能量平衡状态可以包括：
初始时刻优先级最高的功率模块控制直流母线电压，并使直流母线电压稳定在预设的直流母线电压参考值上，光伏储能系统处于初始能量平衡状态。
在本发明实施例中，初始状态为光伏储能系统里的能量处于平衡状态，此时PV电池板工作在最大功率点上，储能电池+双向DC-DC变换器的功率模块不工作，DC-AC逆变器负责直流母线电压的控制，直流母线电压稳定在直流母线电压参考值上。
可选地，根据预设的优先级对每个功率模块的工作状态进行控制，以使光伏储能系统达到能量平衡状态还包括：
当直流母线电压超过预设的第一直流母线电压阀值时，与第一直流母线电压阀值对应的功率模块将被启动，启动后的功率模块通过能量输入输出对直流母线电压进行控制，将直流母线电压稳定在第一直流母线电压阀值上，以使光伏储能系统再次达到能量平衡状态。
在本发明实施例中，如图3所示，随着PV电池板能量变大，DC-AC逆变器由于输出能量的限制，无法把所有PV电池板的能量输出，导致系统内的能量过剩，直流母线电压上抬。当直流母线电压超过直流母线电压阀值1(此时第一直流母线电压阀值即直流母线电压阀值1)时，储能电池+双向DC-DC变换器的功率模块将会被启动，对直流母线电压进行控制，把系统里过剩的能量用于电池充电，从而再次达到能量平衡，PV电池板依然工作在最大功率点上。
在本发明实施例中，当储能电池充满后，储能电池+双向DC-DC变换器的功率模块无法继续从系统里吸纳过剩的能量，直流母线电压将继续往上抬。当直流母线电压超过直流母线电压阀值2(此时第一直流母线电压阀值即直流母线电压阀值2)时，PV电池板+Boost变换器的功率模块会开始进行限载。PV电池板不再工作在最大功率点上，而是启动对与直流母线电压的控制，降低其输入功率，使母线电压稳定在直流母线电压阀值2，从新达到能量平衡状态。
可选地，根据预设的优先级对每个功率模块的工作状态进行控制，以使光伏储能系统达到能量平衡状态还包括：
当直流母线电压低于预设的第二直流母线电压阀值时，与第二直流母线电压阀值对应的功率模块将结束对直流母线电压的控制，并由当前直流母线电压对应的功率模块对直流母线电压进行控制，以使光伏储能系统再次达到能量平衡状态。
在本发明实施例中，当电网侧负载增大时，DC-AC逆变器能量输出会突然被要求增加，以便能够提供负载所需的能量。由于DC-AC逆变器能量增大，系统出现能量不足，直流母线电压开始往下掉。当直流母线电压低于直流母线电压阀值2(此时第二直流母线电压阀值即直流母线电压阀值2)时，PV电池板+Boost变换器的功率模块离开限载模式，开始追踪PV电池板最大功率点，以便可以给系统输入更多的能量。这个时候PV电池板+Boost变换器的功率模块不再对直流母线电压进行控制，取而代之的是储能电池+双向DC-DC变换器的功率模块。当系统能量依然不足时，直流母线电压将继续往下掉，当直流母线电压低于直流母线电压阀值3时，储能电池会开始放电，以便把直流母线电压稳定控制在直流母线电压3，从而再次达到系统能量平衡状态。此状态被设为能量平衡状态2。如输入能量依然不足，只能限制输出能量，以便达到系统能量平衡。
可选地，与优先级相对应的每个直流母线电压阀值能够通过自我学习方式进行自调整。
可选地，直流母线电压阀值通过自我学习方式进行自调整时的参考因素包括：
DC-AC逆变器和双向DC-DC变换器效率最高的工作点、PV电池板的最大功率点的直流电压以及电网电压。
在本发明实施例中，如图4所示，上述的任意一个直流母线电压阀值均可以通过自学习的智能算法进行调整，从而使所述光伏储能系统的所有功率模块尽可能一直工作在最佳状态，减少能量浪费，提高光伏储能系统的性能和效率。直流母线电压阀值的智能算法考虑的因素可以包括但不限于：电网电压，所有PV电池板的最大功率点的直流电压，DC-AC逆变器以及电池双向DC-DC变换器效率最高的工作点。
本发明实施例的光伏储能系统包括直流母线以及分别与直流母线相连的多个功率模块，该方法包括：多个功率模块通过所述直流母线进行能量交互，并根据预设的优先级对每个功率模块的工作状态进行控制，以使光伏储能系统达到能量平衡状态；其中，每个功率模块分别与不同的优先级一一对应，并且每个功率模块之间相互独立。通过该实施例方案，避免了各个功率模块之间的通信机制，降低了系统复杂性，提高了系统的模块化程度。
本发明实施例提出了一种基于直流母线电压的光伏储能系统能量调度管理方法，通过直流母线电压的改变，使得与直流母线连接的所有功率模块自动调节自己的功率输入和输出，以便重新达到能量平衡状态。由于系统当前的能量平衡状态都可以直接通过直流母线电压获得，所以不需要各个功率模块相互通信，大大简化系统的复杂性。另外，本发明实施例所提出的方案可以通过实时调整相应的直流电压阀值，实现准确跟踪PV最大功率点。本发明实施例提出的一种基于直流母线电压的能量管理系统相比于传统的能量管理系统具有更高的自发自用率和动态响应性能。
虽然本发明实施例所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明实施例。任何本发明实施例所属领域内的技术人员，在不脱离本发明实施例所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明实施例的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种光伏储能系统能量调度管理方法，其特征在于，所述光伏储能系统包括直流母线以及分别与所述直流母线相连的多个功率模块，所述方法包括：
所述多个功率模块通过所述直流母线进行能量交互，并根据预设的优先级对每个功率模块的工作状态进行控制，以使所述光伏储能系统达到能量平衡状态；
其中，每个功率模块分别与不同的优先级一一对应，并且每个功率模块之间相互独立。
2.根据权利要求1所述的光伏储能系统能量调度管理方法，其特征在于，所述多个功率模块包括：由光伏PV电池板和Boost变换器组成的第一功率模块、由储能电池和双向直流-直流DC-DC变换器组成的第二功率模块，和/或由直流-交流DC-AC逆变器组成的第三功率模块。
3.根据权利要求2所述的光伏储能系统能量调度管理方法，其特征在于，
所述第一功率模块中的所述PV电池板通过所述Boost变换器与所述直流母线相连；
所述第二功率模块中的所述储能电池通过所述双向DC-DC变换器与所述直流母线相连；
所述第三功率模块中的所述DC-AC逆变器分别与所述直流母线和电网相连。
4.根据权利要求2所述的光伏储能系统能量调度管理方法，其特征在于，所述方法还包括：预先为每个功率模块设置不同的直流母线电压阀值，以根据所述不同的直流母线电压阀值确定每个功率模块的优先级；
其中，不同的直流母线电压阀值与不同的优先级一一对应；优先级越高的功率模块将被分配越低的直流母线电压阀值；优先级越低的功率模块将被分配越高的直流母线电压阀值。
5.根据权利要求4所述的光伏储能系统能量调度管理方法，其特征在于，
所述第三功率模块的优先级高于所述第二功率模块的优先级，所述第二功率模块的优先级高于所述第一功率模块的优先级。
6.根据权利要求4所述的光伏储能系统能量调度管理方法，其特征在于，所述根据预设的优先级对每个功率模块的工作状态进行控制，以使所述光伏储能系统达到能量平衡状态包括：
初始时刻优先级最高的功率模块控制直流母线电压，并使所述直流母线电压稳定在预设的直流母线电压参考值上，所述光伏储能系统处于初始能量平衡状态。
7.根据权利要求6所述的光伏储能系统能量调度管理方法，其特征在于，所述根据预设的优先级对每个功率模块的工作状态进行控制，以使所述光伏储能系统达到能量平衡状态还包括：
当所述直流母线电压超过预设的第一直流母线电压阀值时，与所述第一直流母线电压阀值对应的功率模块将被启动，启动后的功率模块通过能量输入输出对所述直流母线电压进行控制，将所述直流母线电压稳定在所述第一直流母线电压阀值上，以使所述光伏储能系统再次达到能量平衡状态。
8.根据权利要求6所述的光伏储能系统能量调度管理方法，其特征在于，所述根据预设的优先级对每个功率模块的工作状态进行控制，以使所述光伏储能系统达到能量平衡状态还包括：
当所述直流母线电压低于预设的第二直流母线电压阀值时，与所述第二直流母线电压阀值对应的功率模块将结束对所述直流母线电压的控制，并由当前所述直流母线电压对应的功率模块对所述直流母线电压进行控制，以使所述光伏储能系统再次达到能量平衡状态。
9.根据权利要求4-8任意一项所述的光伏储能系统能量调度管理方法，其特征在于，与所述优先级相对应的每个直流母线电压阀值能够通过自我学习方式进行自调整。
10.根据权利要求9所述的光伏储能系统能量调度管理方法，其特征在于，所述直流母线电压阀值通过自我学习方式进行自调整时的参考因素包括：
所述DC-AC逆变器和所述双向DC-DC变换器效率最高的工作点、所述PV电池板的最大功率点的直流电压以及电网电压。
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