CN109038680A - 一种光储一体机装置及其并网功率控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种光储一体机装置及其并网功率控制方法，一方面，在对DC‑DC升压变换器、DC‑DC双向变换器和DC‑AC双向变换器分别进行功率调整时，在判断条件中分别加入了三个延时量的判断标准，使得各变换器可在在不同的时间内进入功率限制状态，利于实现功率调整的一致性和稳定性；另一方面，在DC‑AC双向变换器在快速限功率时，母线电压会存在抬升的特性，由于对DC‑DC双向变换器和DC‑DC升压变换器采用了不同电压值的限定条件，使得系统可将直流母线上的多余电能优先地转移至储能电池中，从而使得光储一体机装置既能兼顾并网功率的快速调整功能，又能对多余电能进行快速转移和存储，增强了系统电网调度响应能力和自发自用能力。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电领域，具体涉及一种光储一体机装置及其并网功率控制方法。
背景技术
光伏发电系统是指直接将光能转变为电能的发电系统，其主要根据光生伏特效应太阳光能直接转化为电能，所产生的电能用于并网运行或负载使用。光伏发电系统的主要部件是太阳能电池、蓄电池、控制器和变换器，因其具有可靠性高、使用寿命长、不污染环境、并网运行的优势，已在多数地区得以推广应用。
日常中，常见光伏发电系统所产生的电能称为光伏电源，由于光伏电源受到日照辐照度和环境温度的影响，属于间歇性电源，容易对电网或负载产生冲击，在高渗透率时会引起电网电压、频率的波动，还存在参入电网调度的难题。目前，光伏发电系统常以光储一体机的形式存在，其除了光伏电池板接入之外，还可接入储能电池，使光储一体机同时具备光伏和储能两种电源的接入能力。如此，通过储能电池参与能量管理，改善光伏电源的输出特性，可提高自发自用效率，可减少对电网的冲击，还可产生削峰填谷、峰谷电价差盈利参入电网的调频调峰的应用效果。
目前，光储一体机虽然在国内已有少量使用，但其还存在诸多的问题。例如，在光储一体机的接入容量设计时需要考虑最大发电量的状况，这样会导致输电线路、变压器的等设备在大部分时间处内会处于非有效利用状态；再如，光储一体机中，光伏并网变换器和储能变换器(PCS)在限制并网功率时，只能单纯的限制太阳能电池板(PV)功率，无法做到能量的智能转移，致使自发自用率低，也存在不能快速响应电网功率调度的问题。由于现有光储一体机存在的问题，致使其技术还不够成熟，仍无法实现智能化、安全可靠的应用要求，难以获得规模化的推广应用。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是现有光储一体机中存在的能量管理不便、电网功率调度慢的问题。
根据第一方面，一种实施例中提供一种光储一体机装置，包括：
直流母线；
DC-DC升压变换器，包括输入端、输出端和控制端，所述DC-DC升压变换器的输入端用于与光伏电池板连接，输出端与所述直流母线连接；
DC-DC双向变换器，包括输入端、输出端和控制端，所述DC-DC双向变换器的输入端与所述直流母线连接，输出端用于与储能电池连接；
DC-AC双向变换器，包括输入端、输出端和控制端，所述DC-AC双向变换器的输入端与所述直流母线连接，输出端用于与电网和/或负载连接；
控制器，所述控制器的输入端与所述DC-DC升压变换器的控制端连接，以控制所述DC-DC升压变换器对输入的直流电能进行升压变换；和/或，所述控制器的输出端与所述DC-DC双向变换器的控制端连接，以控制所述DC-DC双向变换器对所述储能电池进行充电或对所述直流母线进行放电；和/或，所述控制器的输出端与所述DC-AC双向变换器的控制端连接，以控制所述DC-AC双向变换器对所述直流母线上的电能进行逆变或对来自电网的电能进行整流。
根据第二方面，一种实施例中提供一种光储一体机装置的并网功率控制方法，所述光储一体机装置包括直流母线、DC-DC升压变换器、DC-DC双向变换器、DC-AC双向变换器和控制器，所述并网功率控制方法包括以下步骤：
获取所述光储一体机装置的并网功率和/或母线电压；
将所述并网功率与预设的功率控制范围进行比较，根据功率比较结果控制所述DC-AC双向变换器的逆变功率，控制所述DC-DC双向变换器的充电功率或放电功率，及控制所述DC-DC升压变换器的升压功率；和/或，
将所述母线电压与预设的电压阈值进行比较，根据电压比较结果控制所述DC-DC双向变换器的充电功率，及控制DC-DC升压变换器的升压功率。
根据第三方面，一种实施例提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现上述第二方面中所述的方法。
本申请的有益效果是：
依据上述实施例的一种光储一体机装置及其并网功率控制方法，光储一体机装置包括直流母线、DC-DC升压变换器、DC-DC双向变换器、DC-AC双向变换器和控制器，并网功率控制方法包括并网功率或母线电压获取步骤，及逆变功率、充/放电功率和升压功率的调整步骤。第一方面，由于控制器可根据并网功率的大小来重置DC-AC双向变换器的第一限幅功率，使得DC-AC双向变换器在进行限幅功率PI控制时能够逐步增大或减小其逆变功率，利于保证并网侧功率变化的稳定性；第二方面，由于控制器可根据并网功率的大小来重置DC-DC双向变换器的第二限幅功率，使得DC-DC双向变换器在进行充放电功率PI控制时能够逐步改变其充电功率或放电功率，利于保证直流母线上功率变化的稳定性；第三方面，由于控制器可根据并网功率的大小来改变DC-DC升压变换器的MPPT跟踪模式，使得并网功率超过限值时能够通过反向MPPT跟踪来降低DC-DC升压变换器的升压功率，从而有效较小系统的并网功率，确保系统工作的安全性；第四方面，在对DC-DC升压变换器、DC-DC双向变换器和DC-AC双向变换器分别进行功率调整时，在判断条件中分别加入了第一时间、第二时间和第三时间的判断标准，使得各变换器可在在不同的时间内进入功率限制状态，利于保证光储一体机装置在实现功率调整的一致性和稳定性；第五方面，由于控制器可根据母线电压调整DC-DC升压变换器的升压功率和DC-DC双向变换器的充/放电功率，使得控制器对DC-DC升压变换器和DC-DC双向变换器的功率调节过程更加精细化和准确化，利于母线电压和并网功率进一步地被控制在有效范围内；第六方面，在DC-AC双向变换器在快速限功率时，母线电压会存在抬升的特性，由于对DC-DC双向变换器和DC-DC升压变换器采用了不同电压值的限定条件，使得DC-DC双向变换器先进行充电功率调整，利于将直流母线上的多余电能优先地转移至储能电池中，从而使得光储一体机装置既能兼顾并网功率的快速调整功能，又能对多余电能进行快速转移和存储，增强了系统电网调度响应能力和自发自用能力。
附图说明
图1为光储一体机装置的结构示意图；
图2为并网功率控制方法的流程图；
图3为DC-AC双向变换器的功率控制流程图；
图4为DC-DC双向变换器的功率控制流程图；
图5为DC-DC升压变换器的功率控制流程图；
图6为母线电压控制算法逻辑图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
为准确地理解本发明创造的技术方案，这里将对一些功能器件进行说明。
DC-AC双向变换器，又称逆变整流器，能量可逆，主要实现直流转交流的逆变功能及交流转直流的整流功能；逆变时，其输入端输入直流，输出端输出交流；整流时，其输出端输入交流，输入端输出直流。
DC-DC双向变换器，又称BUCK-BOOST电路(即升降压电路)，属于直直变换器的一种，主要实现对直流的升压和降压的转变功能，能量可逆；假若DC-DC双向变换器为储能电池连接时，在充电状态下DC-DC双向变换器为降压工作状态，其输入端输入直流高压，输出端输出直流低压；在放电状态下DC-DC双向变换器为升压工作状态，其输出端输入直流低压，输入端输出直流高压。
DC-DC升压变换器，又称BOOST电路(即升压电路)，属于直直变换器的一种，主要实现对直流的升压转变功能；升压时，其输入端输入直流低压，输出端输出直流高压。
MPPT跟踪(Maximum Power Point Tracking)，全称为最大功率点跟踪，其能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压/电流值，使系统以最大功率输出电能，广泛应用于太阳能光伏系统中，协调太阳能电池板、蓄电池、负载的工作，是光伏系统的大脑。
PI控制器(proportional integral controller)，其是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例或积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。其中，比例调节是按比例反应系统的偏差，调节作用大，利于快速减少误差；积分调节是按积分量来消除系统的误差，动态响应速度稍慢，但精确度高。为实现稳定、快速地调节需求，常将比例调节和积分调节相结合，共同组成PI调节器或PID调节器。
请参考图1，本申请公开一种光储一体机装置1，其包括直流母线11、DC-DC升压变换器12、DC-DC双向变换器13、DC-AC双向变换器14和控制器15，下面将分别说明。
直流母线11为光储一体机装置1的内部输电线，主要实现各个变换器之间的能量转移功能，起到平衡电能、暂存电能的作用，直流母线11可由多个电容通过串/并联构成。
DC-DC升压变换器12包括输入端、输出端和控制端，DC-DC升压变换器12的输入端用于与光伏电池板PV1连接，输出端与直流母线11连接。DC-DC升压变换器可将PV1侧的直流电能升压达到直流母线11上预设的电压阈值。
DC-DC双向变换器13包括输入端、输出端和控制端，DC-DC双向变换器13的输入端与直流母线11连接，输出端用于与储能电池BT1连接。DC-DC双向变换器13可通过降压工作将直流母线11上的电能转移至储能电池BT1，以对储能电池BT1进行充电；DC-DC双向变换器13也可通过升压工作将储能电池BT1中的电能转移至直流母线11，以对直流母线11进行放电。
DC-AC双向变换器14包括输入端、输出端和控制端，DC-AC双向变换器14的输入端与直流母线11连接，输出端用于与电网GD1和/或负载LD1连接。其中，电网GD1可为公共供电网络或特定场合的区域供电网络，负载LD1可为离网负载等用电设备。
控制器15的输入端与DC-DC升压变换器12的控制端连接，以控制DC-DC升压变换器12对输入的直流电能进行升压变换，可控制DC-DC升压变换器12的升压功率(升压功率即指DC-DC升压变换器12在升压时的输出功率)。和/或，控制器15的输出端与DC-DC双向变换器的控制端连接，以控制DC-DC双向变换器13对储能电池BT1进行充电或对直流母线11进行放电，可控制DC-DC双向变换器13的充电功率(充电功率即指DC-DC双向变换器13在对储能电池BT1进行充电时的输出功率)和放电功率(放电功率即指DC-DC双向变换器13对直流母线11进行放电时的输出功率)。和/或，控制器15的输出端与DC-AC双向变换器的控制端连接，以控制DC-AC双向变换器14对直流母线11上的电能进行逆变或对来自电网GD1的电能进行整流，可控制DC-AC双向变换器14的逆变功率(逆变功率即指DC-AC双向变换器14在逆变时的输出功率)和整流功率(整流功率即指DC-AC双向变换器14在整流时的输出功率)。
进一步地，控制器15包括第一控制器151和第二控制器152，其中，第一控制器151的输出端与DC-DC升压变换器12的控制端连接，和/或与DC-DC双向变换器13的控制端连接；第二控制器152的输出端与DC-AC双向变换器14的控制端连接。
进一步地，光储一体机装置1还包括并网功率采集器16，并网功率采集器16的输入端与DC-AC双向变换器14的输出端上的电网连接点(PCC)进行连接，输出端与第一控制器151和/或第二控制器152连接。并网功率采集器用于采集DC-AC双向变换器14在接入电网时的并网功率，即指并入电网时的功率，由于在DC-AC双向变换器14与电网GD1之间的线路上可能存在负载LD1等用电设备，所以这里的并网功率并不严格的等于DC-AC双向变换器14的逆变功率，可能存在并网小于逆变功率的情形。并网功率采集器16包括功率传感器、电压传感器、电流传感器等主要功能部件，只要能通过这些功能部件计算出并网功率即可。
在一实施例中，第二控制器152接收来自并网功率采集器16的并网功率，根据并网功率的大小控制DC-AC双向变换器14的逆变功率，使得电网连接点处的并网功率达到预设的功率控制范围。此外，第一控制器151接收来自并网功率采集器的并网功率，根据并网功率的大小控制DC-DC升压变换器12在升压功率，和/或，控制DC-DC双向变换器13的充电功率或放电功率，以改变直流母线11上的电能功率，使得电网连接点处的并网功率达到的预设的功率控制范围。
需要说明的是，预设的功率控制范围是由用户进行自由设定(包括默认设定和外部通讯实时设定等情形)，可以根据光伏电池板PV1的发电总功率而设定，也可以根据电网GD1的入网功率限制而设定，还可以根据光储一体机装置1参与电网调频调峰的应用场景而动态设定。
进一步地，光储一体机装置1还包括电压采集器17。电压采集器17的输入端与直流母线11连接，输出端与第一控制器151连接，电压采集器17用于采集直流母线11上的母线电压。在一实施例中，第一控制器151接收来自电压采集器17的母线电压，根据母线电压的大小控制控制DC-DC升压变换器12的升压功率，和/或，控制DC-DC双向变换器13的充电功率或放电功率，以使得母线电压达到预设的电压阈值。
进一步地，光储一体机装置1还包括PI控制器(图1中未进行标记)。PI控制器的输入端、输出端分别与控制器15的输出端(优选是第一控制器151的输出端)和DC-DC双向变换器13的控制端连接，和/或，PI控制器的输入端、输出端分别与控制器15的输出端(优选是第二控制器152的输出端)和DC-AC双向变换器的控制端连接。需要说明的是，PI控制器主要用于将控制器15发出的控制信号转换为比例/积分调节信号以对所述DC-DC双向变换器13或DC-AC双向变换器14进行控制。
进一步地，光储一体机装置1的第一控制器151可包括MPPT跟踪控制模块，用于在第一控制器151对DC-DC升压变换器12进行升压功率控制时，能够根据MPPT跟踪模式(包括反向MPPT跟踪和正向MPPT跟踪)对DC-DC升压变换器12进行升压功率的调控。由于MPPT跟踪已是光伏领域的常见技术手段，属于现有技术，这里不再对其进行详细说明。
进一步地，光储一体机装置1的控制器还包括通讯端，通过通讯端与远程监控调度设备通信连接，用于将自身的过程参数(可包括并网功率值、母线电压值、升压功率、充放电功率、逆变功率等)传输至远程监控调度设备，或用于接收远程监控调度设备发送的控制参数(可包括限幅功率、预设的功率控制范围或预设的电压阈值等参数)。
需要说明的是，控制器15对各变换器进行功率控制时，可以采用现有的功率控制技术，也可以采用未来出现的功率控制技术，在此不进行限定。例如，第一控制器151对DC-DC升压变换器12进行升压控制器时可采用常规的MPPT跟踪模式下的控制方案，对DC-DC双向变换器13进行充电功率和放电功率控制时可采用常规的PI控制方案，而对DC-AC双向变换器14进行逆变功率和整流功率控制时也可采用常规的PI控制方案。为丰富光储一体机装置1的并网功率控制方法，并克服常规的功率控制方案中的不足，本申请提供了一种并网功率控制方法，将通过下文进行详细说明。
请参考图2，相应地，本申请提供一种用于光储一体机装置的并网功率控制方法，这里的光储一体机装置可为上述的光储一体机装置1，包括直流母线11、DC-DC升压变换器12、DC-DC双向变换器13、DC-AC双向变换器14、控制器15、并网功率采集器16和电压采集器17。
需要说明的是，本申请的并网控制方法的构思在于，在光储一体机装置末端的并网功率超过限幅功率时，首先通过DC-AC双向变换器14减小逆变功率，防止并网功率过大，然后将直流母线11上的电能转移至储能电池BT1以进行电能存储，继而通过DC-DC升压变换器12减小升压功率，防止直流母线11上的电能功率过大。在并网功率低于限幅功率时，首先通过DC-AC双向变换器14增大逆变功率，防止并网功率过小，然后将储能电池BT1中的电能放电至直流母线11上以维持电能功率，并通过DC-DC升压变换器12保持升压功率达到最佳状态，尽可能地利用光伏电池板PV1产生的电能。在上述过程中，为维持直流母线上的母线电压保持在一个稳定状态，设置母线上电能功率的自调整机制，在母线电压过大时，优先将电能转移至储能电池BT1，在母线电压过小时，对直流母线11放电并保持升压功率最佳状态以维持其上的电能功率。通过这样的电能管理机制，可使得光储一体机装置在任何情形下都能保持电能的高效利用状态，实现电能的双向流动，助于缓解电网压力，也助于设备安全高效运行。
见图2，本申请的并网功率控制方法可包括步骤S100-S400，下面将分别说明。
步骤S100，控制器15获取光储一体机装置1的并网功率和/或母线电压，其中并网功率通过并网功率采集器16获得，母线电压通过电压采集器17获得。
步骤S200，将步骤S100中得到的并网功率与预设的功率控制范围进行比较，得到功率比较结果，得到电压比较结果，根据功率比较结果控制DC-AC双向变换器14的逆变功率。该步骤S200可包括步骤S210-S290，分别说明如下。
步骤S210，光储一体机装置1正常工作时，第二控制器152不断采集电网接入点(PCC)处的并网功率，开始对DC-AC双向变换器进行功率控制。
步骤S220，第二控制器152判断并网功率限值功能是否使能，若是则步骤S230，若否则进入步骤S290。
步骤S230，判断并网功率在预设的第一时间内是否持续大于功率控制范围的上限值，若是，则进入步骤S240，若否则进入步骤S260。
例如，用户对第二控制器152设定的功率控制范围是50-100W，并网功率超过上限值100W时则进入步骤S240。这里的第一时间也由用户进行设定，可为0.1S，第一时间可以根据系统的控制稳定度和电网调度的时间响应速度进行综合考虑而设定。
判断计时时间是否达到预设值，是则进入双向DC-AC功率限幅的计算步骤S204，否则进入正常的并网功率PI控制S210。
步骤S240，判断DC-AC双向变换器14的第一限幅功率是否大于当前的并网功率，若是则进入步骤S250，若否则进入步骤S290。
需要说明的是，这里的第一限幅功率在起始阶段由用户进行设定，主要是限制DC-AC双向变换器14的逆变功率，防止逆变功率变动过大而影响整个系统运行的稳定性。
步骤S250，根据DC-AC双向变换器14在的逆变功率和当前的并网功率重置DC-AC双向变换器14的第一限幅功率。
在一实施例中，第一限幅功率可设置为
P* inverter_new＝Pinverter-PCT/Meter/2；
其中，P* inverter_new是重置的DC-AC双向变换器的第一限幅功率，用来控制DC-AC双向变换器14在下一阶段的逆变功率；Pinverter为DC-AC双向变换器的当前的第一限幅功率；PCT/Meter为电网连接点当前的并网功率。
需要说明的是，PCT/Meter/2作为限幅的变化量，这样DC-AC双向变换器的逆变功率可以逐次逼近目标值，有效防止超调情形。那么，PCT/Mete的除数因子可以为1或其他大于1的值。而且，第二控制器152可根据重置的第一限幅功率对所述DC-AC双向变换器进行限幅功率PI控制，以使得DC-AC双向变换器逐步减小其逆变功率。
步骤S260，第二控制器152判断并网功率在预设的第一时间内是否持续小于功率控制范围的下限值，若是，则进入步骤S270，若否则进入步骤S290。
例如，用户对第二控制器152设定的功率控制范围是50-100W，并网功率小于下限值50W时则进入步骤S270。这里的第一时间可为0.1S，具体根据系统的控制稳定度和电网调度的时间响应速度进行综合考虑而设定。
步骤S270，第二控制器152判断当前的第一限幅功率是否小于光储一体机装置的额定功率，若是则进入步骤S280，若否则进入步骤S290。
需要说明的是，光储一体机装置1的额定功率由系统各个组件的性能决定，是系统稳定运行状态下的输出功率。
步骤S280，第二控制器152根据当前的第一限幅功率和额定功率重置DC-AC双向变换器14的第一限幅功率，
在一实施例中，第一限幅功率可设置为
P* inverter_new＝P* inverter_old+PNOM/100
其中，P* inverter_new是重置的DC-AC双向变换器的第一限幅功率，用来控制DC-AC双向变换器在下一阶段的输出功率；P* inverter_old为DC-AC双向变换器在上一阶段的默认的或重置的第一限幅功率；PNOM是光储一体机的额定功率。
需要说明的是，PNOM/100作为限幅的变化量，DC-AC双向变换器的逆变功率可以逐渐逼近目标值，防止超调强行；PNOM的除数因子可以为他大于1的值。此外，第二控制器152可根据重置的第一限幅功率对DC-AC双向变换器14进行限幅功率PI控制，以使得DC-AC双向变换器14逐步增大其逆变功率.
步骤S290，第二控制器152判断并网功率在预设的第一时间内未持续超出所述功率控制范围时或者上述步骤指示的否定情况时，第二控制器152根据重置前的DC-AC双向变换器14的第一限幅功率对DC-AC双向变换器14进行限幅功率PI控制。
需要说明的是，这里的限幅功率PI控制是一种常见的控制方案，是在常规的并网控制算法基础上，增加对DC-AC双向变换器的电流控制(P* inverter_new/电网电压，即可以获得电流参考值)，目的是调控DC-AC双向变换器14的逆变功率不超过其自身设定的第一限幅功率。
步骤S300，第一控制器151将并网功率与预设的功率控制范围进行比较，得到功率比较结果，和/或将母线电压与预设的电压控制阈值进行比较，得到电压比较结果，第一控制器151根据功率比较结果或电压比较结果控制DC-DC双向变换器13的充电功率或放电功率。该步骤S300可包括步骤S310-S390，下面分别说明。
步骤S310，光储一体机装置1正常工作时，第一控制器151不断采集电网接入点(PCC)处的并网功率，或者直流母线11上的母线电压，开始对DC-DC双向变换器进行功率控制。
步骤S320，第一控制器151判断并网功率限值功能是否使能，若是则步骤S330和步骤S380，若否则进入步骤S370。
本领域的技术人员应当理解，当DC-AC双向变换器14迅速限制其逆变功率时，由于输入光伏电池板PV1侧或者储能电池BT1侧的功率在短时间内没有减小，会导致光储一体机装置1的整体输入功率大于整体输出功率，使得直流母线上的电能功率得到大幅度升高，也使得母线电压上升。此时，将影响直流母线11的正常工作，在母线电压过高时将对与其连接的各变换器产生损坏。这里为避免母线电压过高而设置了一套电压控制机制，利用母线电压与直流母线11上预设的电压阈值进行比较，从而根据电压比较结果控制DC-DC双向变换器，将在步骤S380中进行详细说明。
步骤S330，第一控制器151判断并网功率在预设的第二时间内是否持续大于功率控制范围的上限值，若是，则进入步骤S340，若否则S350。
例如，用户对第一控制器151设定的功率控制范围是50-100W，并网功率超过上限值100W时则进入步骤S340。这里的第二时间也由用户进行设定，可为2S，第二时间可以根据系统的控制稳定度、电表或者CT的读取时间综合考虑而设定。
步骤S340，根据DC-DC双向变换器13的当前的充电功率和并网功率重置DC-DC双向变换器13的第二限幅功率。
需要说明的是，这里的第二限幅功率在起始阶段由用户进行设定，主要是限制DC-DC双向变换器13的充电功率和放电功率，防止功率变动过大而影响直流母线上电能功率的稳定性。
在一实施例中，第二限幅功率可设置为
P* charge_new＝Pcharge+PCT/Meter/2
其中，P* charge_new是重置的DC-DC双向变换器13的第二限幅功率(此时为充电功率限幅给定值)，用来控制DC-DC双向变换器13在下一阶段的充电功率；Pcharge当前阶段的充电功率；PCT/Meter为电网连接点(PCC)处的并网功率。
需要说明的是，PCT/Meter/2作为限幅的变化量，这样DC-DC双向变换器13对储能电池BT1的充电功率可以逐次逼近目标值，防止超调情形；PCT/Meter除数因子可以为1或其他大于1的值。而且，第一控制器151可根据重置的第二限幅功率对DC-DC双向变换器13进行充放电功率PI控制，以使得DC-DC双向变换器逐步减小其充电功率。
步骤S350，第一控制器151判断DC-AC双向变换器14的逆变功率在预设的第二时间内持续小于预设的阈值，若是，则进入步骤S360，若否则进入步骤S370。
需要说明的是，这里的第二时间也由用户进行设定，可为2S，第二时间可以根据系统的控制稳定度、电表或者CT的读取时间综合考虑而设定。预设的阈值可由用户进行设定，可为50W(即功率控制范围的下限值)，也可为-50W(即电网流向负载的功率限幅至)。
步骤S360，根据DC-DC双向变换器13的当前的放电功率和并网功率重置DC-DC双向变换器13的第二限幅功率。
在一实施例中，第二限幅功率可设置为
P* discharge_new＝Pdischarge+PCT/Meter/2
其中，P* discharge_new是重置的DC-DC双向变换器13的第二限幅功率(此时为放电功率限幅给定值)，用来控制DC-DC双向变换器13在下一阶段的放电功率；Pdischarge当前阶段的放电功率；PCT/Meter为电网连接点(PCC)处的并网功率。
需要说明的是，PCT/Meter/2作为限幅的变化量，这样DC-DC双向变换器13对直流母线11的放电功率可以逐次逼近目标值，防止超调情形；PCT/Meter除数因子可以为1或其他大于1的值。而且，第一控制器151可根据重置的第二限幅功率对DC-DC双向变换器13进行充放电功率PI控制，以使得DC-DC双向变换器逐步减小其放电功率。
步骤S370，判断并网功率在预设的第二时间内持续超出功率控制范围，或者上述步骤中指示的否定情形时，第一控制器151根据重置前的第二限幅功率对DC-DC双向变换器进行充放电功率PI控制。
需要说明的是，这里的充放电PI控制是一种常见的控制方案，是在常规的电流控制算法基础上，增加限电流控制(P*inverter_new/母线电压，即可以获得电流参考值)。目的是调控DC-DC双向变换器13的逆变功率不超过其自身设定的第二限幅功率。
步骤S380，判断母线电压与电压阈值的差值是否大于第一值，若是，则进入步骤S370，若否则进入步骤S390。
需要说明的是，这里的电压阈值和第一值均由用户进行设定，例如电压阈值可以为36V，则第一值可以为5V。
需要说明的是，在根据步骤S380进入步骤S370之后，第一控制器151根据当前的第二限幅功率对DC-DC双向变换器13进行充放电功率PI控制，以使得DC-DC双向变换器逐步减小其充电功率，从而将直流母线上的电能转移至储能电池BT1，减小直流母线11上的电能，也逐步减小母线电压。
步骤S390，无动作，即母线电压处于安全限制内，不需要进行任何操作。
步骤S400，第一控制器151将并网功率与预设的功率控制范围进行比较，得到功率比较结果，和/或将母线电压与预设的电压控制阈值进行比较，得到电压比较结果，第一控制器151根据功率比较结果控制DC-DC升压变换器12的升压功率。该步骤S400可包括步骤S410-S450，下面分别说明。
步骤S410，光储一体机装置1正常工作时，第一控制器151不断采集电网接入点(PCC)处的并网功率，或者直流母线11上的母线电压，开始对DC-DC升压变换器12进行功率控制。
步骤S420，第一控制器151判断并网功率限值功能是否使能，若是则步骤S430和步骤S460，若否则进入步骤S450。
本领域的技术人员应当理解，当DC-AC双向变换器14迅速限制其逆变功率时，由于输入光伏电池板PV1侧或者储能电池BT1侧的功率在短时间内没有减小，会导致光储一体机装置1的整体输入功率大于整体输出功率，使得直流母线上的电能功率得到大幅度升高，也使得母线电压上升。此时，将影响直流母线11的正常工作，在母线电压过高时将对与其连接的各变换器产生损坏。这里为避免母线电压过高而设置了一套电压控制机制，利用母线电压与直流母线11上预设的电压阈值进行比较，从而根据电压比较结果控制DC-DC升压变换器，将在步骤S460中进行详细说明。
步骤S430，第一控制器151判断并网功率在预设的第三时间内是否持续大于功率控制范围的上限值，若是，则进入步骤S440，若否则S450。
例如，用户对第一控制器151设定的功率控制范围是50-100W，并网功率超过上限值100W时则进入步骤S440。
需要说明的是，这里的第三时间也由用户进行设定，可为3.5S，第三时间可以根据系统的控制稳定度、电表或者CT的读取时间综合考虑而设定。本实施例中，优选地，使得第三时间大于第二时间，目的是先使得直流母线11上的电能转移至储能电池BT1，在对补充至直流母线11中的升压功率进行限制。
步骤S440，对DC-DC升压变换器12进行反向MPPT控制，以使得所述DC-DC升压变换器的升压功率偏离MPPT控制的最大功率点。具体为：修改PV侧电压参考朝增加的方向移动(PV曲线的开路电压方向，此方向对应PV侧功率减小)，逐步远离最大功率点。
步骤S450，对DC-DC升压变换器12进行正向MPPT控制，以使得DC-DC升压变换器的升压功率跟随MPPT控制的最大功率点。由于正向MPPT控制是现有成熟技术，在此不再赘述。
步骤S460，判断母线电压与电压阈值的差值是否超过第二值时，若是，则进入步骤S440，若否则S450。
需要说明的是，这里的第二值由用户进行设定，例如，电压阈值可以为36V，则第二值可以为10V。本实施例中，应当满足第二值大于步骤S380中提及的第一值，以使得直流母线11上的母线电压过大时，优先通过DC-DC双向变换器13对储能电池BT1进行充电，然后才通过DC-DC升压变换器12对直流母线11进行电能限制。
需要说明的是，本申请公开了根据母线电压控制DC-DC双向变换器13和DC-DC升压变换器12的方法，控制原理图可如图6所示。Vbus_ref是直流母线11上预设的电压阈值(或称电压参考电压)，母线电压Vbus_fd与电压阈值Vbus_ref的差值超过第一值时，进入外环PI控制，PI参数通过试凑法获得，对PI环输出的结果进行限幅，限幅值不能超过充电电流的上限，此值叠加到DC-DC双向变换器的控制内环，用来限制其电流参考值，从而达到减小或增加充放电电流的目的。
通过上述实施例，本领域的技术人员应当理解，本申请一方面根据并网功率对DC-DC升压变换器12和DC-DC双向变换器13进行功率控制，另一方面根据母线电压对DC-DC升压变换器12和DC-DC双向变换器13进行功率控制，这两种方案形成互补关系，有利于提高光储一体化装置1的能量调控能力。前一种方案的响应速度比后一种方案慢，但是可以保证并网功率的控制精度；而后一种方案的控制频率与算法频率相同，更加利于保证控制的快速性，例如，在20kHz的控制频率时，最快响应速度可达到50us。
本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。
Claims (10)
1.一种光储一体机装置,其特征在于，包括：
直流母线；
DC-DC升压变换器，包括输入端、输出端和控制端，所述DC-DC升压变换器的输入端用于与光伏电池板连接，输出端与所述直流母线连接；
DC-DC双向变换器，包括输入端、输出端和控制端，所述DC-DC双向变换器的输入端与所述直流母线连接，输出端用于与储能电池连接；
DC-AC双向变换器，包括输入端、输出端和控制端，所述DC-AC双向变换器的输入端与所述直流母线连接，输出端用于与电网和/或负载连接；
控制器，所述控制器的输入端与所述DC-DC升压变换器的控制端连接，以控制所述DC-DC升压变换器对输入的直流电能进行升压变换；和/或，所述控制器的输出端与所述DC-DC双向变换器的控制端连接，以控制所述DC-DC双向变换器对所述储能电池进行充电或对所述直流母线进行放电；和/或，所述控制器的输出端与所述DC-AC双向变换器的控制端连接，以控制所述DC-AC双向变换器对所述直流母线上的电能进行逆变或对来自电网的电能进行整流。
2.如权利要求1所述的光储一体机装置，其特征在于，所述控制器包括第一控制器和第二控制器；所述第一控制器的输出端与所述DC-DC升压变换器的控制端连接，和/或与所述DC-DC双向变换器的控制端连接；所述第二控制器的输出端与所述DC-AC双向变换器的控制端连接。
3.如权利要求2所述的光储一体机装置，其特征在于，还包括并网功率采集器，所述并网功率采集器的输入端与所述DC-AC双向变换器的输出端上的电网连接点进行连接，输出端与所述第一控制器和/或所述第二控制器连接，所述并网功率采集器用于采集电网连接点处的并网功率；
所述第二控制器接收来自所述并网功率采集器的并网功率，根据并网功率的大小控制所述DC-AC双向变换器的逆变功率，使得并网连接点处的并网功率达到预设的功率控制范围；
所述第一控制器接收来自所述并网功率采集器的并网功率，根据并网功率的大小控制所述DC-DC升压变换器在升压功率，和/或，控制所述DC-DC双向变换器的充电功率或放电功率，以改变所述直流母线上的电能功率，使得并网连接点处的并网功率达到预设的功率控制范围。
4.如权利要求2所述的光储一体机装置，其特征在于，还包括电压采集器和PI控制器；
所述电压采集器的输入端与所述直流母线连接，输出端与所述第一控制器连接，所述电压采集器用于采集所述直流母线上的母线电压；所述第一控制器接收来自所述电压采集器的母线电压，根据母线电压的大小控制控制所述DC-DC升压变换器的升压功率，和/或，控制所述DC-DC双向变换器的充电功率或放电功率，以使得母线电压达到预设的电压阈值；
所述PI控制器的输入端、输出端分别与所述控制器的输出端和所述DC-DC双向变换器的控制端连接，所述PI控制器用于将所述控制器发出的控制信号转换为比例/积分调节信号以对所述DC-DC双向变换器或DC-AC双向变换器进行控制。
5.一种用于光储一体机装置的并网功率控制方法，所述光储一体机装置包括直流母线、DC-DC升压变换器、DC-DC双向变换器、DC-AC双向变换器和控制器，其特征在于，所述并网功率控制方法包括以下步骤：
获取所述光储一体机装置的并网功率和/或母线电压；
将所述并网功率与预设的功率控制范围进行比较，得到功率比较结果，和/或将所述母线电压与预设的电压阈值进行比较，得到电压比较结果；
根据功率比较结果控制所述DC-AC双向变换器的逆变功率，以调整电网接入点处的并网功率；
根据功率比较结果或电压比较结果控制所述DC-DC双向变换器的充电功率或放电功率，及控制所述DC-DC升压变换器的升压功率，以调整所述直流母线上的电能功率。
6.如权利要求5所述的并网功率控制方法，其特征在于，所述根据功率比较结果控制所述DC-AC双向变换器的逆变功率，包括：
判断所述并网功率在预设的第一时间内持续大于所述功率控制范围的上限值，且所述并网功率小于当前的第一限幅功率时，根据所述DC-AC双向变换器在逆变时的输出功率和所述并网功率重置所述DC-AC双向变换器的第一限幅功率，根据重置的第一限幅功率对所述DC-AC双向变换器进行限幅功率PI控制，以使得所述DC-AC双向变换器逐步减小其逆变功率；
判断所述并网功率在预设的第一时间内持续小于所述功率控制范围的下限值，且当前的第一限幅功率小于所述光储一体机装置的额定功率时，根据当前的第一限幅功率和额定功率重置所述DC-AC双向变换器的第一限幅功率，根据重置的第一限幅功率对所述DC-AC双向变换器进行限幅功率PI控制，以使得所述DC-AC双向变换器逐步增大其逆变功率；
判断所述并网功率在预设的第一时间内未持续超出所述功率控制范围时，根据重置前的DC-AC双向变换器的第一限幅功率对所述DC-AC双向变换器进行限幅功率PI控制。
7.如权利要求5所述的并网功率控制方法，其特征在于，根据功率比较结果控制所述DC-DC双向变换器的充电功率或放电功率，包括：
判断所述并网功率在预设的第二时间内持续大于所述功率控制范围的上限值时，根据所述DC-DC双向变换器的当前的充电功率和所述并网功率重置所述DC-DC双向变换器第二限幅功率，根据重置的第二限幅功率对所述DC-DC双向变换器进行充放电功率PI控制，以使得所述DC-DC双向变换器逐步减小其充电功率；
判断所述DC-AC双向变换器的逆变功率在预设的第二时间内持续小于预设的阈值时，根据所述DC-DC双向变换器的当前的放电功率和所述并网功率重置第二限幅功率，根据重置所述的第二限幅功率对所述DC-DC双向变换器进行充放电PI控制，以使得所述DC-AC双向变换器逐步增大其放电功率；
判断所述并网功率在预设的第二时间内持续超出所述功率控制范围时，根据重置前的第二限幅功率对所述DC-DC双向变换器进行充放电功率PI控制。
8.如权利要求7所述的并网功率控制方法，其特征在于，根据功率比较结果控制所述DC-DC升压变换器的升压功率，包括：
判断所述并网功率在预设的第三时间内超过所述功率控制范围时，对所述DC-DC升压变换器进行反向MPPT控制，以使得所述DC-DC升压变换器的升压功率偏离MPPT控制的最大功率点，反之，对所述DC-DC升压变换器进行正向MPPT控制，以使得所述DC-DC升压变换器的升压功率跟随MPPT控制的最大功率点。
9.如权利要求5所述并网功率控制方法，其特征在于，根据电压比较结果控制所述DC-DC双向变换器的充电功率或放电功率，及控制DC-DC升压变换器的升压功率，包括：
判断所述母线电压与所述电压阈值的差值超过第一值时，根据所述DC-DC双向变换器的当前的第二限幅功率对所述DC-DC双向变换器进行充放电功率PI控制；
判断所述母线电压与所述电压阈值的差值超过第二值时，所述第二值大于第一值，对所述DC-DC升压变换器进行反向MPPT控制，以使得所述DC-DC升压变换器的升压功率偏离MPPT控制的最大功率点。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求5-9中任一项所述的方法。
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