CN109103939A - 一种降低光伏电站损耗的储能系统智能控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低光伏电站损耗的储能系统智能控制装置及方法。其中，该装置包括：同步信号采集模块，其被配置为同步采集光伏电站输出电压信号、光辐照度和蓄电池SOC监测量，并均传送至储能智能集中控制器；储能智能集中控制器与光伏电站的储能系统相连；储能智能集中控制器，被配置为：将全天24h分为峰、谷和平三种时段；确定当前时刻所处的时段，并根据当前时刻的光伏电站输出电压信号和电流信号预测出当前时段光伏发电输出功率；确定各个时段内控制光伏电站的储能系统的控制模式；利用当前时段相匹配的控制模式来控制光伏电站的储能系统，直至一天结束；通过每天对光伏电站的储能系统进行控制，使光伏电站运行损耗降至最低，获得利润最大。

Description

一种降低光伏电站损耗的储能系统智能控制装置及方法

技术领域

本发明属于新能源中的太阳能光伏发电技术领域，尤其涉及一种降低光伏电站损耗的储能系统智能控制装置及方法。

背景技术

随着大规模分布式和集中式光伏接入电网，其波动性与随机性势必对电网的潮流、电压、损耗等方面产生不利影响。光伏升压站夜间处于空载运行状态，产生的空载损耗，造成电网企业无谓的电能损失，引起网损增大，对电网企业造成一定的经济损失。

利用储能系统可实现能量的时空平移，将其与光伏结合可使光伏系统由不可控转化为可控电源，从而减小其对电网运行的负面影响，有效降低光伏并网引起的供电损耗。但是，目前的储能系统控制方法及系统控制效率较低，缺乏一种高效智能止损的控制方式。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的第一目的是提供一种降低光伏电站损耗的储能系统智能控制装置，其使光伏电站设备得到最大化利用、损耗最低、经济效益充分发挥，提供设备的利用率和性价比。

本发明的一种降低光伏电站损耗的储能系统智能控制装置，包括：

同步信号采集模块，其被配置为同步采集光伏电站输出电压电流信号、光辐照度和蓄电池SOC监测量，并均传送至储能智能集中控制器；所述储能智能集中控制器与光伏电站的储能系统相连；

所述储能智能集中控制器，被配置为：

将全天24h分为峰、谷和平三种时段；

确定当前时刻所处的时段，并根据当前时刻的光伏电站输出电压信号和电流信号预测出当前时段光伏发电输出功率；

根据电网负荷需求功率与光伏发电输出功率的大小以及蓄电池SOC监测量的多少来确定各个时段内控制光伏电站的储能系统的控制模式；

利用当前时段相匹配的控制模式来控制光伏电站的储能系统，直至一天结束；通过每天对光伏电站的储能系统进行控制，使光伏电站运行损耗降至最低，获得利润最大。

进一步的，所述同步信号采集模块包括信号采集处理器，所述信号采集处理器与GPS系统/北斗同步模块相连，所述GPS系统/北斗同步模块用于发送时钟同步信号至信号采集处理器。

进一步的，所述信号采集处理器的输入端与电压电流采集模块、光辐照度采集模块和蓄电池SOC监测模块分别相连；所述信号采集处理器的输出端与储能智能集中控制器相连。

进一步的，所述储能智能集中控制器通过无线通讯模块与光伏电站的储能系统相连。

进一步的，所述无线通讯模块为LORA模块或WIFI模块。

进一步的，在谷时段内，电网负荷需求功率不小于光伏发电输出功率，采用控制模式一来控制光伏电站的储能系统，其具体过程为：

若蓄电池中剩余负荷电容量未达到蓄电池的最大容量，则电网为蓄电池充电，直至蓄电池中剩余负荷电容量达到蓄电池的最大容量；

若蓄电池中达到蓄电池的最大容量，则光伏电站与电网停止能量交换。

进一步的，在平时段内，采用控制模式二来控制光伏电站的储能系统，其具体过程为：

当光伏发电输出功率大于电网负荷的需求功率时，光伏电站同时向电网负荷和蓄电池供电；

当光伏发电输出功率不大于电网负荷需求功率时，光伏电站只向电网负荷供电。

进一步的在峰时段光伏电池板发电，采用控制模式三来控制光伏电站的储能系统，其具体过程为：

当电网负荷需求功率小于光伏发电输出功率时，光伏电站同时向电网负荷和蓄电池供电；

当电网负荷需求功率大于光伏发电输出功率时，若蓄电池剩余荷电容量大于其最小容量，那么蓄电池以预设功率放电，经过一定时间后，蓄电池放电至最小容量，之后蓄电池停止给大电网负荷供电；

若经过预设时间后，蓄电池放电后的剩余荷电容量仍大于最小容量，那么在整个预设时间段中蓄电池都放电；若蓄电池剩余荷电容量达到最小容量，那么只有光伏给电网负荷供电；

在峰时段光伏电池板不发电时，采用控制模式四来控制光伏电站的储能系统，其具体过程为：若蓄电池剩余荷电容量大于其最小容量，蓄电池放电，经过一定时间，蓄电池放电至最小容量，之后电网停止给蓄电池充电；

若经过预设时间蓄电池放电后的剩余荷电容量仍大于最小容量，那么在整个预设时间段中蓄电池都放电；若蓄电池剩余荷电容量达到最小容量，那么光伏电站与电网之间停止能量交换。

本发明的第二目的是提供一种降低光伏电站损耗的储能系统智能控制装置的控制方法，该方法适用于储能智能集中控制器。

本发明的降低光伏电站损耗的储能系统智能控制装置的控制方法，包括：

将全天24h分为峰、谷和平三种时段；

确定当前时刻所处的时段，并根据当前时刻的光伏电站输出电压信号和电流信号预测出当前时段光伏发电输出功率；

根据电网负荷需求功率与光伏发电输出功率的大小以及蓄电池SOC监测量的多少来确定各个时段内控制光伏电站的储能系统的控制模式；

利用当前时段相匹配的控制模式来控制光伏电站的储能系统，直至一天结束；通过每天对光伏电站的储能系统进行控制，使光伏电站运行损耗降至最低，获得利润最大。

进一步的，在谷时段内，电网负荷需求功率不小于光伏发电输出功率，采用控制模式一来控制光伏电站的储能系统，其具体过程为：

若蓄电池中剩余负荷电容量未达到蓄电池的最大容量，则电网为蓄电池充电，直至蓄电池中剩余负荷电容量达到蓄电池的最大容量；

若蓄电池中达到蓄电池的最大容量，则光伏电站与电网停止能量交换；

进一步的，在平时段内，采用控制模式二来控制光伏电站的储能系统，其具体过程为：

当光伏发电输出功率大于电网负荷的需求功率时，光伏电站同时向电网负荷和蓄电池供电；

当光伏发电输出功率不大于电网负荷需求功率时，光伏电站只向电网负荷供电。

进一步的，在峰时段光伏电池板发电，采用控制模式三来控制光伏电站的储能系统，其具体过程为：

当电网负荷需求功率小于光伏发电输出功率时，光伏电站同时向电网负荷和蓄电池供电；

当电网负荷需求功率大于光伏发电输出功率时，若蓄电池剩余荷电容量大于其最小容量，那么蓄电池以预设功率放电，经过一定时间后，蓄电池放电至最小容量，之后蓄电池停止给大电网负荷供电；

若经过预设时间后，蓄电池放电后的剩余荷电容量仍大于最小容量，那么在整个预设时间段中蓄电池都放电；若蓄电池剩余荷电容量达到最小容量，那么只有光伏给电网负荷供电；

在峰时段光伏电池板不发电时，采用控制模式四来控制光伏电站的储能系统，其具体过程为：若蓄电池剩余荷电容量大于其最小容量，蓄电池放电，经过一定时间，蓄电池放电至最小容量，之后电网停止给蓄电池充电；

若经过预设时间蓄电池放电后的剩余荷电容量仍大于最小容量，那么在整个预设时间段中蓄电池都放电；若蓄电池剩余荷电容量达到最小容量，那么光伏电站与电网之间停止能量交换。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明不仅降低了光伏电站夜晚空载状态下的变压器、线路、逆变器、汇流箱等整体损耗，而且充分利用储能系统享受一定峰谷电价补贴(尤其是光伏电站超装或装机容量大于变压器视在功率的情况)、利用储能智能集中控制器实现白天和夜晚的运行状态的自动切换，从而使光伏电站设备得到最大化利用、损耗最低、经济效益充分发挥，提供设备的利用率和性价比。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明的一种降低光伏电站损耗的储能系统智能控制装置结构示意图。

图2是本发明的一种降低光伏电站损耗的储能系统智能控制原理图。

图3是控制模式一的原理图。

图4是控制模式二的原理图。

图5是控制模式三的原理图。

图6是控制模式四的原理图。

图7是储能智能集中控制器外部接线原理图。

图8是储能智能集中控制器整体控制的外接电路示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

一、降低光伏电站损耗的储能系统智能控制装置

图1是本发明的一种降低光伏电站损耗的储能系统智能控制装置结构示意图。

如图1所示，本发明的一种降低光伏电站损耗的储能系统智能控制装置，包括：同步信号采集模块和储能智能集中控制器。

在光伏电站中，光伏发电单元通过逆变器汇集后、利用升压变0.4V/10kV并网的光伏电站，在升压变低压侧接入储能系统；白天时，光伏电站正常发电，储能系统进行充电至90％荷电状态后处于热备用状态；晚上时，在储能智能集中控制器作用下，依次断开光伏逆变器、汇流箱，储能系统投入运行来弥补升压变空载损耗，此时储能PCS充当容性无功源、冲抵变压器空载损耗；晚上转至白天时，储能智能集中控制器顺序投入逆变器、汇流箱，光伏电站转至正常运行状态，储能系统暂时退出、待光伏出力最大时转至充电状态直至90％荷电状态后退出至热备用状态。储能智能集中控制器能收集储能系统、光伏电站逆变器、汇流箱及光伏电站升压变的运行信息，下发断开、投入开关指令，同时可根据不同地区日照时间进行白天和夜晚的时间设置。

其中，同步信号采集模块，其被配置为同步采集光伏电站输出电压电流信号、非电量信号和蓄电池SOC监测量，并均传送至储能智能集中控制器；所述储能智能集中控制器与光伏电站的储能系统相连。

例如：

同步信号采集模块与电压电流采集模块、光辐照度采集模块和蓄电池SOC监测模块分别相连；所述同步信号采集模块用于同步采集电压电流采集模块、光辐照度采集模块和蓄电池SOC监测模块输出的光伏电站输出电压电流信号、光辐照度和蓄电池SOC监测量，并均传送至储能智能集中控制器；

所述储能智能集中控制器与光伏电站的储能系统相连；所述光伏电站的储能系统包括储能电池，所述储能电池与AC/DC转换器相连，所述AC/DC转换器通过储能开关连接至交流母线上，所述储能智能集中控制器用于控制AC/DC转换器中开关元件的开断以及储能开关的开闭；

所述同步信号采集模块包括信号采集处理器，所述信号采集处理器与GPS系统/北斗同步模块相连，所述GPS系统/北斗同步模块用于发送时钟同步信号至信号采集处理器。

在具体实施中所述电压电流采集模块包括电压互感器和电流互感器。

所述光辐照度采集模块为对采集信号进行滤波处理后，将其转换成标准化输入信号的过程。

所述蓄电池SOC监测模块通过采集到的电压电流信号可以计算得出SOC监测量。

所述储能智能集中控制器通过无线通讯模块与储能开关相连。

其中，所述无线通讯模块为LORA模块或WIFI模块。

在具体实施中，储能智能集中控制器，被配置执行以下步骤，如图2所示：

(1)将全天24h分为峰、谷和平三种时段。

根据大电网的峰谷分时电价计算方法将全天24h分为峰、谷、平三种时段。

在图2中，m表示控制次数，在运行过程中选用每15min为一个周期，全天可控制96次。每天第一次智能控制之前，根据大电网的峰谷分时电价计算方法将全天24h分为峰、谷、平三种时段。

(2)确定当前时刻所处的时段，并根据当前时刻的光伏电站输出电压信号和电流信号预测出当前时段光伏发电输出功率；

例如：谷时段(0:00～7:00或23:00～24:00)；平时段(7:00～11:00或16:00～19:00)；峰时段(11:00～16:00或19:00～23:00)。

(3)根据电网负荷需求功率与光伏发电输出功率的大小以及蓄电池SOC监测量的多少来确定各个时段内控制光伏电站的储能系统的控制模式；

例如：

若是谷时段(0:00～7:00或23:00～24:00)，根据在光伏电场的监测情况，在谷时段内光伏电池板不发电，这时采用控制模式一。若是平时段(7:00～11:00或16:00～19:00)，光伏电站采用控制模式二。若是峰时段(11:00～16:00或19:00～23:00)，则分两种工作模式：在11:00～16:00时间段内光伏电池板发电，采用控制模式三；在19:00～23:00时间段内同谷时段一样光伏电池板不发电，采用控制模式四。

(4)利用当前时段相匹配的控制模式来控制光伏电站的储能系统，直至一天结束；通过每天对光伏电站的储能系统进行控制，使光伏电站运行损耗降至最低，获得利润最大。

光伏组件的工作状态容易受到光辐照度和负荷的影响，为了确保整个光伏发电系统可靠、高效运行，同时还获得最大的经济效益，就需要进行能量管理，及时调控蓄电池进行充放电。为此本发明将整个控制过程细化，分成多个不同情况具体分析，每组公式都对应着一种情况，每组公式都能确定一个既能满足大电网需求又能得到最大经济效益的最佳的充放电方案。

在具体实施中，在谷时段内，电网负荷需求功率不小于光伏发电输出功率，采用控制模式一来控制光伏电站的储能系统，其具体过程为：

若蓄电池中剩余负荷电容量未达到蓄电池的最大容量，则电网为蓄电池充电，直至蓄电池中剩余负荷电容量达到蓄电池的最大容量；

若蓄电池中达到蓄电池的最大容量，则光伏电站与电网停止能量交换。

具体地，在谷时段，光伏不发电或是光伏发电功率太低而不能被捕获，电网负荷需求功率不小于光伏的输出功率，即控制模式一，其流程图如图3所示。由于谷时期购电电价低，售电收益达不到预期，此时若蓄电池中剩余负荷电容量没有到达其最大容量，那么蓄电池以功率Pba充电。

蓄电池充放电功率Pba约束条件：

|P_ba(t)|≥0

式中，V_ba(t)表示蓄电池在t时刻的工作状态，V_ba(t)＝0则表示蓄电池不工作，V_ba(t)＝1则表示蓄电池放电；C_ba表示蓄电池组的安时容量；Δt表示智能控制时间间隔；I_{dh_max}表示蓄电池组允许的最大放电电流；U_ba(t)为蓄电池两端电压。

经过(t1<t)，ηba表示蓄电池充放电过程中的转换效率；蓄电池充电至最大容量SOCmax，之后的(t-t1)时间，电网停止给蓄电池充电，即TYPE A：

式中，PE_lack表示能量损耗量，其中PE_lack(m)表示本次智能控制结束时能量损耗量，PE_lack(m-1)表示上次智能控制结束时能量损耗量；e_buy为当前时段的电站购电电价；M_buy为光伏电站购电需要的成本；E_n表示负荷总需求量，其中E_n(m)表示本次智能控制结束时负荷总需求量,其中E_n(m-1)表示上次智能控制结束时负荷总需求量；P_load(t)为t时间段内电网负荷需求功率；P_ba为蓄电池充放电功率。

具体地，P_load(t)可通过以往的电网负荷曲线建模而得出的预测值。

若经过时间t蓄电池充电没有达到SOCmax，则蓄电池在整个时间段t内都以恒定功率充电，如式2：

若蓄电池剩余荷电容量达到SOCmax，那么光伏电站与电网停止能量交换，则TYPEB：

在具体实施中，在平时段内，采用控制模式二来控制光伏电站的储能系统。

在控制模式二中，若光伏的输出功率大于电网负荷的需求功率，则计算该时段光伏发电系统损失的功率PE_loss；若光伏发电输出功率不大于电网负荷需求功率，则该时段的能量损耗量PE_lack。流程图如图4所示。

其中，光伏电站能量优化指标通过能量损失率和能量损耗率来表示。能量损失率为PE_loss与E_g的比值；能量损耗率为PE_lack与E_n的比值。M_sale、M_buy用来约束成本。

(a)光伏的输出功率大于电网负荷的需求功率

此时系统同时向电网负荷和蓄电池供电，会有能量损失。经过(t1<t)，η_ba表示蓄电池充放电过程中的转换效率；蓄电池充电至最大容量SOCmax，之后的(t-t1)时间，电网停止给蓄电池充电，即TYPE C：

式中，PE_loss表示在光伏发电系统损失的能量，其中PE_loss(m)表示在本次智能控制结束时光伏发电系统损失的能量,PE_loss(m-1)表示在上次智能控制结束时光伏发电系统损失的能量；e_sale为当前时段的电站购电电价；M_sale为光伏电站购电需要的成本；E_n表示负荷总需求量，其中E_n(m)表示本次智能控制结束时负荷总需求量,其中E_n(m-1)表示上次智能控制结束时负荷总需求量；E_g表示电源发电总量，其中E_g(m)为本次智能控制结束时电源发电总量，E_g(m-1)为上次智能控制结束时电源发电总量；P_load(t)为t时间段内电网负荷需求功率；P_pv(t)为t时段内光伏发电的输出功率；P_ba为蓄电池充放电功率。

若经过时间t蓄电池充电没有达到SOCmax，那么在此期间蓄电池都以功率P_ba充电：

若系统中有光伏组件向电网负荷供电，则存在能量损失，即TYPE D：

(b)光伏发电输出功率不大于电网负荷需求功率

光伏组件只向电网负荷供电，存在能量损耗，即TYPE E：

在具体实施中，在峰时段光伏电池板发电，采用控制模式三来控制光伏电站的储能系统。

对于控制模式三，由于处于峰时段，以大电网负荷为重。流程图如图5所示。

同样分两种情况考虑：

(A)电网负荷需求功率小于光伏发电输出功率，这种情况同模式二中的(1)完全相同。

(B)电网负荷需求功率大于光伏发电输出功率。若蓄电池剩余荷电容量大于其最小容量SOCmin，由于峰时期购电电价高，可以达到较高的售电收益，那么蓄电池以功率Pba放电，经过(t1<t)，η_ba表示蓄电池充放电过程中的转换效率；蓄电池放电至最小容量SOCmin，之后的(t-t1)时间，蓄电池停止给大电网负荷供电，即TYPE F：

式(9)表明若经过时间t蓄电池放电后的剩余荷电容量仍大于SOCmin，那么在整个时间t中蓄电池都放电：

若蓄电池剩余荷电容量达到SOCmin，那么只有光伏给电网负荷供电，即与TYPE E相同。

峰时段的19:00～23:00，售电电价高，一切以大电网负荷需求为重。而此时光伏不发电或是光伏发电功率太低而不能被捕获，光伏无法给电网负荷供电，与控制模式三有所区别，故而选用另一种控制模式——控制模式四。其控制流程图如图6所示。

在这种控制模式下，若蓄电池剩余荷电容量大于其最小容量SOCmin，蓄电池放电，经过η_ba表示蓄电池充放电过程中的转换效率；(t1<t)，蓄电池放电至SOCmin，之后的(t-t1)时间，电网停止给蓄电池充电，存在能量损耗，即TYPE G：

若经过时间t蓄电池放电后的剩余荷电容量仍大于SOCmin，那么在整个时间t中蓄电池都放电：

若蓄电池剩余荷电容量达到SOCmin，那么光伏电站与电网之间停止能量交换，即TYPE B：

如图7和图8所示，光伏电站的储能系统包括储能电池，所述储能电池与AC/DC转换器相连，所述AC/DC转换器通过储能开关连接至交流母线上，所述储能智能集中控制器用于控制AC/DC转换器中开关元件的开断以及储能开关的开闭。

储能智能集中控制器还与并网开关相连，用于控制并网开关的开闭；所述并网开关串接在交流母线与电网之间；

储能智能集中控制器还与光伏开关相连，用于控制光伏开关的开闭；所述光伏开关的一端与交流母线相连，另一端与通过DC/AC逆变器与光伏电站的光伏组件相连。

本发明不仅降低了光伏电站夜晚空载状态下的变压器、线路、逆变器、汇流箱等整体损耗，而且充分利用储能系统享受一定峰谷电价补贴(尤其是光伏电站超装或装机容量大于变压器视在功率的情况)、利用储能智能集中控制器实现白天和夜晚的运行状态的自动切换，从而使光伏电站设备得到最大化利用、损耗最低、经济效益充分发挥，提供设备的利用率和性价比。

二、降低光伏电站损耗的储能系统智能控制装置的控制方法

本发明还提供了一种降低光伏电站损耗的储能系统智能控制装置的控制方法，该方法适用于储能智能集中控制器。

本发明的降低光伏电站损耗的储能系统智能控制装置的控制方法，包括：

(1)将全天24h分为峰、谷和平三种时段。

根据大电网的峰谷分时电价计算方法将全天24h分为峰、谷、平三种时段。

在图2中，m表示控制次数，在运行过程中选用每15min为一个周期，全天可控制96次。每天第一次智能控制之前，根据大电网的峰谷分时电价计算方法将全天24h分为峰、谷、平三种时段。

(2)确定当前时刻所处的时段，并根据当前时刻的光伏电站输出电压信号和电流信号预测出当前时段光伏发电输出功率；

例如：谷时段(0:00～7:00或23:00～24:00)；平时段(7:00～11:00或16:00～19:00)；峰时段(11:00～16:00或19:00～23:00)。

(3)根据电网负荷需求功率与光伏发电输出功率的大小以及蓄电池SOC监测量的多少来确定各个时段内控制光伏电站的储能系统的控制模式；

例如：

若是谷时段(0:00～7:00或23:00～24:00)，根据在光伏电场的监测情况，在谷时段内光伏电池板不发电，这时采用控制模式一。若是平时段(7:00～11:00或16:00～19:00)，光伏电站采用控制模式二。若是峰时段(11:00～16:00或19:00～23:00)，则分两种工作模式：在11:00～16:00时间段内光伏电池板发电，采用控制模式三；在19:00～23:00时间段内同谷时段一样光伏电池板不发电，采用控制模式四。

(4)利用当前时段相匹配的控制模式来控制光伏电站的储能系统，直至一天结束；通过每天对光伏电站的储能系统进行控制，使光伏电站运行损耗降至最低，获得利润最大。

光伏组件的工作状态容易受到光辐照度和负荷的影响，为了确保整个光伏发电系统可靠、高效运行，同时还获得最大的经济效益，就需要进行能量管理，及时调控蓄电池进行充放电。为此本发明将整个控制过程细化，分成多个不同情况具体分析，每组公式都对应着一种情况，每组公式都能确定一个既能满足大电网需求又能得到最大经济效益的最佳的充放电方案。

在具体实施中，在谷时段内，电网负荷需求功率不小于光伏发电输出功率，采用控制模式一来控制光伏电站的储能系统，其具体过程为：

若蓄电池中剩余负荷电容量未达到蓄电池的最大容量，则电网为蓄电池充电，直至蓄电池中剩余负荷电容量达到蓄电池的最大容量；

若蓄电池中达到蓄电池的最大容量，则光伏电站与电网停止能量交换。

具体地，在谷时段，光伏不发电或是光伏发电功率太低而不能被捕获，电网负荷需求功率不小于光伏的输出功率，即控制模式一，其流程图如图3所示。由于谷时期购电电价低，售电收益达不到预期，此时若蓄电池中剩余负荷电容量没有到达其最大容量，那么蓄电池以功率Pba充电。

蓄电池充放电功率Pba约束条件：

|P_ba(t)|≥0

式中，V_ba(t)表示蓄电池在t时刻的工作状态，V_ba(t)＝0则表示蓄电池不工作，V_ba(t)＝1则表示蓄电池放电；C_ba表示蓄电池组的安时容量；Δt表示智能控制时间间隔；I_{dh_max}表示蓄电池组允许的最大放电电流；U_ba(t)为蓄电池两端电压。

经过(t1<t)，η_ba表示蓄电池充放电过程中的转换效率；蓄电池充电至最大容量SOCmax，之后的(t-t1)时间，电网停止给蓄电池充电，即TYPE A：

式中，PE_lack表示能量损耗量，其中PE_lack(m)表示本次智能控制结束时能量损耗量，PE_lack(m-1)表示上次智能控制结束时能量损耗量；e_buy为当前时段的电站购电电价；M_buy为光伏电站购电需要的成本；E_n表示负荷总需求量，其中E_n(m)表示本次智能控制结束时负荷总需求量,其中E_n(m-1)表示上次智能控制结束时负荷总需求量；P_load(t)为t时间段内电网负荷需求功率；P_ba为蓄电池充放电功率。

具体地，P_load(t)可通过以往的电网负荷曲线建模而得出的预测值。

若经过时间t蓄电池充电没有达到SOCmax，则蓄电池在整个时间段t内都以恒定功率充电，如式2：

若蓄电池剩余荷电容量达到SOCmax，那么光伏电站与电网停止能量交换，则TYPEB：

在具体实施中，在平时段内，采用控制模式二来控制光伏电站的储能系统。

在控制模式二中，若光伏的输出功率大于电网负荷的需求功率，则计算该时段光伏发电系统损失的功率PE_loss；若光伏发电输出功率不大于电网负荷需求功率，则该时段的能量损耗量PE_lack。流程图如图4所示。

其中，光伏电站能量优化指标通过能量损失率和能量损耗率来表示。能量损失率为PE_loss与E_g的比值；能量损耗率为PE_lack与E_n的比值。M_sale、M_buy用来约束成本。

(a)光伏的输出功率大于电网负荷的需求功率

此时系统同时向电网负荷和蓄电池供电，会有能量损失。经过(t1<t)，η_ba表示蓄电池充放电过程中的转换效率；蓄电池充电至最大容量SOCmax，之后的(t-t1)时间，电网停止给蓄电池充电，即TYPE C：

式中，PE_loss表示在光伏发电系统损失的能量，其中PE_loss(m)表示在本次智能控制结束时光伏发电系统损失的能量,PE_loss(m-1)表示在上次智能控制结束时光伏发电系统损失的能量；e_sale为当前时段的电站购电电价；M_sale为光伏电站购电需要的成本；E_n表示负荷总需求量，其中E_n(m)表示本次智能控制结束时负荷总需求量,其中E_n(m-1)表示上次智能控制结束时负荷总需求量；E_g表示电源发电总量，其中E_g(m)为本次智能控制结束时电源发电总量，E_g(m-1)为上次智能控制结束时电源发电总量；P_load(t)为t时间段内电网负荷需求功率；P_pv(t)为t时段内光伏发电的输出功率；P_ba为蓄电池充放电功率。

若经过时间t蓄电池充电没有达到SOCmax，那么在此期间蓄电池都以功率P_ba充电：

若系统中有光伏组件向电网负荷供电，则存在能量损失，即TYPE D：

(b)光伏发电输出功率不大于电网负荷需求功率

光伏组件只向电网负荷供电，存在能量损耗，即TYPE E：

在具体实施中，在峰时段光伏电池板发电，采用控制模式三来控制光伏电站的储能系统。

对于控制模式三，由于处于峰时段，以大电网负荷为重。流程图如图5所示。

同样分两种情况考虑：

(A)电网负荷需求功率小于光伏发电输出功率，这种情况同模式二中的(1)完全相同。

(B)电网负荷需求功率大于光伏发电输出功率。若蓄电池剩余荷电容量大于其最小容量SOCmin，由于峰时期购电电价高，可以达到较高的售电收益，那么蓄电池以功率Pba放电，经过(t1<t)，η_ba表示蓄电池充放电过程中的转换效率；蓄电池放电至最小容量SOCmin，之后的(t-t1)时间，蓄电池停止给大电网负荷供电，即TYPE F：

式(9)表明若经过时间t蓄电池放电后的剩余荷电容量仍大于SOCmin，那么在整个时间t中蓄电池都放电：

若蓄电池剩余荷电容量达到SOCmin，那么只有光伏给电网负荷供电，即与TYPE E相同。

峰时段的19:00～23:00，售电电价高，一切以大电网负荷需求为重。而此时光伏不发电或是光伏发电功率太低而不能被捕获，光伏无法给电网负荷供电，与控制模式三有所区别，故而选用另一种控制模式——控制模式四。其控制流程图如图6所示。

在这种控制模式下，若蓄电池剩余荷电容量大于其最小容量SOCmin，蓄电池放电，经过η_ba表示蓄电池充放电过程中的转换效率；(t1<t)，蓄电池放电至SOCmin，之后的(t-t1)时间，电网停止给蓄电池充电，存在能量损耗，即TYPE G：

若经过时间t蓄电池放电后的剩余荷电容量仍大于SOCmin，那么在整个时间t中蓄电池都放电：

若蓄电池剩余荷电容量达到SOCmin，那么光伏电站与电网之间停止能量交换，即TYPE B：

本发明不仅降低了光伏电站夜晚空载状态下的变压器、线路、逆变器、汇流箱等整体损耗，而且充分利用储能系统享受一定峰谷电价补贴(尤其是光伏电站超装或装机容量大于变压器视在功率的情况)、利用储能智能集中控制器实现白天和夜晚的运行状态的自动切换，从而使光伏电站设备得到最大化利用、损耗最低、经济效益充分发挥，提供设备的利用率和性价比。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种降低光伏电站损耗的储能系统智能控制装置，其特征在于，包括：

同步信号采集模块，其被配置为同步采集光伏电站输出电压电流信号、光辐照度和蓄电池SOC监测量，并均传送至储能智能集中控制器；所述储能智能集中控制器与光伏电站的储能系统相连；

所述储能智能集中控制器，被配置为：

将全天24h分为峰、谷和平三种时段；

确定当前时刻所处的时段，并根据当前时刻的光伏电站输出电压信号和电流信号预测出当前时段光伏发电输出功率；

根据电网负荷需求功率与光伏发电输出功率的大小以及蓄电池SOC监测量的多少来确定各个时段内控制光伏电站的储能系统的控制模式；

利用当前时段相匹配的控制模式来控制光伏电站的储能系统，直至一天结束；通过每天对光伏电站的储能系统进行控制，使光伏电站运行损耗降至最低，获得利润最大。

2.如权利要求1所述的一种降低光伏电站损耗的储能系统智能控制装置，其特征在于，所述同步信号采集模块包括信号采集处理器，所述信号采集处理器与GPS系统/北斗同步模块相连，所述GPS系统/北斗同步模块用于发送时钟同步信号至信号采集处理器。

3.如权利要求2所述的一种降低光伏电站损耗的储能系统智能控制装置，其特征在于，所述信号采集处理器的输入端与电压电流采集模块、光辐照度采集模块和蓄电池SOC监测模块分别相连；所述信号采集处理器的输出端与储能智能集中控制器相连。

4.如权利要求1所述的一种降低光伏电站损耗的储能系统智能控制装置，其特征在于，所述储能智能集中控制器通过无线通讯模块与光伏电站的储能系统相连。

5.如权利要求4所述的一种降低光伏电站损耗的储能系统智能控制装置，其特征在于，所述无线通讯模块为LORA模块或WIFI模块。

6.如权利要求1所述的一种降低光伏电站损耗的储能系统智能控制装置，其特征在于，在谷时段内，电网负荷需求功率不小于光伏发电输出功率，采用控制模式一来控制光伏电站的储能系统，其具体过程为：

若蓄电池中剩余负荷电容量未达到蓄电池的最大容量，则电网为蓄电池充电，直至蓄电池中剩余负荷电容量达到蓄电池的最大容量；

若蓄电池中达到蓄电池的最大容量，则光伏电站与电网停止能量交换。

7.如权利要求1所述的一种降低光伏电站损耗的储能系统智能控制装置，其特征在于，在平时段内，采用控制模式二来控制光伏电站的储能系统，其具体过程为：

当光伏发电输出功率大于电网负荷的需求功率时，光伏电站同时向电网负荷和蓄电池供电；

当光伏发电输出功率不大于电网负荷需求功率时，光伏电站只向电网负荷供电。

8.如权利要求1所述的一种降低光伏电站损耗的储能系统智能控制装置，其特征在于，在峰时段光伏电池板发电，采用控制模式三来控制光伏电站的储能系统，其具体过程为：

当电网负荷需求功率小于光伏发电输出功率时，光伏电站同时向电网负荷和蓄电池供电；

当电网负荷需求功率大于光伏发电输出功率时，若蓄电池剩余荷电容量大于其最小容量，那么蓄电池以预设功率放电，经过一定时间后，蓄电池放电至最小容量，之后蓄电池停止给大电网负荷供电；

若经过预设时间后，蓄电池放电后的剩余荷电容量仍大于最小容量，那么在整个预设时间段中蓄电池都放电；若蓄电池剩余荷电容量达到最小容量，那么只有光伏给电网负荷供电；

在峰时段光伏电池板不发电时，采用控制模式四来控制光伏电站的储能系统，其具体过程为：若蓄电池剩余荷电容量大于其最小容量，蓄电池放电，经过一定时间，蓄电池放电至最小容量，之后电网停止给蓄电池充电；

若经过预设时间蓄电池放电后的剩余荷电容量仍大于最小容量，那么在整个预设时间段中蓄电池都放电；若蓄电池剩余荷电容量达到最小容量，那么光伏电站与电网之间停止能量交换。

9.一种如权利要求1-8中任一项所述的降低光伏电站损耗的储能系统智能控制装置的控制方法，该方法适用于储能智能集中控制器，其特征在于，包括：

将全天24h分为峰、谷和平三种时段；

确定当前时刻所处的时段，并根据当前时刻的光伏电站输出电压信号和电流信号预测出当前时段光伏发电输出功率；

根据电网负荷需求功率与光伏发电输出功率的大小以及蓄电池SOC监测量的多少来确定各个时段内控制光伏电站的储能系统的控制模式；

利用当前时段相匹配的控制模式来控制光伏电站的储能系统，直至一天结束；通过每天对光伏电站的储能系统进行控制，使光伏电站运行损耗降至最低，获得利润最大。

10.如权利要求9所述的降低光伏电站损耗的储能系统智能控制装置的控制方法，其特征在于，在谷时段内，电网负荷需求功率不小于光伏发电输出功率，采用控制模式一来控制光伏电站的储能系统，其具体过程为：

若蓄电池中剩余负荷电容量未达到蓄电池的最大容量，则电网为蓄电池充电，直至蓄电池中剩余负荷电容量达到蓄电池的最大容量；

若蓄电池中达到蓄电池的最大容量，则光伏电站与电网停止能量交换；

或/和

在平时段内，采用控制模式二来控制光伏电站的储能系统，其具体过程为：

当光伏发电输出功率大于电网负荷的需求功率时，光伏电站同时向电网负荷和蓄电池供电；

当光伏发电输出功率不大于电网负荷需求功率时，光伏电站只向电网负荷供电；

在峰时段光伏电池板发电，采用控制模式三来控制光伏电站的储能系统，其具体过程为：

当电网负荷需求功率小于光伏发电输出功率时，光伏电站同时向电网负荷和蓄电池供电；

当电网负荷需求功率大于光伏发电输出功率时，若蓄电池剩余荷电容量大于其最小容量，那么蓄电池以预设功率放电，经过一定时间后，蓄电池放电至最小容量，之后蓄电池停止给大电网负荷供电；

若经过预设时间后，蓄电池放电后的剩余荷电容量仍大于最小容量，那么在整个预设时间段中蓄电池都放电；若蓄电池剩余荷电容量达到最小容量，那么只有光伏给电网负荷供电；

在峰时段光伏电池板不发电时，采用控制模式四来控制光伏电站的储能系统，其具体过程为：若蓄电池剩余荷电容量大于其最小容量，蓄电池放电，经过一定时间，蓄电池放电至最小容量，之后电网停止给蓄电池充电；

若经过预设时间蓄电池放电后的剩余荷电容量仍大于最小容量，那么在整个预设时间段中蓄电池都放电；若蓄电池剩余荷电容量达到最小容量，那么光伏电站与电网之间停止能量交换。