CN109742807B - 光储发电系统及其过程控制系统和启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的光储发电系统及其过程控制系统和启动方法，首先控制并网继电器和旁路继电器断开、离网继电器闭合，光储发电系统的逆变桥输出的交流电压逐渐上升至预设电压；然后在电网正常的情况下，控制逆变桥输出的交流电压与电网电压同频同相同幅值，使旁路继电器在两侧电压相同的情况下被控制闭合，从而避免旁路继电器上产生冲击电流；并且本方法无需硬件设备的增设，解决了现有技术中增加系统硬件成本的问题。

Description

光储发电系统及其过程控制系统和启动方法

技术领域

本发明涉及光储发电系统控制技术领域，特别涉及一种光储发电系统及其过程控制系统和启动方法。

背景技术

具有并网和离网运行功能的光储发电系统所采用的并离网切换开关系统，大多包括并网继电器On-grid relay、离网继电器Off-grid relay和旁路继电器Bypass relay；以单相光储发电系统为例，如图1a所示，电网正常时并网继电器On-grid relay和旁路继电器Bypass relay闭合进行并网运行、离网继电器Off-grid relay断开，而电网掉电时离网继电器Off-grid relay闭合进行离网运行、并网继电器On-grid relay和旁路继电器Bypassrelay断开；多相光储发电系统与此类似。

实际应用中，光储发电系统的离网端口会连接各种负载Load，如阻性载、容性载、RCD载(resistor-capacitor-diode load，电阻、电容、整流二极管组成的非线性负载)等。其中一些负载Load具有容性负载特征，系统启动时如果直接闭合旁路继电器Bypass relay为其供电，则相当于对电容短路、经过旁路继电器Bypass relay的冲击电流很大。

为了抑制该冲击电流，现有方案如图1b所示，其主要是在供电回路上加设抑制电感L，但这样会导致系统硬件成本增加。

发明内容

本发明提供一种光储发电系统及其过程控制系统和启动方法，以解决现有技术中增加系统硬件成本的问题。

为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：

本发明一方面提供一种光储发电系统的启动方法，应用于光储发电系统的过程控制系统；所述光储发电系统的并离网切换开关系统包括并网继电器、离网继电器和旁路继电器；所述光储发电系统的启动方法包括：

控制所述并网继电器和所述旁路继电器断开、所述离网继电器闭合；

控制所述光储发电系统的逆变桥输出的交流电压逐渐上升至预设电压；

判断电网是否正常；

若电网正常，则控制所述逆变桥输出的交流电压与电网电压同频同相同幅值；

控制所述旁路继电器闭合；

所述旁路继电器闭合完成后，控制所述离网继电器断开。

优选的，在控制所述旁路继电器闭合的同时，还包括：

采用电压环/电流环结合、切换的方式控制所述逆变桥输出的交流电压。

优选的，在判断电网是否正常之后，还包括：

若电网掉电，则控制所述逆变桥保持输出的交流电压为所述预设电压；

重新执行判断电网是否正常的步骤。

优选的，在所述旁路继电器闭合完成后，控制所述离网继电器断开的同时，还包括：

控制所述逆变桥停止工作，或者，

控制所述并网继电器闭合、所述逆变桥并网运行。

优选的，在控制所述并网继电器和所述旁路继电器断开、所述离网继电器闭合之前，还包括：

判断所述光储发电系统的光伏阵列发电功率或蓄电池荷电能量是否满足负载需求；

若所述光伏阵列发电功率或所述蓄电池荷电能量满足负载需求，则执行控制所述并网继电器和所述旁路继电器断开、所述离网继电器闭合的步骤。

优选的，在判断所述光储发电系统的光伏阵列发电功率或蓄电池荷电能量是否满足负载需求之后，还包括：

若所述光伏阵列发电功率和所述蓄电池荷电能量不满足负载需求，则控制光伏阵列、蓄电池以及电网中的至少一个向所述逆变桥的直流侧充电，待所述蓄电池荷电能量满足负载需求或者所述逆变桥的直流母线电压达到电压阈值后，再执行控制所述并网继电器和所述旁路继电器断开、所述离网继电器闭合的步骤。

优选的，若所述光伏阵列发电功率和所述蓄电池荷电能量不满足负载需求，则控制光伏阵列、蓄电池以及电网中的至少一个向所述逆变桥的直流侧充电，具体包括：

若所述蓄电池荷电能量低于能量阈值、所述光伏阵列发电功率低于功率阈值，而光伏阵列正常，则控制光伏阵列向蓄电池充电；

若所述蓄电池荷电能量低于所述能量阈值，而光伏阵列异常、电网正常，则控制电网通过所述逆变桥向蓄电池充电；

若所述蓄电池荷电能量低于所述能量阈值、所述光伏阵列发电功率低于所述功率阈值，且电网掉电，则控制光伏阵列或蓄电池向所述逆变桥的直流母线充电；

若光伏阵列和蓄电池均异常，而电网正常，则控制电网通过所述逆变桥向所述逆变桥的直流母线电容充电。

本发明另一方面提供一种光储发电系统的过程控制系统，其特征在于，包括：逆变桥、并离网切换开关系统和控制器；其中：

所述逆变桥的直流侧通过升降压转换电路分别与光伏阵列和蓄电池相连；

所述逆变桥的交流侧通过所述并离网切换开关系统分别与电网和负载相连；

所述控制器用于执行上述任一所述的光储发电系统的启动方法。

优选的，所述并离网切换开关系统包括并网继电器、离网继电器和旁路继电器；其中：

所述并网继电器的一侧和所述离网继电器的一侧，均与所述逆变桥的交流侧相连；

所述并网继电器的另一侧，分别与所述旁路继电器的一侧以及电网相连；

所述离网继电器的另一侧，分别与所述旁路继电器的另一侧以及负载相连。

本发明另一方面还提供一种光储发电系统，其特征在于，包括：光伏阵列、蓄电池和如上述所述的光储发电系统的过程控制系统。

本发明提供的光储发电系统的启动方法，首先控制所述并网继电器和所述旁路继电器断开、所述离网继电器闭合，所述光储发电系统的逆变桥输出的交流电压逐渐上升至预设电压；然后在电网正常的情况下，控制所述逆变桥输出的交流电压与电网电压同频同相同幅值，使所述旁路继电器在两侧电压相同的情况下被控制闭合，从而避免所述旁路继电器上产生冲击电流；并且本方法无需硬件设备的增设，解决了现有技术中增加系统硬件成本的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a和图1b是现有技术提供的单相光储发电系统的结构示意图；

图2和图3是本发明申请实施例提供的光储发电系统的启动方法的两种流程图；

图4是本发明申请另一实施例提供的光储发电系统的过程控制系统的结构示意图；

图5是本发明申请另一实施例提供的光储发电系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本发明提供一种光储发电系统的启动方法，以解决现有技术中增加系统硬件成本的问题。

该光储发电系统的启动方法应用于光储发电系统的过程控制系统；该光储发电系统的并离网切换开关系统包括并网继电器On-grid relay、离网继电器Off-grid relay和旁路继电器Bypass relay；图1a以单相光储发电系统为例进行展示，其中，并网继电器On-grid relay的一侧和离网继电器Off-grid relay的一侧，均与逆变桥的交流侧相连；并网继电器On-grid relay的另一侧，分别与旁路继电器Bypass relay的一侧以及电网相连；离网继电器Off-grid relay的另一侧，分别与旁路继电器Bypass relay的另一侧以及负载Load相连。

如图2所示，该光储发电系统的启动方法包括：

S101、控制并网继电器和旁路继电器断开、离网继电器闭合；

S102、控制光储发电系统的逆变桥输出的交流电压逐渐上升至预设电压；

该光储发电系统启动时，首先断开并网继电器和旁路继电器、闭合离网继电器，然后控制逆变桥输出交流电压，使该交流电压幅值从接近0V逐步缓起到正常电压，比如某一预设电压，此时该光储发电系统的离网端输出带载电压。然后执行步骤S103。

S103、判断电网是否正常；

若电网正常，则依次执行步骤S104至S106；若电网掉电，则执行步骤S107后重新执行步骤S103；

S104、控制逆变桥输出的交流电压与电网电压同频同相同幅值；

S105、控制旁路继电器闭合；

S106、旁路继电器闭合完成后，控制离网继电器断开；

S107、控制逆变桥保持输出的交流电压为预设电压；

待该光储发电系统的离网端按照该预设电压输出带载电压之后，如果电网掉电则控制其离网端保持该预设电压向负载供电；而如果电网正常则控制逆变桥输出的交流电压与电网电压同频同相，并且控制该交流电压的幅值缓变到与电网电压一致，然后闭合旁路继电器；在控制旁路继电器闭合的同时，可以采用电压环/电流环结合、切换的方式控制逆变桥输出的交流电压。待旁路继电器实际闭合后即可断开离网继电器，此时还可以根据实际情况，控制逆变桥停止工作，或者，闭合并网继电器然后控制逆变桥进行并网输出，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

本实施例提供的该光储发电系统的启动方法，先控制逆变桥输出的交流电压逐渐上升至能够为负载供电，然后在电网正常的情况下，控制逆变桥输出的交流电压与电网电压同频同相同幅值，使旁路继电器在两侧电压相同的情况下被控制闭合，从而避免旁路继电器上产生冲击电流；并且本方法无需硬件设备的增设，解决了现有技术中增加系统硬件成本的问题。

值得说明的是，现有技术中通过在供电回路上加设抑制电感的方案，还存在不能彻底抑制冲击电流和有LC谐振风险的问题，而本实施例提供的上述方法通过上述软件控制方法来避免旁路继电器上产生冲击电流，则可以避免这两个问题，同时还能够有效提高抑制效率，利于应用。

需要说明的是，上一实施例是基于该光储发电系统的光伏阵列发电功率或蓄电池荷电能量满足负载需求的情况的，而若该光储发电系统的光伏阵列发电功率和蓄电池荷电能量不满足负载需求，则上一实施例中的步骤S102无法顺利实现，也即无法执行该方法。因此，本发明另一实施例还提供了一种更为优选的光储发电系统的启动方法，在上述实施例及图2的基础之上，如图3所示，在其步骤S101之前，还包括：

S201、判断光储发电系统的光伏阵列发电功率或蓄电池荷电能量是否满足负载需求；

该负载需求具体是指负载消耗功率的需求；若光伏阵列发电功率或蓄电池荷电能量满足负载需求，则执行步骤S101；而若光伏阵列发电功率和蓄电池荷电能量不满足负载需求，则执行步骤S202；

S202、控制光伏阵列、蓄电池以及电网中的至少一个向逆变桥的直流侧充电；

实际应用中，向逆变桥的直流侧充电，包括向蓄电池或直流母线电容充电，此处不做具体限定，视其应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

待蓄电池荷电能量满足负载需求或者逆变桥的直流母线电压达到电压阈值后，再执行步骤S101。

实际应用中，该光储发电系统的光伏阵列发电功率和蓄电池荷电能量不满足负载需求的情况有很多种，比如光伏阵列发电功率低且蓄电池荷电能量低，或者，光伏阵列/蓄电池未接或损坏等等。对于不同的实际情况，该步骤S202应当采取相应的控制措施；比如：

若光伏阵列和蓄电池均正常，则在蓄电池荷电能量低于能量阈值、光伏阵列发电功率低于功率阈值，使得光储发电系统的输出无法满足该负载需求时，步骤S202为控制光伏阵列向蓄电池充电；

若光伏阵列异常、电网和蓄电池均正常，则在蓄电池荷电能量低于能量阈值，使得光储发电系统的输出无法满足该负载需求时，步骤S202为控制电网通过逆变桥向蓄电池充电；

若电网掉电、光伏阵列和蓄电池均正常，则在蓄电池荷电能量低于能量阈值、光伏阵列发电功率低于功率阈值，使得光储发电系统的输出无法满足该负载需求时，步骤S202为控制光伏阵列或蓄电池向逆变桥的直流母线充电；实际应用中可以控制光伏阵列或蓄电池以小功率把直流母线电压充到允许的高电压；

若光伏阵列和蓄电池均异常，而电网正常，则步骤S202为控制电网通过逆变桥向逆变桥的直流母线电容充电；具体可以将直流母线电容的电压充到尽量高但安全的电压值V_high，进而把直流母线电容的荷电能量作为逆变缓起及继电器动作过程中负载消耗电量的来源。然后采用上述方法操作，操作过程中该直流母线电容电压会迅速下降，在该直流母线电容的电压下降到逆变需求的最低电压V_low前完成动作过程，可以计算得到该操作过程所消耗的电量为

其中，C_bus为该直流母线电容的电容量。

实际应用中，还可能会存在其他充电方式，并不仅限于上述情况，但是，不论采取上述何种控制措施，其步骤S202的具体过程主要分为两种，一种是由光伏阵列或电网向蓄电池充电到其荷电能量满足负载要求；另一种是首先由光伏阵列、蓄电池或者电网把直流母线电压缓起，然后控制DC-DC变换器或者DC-AC变换器工作，把直流母线电压冲到较高值，即上述电压阈值。当上述两种情况之一实现之后，即可执行上一实施例中的各个步骤，进而实现对于该光储发电系统在无冲击电流情况下的启动或并离网切换。

值得说明的是，上述内容中的各项阈值均可视其具体应用环境而定，此处均不做限定，能够实现相应原理的设置均在本申请的保护范围内。

其余原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明另一实施例还提供了一种光储发电系统的过程控制系统，该过程控制系统如图4所示，包括：逆变桥、并离网切换开关系统和控制器；其中：

逆变桥的直流侧通过升降压转换电路分别与光伏阵列和蓄电池相连；实际应用中，光伏阵列可以通过单向升压转换电路与该逆变桥相连，而蓄电池可以通过双向升降压转换电路与该逆变桥相连；视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

逆变桥的交流侧通过并离网切换开关系统分别与电网和负载Load相连；实际应用中，逆变桥的交流侧与并离网切换开关系统之间还应当设置有交流滤波器，如图4中的LCL滤波器，但并不仅限于此。

本实施例中的逆变桥，与现有技术中的逆变桥相同，其结构和工作原理不再一一赘述；并且，本实施例中的控制器，也具备现有技术中控制器的各种相应功能，此处不再一一赘述，除此之外，本实施例中的控制器还能够用于执行上述任一实施例所述的光储发电系统的启动方法；该启动方法的具体过程和原理参见上述实施例，此处不再赘述。

优选的，该并离网切换开关系统包括并网继电器、离网继电器和旁路继电器；其中：

并网继电器的一侧和离网继电器的一侧，均与逆变桥的交流侧相连；

并网继电器的另一侧，分别与旁路继电器的一侧以及电网相连；

离网继电器的另一侧，分别与旁路继电器的另一侧以及负载相连。

图1a和图4均以单相光储发电系统为例进行了并离网切换开关系统的展示，其中，On-grid relay为并网继电器，Off-grid relay为离网继电器，Bypass relay为旁路继电器；多相光储发电系统的并离网切换开关系统与此类似，并未进行展示。

各个继电器根据控制器的控制，实现对于该光储发电系统在无冲击电流情况下的启动或并离网切换，其原理可参见上述实施例，此处不再赘述。

本发明另一实施例还提供了一种光储发电系统，如图5所示，包括：光伏阵列、蓄电池和如上一实施例所述的光储发电系统的过程控制系统。

图5中的负载Load1为该过程控制系统所采用启动方法所针对的负载，比如阻性载、容性载、RCD载等，通过该启动方法能够实现对于该光储发电系统在无冲击电流情况下的启动或并离网切换，其原理可参见上述实施例，此处不再赘述。

实际应用中，该光储发电系统与电网之间还可以设置有电表Meter，以实现相应的电量检测和保护等；并且，在电表Meter与该过程控制系统之间还可以连接有负载Load2，这种负载只在电网正常时运行即可，可以根据实际应用环境进行连接应用，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

其余结构及原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种光储发电系统的启动方法，其特征在于，应用于光储发电系统的过程控制系统；所述光储发电系统的并离网切换开关系统包括并网继电器、离网继电器和旁路继电器；所述光储发电系统的启动方法包括：

所述光储发电系统启动时，控制所述并网继电器和所述旁路继电器断开、所述离网继电器闭合；

控制所述光储发电系统的逆变桥输出的交流电压逐渐上升至预设电压；

判断电网是否正常；

若电网正常，则控制所述逆变桥输出的交流电压与电网电压同频同相同幅值；

控制所述旁路继电器闭合，使得所述旁路继电器在两侧电压相同的情况下被控制闭合，从而避免所述旁路继电器上产生冲击电流；

所述旁路继电器闭合完成后，控制所述离网继电器断开。

2.根据权利要求1所述的光储发电系统的启动方法，其特征在于，在控制所述旁路继电器闭合的同时，还包括：

采用电压环/电流环结合、切换的方式控制所述逆变桥输出的交流电压。

3.根据权利要求1所述的光储发电系统的启动方法，其特征在于，在判断电网是否正常之后，还包括：

若电网掉电，则控制所述逆变桥保持输出的交流电压为所述预设电压；

重新执行判断电网是否正常的步骤。

4.根据权利要求1所述的光储发电系统的启动方法，其特征在于，在所述旁路继电器闭合完成后，控制所述离网继电器断开的同时，还包括：

控制所述逆变桥停止工作，或者，

控制所述并网继电器闭合、所述逆变桥并网运行。

5.根据权利要求1-4任一所述的光储发电系统的启动方法，其特征在于，在控制所述并网继电器和所述旁路继电器断开、所述离网继电器闭合之前，还包括：

判断所述光储发电系统的光伏阵列发电功率或蓄电池荷电能量是否满足负载需求；

若所述光伏阵列发电功率或所述蓄电池荷电能量满足负载需求，则执行控制所述并网继电器和所述旁路继电器断开、所述离网继电器闭合的步骤。

6.根据权利要求5所述的光储发电系统的启动方法，其特征在于，在判断所述光储发电系统的光伏阵列发电功率或蓄电池荷电能量是否满足负载需求之后，还包括：

若所述光伏阵列发电功率和所述蓄电池荷电能量不满足负载需求，则控制光伏阵列、蓄电池以及电网中的至少一个向所述逆变桥的直流侧充电，待所述蓄电池荷电能量满足负载需求或者所述逆变桥的直流母线电压达到电压阈值后，再执行控制所述并网继电器和所述旁路继电器断开、所述离网继电器闭合的步骤。

7.根据权利要求6所述的光储发电系统的启动方法，其特征在于，若所述光伏阵列发电功率和所述蓄电池荷电能量不满足负载需求，则控制光伏阵列、蓄电池以及电网中的至少一个向所述逆变桥的直流侧充电，具体包括：

若所述蓄电池荷电能量低于能量阈值、所述光伏阵列发电功率低于功率阈值，而光伏阵列正常，则控制光伏阵列向蓄电池充电；

若所述蓄电池荷电能量低于所述能量阈值，而光伏阵列异常、电网正常，则控制电网通过所述逆变桥向蓄电池充电；

若所述蓄电池荷电能量低于所述能量阈值、所述光伏阵列发电功率低于所述功率阈值，且电网掉电，则控制光伏阵列或蓄电池向所述逆变桥的直流母线充电；

若光伏阵列和蓄电池均异常，而电网正常，则控制电网通过所述逆变桥向所述逆变桥的直流母线电容充电。

8.一种光储发电系统的过程控制系统，其特征在于，包括：逆变桥、并离网切换开关系统和控制器；其中：

所述逆变桥的直流侧通过升降压转换电路分别与光伏阵列和蓄电池相连；

所述逆变桥的交流侧通过所述并离网切换开关系统分别与电网和负载相连；

所述控制器用于执行权利要求1-7任一所述的光储发电系统的启动方法。

9.根据权利要求8所述的光储发电系统的过程控制系统，其特征在于，所述并离网切换开关系统包括并网继电器、离网继电器和旁路继电器；其中：

所述并网继电器的一侧和所述离网继电器的一侧，均与所述逆变桥的交流侧相连；

所述并网继电器的另一侧，分别与所述旁路继电器的一侧以及电网相连；

所述离网继电器的另一侧，分别与所述旁路继电器的另一侧以及负载相连。

10.一种光储发电系统，其特征在于，包括：光伏阵列、蓄电池和如权利要求8或9所述的光储发电系统的过程控制系统。

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