CN111293725B - 一种光储结合稳定出力的光伏储能系统的控制方法 - Google Patents

一种光储结合稳定出力的光伏储能系统的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光储结合稳定出力的光伏储能系统的控制方法，包括下列步骤：步骤一、采集系统所在地区的日照辐射的变化数据，并通过实验和软件模拟计算出光伏系统输出功率与时间之间的变化曲线；步骤二、根据用电需要计算出系统供电需要保持的优化功率，通过实验估算光伏系统的输出效率，由此计算出上报功率；步骤三、根据所述光伏系统输出功率与时间之间的变化曲线确定光伏系统输出功率变化的时间节点和估算出储能电池充满和放尽电量的时间节点，进而根据时间节点在不同时间段设定相应策略控制本光伏储能系统供电。本发明能解决光伏储能系统供电不够稳定的问题。

Description

一种光储结合稳定出力的光伏储能系统的控制方法
技术领域
本发明涉及一种光储结合稳定出力的光伏储能系统的控制方法。
背景技术
在一些国家和地区，由于电网建设较为薄弱，电力供应较为紧张，用电缺口导致日常用电被限制，并设定一定用电限制时间段。而类似水泥生产这样耗电较大的工厂项目，如马德望海螺水泥厂，在峰时段生产用电负荷约为18MW(不含余热发电自供电)，谷时段的生产用电负荷约为25MW。但当地在高峰限电时段电网公司仅对水泥厂提供10MW的供电负荷，故海螺水泥厂在高峰限电时段尚缺少8MW的供电来源，影响工厂的正常满负荷生产计划。现有技术中具有通过光伏系统与供电网络相连进行补充供电，但由于光照受一天时间影响，同时电网供电则受到限电时段影响，因此为了保持对工厂供电的充足稳定，减少电压变化造成的电网和设备故障，现有技术需要一种结合储能系统调配光伏和电网供电配比，保障供电可靠稳定的技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光储结合稳定出力的光伏储能系统的控制方法，以解决现有技术中由于受到限电时段和光照影响光伏系统供电强弱变化两方面影响导致光伏储能系统供电不够稳定的问题。
所述的光储结合稳定出力的光伏储能系统的控制方法，包括下列步骤：
步骤一、采集系统所在地区的日照辐射的变化数据，并通过实验和软件模拟计算出光伏系统输出功率与时间之间的变化曲线；
步骤二、根据用电需要计算出系统供电需要保持的优化功率，通过实验估算光伏系统的输出效率，由此计算出上报功率；
步骤三、根据所述光伏系统输出功率与时间之间的变化曲线确定光伏系统输出功率变化的时间节点和估算出储能电池充满和放尽电量的时间节点，进而根据时间节点在不同时间段设定相应策略控制本光伏储能系统供电。
优选的，所述步骤三具体包括：当t＜T1时，光伏系统向储能电池充电直至充满；当T1≤t＜T2时，储能电池停止充电；当T2≤t＜Tp1时，光伏系统向外供电但光伏功率小于优化功率，储能系统向外放电补充光伏系统供电不足的部分；Tp1≤t＜Tp2，光伏系统向外供电且光伏功率不小于优化功率，储能系统停止供电，且在光伏功率大于上报功率时光伏系统向储能电池充电；当Tp2≤t＜T3时，光伏功率小于优化功率，储能系统向外放电补充光伏系统供电不足的部分；当T3≤t＜Tp4，光伏系统停止向外供电并向储能电池充电直至充满；当t≥Tp4，光伏系统停止向储能电池充电；其中T1为上午充电充满时间，T2为用电受限的开始时间，Tp1为光伏系统输出功率开始满足优化功率要求的时间，Tp2为光伏系统输出功率开始不满足优化功率要求的时间，T3为用电受限的结束时间，T4为下午充电充满时间，其中Tp1、Tp2、T1、T4通过所述光伏系统输出功率与时间之间的变化曲线估算得出。
优选的，所述储能系统通过EMS系统控制，EMS系统控制策略包括：
S1、采集光伏系统输出的光伏功率Pv，储能电池的容量S，且系统中设有优化功率Py、储能电池的额定功率P和储能电池额定容量C，Py为保证供电稳定的最低功率；
S2、检查是否满足Pv>Py,如果满足进行步骤S4，否则进行步骤S3；
S3、检查是否满足Pv+P>Py，如果满足进行步骤S7，否则进行步骤S9；
S4、根据S和C计算电池荷电状态soc,并检查是否满足soc<100％，如果满足进行步骤S5，否则进行步骤S6；
S5、设定储能电池的输出功率Pg＝Pv-Py,并进行步骤S11；
S6、设定储能电池的输出功率Pg＝0,并进行步骤S11；
S7、根据S和C计算电池荷电状态soc,并检查是否满足soc>0，如果满足进行步骤S8，否则进行步骤S6；
S8、设定储能电池的输出功率Pg＝Py-Pv,并进行步骤S11；
S9、根据S和C计算电池荷电状态soc,并检查是否满足soc<100％，如果满足进行步骤S10，否则进行步骤S6；
S10、设定储能电池的输出功率Pg＝Py,并进行步骤S11；
S11、根据边界条件判断Pg是充电还是放电，所述边界条件即时间当前属于所述步骤三中哪个时间段；
S12、系统输出最终Pg进行控制储能系统充电或放电。
优选的，所述优化功率Py为保证供电稳定性所需的最小值，为所述上报功率P'的75％，储能电池的额定功率P小于所述优化功率Py且与其差值在计算时能够被忽略，当Pv+P≤Py，视为Pv≈0，此时储能电池能够从电网中充电。
优选的，所述储能电池和光伏阵列均具有两个或两个以上，当根据所述EMS系统控制策略得到所述储能电池和所述光伏阵列均向外供电时，根据当前储能电池和所述光伏的供电占比获得储能配比，利用过去的年光伏数据测算供电的可靠性参数；每当测算出可靠性参数后依次进行储能配比遍历、储能电池的输出功率遍历和光伏功率遍历，当遍历结果与输入的输出功率、光伏功率和储能配比不符时将相应值更新，当所有值更新后将最终计算出的可靠性参数和储能配比输出，作为判断供电可靠性的依据。
优选的，所述光伏储能系统包括高压母线、储能系统、光伏系统和监控系统，所述高压母线连接到电网并对外供电，所述储能系统包括若干储能电池和相应的储能逆变器，所述储能电池通过相应的储能逆变器连接到所述高压母线上，所述光伏系统包括若干个光伏阵列和相应的光伏逆变器，所述光伏阵列通过相应的光伏逆变器连接到所述高压母线上，所述监控系统包括EMS系统、监控平台、环境检测仪和网关，所述监控平台信号连接所述EMS系统、所述储能逆变器、所述光伏逆变器和所述环境检测仪，所述环境检测仪用于检测外界日照强度。
本发明具有如下优点：首先本控制方法同时考虑到当地光照强度变化和限电时段影响，因此该控制方法能够适应不同地区的光照环境和法规要求，而且通过估算光伏系统输出电量随时间发生变化的节点，在结合地区电站的限定时段的起止时间点，就能将每天时间划分为多个时间段。本发明确定保证稳定性所需的优化功率和上报功率后，结合EMS系统控制策略能够确定不同时间段是对储能电池充电还是放电，并能根据工厂需求和测定的光伏系统的输出功率自动调整储能系统具体的供电量，保证本光伏储能系统的输出功率稳定，解决现有技术的不足。
附图说明
图1为本发明的系统架构图。
图2为本发明中支架结构和其内水轮机部分的结构示意图此时叶片组件处于合并状态。
图3为本发明中EMS系统控制策略的流程图。
图4为本发明中确定光伏系统和储能系统输出配比的测算逻辑图。
图5为本发明中表示不同时段系统控制储能电池充放电状态的示图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1-5所示，本发明提供了一种光储结合稳定出力的光伏储能系统的控制方法，包括下列步骤：
步骤一、采集系统所在地区的日照辐射的变化数据，并通过实验和软件模拟计算出光伏系统输出功率与时间之间的变化曲线。
步骤二、根据用电需要计算出系统供电需要保持的优化功率，通过实验估算光伏系统的输出效率，由此计算出上报功率，所述优化功率py为保证供电稳定性所需的最小值，为所述上报功率的75％。
步骤三、根据所述光伏系统输出功率与时间之间的变化曲线确定光伏系统输出功率变化的时间节点和估算出储能电池充满和放尽电量的时间节点，进而根据时间节点在不同时间段设定相应策略控制本光伏储能系统供电。
所述步骤三具体包括：当t＜T1时，光伏系统向储能电池充电直至充满；当T1≤t＜T2时，储能电池停止充电；当T2≤t＜Tp1时，光伏系统向外供电但光伏功率小于优化功率，储能系统向外放电补充光伏系统供电不足的部分；Tp1≤t＜Tp2，光伏系统向外供电且光伏功率不小于优化功率，储能系统停止供电，且在光伏功率大于上报功率时光伏系统向储能电池充电；当Tp2≤t＜T3时，光伏功率小于优化功率，储能系统向外放电补充光伏系统供电不足的部分；当T3≤t＜Tp4，光伏系统停止向外供电并向储能电池充电直至充满；当t≥Tp4，光伏系统停止向储能电池充电；其中T1为上午充电充满时间，T2为用电受限的开始时间，Tp1为光伏系统输出功率开始满足优化功率要求的时间，Tp2为光伏系统输出功率开始不满足优化功率要求的时间，T3为用电受限的结束时间，T4为下午充电充满时间，其中Tp1、Tp2、T1、T4通过所述光伏系统输出功率与时间之间的变化曲线估算得出。
所述储能系统通过EMS系统控制，EMS系统控制策略包括：
S1、采集光伏系统输出的光伏功率Pv，储能电池的容量S，且系统中设有优化功率Py、储能电池的额定功率P和储能电池额定容量C，Py为保证供电稳定的最低功率；
S2、检查是否满足Pv>Py,如果满足进行步骤S4，否则进行步骤S3；
S3、检查是否满足Pv+P>Py，如果满足进行步骤S7，否则进行步骤S9；
S4、根据S和C计算电池荷电状态so,并检查是否满足soc<100％，如果满足进行步骤S5，否则进行步骤S6；
S5、设定储能电池的输出功率Pg＝Pv-Py,并进行步骤S11；
S6、设定储能电池的输出功率Pg＝0,并进行步骤S11；
S7、根据S和C计算电池荷电状态soc,并检查是否满足soc>0，如果满足进行步骤S8，否则进行步骤S6；
S8、设定储能电池的输出功率Pg＝Py-Pv,并进行步骤S11；
S9、根据S和C计算电池荷电状态soc,并检查是否满足soc<100％，如果满足进行步骤S10，否则进行步骤S6；
S10、设定储能电池的输出功率Pg＝Py,并进行步骤S11；
S11、根据边界条件判断Pg是充电还是放电，所述边界条件即时间当前属于所述步骤三中哪个时间段；
S12、系统输出最终Pg进行控制储能系统充电或放电。
储能电池的额定功率P小于所述优化功率Py且与其差值在计算时能够被忽略，当Pv+P≤Py，视为Pv≈0，此时储能电池能够从电网中充电。而当Pv+P>Py时，还需要考虑相应时间段是否在限电时间段内，如果在则需要与光伏系统按一定配比向工厂送电，否则工厂可通过电网正常供电，而光伏系统主要为储能系统充电。
所述储能电池和光伏阵列均具有两个或两个以上，当根据所述EMS系统控制策略得到所述储能电池和所述光伏阵列均向外供电时，根据当前储能电池和所述光伏的供电占比获得储能配比，利用过去的年光伏数据测算供电的可靠性参数；每当测算出可靠性参数后依次进行储能配比遍历、储能电池的输出功率遍历和光伏功率遍历，当遍历结果与输入的输出功率、光伏功率和储能配比不符时将相应值更新，当所有值更新后将最终计算出的可靠性参数和储能配比输出，作为判断供电可靠性的依据。如果可靠性参数较低，说明可靠性降低，需要调整优化功率Py从而改变可靠性参数和储能配比输出，从而保证光伏储能系统输出的稳定性和可靠性。
以柬埔寨马德望地区为例：根据meteonorm7.0软件模拟，柬埔寨马德望地区近年水平面平均太阳能辐射量6775.6MJ/㎡，太阳日辐射呈正态分布曲线形式，对光伏系统输出的光伏功率和日照强度间关系为正比，推算出表示光伏功率与时间关系的曲线为图4的正态曲线。根据该曲线模拟推算出各个时间节点：T1为上午充电已满时间点，T4为下午充电已满时间点。包含充放电过程的时间段及对应策略如下：
W1阶段为限电时间段之前光伏系统工作放电的时间段，尽量给电池充电直至充满，到达时间T2。
W2阶段为开始限电到光伏系统输出电量满足优化功率要求，此时电磁尽量放电直至放完或到达下一阶段。
W3阶段光伏功率高于上报功率P'尽量给电池充电，直至充满。
W4阶段为光伏系统输出电量满足优化功率要求倒结束限电的时间，储能系统在PCS(储能变流器)输出范围和电池剩余容量范围内尽量放电。
W5阶段时，W4阶段结束后立即以PCS(储能变流器)最大功率给电池充电，直至光伏系统不出力或充满。
附图4 P1表示限电后开始输出到工厂时的光伏功率，P2为上午和下午充电时储能电池能够接受的最大光伏功率，P3为中午充电时能起到储存电能效果的光伏功率，P3-P'相当于P2。
表1：具体时间段对应的控制策略
如图1所示，其中所述光伏储能系统包括高压母线、储能系统、光伏系统和监控系统，所述高压母线连接到电网并对外供电，所述储能系统包括若干储能电池和相应的储能逆变器，所述储能电池通过相应的储能逆变器连接到所述高压母线上，所述光伏系统包括若干个光伏阵列和相应的光伏逆变器，所述光伏阵列通过相应的光伏逆变器连接到所述高压母线上，所述监控系统包括EMS系统、监控平台、环境检测仪和网关，所述监控平台信号连接所述EMS系统、所述储能逆变器、所述光伏逆变器和所述环境检测仪，所述环境检测仪用于检测外界日照强度。
该光伏储能系统中，用于将光伏系统和储能系统连接到高压母线的光储一次仓如图5所示，#1集电线路和#2集电线路各一组光伏阵列连接到10KV的高压母线上，若干储能电池通过站用变压器和一个集电线路连接到高压母线上。高压母线再经PT柜、计量柜串联到光伏总线柜并进而串联接入总降配电室。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的发明构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.一种光储结合稳定出力的光伏储能系统的控制方法，其特征在于：包括下列步骤：
步骤一、采集系统所在地区的日照辐射的变化数据，并通过实验和软件模拟计算出光伏系统输出功率与时间之间的变化曲线；
步骤二、根据用电需要计算出系统供电需要保持的优化功率，通过实验估算光伏系统的输出效率，由此计算出上报功率；
步骤三、根据所述光伏系统输出功率与时间之间的变化曲线确定光伏系统输出功率变化的时间节点和估算出储能电池充满和放尽电量的时间节点，进而根据时间节点在不同时间段设定相应策略控制本光伏储能系统供电；
所述步骤三具体包括：当t＜T1时，光伏系统向储能电池充电直至充满；当T1≤t＜T2时，储能电池停止充电；当T2≤t＜Tp1时，光伏系统向外供电但光伏功率小于优化功率，储能系统向外放电补充光伏系统供电不足的部分；Tp1≤t＜Tp2，光伏系统向外供电且光伏功率不小于优化功率，储能系统停止供电，且在光伏功率大于上报功率时光伏系统向储能电池充电；当Tp2≤t＜T3时，光伏功率小于优化功率，储能系统向外放电补充光伏系统供电不足的部分；当T3≤t＜T4，光伏系统停止向外供电并向储能电池充电直至充满；当t≥T4，光伏系统停止向储能电池充电；其中T1为上午充电充满时间，T2为用电受限的开始时间，Tp1为光伏系统输出功率开始满足优化功率要求的时间，Tp2为光伏系统输出功率开始不满足优化功率要求的时间，T3为用电受限的结束时间，T4为下午充电充满时间，其中Tp1、Tp2、T1、 T4通过所述光伏系统输出功率与时间之间的变化曲线估算得出；
所述储能系统通过EMS系统控制，EMS系统控制策略包括：
S1、采集光伏系统输出的光伏功率Pv，储能电池的容量S，且系统中设有优化功率Py、储能电池的额定功率P和储能电池额定容量C，Py为保证供电稳定的最低功率；
S2、检查是否满足Pv>Py,如果满足进行步骤S4，否则进行步骤S3；
S3、检查是否满足Pv+P>Py，如果满足进行步骤S7，否则进行步骤S9；
S4、根据S和C计算电池荷电状态soc,并检查是否满足soc<100%，如果满足进行步骤S5，否则进行步骤S6；
S5、设定储能电池的输出功率Pg=Pv-Py,并进行步骤S11；
S6、设定储能电池的输出功率Pg=0,并进行步骤S11；
S7、根据S和C计算电池荷电状态soc,并检查是否满足soc>0，如果满足进行步骤S8，否则进行步骤S6；
S8、设定储能电池的输出功率Pg=Py-Pv,并进行步骤S11；
S9、根据S和C计算电池荷电状态soc,并检查是否满足soc<100%，如果满足进行步骤S10，否则进行步骤S6；
S10、设定储能电池的输出功率Pg=Py,并进行步骤S11；
S11、根据边界条件判断Pg是充电还是放电，所述边界条件即时间当前属于所述步骤三中哪个时间段；
S12、系统输出最终Pg进行控制储能系统充电或放电。
2.根据权利要求1所述的一种光储结合稳定出力的光伏储能系统的控制方法，其特征在于：所述优化功率Py为保证供电稳定性所需的最小值，为所述上报功率的75%，储能电池的额定功率P小于所述优化功率Py且与其差值在计算时能够被忽略，当Pv+P≤Py，视为Pv≈0，此时储能电池能够从电网中充电。
3.根据权利要求2所述的一种光储结合稳定出力的光伏储能系统的控制方法，其特征在于：所述储能电池和光伏阵列均具有两个或两个以上，当根据所述EMS系统控制策略得到所述储能电池和所述光伏阵列均向外供电时，根据当前储能电池和所述光伏的供电占比获得储能配比，利用过去的年光伏数据测算供电的可靠性参数；每当测算出可靠性参数后依次进行储能配比遍历、储能电池的输出功率遍历和光伏功率遍历，当遍历结果与输入的输出功率、光伏功率和储能配比不符时将相应的输出功率、光伏功率和储能配比更新，当所有值更新后将最终计算出的可靠性参数和储能配比输出，作为判断供电可靠性的依据。
4.根据权利要求1-3中任一所述的一种光储结合稳定出力的光伏储能系统的控制方法，其特征在于：所述光伏储能系统包括高压母线、储能系统、光伏系统和监控系统，所述高压母线连接到电网并对外供电，所述储能系统包括若干储能电池和相应的储能逆变器，所述储能电池通过相应的储能逆变器连接到所述高压母线上，所述光伏系统包括若干个光伏阵列和相应的光伏逆变器，所述光伏阵列通过相应的光伏逆变器连接到所述高压母线上，所述监控系统包括EMS系统、监控平台、环境检测仪和网关，所述监控平台信号连接所述EMS系统、所述储能逆变器、所述光伏逆变器和所述环境检测仪，所述环境检测仪用于检测外界日照强度。
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