CN112383089A - 一种直流组网的光储微网系统及其控制方法 - Google Patents

一种直流组网的光储微网系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明适用于光储微网技术领域，提供了一种直流组网的光储微网系统及其控制方法，所述直流组网的光储微网系统包括：光伏电池板、光伏变换器、储能电池、储能变换器、逆变器以及交流输出端；所述光伏电池板与所述光伏变换器连接；所述光伏变换器通过直流母线与所述逆变器连接；所述储能电池与所述储能变换器连接；所述储能变化器通过直流母线与所述逆变器连接；所述逆变器与所述交流输出端连接；所述交流输出端与负载连接。本发明提高了控制效率、可靠性以及降低控制难度。

Description

一种直流组网的光储微网系统及其控制方法
技术领域
本发明属于光储微网技术领域，尤其涉及一种直流组网的光储微网系统及其控制方法。
背景技术
光储微网系统因其可灵活配置，没有长距离输电线路等优势，是海岛，偏远地区很好的一个供电方案。
专利CN104578169A中提出了一种交流的微网方案，该方案通过调整交流母线电压的参数，实现光伏和储能的功率匹配，这种通过调整交流电压的方式显然会造成供电的波动，影响供电质量。
专利CN104052082B中提出了一种直流耦合光伏和储能的方案，但该方案通过改变光伏DC/DC的MPPT模式，甚至切除部分光伏组件来匹配光伏和储能的功率，这种方式引入了控制的复杂度，增加了系统的难度。
专利CN111293717A的方案也是通过直流耦合光伏和储能，并且通过直流母线电压控制完成功率的匹配，但该方案提出逆变器母线电压值同时包含了MPPT的信息，必然造成直流母线的波动，所以储能DC/DC必须与光伏逆变器加入通信，实时获取光伏逆变器的稳压值，这种方案需要加入通信线，增加了系统的复杂度，降低了可靠性。可见现有的方案存在控制效果差、可靠性降低以及控制难度大等问题。
发明内容
本发明实施例提供一种直流组网的光储微网系统，旨在解决现有技术存在控制效果差、可靠性降低以及控制难度大等问题。
本发明实施例提供一种直流组网的光储微网系统，所述直流组网的光储微网系统包括：光伏电池板、光伏变换器、储能电池、储能变换器、逆变器以及交流输出端；
所述光伏电池板与所述光伏变换器连接；
所述光伏变换器通过直流母线与所述逆变器连接；
所述储能电池与所述储能变换器连接；
所述储能变化器通过直流母线与所述逆变器连接；
所述逆变器与所述交流输出端连接；
所述交流输出端与负载连接。
更进一步地，所述光伏变换器用于完成对光伏电池板的最大功率点跟踪，同时具备直流母线的限压功能。
更进一步地，所述储能变换器用于完成对直流母线电压的控制，同时具备储能电池端口的限流限压功能。
更进一步地，所述逆变器用于将直流电转换成交流电输出，给负载供电。
更进一步地，所述光伏变换器为光伏DC/DC变换器。
更进一步地，所述储能变换器为储能DC/DC变换器；
更进一步地，所述逆变器为DC/AC逆变器。
更进一步地，所述光伏变换器通过第一直流母线与所述逆变器连接，所述储能变化器通过第二直流母线与所述逆变器连接。
本发明实施例还提供了一种直流组网的光储微网系统的控制方法，所述方法包括步骤：
预设光伏变换器的限压值以及储能变换器的稳压值；
当储能变换器的充放电能力足够时，通过所述储能变换器稳定直流母线电压，并通过所述光伏变换器完成对光伏电池板的最大功率点跟踪以及通过所述逆变器稳定交流输出端电压传输给负载；
当储能变换器充电能力不足时，直流母线电压会上升，直流母线电压达到所述光伏变换器的限压值后，光伏变换器会自动降功率运行，以保持直流母线电压稳定在光伏变换器的限压值，以实现光伏与储能电池功率自动匹配，并通过所述逆变器稳定交流输出端电压传输给负载。
更进一步地，所述光伏变换器的限压值比所述储能变换器的稳压值高出一设定值。
本发明所达到的有益效果：通过储能变换器稳定直流母线电压以及对储能电池端口进行限流限压，以提高稳定性。通过光伏变换器对光伏电池板进行最大功率点跟踪，能够最大效率的利用光伏电池板的能量，以增强控制效果。同时通过逆变器完成了光伏和电池的功率自动匹配，并将光伏变换器以及储能变换器输出的直流电转化为交流电提供给交流输出端，进而可以稳定交流输出端的电压提供给负载工作电压，以实现光伏和电池的功率自动匹配。且在储能变换器与光伏变换器之间不需要通信线，提高了系统的可靠性，同时系统的控制过程较为简单。进而增强了整个直流组网的光储微网系统的控制效果、提高了可靠性以及降低直流组网的光储微网系统的控制难度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种直流组网的光储微网系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种直流组网的光储微网系统的控制方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的一种光伏变换器的限压值与储能变换器的稳压值的关系图。
其中，1、光伏电池板；2、光伏变换器；3、储能电池；4、储能变换器；5、直流母线；6、逆变器；7、交流输出端；8、负载。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明通过储能变换器稳定直流母线电压以及对储能电池端口进行限流限压，以提高稳定性。通过光伏变换器对光伏电池板进行最大功率点跟踪，能够最大效率的利用光伏电池板的能量，以增强控制效果。同时通过逆变器完成了光伏和电池的功率自动匹配，并将光伏变换器以及储能变换器输出的直流电转化为交流电提供给交流输出端，进而可以稳定交流输出端的电压提供给负载工作电压，以实现光伏和电池的功率自动匹配。且在储能变换器与光伏变换器之间不需要通信线，提高了系统的可靠性，同时系统的控制过程较为简单。进而增强了整个直流组网的光储微网系统的控制效果、提高了可靠性以及降低直流组网的光储微网系统的控制难度。
实施例一
如图1所示，图1是本发明实施例提供的一种直流组网的光储微网系统的结构示意图。
该直流组网的光储微网系统包括：光伏电池板1、光伏变换器2、储能电池3、储能变换器4、逆变器6以及交流输出端7；光伏电池板1与光伏变换器2连接；光伏变换器2通过直流母线5与逆变器6连接；储能电池3与储能变换器4连接；储能变化器通过直流母线5与逆变器6连接；逆变器6与交流输出端7连接；交流输出端7与负载8连接。
其中，上述光伏电池板1与光伏变换器2之间也是通过直流母线5连接。上述储能电池3与储能变换器4之间也是通过直流母线5连接。
在本发明一实施方式中，光伏变换器2用于完成对光伏电池板1的最大功率点跟踪，同时具备直流母线5的限压功能。其中，上述最大功率点跟踪可以称为MPPT(MaximumPower Point Tracking)，上述光伏变换器2可以为光伏DC/DC变换器，上述直流母线5用于传输直流电。具体的，首先可以设置该光伏变换器2的限压值，该限压值可以根据实际需求进行设置，在本发明实施例中不对光伏变换器2的限压值进行限定。当直流母线电压超出限压值，光伏变换器2自动降低光伏输出功率，以保证直流母线电压稳定在光伏变换器2的限压值上。进而提供给逆变器6一个稳定的直流电，保证逆变器6能够稳定工作。
在本发明一实施方式中，储能变换器4用于完成对直流母线电压的控制，同时具备储能电池3端口的限流限压功能。其中，上述储能变换器4可以为储能DC/DC变换器。具体的，也可以为储能变换器4设置一稳压值，储能变换器4可以基于该稳压值稳定直流母线电压，以保证直流母线5提供一个稳定电压给逆变器6，保证逆变器6能够稳定工作。同时，还能够限定储能电池3端口的电流以及电压，以保证储能电池3能够工作在正常状态，进而避免储能电池3充放电能力过高或过低时损坏储能电池3。
在本发明一实施方式中，逆变器6用于将直流电转换成交流电输出，给负载8供电。其中，上述逆变器6为DC/AC逆变器6。具体的，逆变器6可以完成光伏和电池的功率自动匹配。逆变器6可以将光伏变换器2输出的直流电以及储能变换器4输出的直流电转换为交流电，以便于给与交流输出端7连接的负载8提供工作电源。
需要说明的是，上述光伏变换器2可以是通过第一直流母线与逆变器6连接。储能变化器可以是通过第二直流母线与逆变器6连接。这样光伏组可以独立的与逆变器6连接，同时储能组也能够独立的与逆变器6连接，使得光伏组与储能组之间没有通信线，提高了系统的可靠性。第一直流母线用于传输光伏组的直流电给逆变器6，进而通过逆变器6转换为交流电提供给负载8。第二直流母线用于传输储能组的直流电给逆变器6，进而通过逆变器6转换为交流电提供给负载8。
在本发明实施例中，通过储能变换器4稳定直流母线电压以及对储能电池3端口进行限流限压，以提高稳定性。通过光伏变换器2对光伏电池板1进行最大功率点跟踪，能够最大效率的利用光伏电池板1的能量，以增强控制效果。同时通过逆变器6完成了光伏和电池的功率自动匹配，并将光伏变换器2以及储能变换器4输出的直流电转化为交流电提供给交流输出端7，进而可以稳定交流输出端7的电压提供给负载8工作电压，以实现光伏和电池的功率自动匹配。且在储能变换器4与光伏变换器2之间不需要通信线，提高了系统的可靠性，同时系统的控制过程较为简单。进而增强了整个直流组网的光储微网系统的控制效果、提高了可靠性以及降低直流组网的光储微网系统的控制难度。
实施例二
如图2所示，图2是本发明实施例提供的一种直流组网的光储微网系统的控制方法的流程图。方法包括步骤：
步骤101、预设光伏变换器的限压值以及储能变换器的稳压值。
具体的，如图3所示，图3是本发明实施例提供的一种光伏变换器的限压值与储能变换器的稳压值的关系图。光伏变换器的限压值比储能变换器的稳压值高出一设定值。该设定值的大小可以根据实际需要进行设置，在本发明实施例中，该设定值可以用Vd来表示，且Vd为正数。也可以说明，光伏变换器的限压值比储能变换器的稳压值大。需要说明的是，光伏变换器的限压值以及储能变换器的稳压值的大小均可以根据实际需求进行设置，在本发明实施例中并不对光伏变换器的限压值以及储能变换器的稳压值的大小进行限定。
步骤102、当储能变换器的充放电能力足够时，通过储能变换器稳定直流母线电压，并通过光伏变换器完成对光伏电池板的最大功率点跟踪以及通过逆变器稳定交流输出端电压传输给负载。
具体的，上述储能变换器的充放电能力足够可以理解为储能电池在放电时为正常状态，能够提供足够的直流电给储能变换器进行充电，储能变换器充电正常，此时储能变换器的放电能力也是正常的。当储能变换器的充放电能力均正常时，说明储能变换器的充放电能力足够。此时，储能变换器能够正常工作，并对直流母线电压进行控制，稳定直流母线电压在稳压值内，保证提供给逆变器一个稳定电压。
在储能变换器稳定直流母线电压的同时，光伏变换器即可完成光伏电池板的最大功率点跟踪，将最大效率的利用光伏的能量。此时光伏变换器还可以对直流母线电压进行控制，将直流母线电压稳定在限压值内，保证提供给逆变器一个稳定电压。
最后通过逆变器基于限压值和稳压值完成光伏和电池的功率自动匹配，稳定的将光伏变换器以及储能变换器输出的直流电转化为交流电提供给交流输出端，进而由交流输出端提供给负载进行工作。
步骤103、当储能变换器充电能力不足时，直流母线电压会上升，直流母线电压达到光伏变换器的限压值后，光伏变换器会自动降功率运行，以保持直流母线电压稳定在光伏变换器的限压值，以实现光伏与储能电池功率自动匹配，并通过逆变器稳定交流输出端电压传输给负载。
具体的，当储能变换器充电能力不足时，直流母线电压也相应不足，为了保证直流母线上的电压能够保持在一个稳定值时，需要通过储能变换器对直流母线电压进行控制，使直流母线电压上升，直到直流母线电压达到光伏变换器的限压值。此时，光伏变换器会自动降低光伏输出功率运行，以保持直流母线电压稳定在光伏变换器的限压值，以实现光伏与储能电池功率自动匹配。以便于逆变器稳定的将光伏变换器以及储能变换器输出的直流电转化为交流电提供给交流输出端，进而提供给负载。
在本发明实施例中，通过预设光伏变换器的限压值以及储能变换器的稳压值，并通过光伏变换器的限压值以及储能变换器的稳压值对直流母线电压进行控制，自动匹配了电池和光伏的功率，并且最大效率的利用了光伏功率，且整个控制过程较为简单。进而增强了流组网的光储微网系统的控制方法的控制效果、提高了可靠性以及降低了流组网的光储微网系统的控制方法的控制难度。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直流组网的光储微网系统，其特征在于，所述系统包括：光伏电池板、光伏变换器、储能电池、储能变换器、逆变器以及交流输出端；
所述光伏电池板与所述光伏变换器连接；
所述光伏变换器通过直流母线与所述逆变器连接；
所述储能电池与所述储能变换器连接；
所述储能变化器通过直流母线与所述逆变器连接；
所述逆变器与所述交流输出端连接；
所述交流输出端与负载连接。
2.如权利要求1所述的直流组网的光储微网系统，其特征在于，所述光伏变换器用于完成对光伏电池板的最大功率点跟踪，同时具备直流母线的限压功能。
3.如权利要求2所述的直流组网的光储微网系统，其特征在于，所述储能变换器用于完成对直流母线电压的控制，同时具备储能电池端口的限流限压功能。
4.如权利要求3所述的直流组网的光储微网系统，其特征在于，所述逆变器用于将直流电转换成交流电输出，给负载供电。
5.如权利要求1-4中任一项所述的直流组网的光储微网系统，其特征在于，所述光伏变换器为光伏DC/DC变换器。
6.如权利要求1-4中任一项所述的直流组网的光储微网系统，其特征在于，所述储能变换器为储能DC/DC变换器。
7.如权利要求1-4中任一项所述的直流组网的光储微网系统，其特征在于，所述逆变器为DC/AC逆变器。
8.如权利要求1-4中任一项所述的直流组网的光储微网系统，其特征在于，所述光伏变换器通过第一直流母线与所述逆变器连接，所述储能变化器通过第二直流母线与所述逆变器连接。
9.一种直流组网的光储微网系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
预设光伏变换器的限压值以及储能变换器的稳压值；
当储能变换器的充放电能力足够时，通过所述储能变换器稳定直流母线电压，并通过所述光伏变换器完成对光伏电池板的最大功率点跟踪以及通过所述逆变器稳定交流输出端电压传输给负载；
当储能变换器充电能力不足时，直流母线电压会上升，直流母线电压达到所述光伏变换器的限压值后，光伏变换器会自动降功率运行，以保持直流母线电压稳定在光伏变换器的限压值，以实现光伏与储能电池功率自动匹配，并通过所述逆变器稳定交流输出端电压传输给负载。
10.如权利要求9所述的直流组网的光储微网系统的控制方法，其特征在于，所述光伏变换器的限压值比所述储能变换器的稳压值高出一设定值。
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