CN112688367A - 一种光伏单元、光伏系统及光伏系统控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种光伏单元、光伏系统及光伏系统控制方法。该光伏单元包括：光伏组件；储能电池，与所述光伏组件连接，所述储能电池至少用于吸收所述光伏组件的富余功率或补偿所述光伏组件的缺失功率；DC/DC变流器，与所述光伏组件和所述储能电池分别连接，所述DC/DC变流器用于调节所述储能电池的功率状态，以控制所述光伏单元输出满足要求的功率值。本实施例提供的光伏单元可进行产品化，实现标准化生产。使用该标准化生产的光伏单元产品构建光伏系统，扩展性强，可以根据项目规模，实现从小容量到大容量的任意配置。且相比传统方案，可减少独立储能系统的电力电缆，不占用额外的储能系统用地面积，经济性更佳。
Description
技术领域
本发明实施例涉及光伏发电技术，尤其涉及一种光伏单元、光伏系统及光伏系统控制方法。
背景技术
在光伏发电系统中，通常需要消除串联失配损失或者并联失配损失，以提高光伏系统的发电效率。而现有的光伏发电系统是采用光伏发电后统一进行进行储能，受限于该传统的光储结构，当因为某一或某些光伏组件的失配功率较多时(例如大面积遮挡、电池片损伤较多)，会导致失配功率超过系统的调节能力而无法输出正常功率，造成失配问题无法解决。
发明内容
本发明实施例提供一种光伏单元、光伏系统及光伏系统控制方法，以提供一种新型的光储耦合方式，彻底解决光伏系统的串并联失配问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种光伏单元，包括：
光伏组件；
储能电池，与所述光伏组件连接，所述储能电池至少用于吸收所述光伏组件的富余功率或补偿所述光伏组件的缺失功率；
DC/DC变流器，与所述光伏组件和所述储能电池分别连接，所述DC/DC变流器用于调节所述储能电池的功率状态，以控制所述光伏单元输出满足要求的功率值。
可选的，所述储能电池为全固态锂电池。
第二方面，本发明实施例还提供了一种光伏系统，包括能量管理系统和光伏支路，所述光伏支路包括串联设置的至少两个本发明任意实施例所述的光伏单元，且各所述光伏单元通过内置的光伏组件进行连接；
所述能量管理系统与各所述光伏单元的DC/DC变流器分别连接，所述能量管理系统用于：
确定各所述光伏单元的参考发电功率；
获取各所述光伏单元的实际输出功率；
检测各所述光伏单元是否存在串联失配和/或并联失配；
若检测到任一所述光伏单元存在串联失配和/或并联失配，则基于所述实际输出功率和所述参考发电功率确定失配的所述光伏单元的差额功率；
基于所述差额功率对失配的所述光伏单元进行失配调节。
可选的，所述能量管理系统还用于：控制失配的所述光伏单元的DC/DC变流器调节对应所述储能电池的功率，以通过所述储能电池补偿或吸收所述差额功率。
可选的，所述能量管理系统还用于：在检测各所述光伏单元是否存在串联失配和/或并联失配之前，获取所述光伏系统的并网频率；
检测所述并网频率是否越过预设的死区频率；
若所述并网频率越过所述死区频率且所述光伏系统的输出电压的波动率小于或等于预设的波动率阈值，则对所述光伏系统进行一次调频；以及，
在检测各所述光伏单元是否存在串联失配和/或并联失配之后，若检测到全部所述光伏单元未发生串联失配和/或并联失配，则基于所述光伏系统是否处于发电时间段对各所述光伏单元的储能电池进行功率调节。
第三方面，本发明实施例还提供了一种光伏系统控制方法，应用于本发明任一实施例所述的光伏系统，所述方法由所述光伏系统的能量管理系统执行，所述方法包括：
确定各所述光伏单元的参考发电功率；
获取各所述光伏单元的实际输出功率；
检测各所述光伏单元是否存在串联失配和/或并联失配；
若检测到任一所述光伏单元存在串联失配和/或并联失配，则基于所述实际输出功率和所述参考发电功率确定失配的所述光伏单元的差额功率；
基于所述差额功率对失配的所述光伏单元进行失配调节。
可选的，所述基于所述差额功率对失配的所述光伏单元进行失配调节，包括：
控制失配的所述光伏单元的DC/DC变流器调节对应所述储能电池的功率，以通过所述储能电池补偿或吸收所述差额功率。
可选的，在所述检测各所述光伏单元是否存在串联失配和/或并联失配之前，所述方法还包括：
获取所述光伏系统的并网频率；
检测所述并网频率是否越过预设的死区频率；
若所述并网频率越过所述死区频率且所述光伏系统的输出电压的波动率小于或等于预设的波动率阈值，则对所述光伏系统进行一次调频。
可选的，所述对所述光伏系统进行一次调频，包括：
若所述并网频率大于所述死区频率的高限值，则控制至少部分所述光伏单元的DC/DC变流器调节对应所述储能电池为充电状态，以通过至少部分所述储能电池吸收所述光伏系统的富余功率，将所述并网频率调节至所述死区频率之内；
若所述并网频率小于所述死区频率的低限值，则控制至少部分所述光伏单元的DC/DC变流器调节对应所述储能电池为放电状态，以通过至少部分所述储能电池补偿所述光伏系统的缺失功率，将所述并网频率调节至所述死区频率之内。
可选的，在所述检测各所述光伏单元是否存在串联失配和/或并联失配之后，所述方法还包括：
若检测到全部所述光伏单元未发生串联失配和/或并联失配，则基于所述光伏系统是否处于发电时间段对各所述光伏单元的储能电池进行功率调节。
可选的，所述基于所述光伏系统是否处于发电时间段对各所述光伏单元的储能电池进行功率调节，包括：
若所述光伏系统处于发电时间段，则通过各所述光伏单元的DC/DC变流器控制所述储能电池补偿或吸收所述光伏组件的波动功率，以使得所述光伏单元输出平滑功率，所述波动功率基于预设的光伏波动率进行确定；
若所述光伏系统处于非发电时间段，则通过各所述光伏单元的DC/DC变流器控制所述储能电池为所述光伏系统的耗电器件供电。
本实施例能量管理系统通过检测光伏系统的并网频率，可以检测出光伏系统的并网频率是否越过死区频率，并在检测到光伏系统的并网频率越过死区频率时，控制DC/DC变流器对储能电池进行功率调节，以通过储能电池吸收或补偿一定的功率来将光伏系统的并网频率调节至死区频率之内，实现在组件级别对光伏系统进行调频。在检测到光伏系统没有串并联失配时，若是光伏系统处于发电时间段，能量管理系统通过控制DC/DC变流器对储能电池进行功率调节，可以通过储能电池平滑光伏单元的功率输出；若是光伏系统处于未发电时间段，能量管理系统控制DC/DC变流器对储能电池进行功率调节，可以通过储能电池为光伏系统进行供电，而减少电能的消耗，提高光伏系统的发电效率。可见，本实施例通过为光伏系统配置集成的光伏单元，并通过为能量管理系统配置相应的控制策略，能够在组件级别对光伏系统进行一次调频、串并联失配调节、平滑功率输出的功能，实现常规光储系统无法实现的功能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种光伏单元的结构框图；
图2为本发明实施例提供的一种光伏系统的结构框图；
图3为本发明实施例提供的一种光伏系统控制方法的流程图；
图4为本发明实施例提供的另一种光伏系统控制方法的流程图；
图5为发明实施例提供的又一种光伏系统控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为本发明实施例提供的一种光伏单元的结构框图，该光伏单元20包括：
光伏组件210；
储能电池220，与光伏组件210连接，储能电池220至少用于吸收光伏组件210的富余功率或补偿光伏组件210的缺失功率；
DC/DC变流器230，与光伏组件210和储能电池220分别连接，DC/DC变流器230用于调节储能电池220的功率状态，以控制光伏单元20输出满足要求的功率值。
其中，光伏组件210用于实现光伏发电功能。
储能电池220与光伏组件210连接，其可以对光伏组件210进行功率补偿或功率吸收，使得光伏组件210向光伏组串输出满足要求的发电功率。示例性的，当光伏组件210的输出功率超过参考发电功率时，光伏组件210此时存在富余功率，通过调整储能电池220的功率状态，由储能电池220吸收该富余功率，实现在组件级别进行能量调节。
DC/DC变流器230作为光伏单元20进行功率调度的执行元件，DC/DC变流器230通过响应光伏系统的控制部件如能量管理系统的功率调节指令来控制功率流转，实现光伏单元20的功率调节功能。
本实施例通过为光伏组件210配置储能电池220和DC/DC变流器230而组成新型光储耦合结构的光伏单元20，当光伏组件210的发电功率异常时，光伏单元20能够通过DC/DC变流器230控制光伏组件210和储能电池220间的能量流转，实现对光伏组件210进行功率调节，不仅可以实现常规的光储耦合系统的功能，还可以实现常规光储系统无法实现的功能，例如，通过本实施例提供的光伏单元20构建光伏系统，能够彻底解决光伏系统的串并联失配问题，具体可参见后续实施例的介绍。
可选的，在上述技术方案的基础上，储能电池220为全固态锂电池。
将储能电池220升级为全固态锂电池，可利用全固态锂电池的体积小的特点将光伏单元20产品化，实现标准化生产。具体而言，全固态锂离子电池具有质量轻、体积小、能量密度高、柔性化、安全性高等显著优势。质量轻、体积小的优点可以使全固态锂离子电池相比其他形式电池更易与光伏组件210集成，示例性的，光伏组件210的向阳面为光伏电池，光伏组件210背板处贴合全固态锂离子电池，从而不会过多增加组件的重量而影响到光伏组件210的结构强度。全固态锂离子电池的能量密度高，现今小规模批量试制出的能量密度已达300-400Wh/kg，是一般锂离子电池能量密度100-220Wh/kg的两倍以上，由此而构建的光伏单元20可存储容量足够大的光伏电力。
相比于一般锂离子电池液态的电解液和隔膜，安全温度不宜超过40℃，全固态锂离子工作温度可以上升到100℃，可以胜任在组件背板处的室外环境。全固态电池在轻薄化后柔性程度也会有明显的提高，通过使用适当的封装材料，制成的电池可以经受几百到几千次的弯曲而保证性能基本不衰减。对于弯曲的光伏组件210，例如BIPV(光伏建筑一体化)中广泛应用的可弯曲的薄膜光伏组件210，全固态锂离子电池亦可很好的贴合在薄膜光伏组件210背面，形成集成化的发电-存储一体化的光伏单元20。
可见，本实施例通过将储能电池优化为全固态锂电池，可实现光伏单元产品化，实现标准化生产。使用该标准化生产的光伏单元产品构建光伏系统，扩展性强，可以根据项目规模，实现从小容量到大容量的任意配置。且相比传统方案，可减少独立储能系统的电力电缆，不占用额外的储能系统用地面积，经济性更佳。
可选的，图2为本发明实施例提供的一种光伏系统的结构框图，该光伏系统包括能量管理系统和光伏支路，光伏支路包括串联设置的至少两个上述任意实施例所描述的光伏单元20，且各光伏单元20通过内置的光伏组件进行连接；
能量管理系统10与各光伏单元20的DC/DC变流器分别连接，能量管理系统10用于：
确定各光伏单元20的参考发电功率；
获取各光伏单元20的实际输出功率；
检测各光伏单元20是否存在串联失配和/或并联失配；
若检测到任一光伏单元20存在串联失配和/或并联失配，则基于实际输出功率和参考发电功率确定失配的光伏单元20的差额功率；
基于差额功率对失配的光伏单元20进行失配调节。
其中，光伏支路的数量可以为一路或多路。每个光伏支路均由多个光伏单元20串联而成，具体为各个光伏单元20内的光伏组件进行串联而实现光伏单元20之间的串连接。
光伏单元20的参考发电功率即为光伏单元20内的光伏组件的参考发电功率，同样地，光伏单元20的实际输出功率即为光伏组件的实际输出功率，光伏单元20的串联失配和/或并联失配即为光伏组件的串联失配和/或并联失配。
能量管理系统10可通过预先配置的光照信息数据确定各个光伏单元20的参考发电功率。能量管理系统10与每个光伏单元20的DC/DC变流器通讯接口进行通讯，而获取到对应光伏单元20的实际输出功率，并根据不同的控制策略控制光伏单元20中的光伏组件和储能电池间的能量流动。
当检测到有光伏单元20存在串联失配和/或并联失配时，能量管理系统10根据失配的光伏单元20的实际输出功率和参考发电功率确定出差额功率，并进一步以该差额功率作为目标功率，同时以DC/DC变流器的最大放电功率作为限制条件，对失配的光伏单元20进行功率调节，直至目标功率满足条件。
可选的，本实施例中能量管理系统10具体通过控制DC/DC变流器执行如下操作实现对光伏单元20进行失配调节：控制失配的光伏单元20的DC/DC变流器调节对应储能电池的功率，以通过储能电池补偿或吸收差额功率。
其中，能量管理系统10通过向DC/DC变流器输出功率调节指令，指示DC/DC变流器执行具体的功率调节。具体而言，当光伏组件的实际输出功率小于参考发电功率时，DC/DC变流器响应功率调节指令，控制储能电池为放电状态，并控制储能电池补偿差额功率，实现失配调节。而当光伏组件的实际输出功率大于参考发电功率时，DC/DC变流器响应功率调节指令，控制储能电池为充电状态，并控制储能电池吸收掉光伏组件富余的差额功率，完成失配调节。电池充电的场景例如可以为光伏限发、平滑输出、一次调频等。电池放电的场景例如可以为突然的乌云导致某些组件发生大面积遮挡造成组串失配，对应光伏组件连接的储能电池通过放电补偿其与其他组件相同的功率，乌云散去，补偿结束。可见，本实施例应为采用改进的光伏单元构建光伏系统，在每个光伏单元内储能电池可以对光伏组件进行缺失功率补偿或富余功率吸收，使得光伏组件最终的输出功率满足要求，因而可以彻底解决失配问题。
需要说明的是，光伏单元20的储能电池可通过光伏系统在光伏限发、平滑输出、一次调频时对储能电池进行充电(上述场景下常规的光伏系统无法利用发电能量造成能量浪费)，即通过提高对光伏系统的发电利用率对储能电池进行蓄能，可见，储能电池并不会增加光伏系统的发电消耗，即不会影响光伏系统的发电量。
本实施例提供的光伏系统，由光伏单元作为光伏系统的最小组成单元，能量管理系统在检测到有光伏单元发生串联失配和/或并联失配时，通过向失配的光伏单元的DC/DC变流器发送功率调节指令，DC/DC变流器对光伏组件和储能电池进行功率调度，由储能电池对光伏组件进行能量平衡，从而实现在光伏组件级别解决串联失配和并联失配问题。可见，本实施例中，能量管理系统通过执行上述策略仅通过光伏单元内置的储能电池即可完成失配调节，而无需其他的光伏单元参与能量平衡。
可选的，在上述技术方案的基础上，该能量管理系统10还用于：在检测各光伏单元20是否存在串联失配和/或并联失配之前，获取光伏系统的并网频率；
检测并网频率是否越过预设的死区频率；
若并网频率越过死区频率且光伏系统的输出电压的波动率小于或等于预设的波动率阈值，则对光伏系统进行一次调频；以及，
在检测各光伏单元20是否存在串联失配和/或并联失配之后，若检测到全部光伏单元20未发生串联失配和/或并联失配，则基于光伏系统是否处于发电时间段对各光伏单元20的储能电池进行功率调节。
继续参考图2，能量管理系统10与光伏系统的并网点N连接，以实时监测并网点N的并网频率。光伏系统通过逆变器40将光伏发电并入电网50。所配置的汇流箱30可增加光伏支路的接入数量。
当光伏系统的并网频率越过死区频率时，能量管理系统10进一步监测光伏系统的输出电压的波动率，其中，输出电压的波动率反映了光伏系统是否发生电压扰动，从而检测出超过死区频率是否是光伏系统自身的故障所导致。
当检测到光伏系统越过死区频率是因为光伏系统自身的故障所导致，则能量管理系统10不对光伏系统进行调频。当检测光伏系统越过死区频率不是因为光伏系统自身故障导致时，能量管理系统10对光伏系统执行一次调频，以将光伏管理系统的并网频率调节至死区频率之内。
能量管理系统10在检测到全部光伏系统未发生串联失配和/或并联失配时，能量管理系统10基于光伏系统是否处于发电时间段对光伏单元20的储能电池执行不同的功率调度。例如，在发电时间段，可通过对储能电池执行功率调度而让光伏系统保持平滑输出；或者，在非发电时间段，可通过对储能电池执行功率调度供给站用电。拓展了光伏单元20的功能，提高了光伏系统的能量利用率。
可选的，在上述技术方案的基础上，能量管理系统10还具体用于：
若并网频率大于死区频率的高限值，则控制至少部分光伏单元20的DC/DC变流器调节对应储能电池为充电状态，以通过至少部分储能电池吸收光伏系统的富余功率，将并网频率调节至死区频率之内；
若并网频率小于死区频率的低限值，则控制至少部分光伏单元20的DC/DC变流器调节对应的储能电池为放电状态，以通过至少部分储能电池补偿光伏系统的缺失功率，将并网频率调节至死区频率之内。
可选的，在上述技术方案的基础上，能量管理系统10还具体用于：
若光伏系统处于发电时间段，则通过各光伏单元20的DC/DC变流器控制储能电池补偿或吸收光伏组件的波动功率，以使得光伏单元20输出平滑功率，波动功率基于预设的光伏波动率进行确定；
若光伏系统处于非发电时间段，则通过各光伏单元20的DC/DC变流器控制储能电池为光伏系统的耗电器件供电。
可选的，图3为本发明实施例提供的一种光伏系统控制方法的流程图，本实施例方法可应用于上述任意实施例所提供的光伏系统，该方法可适用于对光伏系统进行失配检测和失配调节的情况，例如，可在检测到光伏系统存在串联失配时，在失配的光伏单元进行失配调节。该方法可由光伏系统的能量管理系统来执行，参考图3，该方法具体包括如下步骤：
S310、确定各光伏单元的参考发电功率。
其中，光伏单元的参考发电房功率是指光伏单元中光伏组件的发电功率。该参考发电功率由能量管理系统基于预先配置的光照幅度、历史天气等数据进行确定。具体可通过在能量管理系统中配置相应策略，使得能量管理系统能够对应计算出各个光伏单元的参考发电功率。需要注意的是，本实施例对于确定参考发电功率的方法并无改进，可参考现有技术确定光伏单元的参考发电功率。
S320、获取各光伏单元的实际输出功率。
其中，实际输出功率是指光伏单元中光伏组件的实际发电功率。在光伏系统运行于发电状态时，光伏组件的储能电池并不参与光伏单元的发电输出。当能量管理系统检测到光伏单元存在失配或是其他异常时，或者光伏单元的DC/DC变流器接收到能量管理系统的能量调度指令时，储能电池才会被动地吸收功率或输出功率。
S330、检测各光伏单元是否存在串联失配和/或并联失配。
其中，光伏单元的串联失配或并联失配是指光伏单元中的光伏组件存在串联失配和/或是并联失配。
示例性的，串联设置的各个光伏单元中，某一光伏组件参考发电功率应为组串中正常组件功率平均值，若某一光伏组件发生功率输出失常偏离于正常组件功率平均值，将引起串联失配。同样地，各个光伏支路的功率应为各个光伏支路的功率平均值，若是某一光伏组件发生功率输出失常偏离该功率平均值，将引起并联失配。
需要注意的是，本实施例对于如何检测光伏单元是否存在串联失配或并联失配并无改进，可参考现有技术为能量管理系统配置相应的检测策略检测光伏单元是否存在失配问题。
S340、若检测到任一光伏单元存在串联失配和/或并联失配，则基于实际输出功率和参考发电功率确定失配的光伏单元的差额功率。
其中，当检测到光伏单元存在串联失配和/或并联失配时，能量管理系统计算出差额功率，该差额功率用于后续对该失配的光伏单元进行失配调节。
S350、基于差额功率对失配的光伏单元进行失配调节。
由上述分析，光伏单元的串联失配或者并联失配是指光伏单元中的光伏组件存在串联失配或并联失配。因而本步骤对失配的光伏单元进行失配调节即为对失配的光伏组件进行失配调节。具体而言，是通过储能电池来调度对应的差额功率，使得光伏组件最终的输出功率与参考发电功率相匹配。
基于此，该步骤可进一步优化为：控制失配的光伏单元的DC/DC变流器调节对应储能电池的功率，以通过储能电池补偿或吸收差额功率。
具体地，能量管理系统通过向失配的DC/DC变流器发送功率调节指令，以指示DC/DC变流器通过调节储能电池的功率状态，并对应平衡掉光伏组件的差额功率，实现对光伏组件的失配调节。
示例性的，在光伏发电过程中，若是突然的乌云导致某些组件发生大面积遮挡造成组串失配，光伏组件此时的实际输出功率低于参考发电功率，此时，DC/DC变流器响应能量管理系统的功率调节指令，控制储能电池为功率输出状态并输出差额功率，实现由储能电池补偿光伏组件的失配功率，从而通过光伏单元内部的能量流动实现光伏组件的失配调节，在光伏组件级别解决失配问题。
本发明实施例提供的光伏系统控制方法，能量管理系统通过确定的各个光伏单元的参考发电功率以及检测到的实际输出功率来检测光伏单元是否存在串联失配和/或并联失配，当检测到有光伏单元存在串联失配和/或并联失配时，能量管理系统控制失配的光伏单元在其内部进行差额功率平衡，以控制光伏组件输出满足需求的功率，在光伏单元内完成能量平衡，实现在光伏组件级别完成失配调节，解决了现有技术中无法在组件级别进行失配调节的问题。可见，本实施例通过为光伏系统配置改进的光伏单元，由改进的光伏单元作为组件光伏系统的基本单元，实现了在光伏组件级别对光伏系统的串联失配和/或并联失配进行失配调节。
可选的，图4为本发明实施例提供的另一种光伏系统控制方法的流程图，本实施例在上述实施例的基础上进行了优化，参考图4，该方法具体包括如下步骤：
S410、确定各光伏单元的参考发电功率。
S420、获取各光伏单元的实际输出功率。
S430、获取光伏系统的并网频率。
其中，能量管理系统与光伏系统的并网点连接，以实时检测光伏系统的并网频率。
S440、检测并网频率是否越过预设的死区频率。
其中，死区频率为一个频率范围，该频率范围可根据电网的正常输电频率进行配置。例如，死区频率可以为50Hz±3％，即48.5Hz～51.5Hz。并网频率越过死区频率可以为并网频率小于死区频率低限值，或者可以为并网频率高于死区频率高限值。
S450、若并网频率越过死区频率且光伏系统的输出电压的波动率小于或等于预设的波动率阈值，则对光伏系统进行一次调频。
其中，波动率阈值用于表征光伏系统的输出电压是否存在扰动。具体而言，若是光伏系统的输出电压的波动率小于或等于预设的波动率阈值，则表明光伏系统此时未发生扰动，能量管理系统此时对光伏系统执行一次调频，以使得光伏系统的并网频率在死区频率之内。
而若是并网频率未越过死区频率，则能量管理系统进而执行步骤S460来检测是否有光伏单元存在串联失配和/或并联失配。
可以知道的是，并网频率高或低均会影响到光伏系统的有功功率，因而能量管理系统在检测到光伏系统的并网频率高于死区频率高限值或者低于死区频率低限值时，能量管理系统通过调节光伏系统的有功功率对应调节光伏系统的并网频率。
具体而言，若并网频率大于死区频率的高限值，则控制至少部分光伏单元的DC/DC变流器调节对应储能电池为充电状态，以通过至少部分储能电池吸收光伏系统的富余功率，将并网频率调节至死区频率之内；
若并网频率小于死区频率的低限值，则控制至少部分光伏单元的DC/DC变流器调节对应的储能电池为放电状态，以通过至少部分储能电池补偿光伏系统的缺失功率，将并网频率调节至死区频率之内。
其中，当并网频率低于死区频率低限值时，能量管理系统控制储能电池放电来提高光伏系统的并网频率；当并网频率高于死区频率高限值时，能量管理系统控制储能电池充电来降低光伏系统的并网频率。
无论并网频率是越过死区频率的高限值，还是越过死区频率的低限值，能量管理系统首先计算所需要平衡的功率值，即确定需要调节多少的功率值即可将并网频率调节至死区频率之内。在计算出需要平衡的功率值后，能量管理系统进一步根据当前各个储能电池的功率状态来确定需要调用部分或是全部的储能电池来进行并网频率调节。
需要注意的是，能量管理系统在进行并网频率调节时对于储能电池的具体功率调节策略，本实施例并不作限定，凡是通过对储能电池进行功率调节实现并网频率调节的方法均在本发明的保护范围之内。
可见，本实施例中，能量管理系统通过对光伏单元的储能电池进行功率调度可实现对光伏系统的并网频率进行调节，即通过改进后的光伏单元组成光伏系统，配合能量管理系统的控制策略，可以实现对光伏系统进行并网频率异常检测，并通过光伏单元的储能电池在组件级别对异常的并网频率进行调节。通过为能量管路系统配置相应的控制策略配合改进的光伏单元，可以对光伏系统执行调频动作，相比于常规的光储耦合方式，本实施例中光伏系统配置的设备不会闲置，从而提高了对于设备的利用率。
S460、检测各光伏单元是否存在串联失配和/或并联失配。
若是检测到有光伏单元存在串联失配和/或并联失配，则执行步骤S470；否则，执行步骤S490。
S470、若检测到任一光伏单元存在串联失配和/或并联失配，则基于实际输出功率和参考发电功率确定失配的光伏单元的差额功率。
S480、基于差额功率对失配的光伏单元进行失配调节。
S490、若检测到全部光伏单元未发生串联失配和/或并联失配，则基于光伏系统是否处于发电时间段对各光伏单元的储能电池进行功率调节。
其中，光伏系统通常由大量的光伏组件构成，具体到本实施例中，光伏系统包括大量的储能电池，因而可以利用储能电池对光伏系统进行供电或是功率平滑。
具体而言，若光伏系统处于发电时间段，则通过各光伏单元的DC/DC变流器控制储能电池补偿或吸收光伏组件的波动功率，以使得光伏单元输出平滑功率，波动功率基于预设的光伏波动率进行确定；
若光伏系统处于非发电时间段，则通过各光伏单元的DC/DC变流器控制储能电池为光伏系统的耗电器件供电。
其中，能量管理系统根据预先配置的光伏波动率控制各光伏单元相邻采样点的输出功率平滑稳定。若是光伏单元在某一时刻的输出功率波动较大，超出设定的波动率，则能量管理系统向DC/DC变流器输出功率调节指令，DC/DC变流器响应功率调节指令控制储能电池输出或吸收对应的功率值，以保证单个光伏单元的输出功率稳定。显然，当单个光伏单元保持平滑功率输出时，整个光伏系统便能够输出平滑功率。
因为在光伏限发、平滑输出、一次调频的场景下，电池都会存在充电动作。光伏限发场景下，被限发的光伏能量可用于为储能电池充电。平滑输出的场景下，组件发电攀升大的时候，用电池充电的动作平滑光伏输出。一次调频的场景下，当并网电频率高于死区时，是要对逆变器输出功率进行降低的，这时候就仍可以使组件按MPPT最大输出，但多余的功率流向电池，反而是没有浪费组件的发电。基于此，若是光伏系统处于非发电时间段，能量管理系统通过控制DC/DC变流器，对储能电池执行供给站用电功能，由储能电池为光伏系统的耗电器件进行供电，这样无需额外消耗电网功率，提高对于能量的利用率。
本实施例能量管理系统通过检测光伏系统的并网频率，可以检测出光伏系统的并网频率是否越过死区频率，并在检测到光伏系统的并网频率越过死区频率时，控制DC/DC变流器对储能电池进行功率调节，以通过储能电池吸收或补偿一定的功率来将光伏系统的并网频率调节至死区频率之内，实现在组件级别对光伏系统进行调频。在检测到光伏系统没有串并联失配时，若是光伏系统处于发电时间段，能量管理系统通过控制DC/DC变流器对储能电池进行功率调节，可以通过储能电池平滑光伏单元的功率输出；若是光伏系统处于未发电时间段，能量管理系统控制DC/DC变流器对储能电池进行功率调节，可以通过储能电池为光伏系统进行供电，而减少电能的消耗，提高光伏系统的发电效率。可见，本实施例通过为光伏系统配置集成的光伏单元，并通过为能量管理系统配置相应的控制策略，能够在组件级别对光伏系统进行一次调频、串并联失配调节、平滑功率输出的功能，实现常规光储系统无法实现的功能。
可选的，图5为发明实施例提供的又一种光伏系统控制方法的流程图，本实施例在上述实施例的基础上进行了优化，参考图4，该方法具体包括如下步骤：
S510、开始。
S520、检测频率是否越过死区。
能量管理系统检测光伏系统的并网频率是否越过死区。若是并网频率越过死区，则执行步骤S530；否则，执行步骤S550。
S530、检测电压是否扰动。
其中，若是由系统自身故障(例如三相短路)造成的频率超过死区范围，此时电压会发生扰动，能量管理系统执行步骤S550，不调控DC/DC模块进行调频响应。否则，进入步骤S540，能量管理系统执行一次调频功能。
S540、执行一次调频。
其中，一次调频的具体方法可参考现有技术，本实施例对此不作限定。
S550、检测是否存在串并联失配。
其中，若是检测到光伏系统存在串联失配和/或并联失配的光伏组件，则能量管理系统执行步骤S560，以失配的光伏组件进行失配调节；若是全部光伏组件均为发生串联失配和/或并联失配，则能量管理系统执行步骤S570。
S560、进行失配调节。
S570、检测当前是否为不发电时段。
若当前为发电时段，则能量管理系统执行步骤S580；否则，若是当前为非发电时段，能量管理系统执行步骤S590。
S580、平滑输出。
此工况下，能量管理系统通过向DC/DC变流器输出功率调节指令，控制DC/DC变流器对储能电池进行功率调节，以通过储能电池通过吸收或补偿功率实现光伏组件的平滑输出，进而实现光伏系统的平滑输出。
S590、供给站用电。
此工况下，能量管理系统通过向DC/DC变流器输出功率调节指令，控制DC/DC变流器对储能电池进行功率调节，以通过DC/DC变流器控制储能电池放电，为光伏系统的耗电器件供电。
S600、结束。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (11)
1.一种光伏单元，其特征在于，包括：
光伏组件；
储能电池，与所述光伏组件连接，所述储能电池至少用于吸收所述光伏组件的富余功率或补偿所述光伏组件的缺失功率；
DC/DC变流器，与所述光伏组件和所述储能电池分别连接，所述DC/DC变流器用于调节所述储能电池的功率状态，以控制所述光伏单元输出满足要求的功率值。
2.根据权利要求1所述的光伏单元，其特征在于，所述储能电池为全固态锂电池。
3.一种光伏系统，其特征在于，包括能量管理系统和光伏支路，所述光伏支路包括串联设置的至少两个权利要求1或2所述的光伏单元，且各所述光伏单元通过内置的光伏组件进行连接；
所述能量管理系统与各所述光伏单元的DC/DC变流器分别连接，所述能量管理系统用于：
确定各所述光伏单元的参考发电功率；
获取各所述光伏单元的实际输出功率；
检测各所述光伏单元是否存在串联失配和/或并联失配；
若检测到任一所述光伏单元存在串联失配和/或并联失配，则基于所述实际输出功率和所述参考发电功率确定失配的所述光伏单元的差额功率；
基于所述差额功率对失配的所述光伏单元进行失配调节。
4.根据权利要求3所述的光伏系统，其特征在于，所述能量管理系统还用于：控制失配的所述光伏单元的DC/DC变流器调节对应所述储能电池的功率，以通过所述储能电池补偿或吸收所述差额功率。
5.根据权利要求3所述的光伏系统，其特征在于，所述能量管理系统还用于：在检测各所述光伏单元是否存在串联失配和/或并联失配之前，获取所述光伏系统的并网频率；
检测所述并网频率是否越过预设的死区频率；
若所述并网频率越过所述死区频率且所述光伏系统的输出电压的波动率小于或等于预设的波动率阈值，则对所述光伏系统进行一次调频；以及，
在检测各所述光伏单元是否存在串联失配和/或并联失配之后，若检测到全部所述光伏单元未发生串联失配和/或并联失配，则基于所述光伏系统是否处于发电时间段对各所述光伏单元的储能电池进行功率调节。
6.一种光伏系统控制方法，应用于权利要求3-5任一项所述的光伏系统，所述方法由所述光伏系统的能量管理系统执行，其特征在于，所述方法包括：
确定各所述光伏单元的参考发电功率；
获取各所述光伏单元的实际输出功率；
检测各所述光伏单元是否存在串联失配和/或并联失配；
若检测到任一所述光伏单元存在串联失配和/或并联失配，则基于所述实际输出功率和所述参考发电功率确定失配的所述光伏单元的差额功率；
基于所述差额功率对失配的所述光伏单元进行失配调节。
7.根据权利要求6所述的光伏系统控制方法，其特征在于，所述基于所述差额功率对失配的所述光伏单元进行失配调节，包括：
控制失配的所述光伏单元的DC/DC变流器调节对应所述储能电池的功率，以通过所述储能电池补偿或吸收所述差额功率。
8.根据权利要求6所述的光伏系统控制方法，其特征在于，在所述检测各所述光伏单元是否存在串联失配和/或并联失配之前，所述方法还包括：
获取所述光伏系统的并网频率；
检测所述并网频率是否越过预设的死区频率；
若所述并网频率越过所述死区频率且所述光伏系统的输出电压的波动率小于或等于预设的波动率阈值，则对所述光伏系统进行一次调频。
9.根据权利要求8所述的光伏系统控制方法，其特征在于，所述对所述光伏系统进行一次调频，包括：
若所述并网频率大于所述死区频率的高限值，则控制至少部分所述光伏单元的DC/DC变流器调节对应所述储能电池为充电状态，以通过至少部分所述储能电池吸收所述光伏系统的富余功率，将所述并网频率调节至所述死区频率之内；
若所述并网频率小于所述死区频率的低限值，则控制至少部分所述光伏单元的DC/DC变流器调节对应所述储能电池为放电状态，以通过至少部分所述储能电池补偿所述光伏系统的缺失功率，将所述并网频率调节至所述死区频率之内。
10.根据权利要求6所述的光伏系统控制方法，其特征在于，在所述检测各所述光伏单元是否存在串联失配和/或并联失配之后，所述方法还包括：
若检测到全部所述光伏单元未发生串联失配和/或并联失配，则基于所述光伏系统是否处于发电时间段对各所述光伏单元的储能电池进行功率调节。
11.根据权利要求10所述的光伏系统控制方法，其特征在于，所述基于所述光伏系统是否处于发电时间段对各所述光伏单元的储能电池进行功率调节，包括：
若所述光伏系统处于发电时间段，则通过各所述光伏单元的DC/DC变流器控制所述储能电池补偿或吸收所述光伏组件的波动功率，以使得所述光伏单元输出平滑功率，所述波动功率基于预设的光伏波动率进行确定；
若所述光伏系统处于非发电时间段，则通过各所述光伏单元的DC/DC变流器控制所述储能电池为所述光伏系统的耗电器件供电。
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