CN112865065A - 含高渗透率光储的配电网协调控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种含高渗透率光储的配电网协调控制方法和系统，涉及配电网控制领域，用以根据光伏阵列的最大输出功率与负载所需功率的差值获得的补偿电压来调整直流母线的电压参考值；并根据调整的直流母线电压参考值控制储能控制单元的电流信号；实现光储协调供电的同时平抑母线电压偏移，实现协调控制的效果。

Description

含高渗透率光储的配电网协调控制方法和系统

技术领域

本发明涉及配电网控制领域，具体涉及一种含高渗透率光储的配电网协调控制方法和系统。

背景技术

近年来，随着新能源电力开发利用规模的持续增加，光伏发电实现跨越式大发展，其在电网中所占比例的日益上升。高渗透率分布式光伏发电大量并网给电网的调控运行、安全控制等诸多方面带来了不利影响，极大地限制了新能源的有效利用。

然而，大量的分布式储能系统安装在电网中，且装机容量累计到一定规模后，不仅可平滑新能源发电的波动性、跟踪计划出力，提高新能源发电的可预见性，提高系统运行经济性，而且可平抑新能源发电的反调峰性，利用储能的持续充放电能力，以及充放电状态的快速切换性能，使新能源具备更友好的电网接入性；在常规的系统中，在面对负载负荷的突变、光伏功率波动等不确定因素时会导致直流母线电压与参考值之间产生偏差，对直流母线的电压产生影响，进而影响系统的电流信号。

发明内容

有鉴于此，本公开提供了一种含高渗透率光储的配电网协调控制方法和系统。

本公开的一个方面提供了一种含高渗透率光储的配电网协调控制方法，包括：获取光伏控制单元中光伏阵列运行在最大功率位置的最大输出功率；获取负载单元所需的功率；根据光伏阵列的最大输出功率与负载单元所需功率获得补偿电压；根据补偿电压调整直流母线的电压参考值。

在本公开的一个实施例中，获取光伏控制单元中光伏阵列运行在最大功率位置的最大输出功率具体包括：获取光伏阵列的输出电压；将输出电压信号输入DC/DC变换器进行升压稳压对电压幅值进行变换，并采用MPPT算法，使光伏阵列运行在最大输出功率的工作点上，获取光伏阵列的最大输出功率。

在本公开的一个实施例中，使光伏阵列运行在最大输出功率的工作点上包括：获取光伏阵列的输出电压和输出电流；将输出电压和输出电流输入MPPT控制器，获取光伏阵列运行在最大功率点对应的参考电压信号；将光伏阵列运行在最大功率点对应的参考电压信号与实际输出电压形成电压偏差通过PI控制器产生输出的脉冲信号，并与三角载波信号比较以此改变变换器升压电路的占空比对输出电压进行调节以跟踪所述参考电压，直到电压偏差为零。

在本公开的一个实施例中，根据光伏阵列的最大输出功率与负载单元所需功率获得补偿电压具体为：根据光伏阵列的最大输出功率与所述负载单元所需功率的差值经过比例积分控制器的调节得到补偿电压。

在本公开的一个实施例中，根据光伏阵列的输出功率与负载单元所需功率的差值经过比例积分控制器的调节得到补偿电压具体为：

其中，k₁和k₂为比例积分控制器的比例系数和积分系数，P_Load为负载单元所需功率，P_P为光伏阵列在MPPT算法下的最大输出功率，s为比例积分控制器的传递函数的空间变量符号。

在本公开的一个实施例中，根据补偿电压调整直流母线的电压参考值具体为：

V_B'＝V_ref+ΔV

其中，V_B'为补偿后的直流母线电压参考值，V_ref为直流母线电压参考值。

在本公开的一个实施例中，根据调整的直流母线电压参考值控制储能控制单元的电流信号。

在本公开的一个实施例中，根据调整的直流母线电压参考值控制储能控制单元的电流信号具体为：

I_B＝k(V_B'-V_dc)-i_bat

其中，I_B为经下垂控制之后的输出电流信号，k为下垂系数，i_bat为储能电池充放电电流，V_dc为直流母线电压实时测量值。

本公开的另一个方面提供了一种含高渗透率光储的配电网协调控制系统，所述系统包括：光伏控制单元、储能控制单元、协调控制单元、直流母线、负载单元；协调控制单元通过导线分别与光伏控制单元、储能控制单元和负载单元连接，直流母线通过导线分别与光伏控制单元、储能控制单元和负载单元连接；光伏控制单元包括：光伏阵列、MPPT控制器、PI控制器、DC/DC变换器；MPPT控制器通过导线分别与光伏阵列和PI控制器相连接，PI控制器和DC/DC变换器连接；储能控制单元包括：储能电池、下垂控制器、双向DC/DC变换器；下垂控制器通过导线分别与储能电池和双向DC/DC变换器相连接；光伏控制单元被配置为用于获取光伏阵列运行在最大功率位置的最大输出功率；协调控制单元被配置为用于获取负载单元所需的功率，根据所述光伏阵列的最大输出功率与负载单元所需功率获得补偿电压；并根据所述补偿电压调整直流母线的电压参考值。

在本公开的一个实施例中，储能控制单元还被配置为根据所述调整的直流母线电压参考值控制电流信号。

本公开建立的光储协调控制方法和系统，根据光伏阵列的最大输出功率与负载单元所需功率的差值获得补偿电压来对直流母线电压参考值进行调整，以此调整电流控制信号。可以至少部分地解决在负载单元的负荷发生突变或光伏功率产生波动时，对直流母线电压带来的影响，并因此可以实现对系统进行二次控制使储能充分协调光伏、负荷功率的变化进行充放电，平抑母线电压偏移，减少功率不平衡对母线电压的影响，改变储能的工作状态，达到协调控制的的技术效果。本公开致力于将储能技术和高渗透率光伏发电的协同应用，是新能源得到更有效的开发利用。本公开针对规模化储能电站与高渗透率光伏发电的协同应用，具有较好的控制效果和现实意义。

附图说明

为了更加清楚地说明本发明实施例中涉及的技术方案，下面将针对本发明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，下面描述中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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1示意性示出了根据本公开实施例的含高渗透率光储的配电网协调控制方法的流程图；

图2示意性示出了根据本公开实施例的含高渗透率光储的配电网协调控制系统的结构图；

图3示意性示出了根据本公开实施例的采用的配电网模型图；

图4示意性示出了根据本公开实施例的含高渗透率光储的配电网协调控制系统的光伏功率变化的仿真图；

图5示意性示出了根据本公开实施例的含高渗透率光储的配电网协调控制系统的直流母线电压补偿前后的电压的变化仿真图。

具体实施方式

为使本发明实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。显然，本发明所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定内部程序、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

如本发明中所使用，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

相比于现有技术，本发明实施例提供的含高渗透率光储的配电网协调控制方法及系统。首先，获取光伏控制单元中光伏阵列运行在最大功率位置的最大输出功率；获取负载单元所需的功率；然后根据所述光伏阵列的最大输出功率与负载单元所需功率获得补偿电压；最后，根据所述补偿电压调整直流母线的电压参考值；并进一步根据所述调整的直流母线电压参考值控制储能控制单元的电流信号，以此改变储能的工作状态，达到协调控制的效果。以下将结合附图来详细描述本发明的实施例及其优点。在以下描述中，出于阐释的目的，陈述大量特定细节以便提供对一个或一个以上方面的透彻理解。然而，可显而易见，可在无这些特定细节的情况下实践各种方面。在其它实施例子中，以框图形式来展示众所周知的结构和装置，以便促进描述这些方面。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种含高渗透率光储的配电网协调控制方法的流程图，该方法包括：

S101、获取光伏控制单元中光伏阵列运行在最大功率位置的最大输出功率。

可选的，光伏控制单元包括：光伏阵列、MPPT控制器、PI控制器、DC/DC变换器；MPPT控制器通过导线分别与光伏阵列和PI控制器相连接，PI控制器和DC/DC变换器连接。

可选的，获取光伏控制单元中光伏阵列运行在最大功率位置的最大输出功率具体包括：获取光伏阵列的输出电压；将所述输出电压信号输入DC/DC变换器进行升压稳压对电压幅值进行变换，并采用最大功率跟踪(maximum power point tracking，MPPT)算法，使光伏阵列运行在最大输出功率的工作点上，获取光伏阵列的最大输出功率。

采用最大功率点跟踪(MPPT)算法，通过改变太阳能电池的输出电压，使得光伏并网发电系统在最大输出功率点工作，光伏阵列运行在最大输出功率的工作点上，可保证光伏能量最大利用，不受系统输出电压的影响。

可选的，使光伏阵列运行在最大输出功率的工作点上具体包括：

获取光伏阵列的输出电压Vp和输出电流Ip，将其作为输入信号输入MPPT控制器，MPPT控制器通过MPPT算法获取光伏阵列最大功率点对应的参考电压信号Vpref。

光伏阵列的参考电压信号Vpref与光伏阵列的实际输出电压Vp形成电压偏差作为PI控制器的输入产生光伏阵列所连接变换器的脉冲信号，并与三角载波信号进行比较以此改变变换器升压电路的占空比对Vp进行调节以跟踪Vpref，当电压偏差为零时，光伏阵列运行在最大功率运行点位置。

S102、获取负载单元所需的功率。

S103、根据光伏阵列的最大输出功率与负载单元所需功率获得补偿电压。

可选的，根据光伏阵列的最大输出功率与系统负荷所需功率的差值经过比例积分控制器的调节得到补偿电压，

其中，k₁和k₂为比例积分控制器的比例系数和积分系数，P_Load为负载单元所需的功率，P_P为光伏阵列在MPPT算法下的最大输出功率，s为比例积分控制器的传递函数的空间变量符号。

在实际的系统中，在面对负荷突变、光伏功率波动等不确定因素时，直流母线电压与参考值之间可能存在一定偏差，通过对直流母线电压参考值V_ref增加补偿项，对系统进行二次控制使储能充分协调光伏、负荷功率的变化进行充放电，平抑母线电压偏移，减少功率不平衡对母线电压的影响。

S104、根据补偿电压调整直流母线的电压参考值。

可选的，根据补偿电压调整直流母线的电压参考值具体如下：

V_B'＝V_ref+ΔV

其中，V_B'为补偿后的直流母线电压参考值，V_ref为直流母线电压参考值。

可选的，直流母线电压参考值可预先确定，通常为一个常数，其可根据实际条件及需要进行设置，在此不做限定。

S105、根据调整的直流母线电压参考值控制储能控制单元的电流信号。

通过补偿电压对直流母线电压参考值进行调整，以此调整储能控制单元的电流控制信号，改变储能控制单元的的工作状态。

可选的，储能电池自身的荷电状态SOC和其输出电压有关，预先设置储能电池的使用寿命设置SOC的上、下限，将储能电池的荷电状态维持在一定范围内，防止储能电池过充、过放。

可选的，储能控制单元的双向DC/DC变换器与直流母线相连，并通过电压电流双闭环控制得到双向DC/DC变换器的控制信号，实现对储能电池输出电压V_B的升压或降压控制；并在电流环控制中加入下垂控制，预先设置直流母线电压参考值V_ref，并根据V_ref与直流母线电压实时测量值V_dc的差值实时调整电流环输入的电流信号改变双向DC/DC变换器的控制信号以实现储能充放电，具体控制如下式所示：

I_B＝k(V_ref-V_dc)-i_bat

其中，I_B为经下垂控制之后的输出电流信号，k为下垂系数，i_bat为储能电池充放电电流，V_ref为直流母线电压参考值，V_dc为直流母线电压实时测量值。

可选的，根据调整的直流母线电压参考值控制储能控制单元的电流信号具体为：

I_B＝k(V_B'-V_dc)-i_bat

其中，I_B为经下垂控制之后的输出电流信号，k为下垂系数，i_bat为储能电池充放电电流，V_dc为直流母线电压实时测量值。

根据光伏控制单元与负荷的功率变化进行二次控制，将补偿电压输入给储能控制单元，通过移动下垂控制曲线来控制储能的工作状态，调整储能电池改进后电流信号。

如图2所示，为本发明实施例提供的一种含高渗透率光储的配电网协调控制系统结构图，系统结构包括：

光伏控制单元、储能控制单元、协调控制单元、直流母线、负载单元；协调控制单元通过导线分别与光伏控制单元、储能控制单元和负载单元连接，直流母线通过导线分别与光伏控制单元、储能控制单元和负载单元连接；

光伏控制单元包括：光伏阵列、MPPT控制器、PI控制器、DC/DC变换器；MPPT控制器通过导线分别与光伏阵列和PI控制器相连接，PI控制器和DC/DC变换器连接；

储能控制单元包括：储能电池、下垂控制器、双向DC/DC变换器；下垂控制器通过导线分别与储能电池和双向DC/DC变换器相连接；

光伏控制单元被配置为用于获取光伏阵列运行在最大功率位置的最大输出功率；

协调控制单元被配置为用于获取负载单元所需的功率，根据光伏阵列的最大输出功率与负载单元所需功率获得补偿电压；并根据补偿电压调整直流母线的电压参考值。

可选的，储能控制单元进一步被配置用于根据调整的直流母线电压参考值控制电流信号。

相比于现有技术，本发明实施例提供的含高渗透率光储的配电网协调控制系统，在实际的系统运用中，在面对负荷突变、光伏功率波动等不确定因素时，通过对直流母线电压参考值V_ref增加补偿项，对系统进行二次控制使储能充分协调光伏、负荷功率的变化进行充放电，平抑母线电压偏移，减少功率不平衡对母线电压的影响；并进一步根据所述调整的直流母线电压参考值控制储能控制单元的电流信号，以此改变储能的工作状态，达到协调控制的效果。

如图3所示，为本公开实施例采用的配电网模型图；

可选的，采用的配电网模型中包含至少一个光伏阵列，光伏阵列的数量可以根据实际需要设置，在此对其数量不做限制。

如图4所示，是含高渗透率光储的配电网协调控制系统是光伏功率变化仿真图，根据如图2所示的含高渗透率光储的配电网协调控制系统。其中根据图1中的步骤S101-S105可知，光伏阵列通过DC/DC变换器接入直流母线，同时利用MPPT算法对变换器进行控制，使光伏阵列运行在最大输出功率的工作点上，保证光伏能量最大利用；预先设置两组光伏阵列的最大功率均为0.4MW，初始光照为1400W/m2，温度为25℃，在2s时，光照强度下降为1200W/m2，并在两秒后恢复，光伏功率的变化如图3所示。

如图5所示，是增加电压补偿前后的直流母线电压的变化仿真图。在仿真之前，预先设置储能电池SOC的初始状态为50％，及SOC上、下限分别为80％、20％，储能电池的容量为0.3MW，开路电压为1KV，直流母线电压参考值为0.8KV，系统初始负荷Load₀＝100Ω，在3s时增加Load₁＝100Ω。

图4中，在2s时，光伏系统由于光照强度的下降发电功率迅速下降；在3秒时由于负荷功率突增，而光伏处于MPPT模式下功率未发生变化，而储能迅速放出有功功率维持系统功率平衡；在4秒时，随着光照强度增加，光伏的输出功率增加，而储能仍处于放电状态，但输出的功率减小，可以看出储能变换器所加控制策略可根据系统功率的变化有效协调储能进行充放电。图5可以看出在增加补偿电压后可以快速稳定直流母线电压，减少电压偏差。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。

Claims (10)

1.一种含高渗透率光储的配电网协调控制方法，其特征在于，所述方法包括：

获取光伏控制单元中光伏阵列运行在最大功率位置的最大输出功率；

获取负载单元所需的功率；

根据所述光伏阵列的最大输出功率与负载单元所需的功率获得补偿电压；

根据所述补偿电压调整直流母线的电压参考值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取光伏控制单元中光伏阵列运行在最大功率位置的最大输出功率具体包括：

获取所述光伏阵列的输出电压；

将所述输出电压信号输入DC/DC变换器进行升压稳压对电压幅值进行变换，并采用MPPT算法，使光伏阵列运行在最大输出功率的工作点上，获取所述光伏阵列的最大输出功率。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述使光伏阵列运行在最大输出功率的工作点上包括：

获取光伏阵列的输出电压和输出电流；

将所述输出电压和输出电流输入MPPT控制器，获取光伏阵列运行在最大功率点对应的参考电压信号；

将所述光伏阵列运行在最大功率点对应的参考电压信号与实际输出电压形成电压偏差通过PI控制器产生输出的脉冲信号，并与三角载波信号比较以此改变变换器升压电路的占空比对输出电压进行调节以跟踪所述参考电压信号，直到电压偏差为零。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，根据所述光伏阵列的最大输出功率与负载单元所需功率获得补偿电压具体为：

根据所述光伏阵列的最大输出功率与所述负载单元所需功率的差值经过比例积分控制器的调节得到补偿电压。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述光伏阵列的最大输出功率与负载单元所需功率的差值经过比例积分控制器的调节得到补偿电压具体为：

其中，k₁和k₂为比例积分控制器的比例系数和积分系数，P_Load为负载单元所需功率，P_P为光伏阵列在MPPT算法下的最大输出功率，s为比例积分控制器的传递函数的空间变量符号。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述补偿电压调整直流母线的电压参考值具体为：

V_B'＝V_ref+ΔV

其中，V_B'为补偿后的直流母线电压参考值，V_ref为直流母线电压参考值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述调整的直流母线电压参考值控制储能控制单元的电流信号。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述调整的直流母线电压参考值控制储能控制单元的电流信号具体为：

I_B＝k(V_B'-V_dc)-i_bat

其中，I_B为经下垂控制之后的输出电流信号，k为下垂系数，i_bat为储能电池充放电电流，V_dc为直流母线电压实时测量值。

9.一种含高渗透率光储的配电网协调控制系统，所述系统包括：光伏控制单元、储能控制单元、协调控制单元、直流母线、负载单元；协调控制单元通过导线分别与光伏控制单元、储能控制单元和负载单元连接，直流母线通过导线分别与光伏控制单元、储能控制单元和负载单元连接；

所述光伏控制单元包括：光伏阵列、MPPT控制器、PI控制器、DC/DC变换器；MPPT控制器通过导线分别与光伏阵列和PI控制器相连接，PI控制器和DC/DC变换器连接；

所述储能控制单元包括：储能电池、下垂控制器、双向DC/DC变换器；下垂控制器通过导线分别与储能电池和双向DC/DC变换器相连接；

所述光伏控制单元被配置为用于获取光伏阵列运行在最大功率位置的最大输出功率；

所述协调控制单元被配置为用于获取负载单元所需的功率，根据所述光伏阵列的最大输出功率与负载单元所需功率获得补偿电压；并根据所述补偿电压调整直流母线的电压参考值。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述储能控制单元还被配置为根据所述调整的直流母线电压参考值控制电流信号。

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