CN112968472A - 多目标的光储充功率动态协调控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多目标的光储充功率动态协调控制系统及控制方法，系统包括由多个光伏发电系统、多个储能系统、多个充电桩组成底部设备层、中间的光储充协调控制器控制层，上层的调度系统调度层；协调控制器采集设备层的信息，按照调度层的指令运行功率协调算法对设备进行实时控制，其中光伏发电系统向母线送电，充电桩从母线获取电能，储能系统为双向调节电能系统。将并网点的功率与设定值的功率差额作为系统目标值送功率协调主单元，功率协调主单元按优先级控制方法分配给各功率协调子单元对各子单元进行功率调控。应用场景广泛，系统调节快速精准而且实时性好。该光储充一体化系统既最大限度地利用可再生能源的发电量，也具备很好的经济效益。

Description

多目标的光储充功率动态协调控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种微电网控制技术，特别涉及一种多目标的光储充功率动态协调控制系统及控制方法。

背景技术

随着电动汽车越来越普及，居民小区、停车场、换电站等公共场合安装了越来越多的充电桩，但过多的充电桩接入电网可能会超出电网变压器容量限值，对电网造成危害，光伏系统接入后，其发的电量供给充电桩就地消耗，减缓了电网的供电压力，同时，由于峰谷电价差等实际情况的存在，加入储能系统后，通过协调控制器对光伏、储能进行功率协调及充电桩充电进行有序管理，可以实现光储充系统与电网之间能量的双向流动，实现最大的经济效益。该控制系统及功率协调算法可以自定义与电网之间的能量流动值，故也适用于没有电网接入的地区，形成电能自发自用的光储充离网系统。

发明内容

为了实现光储充系统的功率协调控制，形成电能自发自用的光储充离网系统，提出了一种多目标的光储充功率动态协调控制系统及控制方法，实现光储充系统多个目标的功率协调控制。

本发明的技术方案为：一种多目标的光储充功率动态协调控制系统，包括由多个光伏发电系统、多个储能系统、多个充电桩组成底部设备层、中间的光储充协调控制器控制层，上层的调度系统调度层；协调控制器采集设备层的信息，按照调度层的指令运行功率协调算法对设备进行实时控制，其中光伏发电系统向母线送电，充电桩从母线获取电能，储能系统为双向调节电能系统。

所述多目标的光储充功率动态协调控制系统的控制方法，其特征在于，并网点的功率P与设定值P_set的功率差额ΔP＝P_set-P作为系统目标值送功率协调主单元，功率协调主单元将功率差额作为设定功率差额ΔP_set按优先级控制方法分配给各功率协调子单元，各功率协调子单元将分配到的差额功率调节值分配给对应管理的各子单元；优先级控制依次为一级光伏功率协调子单元、二级储能功率协调子单元和三级充电桩功率协调子单元。

优选的，所述优先级控制方法：当功率缺额ΔP_set>0时，分配设定功率差额时先考虑将其分配给一级光伏功率协调子单元ΔP_set→ΔP_1set，当一级光伏功率协调子单元不足以提供功率缺额时，即ΔP_set>ΔP_1set时，将剩余的功率缺额分配给二级储能功率协调子单元，即ΔP_set-ΔP_1set→ΔP_2set，如还不能满足功率缺额时，将最终剩余功率分配给三级充电桩功率协调子单元，对其进行限功率运行，即ΔP_set-ΔP_1set-ΔP_2set→ΔP_3set；在功率超额ΔP_set<0的情况下，如上同理依次进行限制光伏发电、储能进行充电、充电桩最大功率运行。

优选的，所述当功率缺额ΔP_set>0时具体控制方法如下：

一级光伏功率协调子单元的目标调节功率ΔP_1set＝MIN(ΔP_1posmax,ΔP_set)，

二级储能功率协调子单元的目标调节功率ΔP_2set＝MIN(ΔP_2posmax,ΔP_set-ΔP_1set)，

三级充电桩功率协调子单元的目标调节功率

ΔP_3set＝MIN(ΔP_3posmax,ΔP_set-ΔP_1set-ΔP_2set)，

其中ΔP_1posmax为优先级最高的光伏子单元正向输出功率的最大值，即光伏子单元当前可向外输出的最大功率，

其中P_1i额为第i台光伏最大发电功率，a_i％为第i台光伏限功率百分比；ΔP_2posmax为储能子单元正向输出功率的最大值，

此时P_2i额为第i台储能的最大放电功率，P_2i为第i台储能的实时输出功率；ΔP_3posmax为充电桩子单元的充电功率，

P_3i为第i台充电桩的实时充电功率；各个子单元的输出功率是由控制器通过工业通讯以毫秒级进行实时采集计算而来，实时更新，目标调节值也实时更新，直到满足系统目标值为止。

本发明的有益效果在于：本发明多目标的光储充功率动态协调控制系统及控制方法，应用场景广泛，既可以用于离网系统也可以用于并网系统，该光储充系统在并网点的目标能量流动值可灵活设置；该系统调节快速精准而且实时性好。该光储充一体化系统既最大限度地利用可再生能源的发电量，也具备很好的经济效益。

附图说明

图1为本发明多目标的光储充功率动态协调控制系统架构示意图；

图2为发明光储充一次系统结构示意图；

图3为本发明光储充动态功率协调控制系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示多目标的光储充功率动态协调控制系统架构示意图，该系统中分三层，由多个光伏发电系统、多个储能系统、多个充电桩组成底层的设备层，光储充协调控制器为中间层的控制层，调度系统为上层的调度层。协调控制器采集设备层的信息，按照调度层的指令运行功率协调算法对设备进行实时控制。该三层结构中，若协调控制器的目标是确定不变的，例如是光储充离网系统，可以没有上层调度系统。上层调度系统仅仅制定功率协调的目标并下达指令。

如图2所示光储充一次系统示意图，图2中箭头代表能量流动的方向，光伏发电系统是向母线送电，充电桩是吸收电能，而储能系统为双向调节电能系统，本功率协调算法的目标就是调节并网点的功率值P为目标值P_set,若该系统为离网系统P_set＝0。上层调度系统来制定目标值，若P_set>0，则能量流向大电网，为正方向，否则P_set<0，则从大电网吸收电能，为负方向。

动态功率协调算法：

并网点的功率P与设定值P_set的功率差额ΔP＝P_set-P，其中P为实际的光储充系统与电网之间交互的功率值。ΔP>0认为是功率缺额，ΔP<0认为是功率超额。

功率协调控制算法的最终控制目标是使ΔP→0。本算法可分为功率协调主单元和功率协调子单元。功率协调主单元将功率差额作为设定功率差额ΔP_set＝ΔP分配给各功率协调子单元，各功率协调子单元将分配到的差额功率调节值ΔP_nset分配给各子单元。

功率协调主单元和功率协调子单元可以选用各种控制算法，如平均控制算法、优先控制算法，PID控制算法，速度最快控制算法等。由于平均控制算法，对所有的设备采用相同的功率控制，不设定设备的优先级，PID控制算法与速度最快控制算法都存在功率超调的情况。故在本系统中，选用优先控制算法，主单元根据当前是功率超额还是功率缺额决定各子单元控制的优先级，例如在功率超额时，主单元决定是先限制光伏的功率，还是先让储能系统进行充电。各协调子单元的优先级根据设备的优先级来确定，例如有10套光伏发电组，由光伏功率协调子单元决定10台光伏发电系统限功率的优先级。

本算法中共有3个功率协调控制子单元：如图3所示，优先级依次为一级光伏功率协调子单元、二级储能功率协调子单元、三级充电桩功率协调子单元。分配设定功率差额时先考虑将其分配给一级光伏功率协调子单元ΔP_set→ΔP_1set，当一级光伏功率协调子单元不足以提供功率缺额时，即ΔP_set>ΔP_1set；将剩余的功率缺额分配给二级储能功率协调子单元，即ΔP_set-ΔP_1set→ΔP_2set；如还不能满足功率缺额时，将最终剩余功率分配给三级充电桩功率协调子单元，对其进行限功率运行，即ΔP_set-ΔP_1set-ΔP_2set→ΔP_3set。在功率超额的情况下反之。

功率协调控制的方法简单的来说，在功率缺额的情况下，尽量光伏MPPT发电，储能进行放电，充电桩限功率运行。在功率超额的情况下，限制光伏发电，储能进行充电，充电桩最大功率运行。但两种情况下，各个子单元的优先级不同，所以现在分功率缺额及功率超额两种情况介绍。

功率缺额情况下根据优先级别具体实现各自控制为：

1)光伏控制子单元获取分配功率差额后：按功率差额减少光伏限功率运行，甚至以最大功率运行，将其可增加功率数值上传至功率协调主单元。

2)储能控制子单元如获取分配功率差额后：按功率差额减少储能充电，如达不到甚至进行放电，将其可实现的功率差额贡献上传至功率协调主单元。

3)充电桩控制子单元如获取分配功率差额后：按功率差额限制充电桩的输出功率，将其可实现的功率差额贡献上传至功率协调主单元。

功率超额情况下根据优先级别排序为：

1)充电桩控制子单元获取分配功率超额后：减少限制充电桩的输出功率甚至完全不限制，将其可减少的功率值上传至功率协调主单元。

2)储能控制子单元如获取分配功率超额后：减少储能放电甚至充电，将其可减少的功率值上传至功率协调主单元。

3)光伏控制子单元如获取分配功率超额后：光伏限功率运行，将其可实现的功率差额贡献上传至功率协调主单元。

图2是以功率缺额为例，光伏优先级最高，充电桩的控制最低，若是超额情况，顺序反之。

以功率缺额为例介绍功率的动态调节过程。

如果ΔP>0,系统功率缺额，各子单元需要多发功率或者减少少消耗功率。将最终控制目标通过优先控制算法分成各个功率协调单元的分目标，优先控制算法如下：

1)功率协调单元1:目标调节功率ΔP_1set＝MIN(ΔP_1posmax,ΔP_set),

2)功率协调单元2:目标调节功率ΔP_2set＝MIN(ΔP_2posmax,ΔP_set-ΔP_1set),

3)功率协调单元3:目标调节功率ΔP_3set＝MIN(ΔP_3posmax,ΔP_set-ΔP_1set-ΔP_2set),

ΔP_1posmax为优先级最高的单元的正向输出功率的最大值，也就是说光伏子单元目前可以向外输出的最大功率，该值是由系统实时计算时时调整，

其中P_1i额为第i台光伏最大发电功率，a_i％为第i台光伏限功率百分比，若每台的a_i％＝100％，即完全限制功率，则ΔP_1posmax＝0，则光伏无法给出功率贡献。同理储能作为优先级第二的子单元也按照此方法计算

此时P_2i额为第i台储能的最大放电功率，P_2i为第i台储能的实时输出功率，正为放电，负为充电。同样，充电桩作为优先级第三的子单元

P_3i为第i台充电桩的实时充电功率。那么功率超额的话，调节过程反之。各个设备的输出功率是由控制器通过工业通讯以毫秒级进行实时采集计算而来，该值实时更新，目标调节值也实时更新，直到满足系统目标值为止。

本发明提出来的控制方法中光储充系统的输出功率目标值可以根据不同的应用场景及需求进行设定更改，根据光伏的发电情况、储能的剩余电量、充电桩的充电情况实时调整各个子系统的功率目标值，系统响应可达毫秒级，所有设备的发电或者用电功率实时采集，可双向调节功率值实时计算，实现与电网之间功率按照多个目标的双向流动。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种多目标的光储充功率动态协调控制系统，其特征在于，包括由多个光伏发电系统、多个储能系统、多个充电桩组成底部设备层、中间的光储充协调控制器控制层，上层的调度系统调度层；协调控制器采集设备层的信息，按照调度层的指令运行功率协调算法对设备进行实时控制，其中光伏发电系统向母线送电，充电桩从母线获取电能，储能系统为双向调节电能系统。

2.根据权利要求1所述多目标的光储充功率动态协调控制系统的控制方法，其特征在于，并网点的功率P与设定值P_set的功率差额ΔP＝P_set-P作为系统目标值送功率协调主单元，功率协调主单元将功率差额作为设定功率差额ΔP_set按优先级控制方法分配给各功率协调子单元，各功率协调子单元将分配到的差额功率调节值分配给对应管理的各子单元；优先级控制依次为一级光伏功率协调子单元、二级储能功率协调子单元和三级充电桩功率协调子单元。

3.根据权利要求2所述多目标的光储充功率动态协调控制系统的控制方法，其特征在于，所述优先级控制方法：当功率缺额ΔP_set>0时，分配设定功率差额时先考虑将其分配给一级光伏功率协调子单元ΔP_set→ΔP_1set，当一级光伏功率协调子单元不足以提供功率缺额时，即ΔP_set>ΔP_1set时，将剩余的功率缺额分配给二级储能功率协调子单元，即ΔP_set-ΔP_1set→ΔP_2set，如还不能满足功率缺额时，将最终剩余功率分配给三级充电桩功率协调子单元，对其进行限功率运行，即ΔP_set-ΔP_1set-ΔP_2set→ΔP_3set；在功率超额ΔP_set<0的情况下，如上同理依次进行限制光伏发电、储能进行充电、充电桩最大功率运行。

4.根据权利要求3所述多目标的光储充功率动态协调控制系统的控制方法，其特征在于，所述当功率缺额ΔP_set>0时具体控制方法如下：

一级光伏功率协调子单元的目标调节功率ΔP_1set＝MIN(ΔP_1posmax,ΔP_set)，

二级储能功率协调子单元的目标调节功率ΔP_2set＝MIN(ΔP_2posmax,ΔP_set-ΔP_1set)，

三级充电桩功率协调子单元的目标调节功率

ΔP_3set＝MIN(ΔP_3posmax,ΔP_set-ΔP_1set-ΔP_2set)，

其中ΔP_1posmax为优先级最高的光伏子单元正向输出功率的最大值，即光伏子单元当前可向外输出的最大功率，

其中P_1i额为第i台光伏最大发电功率，a_i％为第i台光伏限功率百分比；ΔP_2posmax为储能子单元正向输出功率的最大值，

此时P_2i额为第i台储能的最大放电功率，P_2i为第i台储能的实时输出功率；ΔP_3posmax为充电桩子单元的充电功率，

P_3i为第i台充电桩的实时充电功率；各个子单元的输出功率是由控制器通过工业通讯以毫秒级进行实时采集计算而来，实时更新，目标调节值也实时更新，直到满足系统目标值为止。

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