CN115333133A - 一种储能系统控制方法、装置及储能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种储能系统控制方法、装置及储能系统，涉及光伏技术领域。本发明所述的储能系统控制方法，包括：获取PV电压、电池电压和网侧电压，根据所述PV电压、所述电池电压和所述网侧电压确定母线电压参考值，根据所述母线电压参考值确定基准移相角或基准频率；获取电池侧电流，根据所述电池侧电流需要抑制的低频分量确定桥臂移相角变化量或频率变化量；根据所述基准移相角和所述桥臂移相角变化量确定桥臂移相角，或根据所述基准频率和所述频率变化量确定开关频率；根据所述桥臂移相角或所述开关频率抑制低频纹波。采用移相方式或调频方式来抑制低频纹波，进而能够抑制低频纹波；使得PV处于MPPT点，有效避免光伏降额运行。

Description

一种储能系统控制方法、装置及储能系统
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，具体而言，涉及一种储能系统控制方法、装置及储能系统。
背景技术
目前普遍采用的光伏储能系统架构为共直流母线的结构，结合图2所示，光伏经DC/DC接入母线，电池经双向DC/DC接入母线，电网和负载经DC/AC连接入母线。电池侧的双向DC/DC常采用LLC加Buck/Boost的拓扑方式，该拓扑为两级结构，容易实现电池电压和母线电压的灵活匹配，缺点为成本高，体积大。相比而言，单级LLC在成本和体积方面更有优势，因而越来越多被采用。
结合图3和图4所示，单级LLC储能系统的控制方法如下：以并网模式为例（离网模式类似），LLC采用开环控制，按照固定的开关频率工作，电池侧功率由DC/AC功率控制来实现。对母线来说，电池侧相当于电压源，DC/AC相当于电流源，PV侧根据母线电压值做MPPT运行或者降额运行。该控制方法简单，但主要缺点有：1）对于单相系统，有大量的100Hz无功电流流入电池，造成电池电流有大量低频纹波；2）母线电压完全由电池侧决定，没有兼顾PV电压，当PV的MPPT电压高于母线电压时，会降额运行，以至于牺牲一部分功率。
发明内容
本发明解决的问题是如何在避免光伏降额运行的条件下实现低频纹波抑制。
为解决上述问题，本发明提供一种储能系统控制方法，包括：获取PV电压、电池电压和网侧电压，根据所述PV电压、所述电池电压和所述网侧电压确定母线电压参考值，根据所述母线电压参考值确定基准移相角或基准频率；获取电池侧电流，根据所述电池侧电流需要抑制的低频分量确定桥臂移相角变化量或频率变化量；根据所述基准移相角和所述桥臂移相角变化量确定桥臂移相角，或根据所述基准频率和所述频率变化量确定开关频率；根据所述桥臂移相角或所述开关频率抑制低频纹波。
可选地，所述根据所述PV电压、所述电池电压和所述网侧电压确定母线电压参考值包括：根据所述PV电压确定第一母线电压，根据所述电池电压确定第二母线电压，根据所述网侧电压确定第三母线电压，根据所述第一母线电压、所述第二母线电压和所述第三母线电压中的最大值确定所述母线电压参考值。
可选地，所述根据所述电池侧电流需要抑制的低频分量确定桥臂移相角变化量或频率变化量包括：将所述电池侧电流与预设参考值比较后输入抑制低频纹波的谐振控制器，根据所述谐振控制器的输出确定所述桥臂移相角变化量或所述频率变化量。
可选地，所述根据所述桥臂移相角或所述开关频率抑制低频纹波包括：根据所述桥臂移相角进行移相，或调整所述开关频率。
可选地，所述根据所述桥臂移相角进行移相包括：将所述桥臂移相角输入器件驱动产生模块进行移相，使得输出电压变化以抑制所述低频纹波。
可选地，所述储能系统控制方法还包括：设定低频纹波允许波动的最大幅值，只有当电流纹波大于所述最大幅值时，所述低频纹波抑制动作。
可选地，所述储能系统控制方法还包括：根据负载电流调整所述基准移相角或所述基准频率。
可选地，所述储能系统控制方法还包括：根据所述桥臂移相角或所述开关频率抑制电池侧电流高频分量。
本发明所述的储能系统控制方法，采用移相方式或调频方式来抑制低频纹波，在移相方式中，开关频率保持不变，通过改变桥臂移相角实现低频纹波抑制，在调频方式中，通过调整开关频率实现低频纹波抑制，移相方式和调频方式实质上都是对DC/DC两侧压差进行控制，进而能够抑制低频纹波；同时根据PV电压、电池电压和网侧电压确定母线电压参考值，从而确定基准移相角或基准频率，可以尽量使得PV处于MPPT点，有效避免光伏降额运行。
本发明还提供一种储能系统控制装置，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上所述的储能系统控制方法。所述储能系统控制装置与上述储能系统控制方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
本发明还提供一种储能系统，包括上述储能系统控制装置。所述储能系统与上述储能系统控制方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
图1为本发明实施例的储能系统控制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例的储能系统架构示意图；
图3为本发明实施例的单级LLC示意图；
图4为本发明实施例的现有单级LLC储能系统的控制过程示意图；
图5为本发明实施例的单级LLC储能系统低频纹波抑制过程示意图一；
图6为本发明实施例的器件驱动示意图；
图7为本发明实施例的单级LLC储能系统低频纹波抑制过程示意图二；
图8为本发明实施例的母线电压和电池电压的关系曲线；
图9为本发明实施例的单级LLC储能系统低频纹波抑制过程示意图三；
图10为本发明实施例的单级LLC储能系统低频纹波抑制过程示意图四；
图11为本发明实施例的单级LLC储能系统低频纹波抑制过程示意图五；
图12为本发明实施例的单级LLC储能系统低频纹波抑制过程示意图六；
图13为本发明实施例的单级LLC储能系统高频电流抑制示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
如图1所示，本发明实施例提供一种储能系统控制方法，包括：获取PV电压、电池电压和网侧电压，根据所述PV电压、所述电池电压和所述网侧电压确定母线电压参考值，根据所述母线电压参考值确定基准移相角或基准频率；获取电池侧电流，根据所述电池侧电流需要抑制的低频分量确定桥臂移相角变化量或频率变化量；根据所述基准移相角和所述桥臂移相角变化量确定桥臂移相角，或根据所述基准频率和所述频率变化量确定开关频率；根据所述桥臂移相角或所述开关频率抑制低频纹波。
具体地，在本实施例中，抑制低频纹波主要采取两种方式，一种方式为移相，即开关频率保持不变，改变桥臂的移相角，另一种方式为调频。移相方式和调频方式都需要对电池侧电流进行采样，与参考值0比较后，送入100Hz谐振（PR）控制器。
（1）移相方式：
结合图5所示，首先对电池侧电流Ibat进行采样，与参考值0比较后，送入100Hz谐振（PR）控制器，实现对100Hz低频纹波抑制。谐振（PR）控制器的输出作为桥臂移相角变化量（Δφ），该值加在基准移相角（φ0）上，最后形成桥臂移相角φ。该控制方式实质通过移相实现对DC/DC两侧压差控制，进而实现对100Hz电流抑制。当低频纹波抑制时，能够为电动汽车的充电桩等设备提供更为稳定的电源。
结合图6所示，以功率流向从电池到母线为例，电池侧的四个器件S1至S4（S5至S8同理），未移相前，四个管子各是50%占空比，S1和S4相同，S2和S3相同，S1和S2互补，S3和S4互补。载波移相后，S1和S4错开了φ角度驱动，S2和S3错开了φ角度驱动，S1和S2互补，S3和S4互补，这样使输出电压VB_ac发生变化，进而可以实现抑制100Hz纹波目的。
由于母线电压完全由电池侧决定，没有兼顾PV电压（PV,Photovoltaic，太阳能发电）。当PV的MPPT电压高于母线电压时，PV需要降额运行，这样会牺牲一部分PV功率。为兼顾PV电压，需要尽可能使PV处于MPPT点，具体改进如下。
结合图7所示，基准移相角φ0不是一个固定值，而是需要考虑PV电压、电池电压、网侧电压，然后确定母线电压值，进而确定基准的移相角φ0。母线电压需要满足并网要求，网侧电压决定一个最低母线电压Vdc_Gmin；PV需要实现MPPT，决定一个最低的母线电压Vdc_MPPT；电池正常运行，产生一个母线电压Vdc_B；三个电压的最大值就是系统需要的母线电压Vdc_ref，并由该母线电压参考值Vdc_ref闭环确定基准的移相角φ0。
结合图8所示，如果基准移相角φ0为固定值，如不考虑100Hz纹波抑制的波动，电池电压和母线电压近似为一条直线。当PV的MPPT的电压高于母线电压时，这时PV必须降额运行。比如电池电压为43V（具体电压数值根据实际情况确定，此处举例仅为解释说明），这时母线电压约394V，当PV的MPPT电压为430V时，这样PV必须降额运行于394V。这时，将基准移相角φ0增加，母线电压就可以提升，提升至MPPT电压430V。由此可见，该方法可以有效避免光伏降额运行，保证光伏MPPT，最大利用光伏功率。
（2）调频方式：
结合图9所示，首先对电池侧电流Ibat进行采样，与参考值0比较后，送入100Hz谐振（PR）控制器，实现对100Hz低频纹波抑制。谐振（PR）控制器的输出作为频率变化量（Δf），该值加在基准频率（f0）上，最后形成开关频率f。该控制方式实质通过调整开关频率实现DC/DC两侧压差控制，进而实现对100Hz电流抑制。
与移相方式类似，调频方式同样需要兼顾MPPT电压来避免光伏降额运行。结合图10所示，基准频率f0不是一个固定值，而是需要考虑PV电压、电池电压、网侧电压，然后确定母线电压值，进而确定基准的移相角f0。母线电压需要满足并网要求，网侧电压决定一个最低母线电压Vdc_Gmin；PV需要实现MPPT，决定一个最低的母线电压Vdc_MPPT；电池正常运行，产生一个母线电压Vdc_B；三个电压的最大值就是系统需要的母线电压Vdc_ref，并由该母线电压参考值Vdc_ref闭环确定基准频率f0。
由于移相或者调频的方式在一定程度上会降低系统的效率，因此在抑制100Hz电流纹波的同时，需要尽量减小对系统效率的影响。结合图11所示，首先设定低频纹波允许波动的最大幅值I100Hz_limit，当电流纹波小于该幅值时，移相角变化量Δφ为零，当电流纹波超过该幅值时，启用100Hz低频纹波抑制控制，可以有效地降低低频纹波抑制对效率带来的影响。
结合图12所示，由于基准移相角φ0还受负载电流控制，当负载较小时，对应的纹波电流也是较小的，意味着不需要太大的基准移相角φ0进行低频纹波抑制。当负载电流较小时，基准移相角φ0也相应调小，这样可以降低对系统效率的影响。
结合图13所示，将电池侧电流Ibat进行高频分量提取，高频分量提取模块可以将电流中高频分量提取出来，如800Hz至5kHz的分量。然后进行闭环控制，指令值为零，经过PI控制后产生相移角变化量ΔφH，加入到相移基准φ0。经过控制后，可以将电流中高频分量得到有效抑制。
可选地，所述根据所述PV电压、所述电池电压和所述网侧电压确定母线电压参考值包括：根据所述PV电压确定第一母线电压，根据所述电池电压确定第二母线电压，根据所述网侧电压确定第三母线电压，根据所述第一母线电压、所述第二母线电压和所述第三母线电压中的最大值确定所述母线电压参考值。
具体地，网侧电压决定一个最低母线电压Vdc_Gmin；PV需要实现MPPT，决定一个最低的母线电压Vdc_MPPT；电池正常运行，产生一个母线电压Vdc_B；三个电压的最大值就是系统需要的母线电压Vdc_ref。
可选地，所述根据所述电池侧电流需要抑制的低频分量确定桥臂移相角变化量或频率变化量包括：将所述电池侧电流与预设参考值比较后输入抑制低频纹波的谐振控制器，根据所述谐振控制器的输出确定所述桥臂移相角变化量或所述频率变化量。
具体地，首先对电池侧电流Ibat进行采样，与参考值0比较后，送入100Hz谐振（PR）控制器（也可以是别的控制器，不限于谐振控制器），实现对100Hz低频纹波抑制。谐振（PR）控制器的输出作为桥臂移相角变化量（Δφ）或频率变化量（Δf）。
可选地，所述根据所述桥臂移相角或所述开关频率抑制低频纹波包括：根据所述桥臂移相角进行移相，或调整所述开关频率。
可选地，所述根据所述桥臂移相角进行移相包括：将所述桥臂移相角输入器件驱动产生模块进行移相，使得输出电压变化以抑制所述低频纹波。
具体地，载波移相后，S1和S4错开了φ角度驱动，S2和S3错开了φ角度驱动，S1和S2互补，S3和S4互补，这样使输出电压VB_ac发生变化。
可选地，所述储能系统控制方法还包括：设定低频纹波允许波动的最大幅值，只有当电流纹波大于所述最大幅值时，所述低频纹波抑制动作。
具体地，设定低频纹波允许波动的最大幅值I100Hz_limit，当电流纹波小于该幅值时，移相角变化量Δφ为零，当电流纹波超过该幅值时，启用100Hz低频纹波抑制控制。
可选地，所述储能系统控制方法还包括：根据负载电流调整所述基准移相角或所述基准频率。
可选地，所述储能系统控制方法还包括：根据所述桥臂移相角或所述开关频率抑制电池侧电流高频分量。
本发明另一实施例提供一种储能系统控制装置，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上所述的储能系统控制方法。
本发明另一实施例提供一种储能系统，包括上述储能系统控制装置。
虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种储能系统控制方法，其特征在于，包括：
获取PV电压、电池电压和网侧电压，根据所述PV电压、所述电池电压和所述网侧电压确定母线电压参考值，根据所述母线电压参考值确定基准移相角或基准频率；
获取电池侧电流，根据所述电池侧电流需要抑制的低频分量确定桥臂移相角变化量或频率变化量；
根据所述基准移相角和所述桥臂移相角变化量确定桥臂移相角，或根据所述基准频率和所述频率变化量确定开关频率；
根据所述桥臂移相角或所述开关频率抑制低频纹波。
2.根据权利要求1所述的储能系统控制方法，其特征在于，所述根据所述PV电压、所述电池电压和所述网侧电压确定母线电压参考值包括：
根据所述PV电压确定第一母线电压，根据所述电池电压确定第二母线电压，根据所述网侧电压确定第三母线电压，根据所述第一母线电压、所述第二母线电压和所述第三母线电压中的最大值确定所述母线电压参考值。
3.根据权利要求1所述的储能系统控制方法，其特征在于，所述根据所述电池侧电流需要抑制的低频分量确定桥臂移相角变化量或频率变化量包括：
将所述电池侧电流与预设参考值比较后输入抑制低频纹波的谐振控制器，根据所述谐振控制器的输出确定所述桥臂移相角变化量或所述频率变化量。
4.根据权利要求1所述的储能系统控制方法，其特征在于，所述根据所述桥臂移相角或所述开关频率抑制低频纹波包括：
根据所述桥臂移相角进行移相，或调整所述开关频率。
5.根据权利要求4所述的储能系统控制方法，其特征在于，所述根据所述桥臂移相角进行移相包括：
将所述桥臂移相角输入器件驱动产生模块进行移相，使得输出电压变化以抑制所述低频纹波。
6.根据权利要求1所述的储能系统控制方法，其特征在于，还包括：设定低频纹波允许波动的最大幅值，只有当电流纹波大于所述最大幅值时，所述低频纹波抑制动作。
7.根据权利要求1所述的储能系统控制方法，其特征在于，还包括：根据负载电流调整所述基准移相角或所述基准频率。
8.根据权利要求1所述的储能系统控制方法，其特征在于，还包括：根据所述桥臂移相角或所述开关频率抑制电池侧电流高频分量。
9.一种储能系统控制装置，其特征在于，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如权利要求1至8任一项所述的储能系统控制方法。
10.一种储能系统，其特征在于，包括权利要求9所述的储能系统控制装置。
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Application publication date: 20221111

Assignee: SHANGHAI OUSAI RUISI NEW ENERGY TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Assignor: Jinlang Technology Co.,Ltd.

Contract record no.: X2024980006097

Denomination of invention: A control method, device, and energy storage system for an energy storage system

Granted publication date: 20230228

License type: Common License

Record date: 20240522