CN115986714A - 一种光储直柔系统及其控制方法、装置和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光储直柔系统的控制方法、装置、光储直柔系统和存储介质,该方法包括:获取光储直柔系统的直流母线有效电压;根据光储直柔系统的直流母线有效电压在预设电压范围内所处区间,确定直流负载和/或储能模块的调节功率,调节直流负载的功率增加或减小,直至光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设的运行电压带中;和/或,根据储能模块的调节功率,调节储能模块中DC/DC双向变流器的功率增加或减小,直至光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设的运行电压带中。该方案,通过采用直流母线有效电压与不同电压阈值的电压偏差率来调节光储直柔系统的功率参数,提高柔性调度的目标速度,同时保证光储直柔系统运行的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于光伏发电技术领域,具体涉及一种光储直柔系统的控制方法、装置、光储直柔系统和存储介质,尤其涉及一种光储直柔系统的调节参数整定及直流设备柔性响应控制方法、装置、光储直柔系统和存储介质。
背景技术
随着低压直流技术的快速发展,“光储直柔”成为民用建筑领域实现碳中和重要路径,屋顶光伏和建筑一体化光伏(BIPV)在建筑领域已经广泛应用,直流负载和储能系统的规模化应用将成为“光储直柔”的重要支撑。在光储直柔系统中,新能源光伏通常最大化利用,柔性调节主要依靠于直流负载和储能系统,合适的控制策略对于柔度控制至关重要,调节过度可能导致光储直柔系统震荡失稳,调节不足又无法满足柔性调度的目标速度。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案,并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种光储直柔系统的控制方法、装置、光储直柔系统和存储介质,以解决在光储直柔系统中,柔性调节主要依靠于直流负载和储能系统,调节过度可能导致光储直柔系统震荡失稳,调节不足又无法满足柔性调度的目标速度的问题,达到通过采用直流母线有效电压与不同电压阈值的电压偏差率来调节光储直柔系统的功率参数,提高柔性调度的目标速度,同时保证光储直柔系统运行的稳定性的效果。
本发明提供一种光储直柔系统的控制方法中,所述光储直柔系统具有直流负载和储能模块,所述直流负载的数量为一个以上,所述储能模块的数量为一个以上,每个所述储能模块具有电池和DC/DC双向变流器;所述光储直柔系统的控制方法,包括:在所述光储直柔系统运行的情况下,获取所述光储直柔系统的直流母线有效电压;在所述光储直柔系统的直流母线有效电压超出预设电压范围的情况下,确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率;根据所述直流负载的调节功率,调节所述直流负载的功率增加或减小,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中;和/或,根据所述储能模块的调节功率,调节所述储能模块中DC/DC双向变流器的功率增加或减小,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中。
在一些实施方式中,预设电压范围,包括:由高到低依次设置的高压保护电压阈值、运行上限电压阈值、额定电压阈值、运行下限电压阈值、以及低压保护电压阈值;其中,高压保护电压阈值与运行上限电压阈值之间的区间,为预设的加功率调节电压带,在预设的加功率调节电压带下需要进行功率增加的调节;运行上限电压阈值与运行下限电压阈值之间的区间,为预设的运行电压带;运行下限电压阈值与低压保护电压阈值之间的区间,为预设的减功率调节电压带,在预设的减功率调节电压带下需要进行功率减小的调节。
在一些实施方式中,在所述光储直柔系统的直流母线有效电压超出预设电压范围的情况下,确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率,包括:确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否大于预设的运行上限电压,或确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否小于预设的运行下限电压;在所述光储直柔系统的直流母线有效电压大于预设的运行上限电压的情况下,确定与所述光储直柔系统的直流母线有效电压与预设的运行上限电压之间的差值且记为第一电压差值,确定预设的高压保护电压与预设的低压保护电压之间的差值且记为第二电压差值,将预设的最大可调节功率范围的上限与所述第一电压差值的乘积,再与所述第二电压差值的比值,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率;在所述光储直柔系统的直流母线有效电压小于预设的运行下限电压的情况下,确定与所述光储直柔系统的直流母线有效电压与预设的运行下限电压之间的差值且记为第三电压差值,确定预设的高压保护电压与预设的低压保护电压之间的差值且记为第二电压差值,将预设的最大可调节功率范围的上限与所述第三电压差值的乘积,再与所述第二电压差值的比值,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率。
在一些实施方式中,在所述光储直柔系统的直流母线有效电压超出预设电压范围的情况下,确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率,还包括:确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否大于预设的运行上限电压,或确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否小于预设的运行下限电压;在所述光储直柔系统的直流母线有效电压大于预设的运行上限电压的情况下,确定与所述光储直柔系统的直流母线有效电压与预设的运行上限电压之间的差值且记为第一电压差值,确定预设的高压保护电压与预设的额定电压之间的差值且记为第四电压差值,将预设的最大可调节功率范围的上限与所述第一电压差值的乘积,再与所述第四电压差值的比值,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率;在所述光储直柔系统的直流母线有效电压小于预设的运行下限电压的情况下,确定与所述光储直柔系统的直流母线有效电压与预设的运行下限电压之间的差值且记为第三电压差值,确定预设的额定电压与预设的低压保护电压之间的差值且记为第五电压差值,将预设的最大可调节功率范围的上限与所述第三电压差值的乘积,再与所述第五电压差值的比值,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率。
在一些实施方式中,在所述光储直柔系统的直流母线有效电压超出预设电压范围的情况下,确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率,还包括:确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否大于预设的运行上限电压,或确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否小于预设的运行下限电压;在所述光储直柔系统的直流母线有效电压大于预设的运行上限电压的情况下,则将预设的最大可调节功率范围等分为n等分,逐次将得到的每个等分的调节功率,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率;在所述光储直柔系统的直流母线有效电压小于预设的运行下限电压的情况下,则将预设的最大可调节功率范围等分为n等分,逐次将得到的每个等分的调节功率,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率。
在一些实施方式中,根据所述直流负载的调节功率,调节所述直流负载的功率增加或减小,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中,包括:将所述直流负载的调节功率经功率控制器后,得到所述直流负载的调节电流;将所述直流负载的调节电流与所述直流负载的反馈电流进行比较,得到所述直流负载的电流比较结果;使所述直流负载的电流比较结果,经电流控制器和驱动信号生成模块后,得到所述直流负载的驱动信号;控制所述直流负载按所述直流负载的驱动信号运行,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中。
在一些实施方式中,根据所述储能模块的调节功率,调节所述储能模块中DC/DC双向变流器的功率增加或减小,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中,包括:将所述储能模块的调节功率经功率控制器后,得到所述储能模块的调节电流;将所述储能模块的调节电流与所述储能模块的反馈电流进行比较,得到所述储能模块的电流比较结果;使所述储能模块的电流比较结果,经电流控制器和驱动信号生成模块后,得到所述储能模块中DC/DC双向变流器的驱动信号;控制所述储能模块中DC/DC双向变流器按所述储能模块中DC/DC双向变流器的驱动信号运行,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中。
与上述方法相匹配,本发明另一方面提供一种光储直柔系统的控制装置中,所述光储直柔系统具有直流负载和储能模块,所述直流负载的数量为一个以上,所述储能模块的数量为一个以上,每个所述储能模块具有电池和DC/DC双向变流器;所述光储直柔系统的控制装置,包括:获取单元,被配置为在所述光储直柔系统运行的情况下,获取所述光储直柔系统的直流母线有效电压;控制单元,被配置为在所述光储直柔系统的直流母线有效电压超出预设电压范围的情况下,确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率;所述控制单元,还被配置为根据所述直流负载的调节功率,调节所述直流负载的功率增加或减小,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中;和/或,所述控制单元,还被配置为根据所述储能模块的调节功率,调节所述储能模块中DC/DC双向变流器的功率增加或减小,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中。
在一些实施方式中,预设电压范围,包括:由高到低依次设置的高压保护电压阈值、运行上限电压阈值、额定电压阈值、运行下限电压阈值、以及低压保护电压阈值;其中,高压保护电压阈值与运行上限电压阈值之间的区间,为预设的加功率调节电压带,在预设的加功率调节电压带下需要进行功率增加的调节;运行上限电压阈值与运行下限电压阈值之间的区间,为预设的运行电压带;运行下限电压阈值与低压保护电压阈值之间的区间,为预设的减功率调节电压带,在预设的减功率调节电压带下需要进行功率减小的调节。
在一些实施方式中,所述控制单元,在所述光储直柔系统的直流母线有效电压超出预设电压范围的情况下,确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率,包括:确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否大于预设的运行上限电压,或确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否小于预设的运行下限电压;在所述光储直柔系统的直流母线有效电压大于预设的运行上限电压的情况下,确定与所述光储直柔系统的直流母线有效电压与预设的运行上限电压之间的差值且记为第一电压差值,确定预设的高压保护电压与预设的低压保护电压之间的差值且记为第二电压差值,将预设的最大可调节功率范围的上限与所述第一电压差值的乘积,再与所述第二电压差值的比值,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率;在所述光储直柔系统的直流母线有效电压小于预设的运行下限电压的情况下,确定与所述光储直柔系统的直流母线有效电压与预设的运行下限电压之间的差值且记为第三电压差值,确定预设的高压保护电压与预设的低压保护电压之间的差值且记为第二电压差值,将预设的最大可调节功率范围的上限与所述第三电压差值的乘积,再与所述第二电压差值的比值,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率。
在一些实施方式中,所述控制单元,在所述光储直柔系统的直流母线有效电压超出预设电压范围的情况下,确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率,还包括:确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否大于预设的运行上限电压,或确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否小于预设的运行下限电压;在所述光储直柔系统的直流母线有效电压大于预设的运行上限电压的情况下,确定与所述光储直柔系统的直流母线有效电压与预设的运行上限电压之间的差值且记为第一电压差值,确定预设的高压保护电压与预设的额定电压之间的差值且记为第四电压差值,将预设的最大可调节功率范围的上限与所述第一电压差值的乘积,再与所述第四电压差值的比值,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率;在所述光储直柔系统的直流母线有效电压小于预设的运行下限电压的情况下,确定与所述光储直柔系统的直流母线有效电压与预设的运行下限电压之间的差值且记为第三电压差值,确定预设的额定电压与预设的低压保护电压之间的差值且记为第五电压差值,将预设的最大可调节功率范围的上限与所述第三电压差值的乘积,再与所述第五电压差值的比值,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率。
在一些实施方式中,所述控制单元,在所述光储直柔系统的直流母线有效电压超出预设电压范围的情况下,确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率,还包括:确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否大于预设的运行上限电压,或确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否小于预设的运行下限电压;在所述光储直柔系统的直流母线有效电压大于预设的运行上限电压的情况下,则将预设的最大可调节功率范围等分为n等分,逐次将得到的每个等分的调节功率,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率;在所述光储直柔系统的直流母线有效电压小于预设的运行下限电压的情况下,则将预设的最大可调节功率范围等分为n等分,逐次将得到的每个等分的调节功率,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率。
在一些实施方式中,所述控制单元,根据所述直流负载的调节功率,调节所述直流负载的功率增加或减小,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中,包括:将所述直流负载的调节功率经功率控制器后,得到所述直流负载的调节电流;将所述直流负载的调节电流与所述直流负载的反馈电流进行比较,得到所述直流负载的电流比较结果;使所述直流负载的电流比较结果,经电流控制器和驱动信号生成模块后,得到所述直流负载的驱动信号;控制所述直流负载按所述直流负载的驱动信号运行,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中。
在一些实施方式中,所述控制单元,根据所述储能模块的调节功率,调节所述储能模块中DC/DC双向变流器的功率增加或减小,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中,包括:将所述储能模块的调节功率经功率控制器后,得到所述储能模块的调节电流;将所述储能模块的调节电流与所述储能模块的反馈电流进行比较,得到所述储能模块的电流比较结果;使所述储能模块的电流比较结果,经电流控制器和驱动信号生成模块后,得到所述储能模块中DC/DC双向变流器的驱动信号;控制所述储能模块中DC/DC双向变流器按所述储能模块中DC/DC双向变流器的驱动信号运行,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中。
与上述装置相匹配,本发明再一方面提供一种光储直柔系统,包括:以上所述的光储直柔系统的控制装置。
与上述方法相匹配,本发明再一方面提供一种存储介质,所述存储介质包括存储的程序,其中,在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行以上所述的光储直柔系统的控制方法。
由此,本发明的方案,通过针对光储直柔系统的直流负载和储能模块,预先设置直流母线电压的不同电压阈值、以及与不同电压阈值对应的直流负载或储能模块功率的运行电压带,在光储直柔系统运行的过程中,检测直流母线有效电压,根据直流母线有效电压与不同电压阈值的大小关系,对直流负载或储能模块的功率进行调节,直至直流母线有效电压运行到对应的直流负载或储能模块功率的运行电压带,从而,通过采用直流母线有效电压与不同电压阈值的电压偏差率来调节光储直柔系统的功率参数,提高柔性调度的目标速度,同时保证光储直柔系统运行的稳定性。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的光储直柔系统的控制方法的一实施例的流程示意图;
图2为本发明的方法中确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率的第一过程的一实施例的流程示意图;
图3为本发明的方法中确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率的第二过程的一实施例的流程示意图;
图4为本发明的方法中确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率的第三过程的一实施例的流程示意图;
图5为本发明的方法中调节所述直流负载的功率增加或减小的一实施例的流程示意图;
图6为本发明的方法中调节所述储能模块中DC/DC双向变流器的功率增加或减小的一实施例的流程示意图;
图7为本发明的光储直柔系统的控制装置的一实施例的结构示意图;
图8为相关方案中光储直柔系统的一实施例的结构示意图;
图9为相关方案中光储直柔系统的功率响应能力曲线示意图;
图10为柔度响应设备功率响应参数的整定曲线示意图;
图11为直流母线电压带的定义示意图;
图12为直流负载直接功率控制策略的一实施例的流程示意图;
图13为直流负载功率控制系统的一实施例的结构示意图;
图14为储能模块直接功率控制策略的一实施例的流程示意图;
图15为储能模块功率控制系统的一实施例的结构示意图;
图16为等功率调节方式的功率响应参数的整定曲线示意图。
结合附图,本发明实施例中附图标记如下:
102-获取单元;104-控制单元。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,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他实施例,都属于本发明保护的范围。
光储直柔系统采用直流组网形式,直流电压可以实现精准控制,同时变化范围宽,针对这一特性,一些方案提出一种“电压—电流”的柔性调节方法,通过对直流系统运行电压范围进行划分电压带,并定义电压带的功能,在运行在低电压带时直流负载和储能将降低取电,以保障电网侧取电不出现尖峰,当运行在高电压带时,直流负载和储能将增加取电,以保障电网侧取电不出现尖峰,由于该调节方式不依靠通信,光储直柔系统中直流负载和储能均自检直流电压进行调节,当调节电流设置过大,大量直流负载和储能同时调节,很容易导致系统失稳震荡,当调节电流设置过小,调节速度慢,响应无法满足要求。
光储直柔系统的运行目标是电网测变流器(DC/AC)会控制在一个相对稳定输出,不会允许出现过大的峰谷差值,这就要求直流组网的光储直柔系统具有一定自身功率调节能力,这个调节主要依靠直流负载和储能来调节。这与相关方案中直流微电网系统不同的是需要在保证光储直柔系统运行稳定(内部能量平衡)情况下,同时满足电网测取电相对恒定。
基于这个要求,那么直流负荷和储能就根据功率和能量平衡进行调解,相关方案中调节方式是采用通信下发指令去控制,考虑到直流系统电压具备可调节和信息传递的能力,那么光储直柔系统可采用基于电压变化识别的方法自动调节系统功率和能量平衡,不依赖于通信而且响应速度快,但是没有通信支撑,完全依靠自主调节,那设备检测到电压变化到需要调节范围,设备调节尺度(功率和时间)如何确定就是本发明的方案需要解决的问题,一些方案采用电流固定步长调节的方案,在实际应用中调节电流步长需要反复尝试,设得过大会大致母线直接调崩或过小调节响应时间太慢。考虑到该光储直柔系统中运行电压偏压与功率偏差呈现正比例关系,所以本发明的方案提出一种光储直柔系统的控制方法,具体是一种光储直柔系统的调节参数整定及直流设备柔性响应控制方法,以采用电压偏差率来整定调节功率参数,提高调节速度,同时保证光储直柔系统运行的稳定性。
根据本发明的实施例,提供了一种光储直柔系统的控制方法,如图1所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。所述光储直柔系统具有直流负载和储能模块,所述直流负载的数量为一个以上,所述储能模块的数量为一个以上,每个所述储能模块具有电池和DC/DC双向变流器。具体地,图8为相关方案中光储直柔系统的一实施例的结构示意图。如图8所示的光储直柔系统,包含电网模块、光伏模块、储能模块和直流负载模块,电网模块由电网或者交流电源与DC/AC(或AC/DC)双向变流器构成,光伏模块由光伏阵列和带MPPT控制的DC/DC变流器构成,储能模块由电池和DC/DC双向变流器构成(支持双向从放电的电动汽车接入可以作为储能模块)。直流负载的形式较多,有直流直接接入的负载(如直流电阻加热负载等),也有通过DC/DC变流器接入的负载(比如单向充电电动汽车),还有通过DC/AC变流器接入的负载(比如变频空调等),图8中示意了3种典型直流负载结构。光储直柔系统中可能接入1个或者多个光伏模块、1个或者多个储能模块或者1个或者多个直流负载,这些模块都连接在直流母线上,它们相互之间的功率控制不依靠通信技术,通过共有的直流母线电压变化作为信号。其中,光储直柔系统中光伏模块保持最大利用的最大功率输出,电网模块根据光储直柔系统中的能量流动保持能量平衡同时保持电网接口不出现波动尖峰,故光储直柔系统运行过程中直流母线会随着光储直柔系统中能源的供给平衡快速变化。在直流母线电压变化快速情况下,接入的直流负载和储能模块根据电压信号调整功率,如果调整参数设置不合理,调整幅度过大过快容易导致系统失稳,调整幅度过低过慢会导致响应不及时进而导致光储直柔系统保护。在本发明的方案中,如图1所示,所述光储直柔系统的控制方法,包括:步骤S110至步骤S140。
在步骤S110处,在所述光储直柔系统运行的情况下,获取所述光储直柔系统的直流母线有效电压,如直流母线有效电压U。
在步骤S120处,在所述光储直柔系统的直流母线有效电压超出预设电压范围的情况下,确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率。
在一些实施方式中,步骤S120中预设电压范围,包括:由高到低依次设置的高压保护电压阈值、运行上限电压阈值、额定电压阈值、运行下限电压阈值、以及低压保护电压阈值。
其中,高压保护电压阈值与运行上限电压阈值之间的区间,为预设的加功率调节电压带,在预设的加功率调节电压带下需要进行功率增加的调节。运行上限电压阈值与运行下限电压阈值之间的区间,为预设的运行电压带。运行下限电压阈值与低压保护电压阈值之间的区间,为预设的减功率调节电压带,在预设的减功率调节电压带下需要进行功率减小的调节。
本发明的方案,从不同设备的电压与功率调节的协调性出发,提出一种电压与功率控制的控制参数整定方法,基于整定目标功率参数值制定直流负载和储能的柔性响应控制策略,实现快速响应又保证光储直柔系统稳定性。图9为相关方案中光储直柔系统的功率响应能力曲线示意图,图10为柔度响应设备功率响应参数的整定曲线示意图。以图8所示的典型光储直柔系统为例,光储直柔系统中的2个主要变量为功率和电压,光储直柔系统中可调整设备都有最大可调节功率范围ΔPmax和最小调节时间Δtmin,如果可调节设备都按照最大可调节功率范围ΔPmax调节则光储直柔系统容易失稳,如果按照某一固定功率调节,需要对调节参数手动整定。为了保证接入光储直柔系统中每个设备功率调节具有协调性,将设备调节功率进行分段,并在检测到电压变化后按照ΔP的目标去调节,如图9和图10所示。
可调节设备需要识别有效直流电压信号,其中,工程应用中通常会对电压多次采用判断,以确保电压值的有效性和准确性,这点对控制逻辑判断至关重要。图11为直流母线电压带的定义示意图。通过判断电压值所处的状态来下发功率调节控制指令,根据设备运行状态对电压和电压带进行了定义,电压分为额定电压Un、运行上限电压Uomax、运行下限电压Uomin、高压保护电压Upmax和低压保护电压Upmin,电压带分为运行电压带、加功率调节电压带和减功率调节电压带,如图11所示。例如:以额定电压375V电压等级为例,设备运行上限电压395V,下限运行电压355V,高压保护电压420V,低压保护电压300V。
在一些实施方式中,步骤S120中在所述光储直柔系统的直流母线有效电压超出预设电压范围的情况下,确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率,包括:确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率的第一过程。
下面结合图2所示本发明的方法中确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率的第一过程的一实施例流程示意图,进一步说明步骤S120中确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率的第一过程的具体过程,包括:步骤S210至步骤S230。
步骤S210,确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否大于预设的运行上限电压,或确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否小于预设的运行下限电压。
步骤S220,在所述光储直柔系统的直流母线有效电压大于预设的运行上限电压的情况下,确定与所述光储直柔系统的直流母线有效电压与预设的运行上限电压之间的差值且记为第一电压差值,确定预设的高压保护电压与预设的低压保护电压之间的差值且记为第二电压差值,将预设的最大可调节功率范围的上限与所述第一电压差值的乘积,再与所述第二电压差值的比值,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率。
步骤S230,在所述光储直柔系统的直流母线有效电压小于预设的运行下限电压的情况下,确定与所述光储直柔系统的直流母线有效电压与预设的运行下限电压之间的差值且记为第三电压差值,确定预设的高压保护电压与预设的低压保护电压之间的差值且记为第二电压差值,将预设的最大可调节功率范围的上限与所述第三电压差值的乘积,再与所述第二电压差值的比值,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率。
具体地,图12为直流负载直接功率控制策略的一实施例的流程示意图。
如图12所示,直流负载的柔度响应控制逻辑,包括:
步骤11、检测直流母线有效电压U。
步骤12、当检测到直流母线有效电压U>预设的运行上限电压Uomax,则直流母线电压运行到预设的加功率调节电压带,直流负载根据公式(1)计算可调节功率范围ΔP(此时可调节功率范围ΔP为正值),控制器以可调节功率范围ΔP为功率调节目标执行加功率调整,调整后继续检测直流母线有效电压U,直到直流母线有效电压U运行到预设的运行电压带。
ΔP=ΔPmax*(U-Uomax)/(Upmax-Upmin) (1)。
步骤13、当检测到直流母线有效电压U<预设的运行下限电压Uomin,则直流母线电压运行到预设的减功率电压带,直流负载根据公式(2)计算可调节功率范围ΔP(此时可调节功率范围ΔP为负值),控制器以可调节功率范围ΔP为功率调节目标执行减功率调整,调整后继续检测直流母线有效电压U,直到直流母线有效电压U运行到预设的运行电压带。
ΔP=ΔPmax*(U-Uomin)/(Upmax-Upmin) (2)。
步骤14、当检测到直流母线有效电压U>预设的高压保护电压Upmax,则执行预设的直流负载高压保护操作。其中,直流负载高压保护操作下,负载保护接触器会断开,系统显示高压保护故障状态,负载进入保护状态等待用户恢复,具有自恢复功能的话将待电压正常后进入待机状态。
步骤15、当检测到直流母线有效电压U<预设的低压保护电压Upmin,则执行预设的直流负载低压保护操作。其中,直流负载低压保护操作下,负载保护接触器会断开,系统显示低压保护故障状态,负载进入保护状态等待用户恢复,具有自恢复功能的话将待电压正常后进入待机状态。
图14为储能模块直接功率控制策略的一实施例的流程示意图。如图14所示,储能模块的柔度响应控制逻辑,包括:
步骤21、检测直流母线有效电压U。
步骤22、当检测到直流母线有效电压U>预设的运行上限电压Uomax,则直流母线电压运行到预设的加功率调节电压带,储能模块根据公式(1)计算可调节功率范围ΔP(此时可调节功率范围ΔP为正值),控制器以可调节功率范围ΔP为功率调节目标执行加功率调整,调整后继续检测直流母线有效电压U,直到直流母线有效电压U运行到预设的运行电压带。
步骤23、当检测到直流母线有效电压U<预设的运行下限电压Uomin,则直流母线电压运行到预设的减功率电压带,储能模块根据公式(2)计算可调节功率范围ΔP(此时可调节功率范围ΔP为负值),控制器以可调节功率范围ΔP为功率调节目标执行减功率调整,调整后继续检测直流母线有效电压U,直到直流母线有效电压U运行到预设的运行电压带。
步骤24、当检测到直流母线有效电压U>预设的高压保护电压Upmax,则执行预设的储能模块高压保护操作。其中,储能模块高压保护操作下,储能模块变流器会对PWM输出进行锁死(或者保护接触器也会断开),具体的低压保护方式由储能设备自行确定;系统显示高压保护故障状态,储能模块进入保护状态等待用户恢复,具有自恢复功能的话将待电压正常后进入待机状态。
步骤25、当检测到直流母线有效电压U<预设的低压保护电压Upmin,则执行预设的储能模块低压保护操作。其中,储能模块低压保护操作下,变流器会对PWM输出进行锁死(或者保护接触器也会断开),具体的低压保护方式由储能设备自行确定;系统显示低压保护故障状态,储能模块进入保护状态等待用户恢复,具有自恢复功能的话将待电压正常后进入待机状态。
在一些实施方式中,步骤S120中在所述光储直柔系统的直流母线有效电压超出预设电压范围的情况下,确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率,还包括:确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率的第二过程。
下面结合图3所示本发明的方法中确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率的第二过程的一实施例流程示意图,进一步说明步骤S120中确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率的第二过程的具体过程,包括:步骤S310至步骤S330。
步骤S310,确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否大于预设的运行上限电压,或确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否小于预设的运行下限电压。
步骤S320,在所述光储直柔系统的直流母线有效电压大于预设的运行上限电压的情况下,确定与所述光储直柔系统的直流母线有效电压与预设的运行上限电压之间的差值且记为第一电压差值,确定预设的高压保护电压与预设的额定电压之间的差值且记为第四电压差值,将预设的最大可调节功率范围的上限与所述第一电压差值的乘积,再与所述第四电压差值的比值,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率。
步骤S330,在所述光储直柔系统的直流母线有效电压小于预设的运行下限电压的情况下,确定与所述光储直柔系统的直流母线有效电压与预设的运行下限电压之间的差值且记为第三电压差值,确定预设的额定电压与预设的低压保护电压之间的差值且记为第五电压差值,将预设的最大可调节功率范围的上限与所述第三电压差值的乘积,再与所述第五电压差值的比值,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率。
具体地,本发明的方案中的这种调节方式,在于电压偏差大时得到的调节功率ΔP越大,调节幅度大速度快。当电压偏差小,得到的调节功率ΔP越大,调节幅度小速度慢,解决了光储直柔系统过度调节和调节不足的问题。若光储直柔系统具有较好调节性能,为了进步提高光储直柔系统调节的快速性,可以用公式(3)替代公式(1),同时用公式(4)替代公式(2),以增大设备功率调节的步长:
ΔP=ΔPmax*(U-Uomax)/(Upmax-Un) (3)。
ΔP=ΔPmax*(U-Uomin)/(Un-Upmin) (4)。
在一些实施方式中,步骤S120中在所述光储直柔系统的直流母线有效电压超出预设电压范围的情况下,确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率,还包括:确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率的第三过程。
下面结合图4所示本发明的方法中确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率的第三过程的一实施例流程示意图,进一步说明步骤S120中确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率的第三过程的具体过程,包括:步骤S410至步骤S430。
步骤S410,确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否大于预设的运行上限电压,或确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否小于预设的运行下限电压。
步骤S420,在所述光储直柔系统的直流母线有效电压大于预设的运行上限电压的情况下,则将预设的最大可调节功率范围等分为n等分,逐次将得到的每个等分的调节功率,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率。
步骤S430,在所述光储直柔系统的直流母线有效电压小于预设的运行下限电压的情况下,则将预设的最大可调节功率范围等分为n等分,逐次将得到的每个等分的调节功率,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率。
具体地,图16为等功率调节方式的功率响应参数的整定曲线示意图。除了上述以电压变化整定调整功率为目标的调节方法,还可以以固定功率为目标调节,对每个设备的最大可调节功率范围ΔPmax进行等分(工程上通常超过10等分),如图16所示,当检测到调节需求时按照固定调节功率ΔP进行调节,完成调节后(如经过调节时间Δt后)继续检测直流母线有效电压U重复执行,直到直流母线有效电压U运行到预设的运行电压带。图16的方案是固定功率步长调节功率,图10是变功率步长调节功率,图10的方案具有快速性。
在步骤S130处,根据所述直流负载的调节功率,调节所述直流负载的功率增加或减小,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中。
在一些实施方式中,步骤S130中根据所述直流负载的调节功率,调节所述直流负载的功率增加或减小,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中的具体过程,参见以下示例性说明。
下面结合图5所示本发明的方法中调节所述直流负载的功率增加或减小的一实施例流程示意图,进一步说明步骤S130中调节所述直流负载的功率增加或减小的具体过程,包括:步骤S510至步骤S540。
步骤S510,将所述直流负载的调节功率经功率控制器后,得到所述直流负载的调节电流(如电流i1_ref)。
步骤S520,将所述直流负载的调节电流与所述直流负载的反馈电流进行比较,得到所述直流负载的电流比较结果。
步骤S530,使所述直流负载的电流比较结果,经电流控制器和驱动信号生成模块后,得到所述直流负载的驱动信号。
步骤S540,控制所述直流负载按所述直流负载的驱动信号运行,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中。
具体地,图13为直流负载功率控制系统的一实施例的结构示意图。控制器以可调节功率范围ΔP为功率调节目标执行加功率调整的具体过程可以参见图13所示的例子。如图13所示的直流负载功率控制系统中,可调节功率范围ΔP经功率控制器后,输出电流i1_ref,电流i1_ref输入至比较器的第一端,直流负载反馈的电流i1输入至比较器的第二端,比较器的输出端输出电流比较结果,电流比较结果经电流控制器和驱动信号生成模块后,生成驱动信号控制直流负载。
和/或,在步骤S140处,根据所述储能模块的调节功率,调节所述储能模块中DC/DC双向变流器的功率增加或减小,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中。
本发明的方案,主要针对光储直柔系统中直流负载和储能系统的柔度响应控制,提出一种电压与功率控制的控制参数整定方法,基于整定的目标功率参数制定直流负载和储能系统的直接功率调节的控制策略,以满足光储直柔系统实现快速而稳定的柔性调节的目的。这样,采用电压偏差率来整定调节功率参数,提高调节速度,同时保证光储直柔系统运行的稳定性。
在一些实施方式中,步骤S140中根据所述储能模块的调节功率,调节所述储能模块中DC/DC双向变流器的功率增加或减小,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中的具体过程,参见以下示例性说明。
下面结合图6所示本发明的方法中调节所述储能模块中DC/DC双向变流器的功率增加或减小的一实施例流程示意图,进一步说明步骤S140中调节所述储能模块中DC/DC双向变流器的功率增加或减小的具体过程,包括:步骤S610至步骤S640。
步骤S610,将所述储能模块的调节功率经功率控制器后,得到所述储能模块的调节电流(如电流i1_ref)。
步骤S620,将所述储能模块的调节电流与所述储能模块的反馈电流进行比较,得到所述储能模块的电流比较结果。
步骤S630,使所述储能模块的电流比较结果,经电流控制器和驱动信号生成模块后,得到所述储能模块中DC/DC双向变流器的驱动信号。
步骤S640,控制所述储能模块中DC/DC双向变流器按所述储能模块中DC/DC双向变流器的驱动信号运行,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中。
具体地,图15为储能模块功率控制系统的一实施例的结构示意图。控制器以可调节功率范围ΔP为功率调节目标执行减功率调整的具体过程可以参见图15所示的例子。如图15所示的储能模块功率控制系统中,可调节功率范围ΔP经功率控制器后,输出电流i1_ref,电流i1_ref输入至比较器的第一端,直流负载反馈的电流i1输入至比较器的第二端,比较器的输出端输出电流比较结果,电流比较结果经电流控制器和驱动信号生成模块后,生成驱动信号控制储能模块中的DC/DC变换器。
本发明的方案提出的目标功率控制的调节方法,每个接入的光储直柔系统的可调节设备(即直流负载和储能系统)根据检测到的运行电压与额定电压偏差,配置需要调节的目标功率,再通过控制器进行功率调节,从而实现快速精准调节。本发明的方案提出的目标功率配置方法中,基于每个设备可调功率范围,根据运行电压偏差率来计算得到单个设备的功率调节目标,从而得到基于调节需求的功率调整目标值,保证光储直柔系统响应过程的快速性和稳定性。其中,电压偏差率=(运行电压-额定电压)/(运行最大电压-运行最小电压),具体可以参见公式(1)和公式(2),另外公式(3)和公式(4)提出的电压变化率更为敏感,光储直柔系统的调节更为快速。本发明的方案提出的制定直流电器电压识别和功率调节控制方法,制定储能系统电压识别、充放电控制及功率调节控制方法。这样,在本发明在光储直柔系统构建的过程中,通过电压变化偏差率对参与调节设的功率目标进行快速整定,并基于调节能力制定直流电器和储能系统的功率调节控制方法,保证了光储直柔系统进行柔度调节运行时的快速性和稳定可靠。
采用本实施例的技术方案,通过针对光储直柔系统的直流负载和储能模块,预先设置直流母线电压的不同电压阈值、以及与不同电压阈值对应的直流负载或储能模块功率的运行电压带,在光储直柔系统运行的过程中,检测直流母线有效电压,根据直流母线有效电压与不同电压阈值的大小关系,对直流负载或储能模块的功率进行调节,直至直流母线有效电压运行到对应的直流负载或储能模块功率的运行电压带,从而,通过采用直流母线有效电压与不同电压阈值的电压偏差率来调节光储直柔系统的功率参数,提高柔性调度的目标速度,同时保证光储直柔系统运行的稳定性。
根据本发明的实施例,还提供了对应于光储直柔系统的控制方法的一种光储直柔系统的控制装置。参见图7所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。所述光储直柔系统具有直流负载和储能模块,所述直流负载的数量为一个以上,所述储能模块的数量为一个以上,每个所述储能模块具有电池和DC/DC双向变流器。具体地,图8为相关方案中光储直柔系统的一实施例的结构示意图。如图8所示的光储直柔系统,包含电网模块、光伏模块、储能模块和直流负载模块,电网模块由电网或者交流电源与DC/AC(或AC/DC)双向变流器构成,光伏模块由光伏阵列和带MPPT控制的DC/DC变流器构成,储能模块由电池和DC/DC双向变流器构成(支持双向从放电的电动汽车接入可以作为储能模块)。直流负载的形式较多,有直流直接接入的负载(如直流电阻加热负载等),也有通过DC/DC变流器接入的负载(比如单向充电电动汽车),还有通过DC/AC变流器接入的负载(比如变频空调等),图8中示意了3种典型直流负载结构。光储直柔系统中可能接入1个或者多个光伏模块、1个或者多个储能模块或者1个或者多个直流负载,这些模块都连接在直流母线上,它们相互之间的功率控制不依靠通信技术,通过共有的直流母线电压变化作为信号。其中,光储直柔系统中光伏模块保持最大利用的最大功率输出,电网模块根据光储直柔系统中的能量流动保持能量平衡同时保持电网接口不出现波动尖峰,故光储直柔系统运行过程中直流母线会随着光储直柔系统中能源的供给平衡快速变化。在直流母线电压变化快速情况下,接入的直流负载和储能模块根据电压信号调整功率,如果调整参数设置不合理,调整幅度过大过快容易导致系统失稳,调整幅度过低过慢会导致响应不及时进而导致光储直柔系统保护。在本发明的方案中,如图7所示,所述光储直柔系统的控制装置,包括:获取单元102和控制单元104。
其中,获取单元102,被配置为在所述光储直柔系统运行的情况下,获取所述光储直柔系统的直流母线有效电压,如直流母线有效电压U。该获取单元102的具体功能及处理参见步骤S110。
控制单元104,被配置为在所述光储直柔系统的直流母线有效电压超出预设电压范围的情况下,确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率。该控制单元104的具体功能及处理参见步骤S120。
在一些实施方式中,预设电压范围,包括:由高到低依次设置的高压保护电压阈值、运行上限电压阈值、额定电压阈值、运行下限电压阈值、以及低压保护电压阈值。
其中,高压保护电压阈值与运行上限电压阈值之间的区间,为预设的加功率调节电压带,在预设的加功率调节电压带下需要进行功率增加的调节。运行上限电压阈值与运行下限电压阈值之间的区间,为预设的运行电压带。运行下限电压阈值与低压保护电压阈值之间的区间,为预设的减功率调节电压带,在预设的减功率调节电压带下需要进行功率减小的调节。
本发明的方案,从不同设备的电压与功率调节的协调性出发,提出一种电压与功率控制的控制参数整定装置,基于整定目标功率参数值制定直流负载和储能的柔性响应控制策略,实现快速响应又保证光储直柔系统稳定性。图9为相关方案中光储直柔系统的功率响应能力曲线示意图,图10为柔度响应设备功率响应参数的整定曲线示意图。以图8所示的典型光储直柔系统为例,光储直柔系统中的2个主要变量为功率和电压,光储直柔系统中可调整设备都有最大可调节功率范围ΔPmax和最小调节时间Δtmin,如果可调节设备都按照最大可调节功率范围ΔPmax调节则光储直柔系统容易失稳,如果按照某一固定功率调节,需要对调节参数手动整定。为了保证接入光储直柔系统中每个设备功率调节具有协调性,将设备调节功率进行分段,并在检测到电压变化后按照ΔP的目标去调节,如图9和图10所示。
可调节设备需要识别有效直流电压信号,其中,工程应用中通常会对电压多次采用判断,以确保电压值的有效性和准确性,这点对控制逻辑判断至关重要。图11为直流母线电压带的定义示意图。通过判断电压值所处的状态来下发功率调节控制指令,根据设备运行状态对电压和电压带进行了定义,电压分为额定电压Un、运行上限电压Uomax、运行下限电压Uomin、高压保护电压Upmax和低压保护电压Upmin,电压带分为运行电压带、加功率调节电压带和减功率调节电压带,如图11所示。例如:以额定电压375V电压等级为例,设备运行上限电压395V,下限运行电压355V,高压保护电压420V,低压保护电压300V。
在一些实施方式中,所述控制单元104,在所述光储直柔系统的直流母线有效电压超出预设电压范围的情况下,确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率,包括:确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率的第一过程。
所述控制单元104,具体还被配置为确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否大于预设的运行上限电压,或确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否小于预设的运行下限电压。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S210。
所述控制单元104,具体还被配置为在所述光储直柔系统的直流母线有效电压大于预设的运行上限电压的情况下,确定与所述光储直柔系统的直流母线有效电压与预设的运行上限电压之间的差值且记为第一电压差值,确定预设的高压保护电压与预设的低压保护电压之间的差值且记为第二电压差值,将预设的最大可调节功率范围的上限与所述第一电压差值的乘积,再与所述第二电压差值的比值,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S220。
所述控制单元104,具体还被配置为在所述光储直柔系统的直流母线有效电压小于预设的运行下限电压的情况下,确定与所述光储直柔系统的直流母线有效电压与预设的运行下限电压之间的差值且记为第三电压差值,确定预设的高压保护电压与预设的低压保护电压之间的差值且记为第二电压差值,将预设的最大可调节功率范围的上限与所述第三电压差值的乘积,再与所述第二电压差值的比值,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S230。
具体地,图12为直流负载直接功率控制策略的一实施例的流程示意图。
如图12所示,直流负载的柔度响应控制逻辑,包括:
步骤11、检测直流母线有效电压U。
步骤12、当检测到直流母线有效电压U>预设的运行上限电压Uomax,则直流母线电压运行到预设的加功率调节电压带,直流负载根据公式(1)计算可调节功率范围ΔP(此时可调节功率范围ΔP为正值),控制器以可调节功率范围ΔP为功率调节目标执行加功率调整,调整后继续检测直流母线有效电压U,直到直流母线有效电压U运行到预设的运行电压带。
ΔP=ΔPmax*(U-Uomax)/(Upmax-Upmin) (1)。
步骤13、当检测到直流母线有效电压U<预设的运行下限电压Uomin,则直流母线电压运行到预设的减功率电压带,直流负载根据公式(2)计算可调节功率范围ΔP(此时可调节功率范围ΔP为负值),控制器以可调节功率范围ΔP为功率调节目标执行减功率调整,调整后继续检测直流母线有效电压U,直到直流母线有效电压U运行到预设的运行电压带。
ΔP=ΔPmax*(U-Uomin)/(Upmax-Upmin) (2)。
步骤14、当检测到直流母线有效电压U>预设的高压保护电压Upmax,则执行预设的直流负载高压保护操作。
步骤15、当检测到直流母线有效电压U<预设的低压保护电压Upmin,则执行预设的直流负载低压保护操作。
图14为储能模块直接功率控制策略的一实施例的流程示意图。如图14所示,储能模块的柔度响应控制逻辑,包括:
步骤21、检测直流母线有效电压U。
步骤22、当检测到直流母线有效电压U>预设的运行上限电压Uomax,则直流母线电压运行到预设的加功率调节电压带,储能模块根据公式(1)计算可调节功率范围ΔP(此时可调节功率范围ΔP为正值),控制器以可调节功率范围ΔP为功率调节目标执行加功率调整,调整后继续检测直流母线有效电压U,直到直流母线有效电压U运行到预设的运行电压带。
步骤23、当检测到直流母线有效电压U<预设的运行下限电压Uomin,则直流母线电压运行到预设的减功率电压带,储能模块根据公式(2)计算可调节功率范围ΔP(此时可调节功率范围ΔP为负值),控制器以可调节功率范围ΔP为功率调节目标执行减功率调整,调整后继续检测直流母线有效电压U,直到直流母线有效电压U运行到预设的运行电压带。
步骤24、当检测到直流母线有效电压U>预设的高压保护电压Upmax,则执行预设的储能模块高压保护操作。
步骤25、当检测到直流母线有效电压U<预设的低压保护电压Upmin,则执行预设的储能模块低压保护操作。
在一些实施方式中,所述控制单元104,在所述光储直柔系统的直流母线有效电压超出预设电压范围的情况下,确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率,还包括:确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率的第二过程。
所述控制单元104,具体还被配置为确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否大于预设的运行上限电压,或确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否小于预设的运行下限电压。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S310。
所述控制单元104,具体还被配置为在所述光储直柔系统的直流母线有效电压大于预设的运行上限电压的情况下,确定与所述光储直柔系统的直流母线有效电压与预设的运行上限电压之间的差值且记为第一电压差值,确定预设的高压保护电压与预设的额定电压之间的差值且记为第四电压差值,将预设的最大可调节功率范围的上限与所述第一电压差值的乘积,再与所述第四电压差值的比值,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S320。
所述控制单元104,具体还被配置为在所述光储直柔系统的直流母线有效电压小于预设的运行下限电压的情况下,确定与所述光储直柔系统的直流母线有效电压与预设的运行下限电压之间的差值且记为第三电压差值,确定预设的额定电压与预设的低压保护电压之间的差值且记为第五电压差值,将预设的最大可调节功率范围的上限与所述第三电压差值的乘积,再与所述第五电压差值的比值,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S330。
具体地,本发明的方案中的这种调节方式,在于电压偏差大时得到的调节功率ΔP越大,调节幅度大速度快。当电压偏差小,得到的调节功率ΔP越大,调节幅度小速度慢,解决了光储直柔系统过度调节和调节不足的问题。若光储直柔系统具有较好调节性能,为了进步提高光储直柔系统调节的快速性,可以用公式(3)替代公式(1),同时用公式(4)替代公式(2),以增大设备功率调节的步长:
ΔP=ΔPmax*(U-Uomax)/(Upmax-Un) (3)。
ΔP=ΔPmax*(U-Uomin)/(Un-Upmin) (4)。
在一些实施方式中,所述控制单元104,在所述光储直柔系统的直流母线有效电压超出预设电压范围的情况下,确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率,还包括:确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率的第三过程。
所述控制单元104,具体还被配置为确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否大于预设的运行上限电压,或确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否小于预设的运行下限电压。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S410。
所述控制单元104,具体还被配置为在所述光储直柔系统的直流母线有效电压大于预设的运行上限电压的情况下,则将预设的最大可调节功率范围等分为n等分,逐次将得到的每个等分的调节功率,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S420。
所述控制单元104,具体还被配置为在所述光储直柔系统的直流母线有效电压小于预设的运行下限电压的情况下,则将预设的最大可调节功率范围等分为n等分,逐次将得到的每个等分的调节功率,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S430。
具体地,图16为等功率调节方式的功率响应参数的整定曲线示意图。除了上述以电压变化整定调整功率为目标的调节装置,还可以以固定功率为目标调节,对每个设备的最大可调节功率范围ΔPmax进行等分(工程上通常超过10等分),如图16所示,当检测到调节需求时按照固定调节功率ΔP进行调节,完成调节后(如经过调节时间Δt后)继续检测直流母线有效电压U重复执行,直到直流母线有效电压U运行到预设的运行电压带。图16的方案是固定功率步长调节功率,图10是变功率步长调节功率,图10的方案具有快速性。
所述控制单元104,还被配置为根据所述直流负载的调节功率,调节所述直流负载的功率增加或减小,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S130。
在一些实施方式中,所述控制单元104,根据所述直流负载的调节功率,调节所述直流负载的功率增加或减小,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中,包括:
所述控制单元104,具体还被配置为将所述直流负载的调节功率经功率控制器后,得到所述直流负载的调节电流(如电流i1_ref)。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S510。
所述控制单元104,具体还被配置为将所述直流负载的调节电流与所述直流负载的反馈电流进行比较,得到所述直流负载的电流比较结果。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S520。
所述控制单元104,具体还被配置为使所述直流负载的电流比较结果,经电流控制器和驱动信号生成模块后,得到所述直流负载的驱动信号。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S530。
所述控制单元104,具体还被配置为控制所述直流负载按所述直流负载的驱动信号运行,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S540。
具体地,图13为直流负载功率控制系统的一实施例的结构示意图。控制器以可调节功率范围ΔP为功率调节目标执行加功率调整的具体过程可以参见图13所示的例子。如图13所示的直流负载功率控制系统中,可调节功率范围ΔP经功率控制器后,输出电流i1_ref,电流i1_ref输入至比较器的第一端,直流负载反馈的电流i1输入至比较器的第二端,比较器的输出端输出电流比较结果,电流比较结果经电流控制器和驱动信号生成模块后,生成驱动信号控制直流负载。
和/或,所述控制单元104,还被配置为根据所述储能模块的调节功率,调节所述储能模块中DC/DC双向变流器的功率增加或减小,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S140。
本发明的方案,主要针对光储直柔系统中直流负载和储能系统的柔度响应控制,提出一种电压与功率控制的控制参数整定装置,基于整定的目标功率参数制定直流负载和储能系统的直接功率调节的控制策略,以满足光储直柔系统实现快速而稳定的柔性调节的目的。这样,采用电压偏差率来整定调节功率参数,提高调节速度,同时保证光储直柔系统运行的稳定性。
在一些实施方式中,所述控制单元104,根据所述储能模块的调节功率,调节所述储能模块中DC/DC双向变流器的功率增加或减小,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中,包括:
所述控制单元104,具体还被配置为将所述储能模块的调节功率经功率控制器后,得到所述储能模块的调节电流(如电流i1_ref)。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S610。
所述控制单元104,具体还被配置为将所述储能模块的调节电流与所述储能模块的反馈电流进行比较,得到所述储能模块的电流比较结果。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S620。
所述控制单元104,具体还被配置为使所述储能模块的电流比较结果,经电流控制器和驱动信号生成模块后,得到所述储能模块中DC/DC双向变流器的驱动信号。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S630。
所述控制单元104,具体还被配置为控制所述储能模块中DC/DC双向变流器按所述储能模块中DC/DC双向变流器的驱动信号运行,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S640。
具体地,图15为储能模块功率控制系统的一实施例的结构示意图。控制器以可调节功率范围ΔP为功率调节目标执行减功率调整的具体过程可以参见图15所示的例子。如图15所示的储能模块功率控制系统中,可调节功率范围ΔP经功率控制器后,输出电流i1_ref,电流i1_ref输入至比较器的第一端,直流负载反馈的电流i1输入至比较器的第二端,比较器的输出端输出电流比较结果,电流比较结果经电流控制器和驱动信号生成模块后,生成驱动信号控制储能模块中的DC/DC变换器。
本发明的方案提出的目标功率控制的调节装置,每个接入的光储直柔系统的可调节设备(即直流负载和储能系统)根据检测到的运行电压与额定电压偏差,配置需要调节的目标功率,再通过控制器进行功率调节,从而实现快速精准调节。本发明的方案提出的目标功率配置装置中,基于每个设备可调功率范围,根据运行电压偏差率来计算得到单个设备的功率调节目标,从而得到基于调节需求的功率调整目标值,保证光储直柔系统响应过程的快速性和稳定性。其中,电压偏差率=(运行电压-额定电压)/(运行最大电压-运行最小电压),具体可以参见公式(1)和公式(2),另外公式(3)和公式(4)提出的电压变化率更为敏感,光储直柔系统的调节更为快速。本发明的方案提出的制定直流电器电压识别和功率调节控制装置,制定储能系统电压识别、充放电控制及功率调节控制装置。这样,在本发明在光储直柔系统构建的过程中,通过电压变化偏差率对参与调节设的功率目标进行快速整定,并基于调节能力制定直流电器和储能系统的功率调节控制装置,保证了光储直柔系统进行柔度调节运行时的快速性和稳定可靠。
由于本实施例的装置所实现的处理及功能基本相应于前述方法的实施例、原理和实例,故本实施例的描述中未详尽之处,可以参见前述实施例中的相关说明,在此不做赘述。
采用本发明的技术方案,通过针对光储直柔系统的直流负载和储能模块,预先设置直流母线电压的不同电压阈值、以及与不同电压阈值对应的直流负载或储能模块功率的运行电压带,在光储直柔系统运行的过程中,检测直流母线有效电压,根据直流母线有效电压与不同电压阈值的大小关系,对直流负载或储能模块的功率进行调节,直至直流母线有效电压运行到对应的直流负载或储能模块功率的运行电压带,保证了光储直柔系统进行柔度调节运行时的快速性和稳定可靠。
根据本发明的实施例,还提供了对应于光储直柔系统的控制装置的一种光储直柔系统。该光储直柔系统可以包括:以上所述的光储直柔系统的控制装置。
由于本实施例的光储直柔系统所实现的处理及功能基本相应于前述装置的实施例、原理和实例,故本实施例的描述中未详尽之处,可以参见前述实施例中的相关说明,在此不做赘述。
采用本发明的技术方案,通过针对光储直柔系统的直流负载和储能模块,预先设置直流母线电压的不同电压阈值、以及与不同电压阈值对应的直流负载或储能模块功率的运行电压带,在光储直柔系统运行的过程中,检测直流母线有效电压,根据直流母线有效电压与不同电压阈值的大小关系,对直流负载或储能模块的功率进行调节,直至直流母线有效电压运行到对应的直流负载或储能模块功率的运行电压带,以满足光储直柔系统实现快速而稳定的柔性调节的目的。
根据本发明的实施例,还提供了对应于光储直柔系统的控制方法的一种存储介质,所述存储介质包括存储的程序,其中,在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行以上所述的光储直柔系统的控制方法。
由于本实施例的存储介质所实现的处理及功能基本相应于前述方法的实施例、原理和实例,故本实施例的描述中未详尽之处,可以参见前述实施例中的相关说明,在此不做赘述。
采用本发明的技术方案,通过针对光储直柔系统的直流负载和储能模块,预先设置直流母线电压的不同电压阈值、以及与不同电压阈值对应的直流负载或储能模块功率的运行电压带,在光储直柔系统运行的过程中,检测直流母线有效电压,根据直流母线有效电压与不同电压阈值的大小关系,对直流负载或储能模块的功率进行调节,直至直流母线有效电压运行到对应的直流负载或储能模块功率的运行电压带,提高调节速度,同时保证光储直柔系统运行的稳定性。
综上,本领域技术人员容易理解的是,在不冲突的前提下,上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (16)
1.一种光储直柔系统的控制方法,其特征在于,所述光储直柔系统具有直流负载和储能模块,所述直流负载的数量为一个以上,所述储能模块的数量为一个以上,每个所述储能模块具有电池和DC/DC双向变流器;所述光储直柔系统的控制方法,包括:
在所述光储直柔系统运行的情况下,获取所述光储直柔系统的直流母线有效电压;
在所述光储直柔系统的直流母线有效电压超出预设电压范围的情况下,确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率;
根据所述直流负载的调节功率,调节所述直流负载的功率增加或减小,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中;和/或,
根据所述储能模块的调节功率,调节所述储能模块中DC/DC双向变流器的功率增加或减小,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中。
2.根据权利要求1所述的光储直柔系统的控制方法,其特征在于,预设电压范围,包括:由高到低依次设置的高压保护电压阈值、运行上限电压阈值、额定电压阈值、运行下限电压阈值、以及低压保护电压阈值;
其中,高压保护电压阈值与运行上限电压阈值之间的区间,为预设的加功率调节电压带,在预设的加功率调节电压带下需要进行功率增加的调节;运行上限电压阈值与运行下限电压阈值之间的区间,为预设的运行电压带;运行下限电压阈值与低压保护电压阈值之间的区间,为预设的减功率调节电压带,在预设的减功率调节电压带下需要进行功率减小的调节。
3.根据权利要求1所述的光储直柔系统的控制方法,其特征在于,在所述光储直柔系统的直流母线有效电压超出预设电压范围的情况下,确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率,包括:
确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否大于预设的运行上限电压,或确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否小于预设的运行下限电压;
在所述光储直柔系统的直流母线有效电压大于预设的运行上限电压的情况下,确定与所述光储直柔系统的直流母线有效电压与预设的运行上限电压之间的差值且记为第一电压差值,确定预设的高压保护电压与预设的低压保护电压之间的差值且记为第二电压差值,将预设的最大可调节功率范围的上限与所述第一电压差值的乘积,再与所述第二电压差值的比值,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率;
在所述光储直柔系统的直流母线有效电压小于预设的运行下限电压的情况下,确定与所述光储直柔系统的直流母线有效电压与预设的运行下限电压之间的差值且记为第三电压差值,确定预设的高压保护电压与预设的低压保护电压之间的差值且记为第二电压差值,将预设的最大可调节功率范围的上限与所述第三电压差值的乘积,再与所述第二电压差值的比值,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率。
4.根据权利要求1所述的光储直柔系统的控制方法,其特征在于,在所述光储直柔系统的直流母线有效电压超出预设电压范围的情况下,确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率,还包括:
确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否大于预设的运行上限电压,或确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否小于预设的运行下限电压;
在所述光储直柔系统的直流母线有效电压大于预设的运行上限电压的情况下,确定与所述光储直柔系统的直流母线有效电压与预设的运行上限电压之间的差值且记为第一电压差值,确定预设的高压保护电压与预设的额定电压之间的差值且记为第四电压差值,将预设的最大可调节功率范围的上限与所述第一电压差值的乘积,再与所述第四电压差值的比值,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率;
在所述光储直柔系统的直流母线有效电压小于预设的运行下限电压的情况下,确定与所述光储直柔系统的直流母线有效电压与预设的运行下限电压之间的差值且记为第三电压差值,确定预设的额定电压与预设的低压保护电压之间的差值且记为第五电压差值,将预设的最大可调节功率范围的上限与所述第三电压差值的乘积,再与所述第五电压差值的比值,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率。
5.根据权利要求1所述的光储直柔系统的控制方法,其特征在于,在所述光储直柔系统的直流母线有效电压超出预设电压范围的情况下,确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率,还包括:
确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否大于预设的运行上限电压,或确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否小于预设的运行下限电压;
在所述光储直柔系统的直流母线有效电压大于预设的运行上限电压的情况下,则将预设的最大可调节功率范围等分为n等分,逐次将得到的每个等分的调节功率,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率;
在所述光储直柔系统的直流母线有效电压小于预设的运行下限电压的情况下,则将预设的最大可调节功率范围等分为n等分,逐次将得到的每个等分的调节功率,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光储直柔系统的控制方法,其特征在于,根据所述直流负载的调节功率,调节所述直流负载的功率增加或减小,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中,包括:
将所述直流负载的调节功率经功率控制器后,得到所述直流负载的调节电流;
将所述直流负载的调节电流与所述直流负载的反馈电流进行比较,得到所述直流负载的电流比较结果;
使所述直流负载的电流比较结果,经电流控制器和驱动信号生成模块后,得到所述直流负载的驱动信号;
控制所述直流负载按所述直流负载的驱动信号运行,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的光储直柔系统的控制方法,其特征在于,根据所述储能模块的调节功率,调节所述储能模块中DC/DC双向变流器的功率增加或减小,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中,包括:
将所述储能模块的调节功率经功率控制器后,得到所述储能模块的调节电流;
将所述储能模块的调节电流与所述储能模块的反馈电流进行比较,得到所述储能模块的电流比较结果;
使所述储能模块的电流比较结果,经电流控制器和驱动信号生成模块后,得到所述储能模块中DC/DC双向变流器的驱动信号;
控制所述储能模块中DC/DC双向变流器按所述储能模块中DC/DC双向变流器的驱动信号运行,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中。
8.一种光储直柔系统的控制装置,其特征在于,所述光储直柔系统具有直流负载和储能模块,所述直流负载的数量为一个以上,所述储能模块的数量为一个以上,每个所述储能模块具有电池和DC/DC双向变流器;所述光储直柔系统的控制装置,包括:
获取单元,被配置为在所述光储直柔系统运行的情况下,获取所述光储直柔系统的直流母线有效电压;
控制单元,被配置为在所述光储直柔系统的直流母线有效电压超出预设电压范围的情况下,确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率;
所述控制单元,还被配置为根据所述直流负载的调节功率,调节所述直流负载的功率增加或减小,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中;和/或,
所述控制单元,还被配置为根据所述储能模块的调节功率,调节所述储能模块中DC/DC双向变流器的功率增加或减小,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中。
9.根据权利要求8所述的光储直柔系统的控制装置,其特征在于,预设电压范围,包括:由高到低依次设置的高压保护电压阈值、运行上限电压阈值、额定电压阈值、运行下限电压阈值、以及低压保护电压阈值;
其中,高压保护电压阈值与运行上限电压阈值之间的区间,为预设的加功率调节电压带,在预设的加功率调节电压带下需要进行功率增加的调节;运行上限电压阈值与运行下限电压阈值之间的区间,为预设的运行电压带;运行下限电压阈值与低压保护电压阈值之间的区间,为预设的减功率调节电压带,在预设的减功率调节电压带下需要进行功率减小的调节。
10.根据权利要求8所述的光储直柔系统的控制装置,其特征在于,所述控制单元,在所述光储直柔系统的直流母线有效电压超出预设电压范围的情况下,确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率,包括:
确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否大于预设的运行上限电压,或确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否小于预设的运行下限电压;
在所述光储直柔系统的直流母线有效电压大于预设的运行上限电压的情况下,确定与所述光储直柔系统的直流母线有效电压与预设的运行上限电压之间的差值且记为第一电压差值,确定预设的高压保护电压与预设的低压保护电压之间的差值且记为第二电压差值,将预设的最大可调节功率范围的上限与所述第一电压差值的乘积,再与所述第二电压差值的比值,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率;
在所述光储直柔系统的直流母线有效电压小于预设的运行下限电压的情况下,确定与所述光储直柔系统的直流母线有效电压与预设的运行下限电压之间的差值且记为第三电压差值,确定预设的高压保护电压与预设的低压保护电压之间的差值且记为第二电压差值,将预设的最大可调节功率范围的上限与所述第三电压差值的乘积,再与所述第二电压差值的比值,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率。
11.根据权利要求8所述的光储直柔系统的控制装置,其特征在于,所述控制单元,在所述光储直柔系统的直流母线有效电压超出预设电压范围的情况下,确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率,还包括:
确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否大于预设的运行上限电压,或确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否小于预设的运行下限电压;
在所述光储直柔系统的直流母线有效电压大于预设的运行上限电压的情况下,确定与所述光储直柔系统的直流母线有效电压与预设的运行上限电压之间的差值且记为第一电压差值,确定预设的高压保护电压与预设的额定电压之间的差值且记为第四电压差值,将预设的最大可调节功率范围的上限与所述第一电压差值的乘积,再与所述第四电压差值的比值,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率;
在所述光储直柔系统的直流母线有效电压小于预设的运行下限电压的情况下,确定与所述光储直柔系统的直流母线有效电压与预设的运行下限电压之间的差值且记为第三电压差值,确定预设的额定电压与预设的低压保护电压之间的差值且记为第五电压差值,将预设的最大可调节功率范围的上限与所述第三电压差值的乘积,再与所述第五电压差值的比值,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率。
12.根据权利要求8所述的光储直柔系统的控制装置,其特征在于,所述控制单元,在所述光储直柔系统的直流母线有效电压超出预设电压范围的情况下,确定所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率,还包括:
确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否大于预设的运行上限电压,或确定所述光储直柔系统的直流母线有效电压是否小于预设的运行下限电压;
在所述光储直柔系统的直流母线有效电压大于预设的运行上限电压的情况下,则将预设的最大可调节功率范围等分为n等分,逐次将得到的每个等分的调节功率,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率;
在所述光储直柔系统的直流母线有效电压小于预设的运行下限电压的情况下,则将预设的最大可调节功率范围等分为n等分,逐次将得到的每个等分的调节功率,确定为所述直流负载和/或所述储能模块的调节功率。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的光储直柔系统的控制装置,其特征在于,所述控制单元,根据所述直流负载的调节功率,调节所述直流负载的功率增加或减小,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中,包括:
将所述直流负载的调节功率经功率控制器后,得到所述直流负载的调节电流;
将所述直流负载的调节电流与所述直流负载的反馈电流进行比较,得到所述直流负载的电流比较结果;
使所述直流负载的电流比较结果,经电流控制器和驱动信号生成模块后,得到所述直流负载的驱动信号;
控制所述直流负载按所述直流负载的驱动信号运行,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中。
14.根据权利要求8至12中任一项所述的光储直柔系统的控制装置,其特征在于,所述控制单元,根据所述储能模块的调节功率,调节所述储能模块中DC/DC双向变流器的功率增加或减小,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中,包括:
将所述储能模块的调节功率经功率控制器后,得到所述储能模块的调节电流;
将所述储能模块的调节电流与所述储能模块的反馈电流进行比较,得到所述储能模块的电流比较结果;
使所述储能模块的电流比较结果,经电流控制器和驱动信号生成模块后,得到所述储能模块中DC/DC双向变流器的驱动信号;
控制所述储能模块中DC/DC双向变流器按所述储能模块中DC/DC双向变流器的驱动信号运行,直至所述光储直柔系统的直流母线有效电压处于预设电压范围所对应的运行电压带中。
15.一种光储直柔系统,其特征在于,包括:如权利要求8至14中任一项所述的光储直柔系统的控制装置。
16.一种存储介质,其特征在于,所述存储介质包括存储的程序,其中,在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行权利要求1至7中任一项所述的光储直柔系统的控制方法。
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