CN116250157A - 一种光储系统、电源系统及高电压穿越控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种光储系统、电源及高电压穿越控制方法，包括：逆变器和储能设备；逆变器的输入端连接直流母线，逆变器的输出端连接交流电网；直流母线用于连接光伏组串；储能设备连接直流母线；逆变器用于交流电网的电压发生高电压穿越时，向储能设备发送高电压穿越信息；储能设备用于在收到高电压穿越信息时，储能设备处于放电工作状态则调整输出电压参考值维持放电工作状态，储能设备处于充电工作状态则调整充电功率参考值维持充电工作状态。交流电网发生高电压穿越时，直流母线的电压的上升情况与直流母线电容的大小相关，储能设备不能准确通过直流母线的电压上升判断是否发生高电压穿越，由逆变器来识别高电压穿越可以准确判定高电压穿越。
Description
本申请涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种光储系统、电源系统及高电压穿越控制方法。
目前，光伏发电、风力发电以及水利发电越来越被重视，例如光伏发电是将太阳能转换为电能，在光伏发电中目前将发电和储能结合在一起使用，即形成光储系统。
光储系统一般包括光伏阵列、直流/直流(DC/DC，Direct Current/Direct Current)变换器、逆变器(DC/AC，Direct Current/alternating Current)和储能设备；其中DC/DC变换器的输出端连接直流母线，逆变器的输入端连接直流母线，储能设备连接直流母线。逆变器的输出端连接交流电网。
实际运行时，交流电网容易发生高电压穿越，由于逆变器的输入端连接直流母线，直流母线上又连接储能设备，因此，逆变器输出端的高电压将会影响直流母线电压，因此，如何在光储系统发生高电压穿越时控制储能设备的工作状态是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本申请提供了一种光储系统、电源系统及控制方法，能够在交流电网发生高电压穿越时，控制储能设备正常工作。
本申请实施例提供一种光储系统，应用于光伏发电并且带有储能设备的场景，即包括逆变器和储能设备；逆变器的输入端用于连接直流母线，逆变器的输出端用于连接交流电网；直流母线连接光伏组串，光伏组串为直流母线提供直流电；储能设备用于连接直流母线，储能设备既能从直流母线吸收能量为自身充电，又可以向直流母线释放能量实现放电；逆变器在交流电网的电压发生高电压穿越时，向储能设备发送高电压穿越信息；储能设备在收到高电压穿越信息时，根据自身工作状态采取措施，具体为：如果储能设备处于放电工作状态则调整输出电压参考值以维持放电工作状态，如果储能设备处于充电工作状态则调整充电功率参考值以维持充电工作状态。
本申请实施例提供的光储系统，利用逆变器来识别交流电网的电压是否发生高电压穿越，逆变器识别交流电网发生高电压穿越时，通知储能设备以便储能设备采取对应的措施，如果储能设备处于放电工作状态则调整输出电压参考值以维持放电工作状态，以免直流母线上波动的高电压向储能设备反灌能量。如果储能设备处于充电工作状态则调整充电功率参考值以维持充电工作状态，进而使逆变器可以控制并网电流，以满足高电压穿越时电网的标准要求。本申请实施例提供的光储系统，在交流电网发生高电压穿越时，控制储能设备维持原工作状态不变，避免其因为高电压穿越频繁切换工作状态，对设备产生损坏。如果由储能设备来识别高电压穿越，一般储能设备通过识别直流母线的电压来判断是否发生了高电压穿越，但是交流电网发生高电压穿越时，直流母线的电压的上升情况与直流母线电容的大小相关，储能设备不能准确通过直流母线的电压上升情况判断是否发生了高电压穿越。本申请实施例由逆变器来识别高电压穿越可以更加准确判定高电压穿越的时刻。
在一种可能的实现方式中，储能设备包括：控制器、功率变换电路和电池包；功率变换电路的第一端连接电池包，功率变换电路的第二端连接直流母线；该功率变换电路为
控制器用于收到高电压穿越信息且电池包处于放电工作状态，储能设备向直流母线输出能量，控制功率变换电路升高储能设备的输出电压参考值至高电压穿越的峰值电压以上，以使储能设备继续处于放电工作状态；可以快速升高直流母线的电压，以便继续保持放电工作状态，避免直流母线的电压太高，反灌到储能设备给储能设备中的电池包充电。储能设备抬高直流母线的电压的目的是为了使储能设备保持放电工作状态不变，不频繁在放电和充电之间进行工作状态的切换，而且满足高电压穿越时，逆变器可以按照标准要求输出功率。控制器还用于收到高电压穿越信息且电池包处于充电工作状态，调整储能设备的充电功率参考值为高电压穿越前的充电功率，以使储能设备继续处于充电工作状态。如果交流电网发生高电压穿越时，储能设备改变工作状态，则影响逆变器控制并网电流，进而不能平稳度过高电压穿越，影响储能设备和逆变器的正常运行，最坏时可能对硬件设备造成损坏。
在一种可能的实现方式中，逆变器，具体用于将高电压穿越信息编码为脉冲信号，将脉冲信号通过自身的I/O口发送给储能设备的第一接口。逆变器向储能设备发送高电压穿越信息可以为电平编码信号，例如将高电压穿越信息编码为脉冲信号，将脉冲信号发送给储能设备。另外，还可以将高电压穿越信息编码为高低电平信号，将高低电平信号发送给储能设备，例如高电平信号表示发生了高电压穿越。
在一种可能的实现方式中，为了节省逆变器的硬件I/O口，本申请实施例中将逆变器发送高电压穿越信息的接口与发送开机信号的接口共用同一个接口，该光储系统还包括：储能驱动电路；逆变器，还用于通过I/O口将开机信号发送给储能驱动电路的第一接口；储能驱动电路，用于在收到开机信号时驱动储能设备进行开机。
在一种可能的实现方式中，为了更好地隔离逆变器和储能设备直接的信号干扰，本实施例提供的逆变器包括：第一光耦合器和第二光耦合器；第一光耦合器的第一输入端连接逆变器的I/O口，第一光耦合器的第一输出端连接电源，第一光耦合器的第二输出端连接储能设备的第一接口；第二光耦合器的第一输入端连接逆变器的I/O口，第二光耦合器的输出端连接储能驱动电路的第一接口；第一光耦合器的第二输入端和第二光耦合器的第二输入端均连接参考地。
在一种可能的实现方式中，还包括：直流/直流变换器；直流/直流变换器的输入端用于连接光伏组串；直流/直流变换器的输出端用于连接直流母线。直流/直流变换器可以将光伏组串的输出电压转换为直流母线匹配的电压，本申请实施例不限定直流/直流变换器的具体实现形式，可以为升压电路，也可以为升降压电路。另外，本申请实施例不具体限定光伏组串的数量，一般直流/直流变换器的输入端连接多个光伏组串。本申请实施例也不具体限定直流母线连接的直流/直流变换器的数量，可以为多个。
在一种可能的实现方式中，控制器，具体用于控制功率变换电路的输出电压参考值至交流电网的额定电压的预设倍数，预设倍数的取值区间为大于1.4小于2。
基于以上实施例提供的一种光储系统，以上的光储系统各个实施例对应的优点同样适 用于以下的电源系统，在此不再赘述。本申请实施例还提供一种电源系统，包括：逆变器和储能设备；逆变器的输入端连接直流母线，逆变器的输出端用于连接交流电网；储能设备连接直流母线；逆变器，用于交流电网的电压发生高电压穿越时，向储能设备发送高电压穿越信息；储能设备，用于在收到高电压穿越信息时，如果储能设备处于放电工作状态则调整输出电压参考值以维持放电工作状态，如果储能设备处于充电工作状态则调整充电功率参考值以维持充电工作状态。
在一种可能的实现方式中，逆变器，具体用于将高电压穿越信息编码为脉冲信号，将脉冲信号通过自身的I/O口发送给储能设备的第一接口。
在一种可能的实现方式中，逆变器，还用于通过I/O口将开机信号发送给储能设备的第二接口；储能设备，用于在收到开机信号时进行开机。
在一种可能的实现方式中，储能设备包括：控制器、功率变换电路和电池包；功率变换电路的第一端连接电池包，功率变换电路的第二端连接直流母线；控制器，用于收到高电压穿越信息且电池包处于放电工作状态，控制功率变换电路升高储能设备的输出电压参考值至高电压穿越的峰值电压以上，以使储能设备继续处于放电工作状态；还用于收到高电压穿越信息且电池包处于充电工作状态，调整储能设备的充电功率参考值为高电压穿越前的充电功率，以使储能设备继续处于充电工作状态。
在一种可能的实现方式中，逆变器包括：第一光耦合器和第二光耦合器；第一光耦合器的第一输入端连接逆变器的I/O口，第一光耦合器的第一输出端连接电源，第一光耦合器的第二输出端连接储能设备的第一接口；第二光耦合器的第一输入端连接逆变器的I/O口，第二光耦合器的输出端连接储能驱动电路的第一接口；第一光耦合器的第二输入端和第二光耦合器的第二输入端均连接参考地。
基于以上实施例提供的一种光储系统，本申请实施例还提供一种高电压穿越的控制方法，应用于以上实施例介绍的光储系统，以上实施例提供的光储系统的各个优点同样适用于以下的方法实施例，在此不再赘述。光储系统包括逆变器和储能设备；逆变器的输入端用于连接直流母线，储能设备用于连接直流母线，逆变器的输出端用于连接交流电网；该方法包括：接收逆变器发送的高电压穿越信息，逆变器用于判断交流电网的电压发生高电压穿越；在收到高电压穿越信息时，如果储能设备处于放电工作状态则调整输出电压参考值以维持放电工作状态，如果储能设备处于充电工作状态则调整充电功率参考值以维持充电工作状态。
在一种可能的实现方式中，根据自身工作状态进行高电压穿越，具体包括：收到高电压穿越信息且电池包处于放电工作状态，控制功率变换电路升高储能设备的输出电压参考值至高电压穿越的峰值电压以上，以使储能设备继续处于放电工作状态；收到高电压穿越信息且电池包处于充电工作状态，调整储能设备的充电功率参考值为高电压穿越前的充电功率，以使储能设备继续处于所述充电工作状态。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请实施例中利用逆变器来识别交流电网的电压是否发生高电压穿越，交流电网发生高电压穿越，逆变器需要通知储能设备发生了高电压穿越，以便于储能设备采取高电压 穿越的措施，如果储能设备处于放电工作状态则调整输出电压参考值以维持放电工作状态，如果储能设备处于充电工作状态则调整充电功率参考值以维持充电工作状态，进而使逆变器可以控制并网电流，以满足高电压穿越时电网的标准要求。由于传统的交流电网中不存在储能设备，因此，在交流电网出现高电压穿越时，不需要考虑储能设备的工作情况。而光储系统中既包括逆变器，又包括储能设备，储能设备连接直流母线，高电压穿越时会影响直流母线的电压。因此，交流电网发生高电压穿越时，需要及时通知储能设备。如果由储能设备来识别高电压穿越，一般储能设备通过识别直流母线的电压来判断是否发生了高电压穿越，但是交流电网发生高电压穿越时，直流母线的电压的上升情况与直流母线电容的大小相关，储能设备不能准确通过直流母线的电压上升情况判断是否发生了高电压穿越。本申请实施例由逆变器来识别高电压穿越可以更加准确判定高电压穿越的时刻。
图1为本申请实施例提供的一种光储系统的示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种光储系统的示意图；
图3为本申请实施例提供的又一种光储系统的示意图；
图4为本申请实施例提供的再一种光储系统的示意图；
图5为本申请实施例提供的一种储能设备的内部架构图；
图6为本申请实施例提供的再一种逆变器与储能设备的连接示意图；
图7为本申请实施例提供的一种控制环路示意图；
图8为本申请实施例提供的一种电源系统的示意图；
图9为本申请实施例提供的另一种电源系统的示意图；
图10为本申请实施例提供的一种高电压穿越的控制方法流程图。
以下说明中的“第一”、“第二”等用词仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
此外，本申请中，“上”、“下”等方位术语可以包括但不限于相对附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语可以是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件附图所放置的方位的变化而相应地发生变化。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。此外，术语“耦接”可以是实现信号传输的电性连接的方式。“耦接”可以是直接的电性连接，也可以通过中间媒介间接电性连接。
本申请实施例涉及一种光储系统，既可以进行光伏发电，又可以进行储能。为了使本领域技术人员更好地理解本申请实施例提供的光储系统，下面结合附图进行介绍。
光储系统实施例
参见图1，该图为本申请实施例提供的一种光储系统的示意图。
本申请实施例提供的光储系统包括：逆变器100和储能设备200；还可以包括光伏组串PV。图1中仅是示意性画了光伏组串PV，实际产品中，一般包括多个光伏组串。
其中，逆变器100的输入端连接直流母线BUS，逆变器100的输出端用于连接交流电网；直流母线BUS用于连接光伏组串PV；其中直流母线BUS可以直接连接光伏组串PV，也可以间接连接光伏组串PV。
当直流母线BUS间接连接光伏组串PV时，本申请实施例提供的光储系统如图2所示，还可以包括直流/直流(DC/DC，Direct Current/Direct Current)变换器300，DC/DC变换器300的输入端用于连接光伏组串PV，DC/DC变换器300的输出端连接直流母线BUS。本申请实施例不限定DC/DC变换器300的具体实现方式，例如可以为升压电路，也可以为升降压电路，另外，DC/DC变换器300还可以集成在直流汇流箱中。DC/DC变换器300用于将PV输出的电压进行直流变换后输送给直流母线BUS。
储能设备200连接直流母线BUS。
逆变器100，用于交流电网的电压发生高电压穿越时，向储能设备200发送高电压穿越信息。
逆变器100可以通过单独的信号线将高电压穿越信息发送给储能设备200，也可以共用其他的硬件信号线，例如可以共用储能设备200的开机信号线，即逆变器100开机后，需要向储能设备200发送开机信号，以使储能设备200开机。当高电压穿越信息共用开机信号线时，可以节省逆变器100的硬件接口，使用逆变器100现有的硬件接口即可，不必另外设置新的硬件接口。开机信号是为了告知储能设备200进行开机和关机，例如休眠和唤醒。
本申请实施例中利用逆变器来识别交流电网的电压是否发生高电压穿越，例如具体实现时，逆变器100可以实时检测交流电网的电压，将检测的电压与预设电压阈值进行比较，当检测的电压大于预设电压阈值时，说明交流电网发生高电压穿越，此时逆变器100需要通知储能设备200发生了高电压穿越，以便于储能设备200采取高电压穿越的措施，进而使逆变器可以控制并网电网满足高电压穿越的要求。
由于传统的交流电网中不存在储能设备，因此，在交流电网出现高电压穿越时，不需要考虑储能设备的工作情况。而光储系统中既包括逆变器，又包括储能设备，因此，交流电网发生高电压穿越时，需要及时通知储能设备200。如果由储能设备200来识别高电压穿越，一般储能设备200通过识别直流母线的电压来判断是否发生了高电压穿越，但是交流电网发生高电压穿越时，直流母线的电压的上升情况与直流母线电容的大小相关，储能设备200不能准确通过直流母线的电压上升情况判断是否发生了高电压穿越。
储能设备200，用于在收到高电压穿越信息时，如果储能设备处于放电工作状态则调整输出电压参考值以维持放电工作状态，即继续向直流母线释放能量；如果储能设备处于充电工作状态则调整充电功率参考值以维持充电工作状态，即继续从直流母线吸收能量。
当发生高电压穿越时，储能设备200可以根据自身的工作状态采取对应的措施，例如当储能设备200处于放电工作状态时，可以快速升高直流母线的电压，以便继续保持放电工作状态，避免直流母线的电压太高，反灌到储能设备200给储能设备中的电池包充电。 储能设备200抬高直流母线的电压的目的是为了使储能设备200保持放电工作状态不变，不频繁在放电和充电之间进行工作状态的切换，而且满足高电压穿越时，逆变器可以按照标准要求输出功率。具体地，储能设备200可以通过抬高输出电压来间接抬高直流母线的电压。另外，如果发生高电压穿越时，储能设备200处于充电工作状态，则需要调整储能设备200的充电功率参考值，以使储能设备200继续维持充电工作状态。如果交流电网发生高电压穿越时，储能设备200改变工作状态，则影响逆变器100控制并网电流，进而不能平稳度过高电压穿越，影响储能设备200和逆变器100的正常运行，最坏时可能对硬件设备造成损坏。
本申请实施例提供的光储系统，由逆变器来识别交流电网是否发生高电压穿越，当交流电网发生高电压穿越时，逆变器向储能设备发送高电压穿越信息，告知储能设备发生了高电压穿越，以便于储能设备根据自身工作状态，如果储能设备处于放电工作状态则调整输出电压参考值以维持放电工作状态，如果储能设备处于充电工作状态则调整充电功率参考值以维持充电工作状态。本申请实施例中并不是由储能设备自身来识别高电压穿越，从而采取对应的措施。因为储能设备并不能准确判断是否发生高电压穿越，如果发生高电压穿越时，储能设备没有及时判断出来会使高电压以脉动电流的方式为储能设备充电，导致逆变器无法精确控制并网电流，无法满足交流电网的并网要求。
下面结合附图详细介绍本申请实施例提供的光储系统中，逆变器为储能设备发送高电压穿越信息的具体实现方式。
参见图3，该图为本申请实施例提供的一种逆变器与储能设备的连接示意图。
逆变器100向储能设备200发送高电压穿越信息可以为电平编码信号，例如将高电压穿越信息编码为脉冲信号，将脉冲信号发送给储能设备200。另外，还可以将高电压穿越信息编码为高低电平信号，将高低电平信号发送给储能设备200，例如高电平信号表示发生了高电压穿越。本实施例中以高电压穿越信息为脉冲信号为例进行介绍。
本实施例中，逆变器100具体用于将高电压穿越信息编码为脉冲信号，将脉冲信号通过自身的I/O口发送给储能设备200的接口。
逆变器100将高电压穿越信息编码后发送给储能设备200，可以利用逆变器100与储能设备200已经存在的通信接口，即复用已有接口；也可以独立设置一个通信接口。
下面结合图4介绍逆变器复用已有接口的实现方式。
参见图4，该图为本申请实施例提供的另一种逆变器与储能设备的连接示意图。
另外，为了节省逆变器100的硬件接口，逆变器100发送高电压穿越信息的接口可以共用逆变器100中用于向储能设备200发送开机信号的接口，但是储能设备200可以用两个不同的接口均连接逆变器100的同一个I/O口。
逆变器100，还用于通过I/O口将开机信号发送给储能设备200的第二接口B。
储能设备200，用于在收到开机信号时进行开机。
本实施例中储能设备200接收开机信号和接收高电压穿越信息的接口并不相同，分别为第一接口A和第二接口B，因此，储能设备200可以通过接口和信号类型来判断来自逆变器100的信号为开机信号还是高电压穿越信息。另外，在一种可能的实现方式中，储能 设备200接收开机信号和高电压穿越信息的接口也可以为同一个，只要开机信号和高电压穿越信息的信号类型不同即可，例如，开机信号和高电压穿越信息均为方波信号，但是两者对应的方波信号的频率不同，例如开机信号为100Hz的方波信号，高电压穿越信息为200Hz的方波信号。另外，还可以开机信号为脉冲信号，高电压穿越信息为高电平信号。
储能设备200的第一接口A和第二接口B均连接逆变器100的I/O口，即逆变器100的I/O口既用于发送开机信号，又用于发送高电压穿越信息。但是，开机信号和高电压穿越信息的信号格式不同，因此，储能设备200的第一接口A和第二接口B可以分别对收到的信号进行识别，从而确定收到的是开机信号还是高电压穿越信息。当收到的信号为高电压穿越信息时，根据自身处于充电工作状态还是放电工作状态来采取高电压穿越措施。
以上实施例介绍的是储能设备利用两个不同的接口连接逆变器的同一I/O口，应该理解，储能设备也可以仅利用一个接口连接逆变器的I/O口，储能设备通过识别逆变器发送的信号的格式来区分是高电压穿越信号还是开机信号。
下面结合附图介绍储能设备在高电压穿越采取的具体措施。
参见图5，该图为本申请实施例提供的一种储能设备的内部架构图。
本申请实施例提供的储能设备包括：控制器201、功率变换电路202和电池包203。
功率变换电路202的第一端连接电池包203，功率变换电路202的第二端连接直流母线BUS，即储能设备在放电时，功率变换电路202的输出电压便为直流母线的电压，由于功率变换电路202的输出端连接直流母线，即功率变换电路202的输出电压与直流母线的电压一致。
控制器201，用于收到高电压穿越信息且电池包203处于放电工作状态，控制功率变换电路202升高储能设备的输出电压参考值至高电压穿越的峰值电压以上，以使储能设备200继续处于放电工作状态；还用于收到高电压穿越信息且电池包203处于充电工作状态，调整所述储能设备的充电功率参考值为高电压穿越前的充电功率，以使储能设备200继续保持充电工作状态。
本申请实施例中的功率变换电路202可以为双向DC/DC电路，即满足电池包203的充电和放电两种状态。功率变换电路202可以为升压电路，也可以为升降压电路，本申请实施例中不做具体限定。
例如，当储能设备200处于放电工作状态，交流电网发生高电压穿越时，此时直流母线BUS的电压较高，容易反灌到储能设备200中，因此为了不改变储能设备200的放电工作状态，储能设备200需要抬高自身的输出电压参考值，进而才能抬高直流母线BUS的电压。例如，控制器201收到逆变器100发送的高电压穿越信息，控制器201控制功率变换电路202升高输出电压，功率变换电路202将电池包203的电压升高后输出至直流母线BUS。为了保证直流母线上的电流不反灌到储能设备200中，可以将直流母线的电压升高至标准要求的高电压穿越的峰值电压以上，例如1.4倍的额定电压峰值以上。一种可能的实现方式为，控制功率变换电路的输出电压至交流电网的额定电压的预设倍数，预设倍数的取值区间为大于1.4小于2，其中，预设倍数具体可以根据电网的标准要求来确定。其中额定电压是指交流电网的额定电压。应该理解，不同的电网环境，对应的标准可能有所不同，发 生高电压穿越时，需要将直流母线的电压升高至标准要求的高电压穿越的峰值电压以上。
当储能设备200处于充电工作状态，交流电网发生高电压穿越时，储能设备200需要调整所述储能设备的充电功率参考值为与所述高电压穿越前时的充电功率，即保证充电功率与高电压穿越前一致。储能设备200处于充电工作状态时，逆变器为储能设备200中的电池包203充电，但是逆变器可以提供的充电功率可能大于储能设备200需求的功率，也可能逆变器可以提供的充电功率小于储能设备200需求的功率。
当逆变器可以提供的充电功率大于储能设备200需求的功率时，逆变器可以满足储能设备200的充电需求，此时储能设备200的电压控制环路失效，由功率控制环路来控制进行充电。
当逆变器可以提供的充电功率小于储能设备200需求的功率时，储能设备200的电压不会上升，逆变器提供的充电功率全部被储能设备200吸收，此时，储能设备200的电压控制环路起作用，储能设备200的电压控制环路可以控制直流母线BUS的电压。
下面结合附图介绍逆变器发送高电压穿越信息和开机信号复用同一个I/O的具体实现方式。
参见图6，该图为本申请实施例提供的再一种逆变器与储能设备的连接示意图。
本实施例提供的光储系统，逆变器包括：第一光耦合器U1和第二光耦合器U2；
第一光耦合器U1的第一输入端连接逆变器100的I/O口，第一光耦合器U1的第二输出端连接控制器201的第一接口A；第一光耦合器U1的第一输出端通过第三电阻R3连接电源VCC，例如VCC为3.3V。
第二光耦合器U2的第一输入端连接逆变器100的I/O口，第二光耦合器U2的第一输出端连接储能驱动电路300的第一接口B。第二光耦合器U2的第二输出端连接储能驱动电路300的第二接口C。其中储能驱动电路300在收到开机信号时，会驱动储能设备开机。
第一光耦合器U1的第二输入端和第二光耦合器U2的第二输入端均连接参考电位地GND。应该理解，两个光耦合器输入端和输出端对应的地是不同的地，从而实现电气隔离，避免光耦合器输入端的信号对输出端的信号的干扰。
另外，本实施例提供的储能系统还包括第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3。其中第一光耦合器U1的第一输入端通过第一电阻R1连接逆变器100的I/O口，同理，第二光耦合器U2的第一输入端通过第二电阻R2连接逆变器100的I/O口，即第一光耦合器U1的第一输入端和第二光耦合器U2的第一输入端均连接逆变器100的I/O口。但是两个光耦合器的输出端连接储能设备的不同输入端。
一种可能的实现方式，以上介绍的两个光耦合器以及外围的电阻和二极管可以与逆变器100集成在一起，即集成在逆变器100的柜体内，而控制器201和储能驱动电路300位于储能设备的一侧，例如可以位于储能集装箱内部。
当逆变器100的I/O口输出高电平时，第一光耦合器U1的第一输入端为高电平，则第一光耦合器U1导通，即第一光耦合器U1的第一输出端与第二输出端导通，即控制器201的第一接口A与VCC接通，即第一接口A收到高电平信号。但是，第二光耦合器U2的第一输出端连接储能驱动电路300的第一接口B，第二光耦合器U2的第二输出端连接储能 驱动电路300的第二接口C，因此，当逆变器100的I/O口输出高电平时，第二光耦合器U2导通，此时第二光耦合器U2的第一输出端与第二输出端接通。
通过以上分析可知，虽然第一光耦合器U1的第一输入端和第二光耦合器U2的第一输入端均连接逆变器100的同一个I/O口，但是在逆变器100的I/O口输出高电平时，第一光耦合器U1和第二光耦合器U2输出的信号并不相同，因此，控制器201和储能驱动电路300接口B可以识别逆变器100发送的是开机信号还是高电压穿越信息。
为了使本领域技术人员更好地理解本申请实施例提供的光储系统在高电压穿越时的措施，下面介绍储能设备正常工作时的工作原理。
参见图7，该图为本申请实施例提供的储能设备充放电的控制环路示意图。
逆变器可以控制储能设备的充放电，实际工作时，逆变器可以通过通信线路向储能设备发送输出电压参考值Vref、充电功率参考值P1ref和放电功率参考值P2ref，储能设备可以根据输出电压参考值Vref、充电功率参考值P1ref和放电功率参考值P2ref控制自身的充放电。
下面分为充电和放电两种工作状态进行介绍。
第一种：充电工作状态
当Vref<直流母线电压Vbus时，储能设备从直流母线吸收能量，给电池包充电，充电原则是储能设备实际的充电功率P1小于等于充电功率参考值P1ref；即充电时，理论上P1不大于P1ref。
当P1>P1ref时，取最小值10对母线电压控制环路L1和充电功率控制环路L2取最小值，将储能设备的充电功率P1限制在充电功率参考值P1ref，即对P1进行限幅处理。
当Vbus＝Vref且P1<P1ref时，储能设备继续从直流母线吸收能量来维持V1＝Vbus的状态。
第二种：放电工作状态
当Vref>Vbus时，储能设备中的电池包为直流母线放电，放电原则是放电功率P2小于等于放电功率参考值P2ref，即放电功率P2不大于放电功率参考值P2ref。
当P2>P2ref时，取最小值20对母线电压控制环路L1和放电功率控制环路L3取最大值(此时充电功率环路达到上限值，因此取最小值10取小值后为母线电压控制环路L1起作用)，将放电功率P2限制在放电功率参考值P2ref，即对P2进行限幅处理；最后的结果需要输出给PWM发波30，即控制功率变换电路工作。
当Vbus＝Vref且P2<P2ref时，储能设备继续放电来维持Vbus＝Vref的状态。
由于交流电网发生高电压穿越时，逆变器的功率升高，此时如果储能设备在放电工作状态，则储能设备只有升高母线电压，才可以继续保持放电工作状态，否则逆变器过高的能量会反灌进电池包，电池包无法继续保持放电工作状态。另外，如果直流母线的电压不升高，则逆变器无法控制自身的输出电流，进而在高电压穿越时，无法使自身的输出电流满足标准的要求，即无法控制并网电流满足高电压穿越的标准要求。储能设备升高直流母线的电压具体可以通过升高输出电压参考值来实现，例如，将输出电压参考值设置为电网标准要求的高电压穿越的峰值电压以上。
如果交流电网发生高电压穿越时，储能设备在充电工作状态，则储能设备要将充电功率参考值调整为高电压穿越时的充电功率，即将高电压穿越前的实际充电功率设定为充电功率参考值。目的是为让储能设备的母线电压控制环路失效，由逆变器来控制直流母线的电压大小。
电源系统实施例
以上实施例介绍的是一种光储系统，应用于光伏发电领域，本申请实施例还提供一种电源系统，不限定具体的应用领域，只要存在逆变器和储能设备即可，并不显得逆变器输入端的电源的来源，例如可以为风力发电，也可以为水利发电等。
参见图8，该图为本申请实施例提供的一种电源系统的示意图。
本申请实施例提供的电源系统，包括：逆变器100和储能设备200；
逆变器100的输入端连接直流母线BUS，逆变器100的输出端用于连接交流电网；
储能设备200连接直流母线BUS。直流母线BUS还用于连接直流电源400。本申请实施例不限定直流电源400的类型，以上实施例中是以直流电源为光伏组串为例进行的介绍，本申请实施例中直流电源400可以为光伏组串以外的其他类型的直流电源。
逆变器100，用于交流电网的电压发生高电压穿越时，向储能设备200发送高电压穿越信息；
储能设备200，用于在收到高电压穿越信息时，如果储能设备200处于放电工作状态则调整输出电压参考值以维持放电工作状态，如果储能设备200处于充电工作状态则调整充电功率参考值以维持充电工作状态。
在一种可能的实现方式中，电源系统还可以包括DC/DC变换器300，如图9所示，DC/DC变换器300的输入端连接直流电源400，DC/DC变换器300的输出端连接直流母线BUS。
具体实现时，逆变器可以将高电压穿越信息编码为脉冲信号，将脉冲信号通过自身的I/O口发送给储能设备的第一接口。此处的脉冲信号可以为方波信号，也可以为电平信号，在此不做具体限定。
为了节省逆变器的硬件接口，逆变器可以复用已有的接口来发送高电压穿越信息，例如复用给储能设备发送开机信号的接口。但是储能设备为了更加准确地区分开机信号和高电压穿越信息，储能设备可以分别利用两个不同的接口来识别高电压穿越信息和开机信号。例如，逆变器通过I/O口将开机信号发送给储能设备的第二接口。
储能设备200还用于在收到开机信号时进行开机。一般是逆变器100先开机，然后逆变器100再控制储能设备200开机。
储能设备一般可以包括：控制器、功率变换电路和电池包。本申请实施例中不限定电池包的具体实现方式，例如电池包可以包括多个电池簇，每个电池簇包括多个电池模组。一般多个电池簇放置在储能集装箱中，多个电池簇通过功率变换电路连接直流母线。
具体实现时，功率变换电路的第一端连接电池包，功率变换电路的第二端连接直流母线。
控制器，用于收到高电压穿越信息且电池包处于放电工作状态，控制功率变换电路升 高储能设备的输出电压参考值至高电压穿越的峰值电压以上，以使储能设备继续处于放电工作状态；还用于收到高电压穿越信息且电池包处于充电工作状态，调整储能设备的充电功率参考值为高电压穿越前的充电功率，以使储能设备继续处于充电工作状态。
本申请实施例中利用逆变器来识别交流电网的电压是否发生高电压穿越，交流电网发生高电压穿越，逆变器需要通知储能设备发生了高电压穿越，以便于储能设备采取高电压穿越的措施，进而使逆变器可以控制并网电网满足高电压穿越的要求。由于传统的交流电网中不存在储能设备，因此，在交流电网出现高电压穿越时，不需要考虑储能设备的工作情况。而光储系统中既包括逆变器，又包括储能设备，因此，交流电网发生高电压穿越时，需要及时通知储能设备。如果由储能设备来识别高电压穿越，一般储能设备通过识别直流母线的电压来判断是否发生了高电压穿越，但是交流电网发生高电压穿越时，直流母线的电压的上升情况与直流母线电容的大小相关，储能设备不能准确通过直流母线的电压上升情况判断是否发生了高电压穿越。本申请实施例由逆变器来识别高电压穿越可以更加准确判定高电压穿越的时刻。
由于交流电网发生高电压穿越时，逆变器的功率升高，此时如果储能设备在放电工作状态，则储能设备只有升高母线电压，才可以继续保持放电工作状态，否则逆变器过高的能量会反灌进电池包，电池包无法继续保持放电工作状态。如果直流母线的电压不升高，则逆变器无法控制自身的输出电流，进而在高电压穿越时，无法使自身的输出电流满足标准的要求，即无法控制并网电流满足高电压穿越的标准要求。储能设备升高直流母线的电压具体可以通过升高输出电压参考值来实现。如果高电压穿越时，储能设备在充电工作状态，则储能设备要将充电功率参考值调整为高电压穿越时的充电功率，即将高电压穿越时的实际充电功率设定为充电功率参考值。目的是为让储能设备的母线电压控制环路失效，由逆变器来控制直流母线的电压大小。
本实施例中介绍的储能设备内部的结构可以参见以上图5的描述，在此不再赘述。
逆变器向储能设备发送的开机信号和高电压穿越信息可以复用同一个I/O口，以上光储系统实施例已经详细进行介绍，下面仅简要说明一种可能的实现方式。
一种可能的实现方式为逆变器包括第一光耦合器和第二光耦合器；第一光耦合器的输入端连接逆变器的I/O口，第一光耦合器的输出端连接储能设备的第一接口；第二光耦合器的输入端连接逆变器的I/O口，第二光耦合器的输出端连接储能设备的第二接口，具体工作原理可以参见以上图6部分的描述，在此不再赘述。
方法实施例
基于以上实施例提供的一种光储系统及电源系统，本申请实施例还提供一种高电压穿越的控制方法，下面结合附图进行详细介绍。
参见图10，该图为本申请实施例提供的一种高电压穿越的控制方法流程图。
本实施例提供的高电压穿越的控制方法，应用于光储系统，光储系统包括逆变器和储能设备；逆变器的输入端用于连接直流母线，储能设备用于连接直流母线，逆变器的输出端用于连接交流电网；
该方法包括：
S1001：接收逆变器发送的高电压穿越信息，逆变器用于通过交流电网的电压判断是否发生高电压穿越，当判断发生高电压穿越时，逆变器向储能设备发送高电压穿越信息，即告知储能设备发生了高电压穿越。
S1002：在收到高电压穿越信息时，如果储能设备处于放电工作状态则调整输出电压参考值以维持放电工作状态，如果储能设备处于充电工作状态则调整充电功率参考值以维持充电工作状态。
储能设备进行高电压穿越时，可以根据自身工作状态采取对应的措施，具体分为以下两种情况。
第一种：储能设备处于放电工作状态；
S1003：收到高电压穿越信息且电池包处于放电工作状态，控制功率变换电路升高所述储能设备的输出电压参考值至标准要求的高电压穿越的峰值电压以上，以使储能设备继续处于放电工作状态。
由于交流电网发生高电压穿越时，逆变器的功率升高，此时如果储能设备在放电工作状态，则储能设备只有升高母线电压，才可以继续保持放电工作状态，否则逆变器过高的能量会反灌进电池包，电池包无法继续保持放电工作状态。如果直流母线的电压不升高，则逆变器无法控制自身的输出电流，进而在高电压穿越时，无法使自身的输出电流满足标准的要求，即无法控制并网电流满足高电压穿越的标准要求。储能设备升高直流母线的电压具体可以通过升高输出电压参考值来实现。
第二种：储能设备处于充电工作状态；
S1004：收到高电压穿越信息且电池包处于充电工作状态，调整储能设备的充电功率参考值为高电压穿越前的充电功率，以使储能设备继续处于充电工作状态。
当发生高电压穿越时，储能设备可以根据自身的工作状态采取对应的措施，例如当储能设备处于放电工作状态时，可以快速升高直流母线的电压，以便继续保持放电工作状态，避免直流母线的电压太高，反灌到储能设备给储能设备中的电池包充电。储能设备抬高直流母线的电压的目的是为了使储能设备保持放电工作状态不变，不频繁在放电和充电之间进行工作状态的切换，而且满足高电压穿越时，逆变器可以按照标准要求输出功率。具体地，储能设备可以通过抬高输出电压来间接抬高直流母线的电压。另外，如果发生高电压穿越时，储能设备处于充电工作状态，则需要调整储能设备的充电功率参考值，以使储能设备继续维持充电工作状态。如果交流电网发生高电压穿越时，储能设备改变工作状态，则影响逆变器控制并网电流，进而不能平稳度过高电压穿越，影响储能设备和逆变器的正常运行，最坏时可能对硬件设备造成损坏。
本申请实施例提供的光储系统，由逆变器来识别交流电网是否发生高电压穿越，当交流电网发生高电压穿越时，逆变器向储能设备发送高电压穿越信息，告知储能设备发生了高电压穿越，以便于储能设备根据自身工作状态，如果储能设备处于放电工作状态则调整输出电压参考值以维持放电工作状态，如果储能设备处于充电工作状态则调整充电功率参考值以维持充电工作状态。本申请实施例中并不是由储能设备自身来识别高电压穿越，从而采取对应的措施。因为储能设备并不能准确判断是否发生高电压穿越，如果发生高电压 穿越时，储能设备没有及时判断出来会使高电压以脉动电流的方式为储能设备充电，导致逆变器无法精确控制并网电流，无法满足交流电网的并网要求。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (14)
- 一种光储系统，其特征在于，包括：逆变器和储能设备；所述逆变器的输入端用于连接直流母线，所述逆变器的输出端用于连接交流电网；所述直流母线用于连接光伏组串；所述储能设备用于连接所述直流母线；所述逆变器，用于所述交流电网的电压发生高电压穿越时，向所述储能设备发送高电压穿越信息；所述储能设备，用于在收到所述高电压穿越信息时，如果所述储能设备处于放电工作状态则调整输出电压参考值以维持放电工作状态，如果所述储能设备处于充电工作状态则调整充电功率参考值以维持充电工作状态。
- 根据权利要求1所述的光储系统，其特征在于，所述储能设备包括：控制器、功率变换电路和电池包；所述功率变换电路的第一端连接所述电池包，所述功率变换电路的第二端连接所述直流母线；所述控制器，用于收到所述高电压穿越信息且所述电池包处于所述放电工作状态，所述储能设备向所述直流母线输出能量，控制所述功率变换电路升高所述储能设备的输出电压参考值至高电压穿越的峰值电压以上，以使所述储能设备继续处于所述放电工作状态；还用于收到所述高电压穿越信息且所述电池包处于所述充电工作状态，调整所述储能设备的充电功率参考值为所述高电压穿越前的充电功率，以使所述储能设备继续处于所述充电工作状态。
- 根据权利要求1或2所述的光储系统，其特征在于，所述逆变器，具体用于将所述高电压穿越信息编码为脉冲信号，将所述脉冲信号通过自身的I/O口发送给所述储能设备的第一接口。
- 根据权利要求3所述的光储系统，其特征在于，还包括：储能驱动电路；所述逆变器，还用于通过所述I/O口将开机信号发送给所述储能驱动电路的第一接口；所述储能驱动电路，用于在收到所述开机信号时驱动所述储能设备进行开机。
- 根据权利要求3或4所述的光储系统，其特征在于，所述逆变器包括：第一光耦合器和第二光耦合器；所述第一光耦合器的第一输入端连接所述逆变器的I/O口，所述第一光耦合器的第一输出端连接电源，所述第一光耦合器的第二输出端连接所述储能设备的第一接口；所述第二光耦合器的第一输入端连接所述逆变器的I/O口，所述第二光耦合器的输出端连接所述储能驱动电路的第一接口；所述第一光耦合器的第二输入端和所述第二光耦合器的第二输入端均连接参考地。
- 根据权利要求1-5任一项所述的光储系统，其特征在于，还包括：直流/直流变换器；所述直流/直流变换器的输入端用于连接光伏组串；所述直流/直流变换器的输出端用于连接所述直流母线。
- 根据权利要求2-6任一项所述的光储系统，其特征在于，所述控制器，具体用于控制 所述功率变换电路的输出电压参考值至所述交流电网的额定电压的预设倍数，所述预设倍数的取值区间为大于1.4小于2。
- 一种电源系统，其特征在于，包括：逆变器和储能设备；所述逆变器的输入端连接所述直流母线，所述逆变器的输出端用于连接交流电网；所述储能设备连接所述直流母线；所述逆变器，用于所述交流电网的电压发生高电压穿越时，向所述储能设备发送高电压穿越信息；所述储能设备，用于在收到所述高电压穿越信息时，如果所述储能设备处于放电工作状态则调整输出电压参考值以维持放电工作状态，如果所述储能设备处于充电工作状态则调整充电功率参考值以维持充电工作状态。
- 根据权利要求8所述的电源系统，其特征在于，所述逆变器，具体用于将所述高电压穿越信息编码为脉冲信号，将所述脉冲信号通过自身的I/O口发送给所述储能设备的第一接口。
- 根据权利要求9所述的电源系统，其特征在于，所述逆变器，还用于通过所述I/O口将开机信号发送给所述储能设备的第二接口；所述储能设备，用于在收到所述开机信号时进行开机。
- 根据权利要求8-10任一项所述的电源系统，其特征在于，所述储能设备包括：控制器、功率变换电路和电池包；所述功率变换电路的第一端连接所述电池包，所述功率变换电路的第二端连接所述直流母线；所述控制器，用于收到所述高电压穿越信息且所述电池包处于所述放电工作状态，控制所述功率变换电路升高所述储能设备的输出电压参考值至高电压穿越的峰值电压以上，以使所述储能设备继续处于所述放电工作状态；还用于收到所述高电压穿越信息且所述电池包处于所述充电工作状态，调整所述储能设备的充电功率参考值为所述高电压穿越前的充电功率，以使所述储能设备继续处于所述充电工作状态。
- 根据权利要求10或11所述的电源系统，其特征在于，所述逆变器包括：第一光耦合器和第二光耦合器；所述第一光耦合器的第一输入端连接所述逆变器的I/O口，所述第一光耦合器的第一输出端连接电源，所述第一光耦合器的第二输出端连接所述储能设备的第一接口；所述第二光耦合器的第一输入端连接所述逆变器的I/O口，所述第二光耦合器的输出端连接所述储能驱动电路的第一接口；所述第一光耦合器的第二输入端和所述第二光耦合器的第二输入端均连接参考地。
- 一种高电压穿越的控制方法，其特征在于，应用于光储系统，光储系统包括逆变器和储能设备；所述逆变器的输入端用于连接直流母线，所述储能设备用于连接所述直流母线，所述逆变器的输出端用于连接交流电网；该方法包括：接收所述逆变器发送的高电压穿越信息，所述逆变器用于判断所述交流电网的电压发 生高电压穿越；在收到所述高电压穿越信息时，如果所述储能设备处于放电工作状态则调整输出电压参考值以维持放电工作状态，如果所述储能设备处于充电工作状态则调整充电功率参考值以维持充电工作状态。
- 根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于，所述根据自身工作状态进行高电压穿越，具体包括：收到所述高电压穿越信息且所述电池包处于所述放电工作状态，控制所述功率变换电路升高所述储能设备的输出电压参考值至高电压穿越的峰值电压以上，以使所述储能设备继续处于所述放电工作状态；收到所述高电压穿越信息且所述电池包处于所述充电工作状态，调整所述储能设备的充电功率参考值为所述高电压穿越前的充电功率，以使所述储能设备继续处于所述充电工作状态。
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2021
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2023
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Cited By (2)
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| CN116520069B (zh) * | 2023-07-04 | 2023-11-17 | 上海百竹成航新能源有限责任公司 | 一种高电压穿越识别方法及其装置、电子设备和储能系统 |
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