CN117335497B - 一种光伏储能系统模式控制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种光伏储能系统模式控制方法，当光伏储能系统处于并网模式时，根据工作场景的切换，将光伏组件PV的输出功率PPV或负载的功率PL作为参考对DC/AC单元的控制环路进行调整；当光伏储能系统处于离网模式时，根据工作场景的切换，将光伏组件PV的MPPT功率或实际功率作为参考对DC/DC单元的控制环路进行调整。本申请的有益效果：相比较光伏储能系统对不同工作场景的环路切换，本申请在应对不同的工作场景切换时只需修改某个控制环路的功率指令即可，进而可以最小化场景切换过程中的变化，使得具体实施非常的容易。

Description

一种光伏储能系统模式控制方法
技术领域
本申请涉及光伏发电技术领域，尤其是涉及一种光伏储能系统模式控制方法。
背景技术
现在普遍采用的光伏储能系统的拓扑结构如图1所示，为共直流母线的结构。光伏组件PV经DC/DC单元接入母线，电池经双向DC/DC单元接入母线，电网和负载经DC/AC单元连接入母线。
光伏储能系统一般有并网运行模式和离网运行模式。在并网模式下，电网存在，DC/AC单元工作于电流源模式，馈入电网能量。离网模式下，电网不在，光伏储能系统工作于电压源模式，保证负载电压。因为光伏功率、负载功率和电池状态都会随着不同场景而变化，所以控制环路会面临不同场景下的切换。一般来说，光伏储能系统的控制环路切换在具体实施中复杂，控制效果差。因而，需要探索一种光伏储能系统模式控制方法，尽量避免不同场景下的环路切换。
发明内容
本申请的其中一个目的在于提供一种能够解决上述背景技术中至少一个缺陷的光伏储能系统模式控制方法。
为达到上述的至少一个目的，本申请采用的技术方案为：一种光伏储能系统模式控制方法，应用于光伏储能系统的不同工作场景；在光伏储能系统中，光伏组件PV经DC/DC单元接入母线，电池经双向DC/DC单元接入母线，电网和负载经DC/AC单元连接入母线；当光伏储能系统处于并网模式时，根据工作场景的切换，将光伏组件PV的输出功率PPV或负载的功率PL作为参考对DC/AC单元的控制环路进行调整，进而使光伏储能系统适应不同的工作场景；当光伏储能系统处于离网模式时，根据工作场景的切换，将光伏组件PV的MPPT功率或实际功率作为参考对DC/DC单元的控制环路进行调整，进而使光伏储能系统适应不同的工作场景。
优选的，在并网模式下，光伏储能系统包括六种工作场景；其中，场景1：光伏组件PV发电对负载供电，且多余的功率进行并网，此时电池的功率为0；场景2：光伏组件PV发电对负载供电，且多余的功率对电池进行充电，此时并网功率为0；场景3：光伏组件PV发电对负载供电，同时电池向负载提供剩余功率，此时电网对负载的功率为0；场景4：光伏组件PV发电对负载供电，同时电网向负载提供剩余功率，此时电池的功率为0；场景5：光伏组件的功率为0，电池功率提供负载功率，此时电网的功率为0；场景6：光伏组件和电池的功率均为0，电网功率提供负载功率。
优选的，对于场景1至4，DC/DC单元工作于MPPT模式；对于场景1至5，DC/AC单元控制输出功率P；对于场景6，光伏储能系统将不输出功率。
优选的，DC/AC单元的控制环路包括外环的功率环和内环的电流环；当进行场景1和场景4时，将光伏组件PV的输出功率PPV作为功率指令Pref并与DC/AC单元的输出功率P通过比较器比较后作为功率环的输入，进而将功率环的输出作为电流环的输入得到控制DC/AC单元的占空比d；当进行场景2、3和5时，将负载的功率PL作为功率指令Pref并与DC/AC单元的输出功率P通过比较器比较后作为功率环的输入，进而将功率环的输出作为电流环的输入得到控制DC/AC单元的占空比d。
优选的，在并网模式下，光伏储能系统的六种工作场景的判断过程如下：
S100：对光伏组件PV的输出功率PPV进行检测；若PPV大于设定的最小阈值PPV_min则进行步骤S200，否则进行步骤S500；
S200：判断PPV是否大于负载所需功率Pload；若PPV＞Pload，则进行步骤S300，否则进行步骤S400；
S300：若电池的荷电状态SOC大于设定的上限值，则进行场景1，否则进行场景2；
S400：若电池的荷电状态SOC小于设定的下限值，则进行场景4，否则进行场景3；
S500：若电池的荷电状态SOC小于设定的下限值，则进行场景6，否则进行场景5。
优选的，在离网模式下，光伏储能系统包括六种工作场景；其中，场景1：光伏组件PV发电对负载供电，此时电池功率为零；场景2：光伏组件PV发电对负载供电，且多余的功率对电池充电；场景3：光伏组件PV发电对负载供电，同时电池向负载提供剩余功率；场景4：光伏组件PV发电无法满足负载功率，且电池功率为0；场景5：光伏组件PV的功率为0，电池功率提供负载功率；场景6：光伏组件PV的功率为0，电池功率无法满足负载功率。
优选的，对于场景1，光伏组件PV限额运行，以使得光伏组件PV的输出功率等于负载的功率PL；对于场景2和3，光伏组件PV工作于MPPT模式，DC/AC单元控制输出电压；对于场景4和6，光伏储能系统进行关机；对于场景5，DC/DC单元不工作。
优选的，DC/DC单元的控制环路的内外环均为电流环；当进行场景1时，将光伏组件PV的实际功率作为功率指令得到对应的指令电压vPV_ref并与光伏组件PV的输出电压vPV进行比较后作为外环的输入，则外环的电流环将输出的电流指令iPV_ref与光伏组件PV的电流iPV进行比较后作为内环的输入，进而内环的电流环输出控制DC/DC单元的占空比d；当进行场景2和3时，将MPPT功率作为功率指令得到对应的指令电压vPV_ref并与光伏组件PV的输出电压vPV进行比较后作为外环的输入，则外环的电流环将输出的电流指令iPV_ref与光伏组件PV的电流iPV进行比较后作为内环的输入，进而内环的电流环输出控制DC/DC单元的占空比d。
优选的，在离网模式下，光伏储能系统的六种工作场景的判断过程如下：
S110：对光伏组件PV的输出功率PPV进行检测；若PPV大于设定的最小阈值PPV_min则进行步骤S210，否则进行步骤S510；
S210：判断PPV是否大于负载所需功率Pload；若PPV＞Pload，则进行步骤S310，否则进行步骤S410；
S310：若电池的荷电状态SOC大于设定的上限值，则进行场景1，否则进行场景2；
S410：若电池的荷电状态SOC小于设定的下限值，则进行场景4，否则进行场景3；
S510：若电池的荷电状态SOC小于设定的下限值，则进行场景6，否则进行场景5。
优选的，电池的荷电状态SOC的上限值为满电状态的90%，电池的荷电状态SOC的下限值为满电状态的10%。
与现有技术相比，本申请的有益效果在于：
相比较光伏储能系统对不同工作场景的环路切换，本申请在应对不同的工作场景切换时只需修改某个控制环路的功率指令即可，进而可以最小化场景切换过程中的变化，使得具体实施非常的容易。
附图说明
图1为传统的光伏储能系统的拓扑结构示意图。
图2为本发明中光伏储能系统处于并网模式下应对不同场景的工作流程示意图。
图3为本发明中光伏储能系统处于并网模式下的控制环路示意图。
图4为本发明中光伏储能系统处于并网模式下的场景1的控制环路示意图。
图5为本发明中光伏储能系统处于并网模式下的场景2的控制环路示意图。
图6为本发明中光伏储能系统处于并网模式下的场景3的控制环路示意图。
图7为本发明中光伏储能系统处于并网模式下的场景4的控制环路示意图。
图8为本发明中光伏储能系统处于并网模式下的场景5的控制环路示意图。
图9为本发明中光伏储能系统处于并网模式下的场景6的控制环路示意图。
图10为本发明中光伏储能系统处于并网模式下的六种场景的等效控制环路示意图。
图11为本发明中光伏储能系统处于离网模式下应对不同场景的工作流程示意图。
图12为本发明中光伏储能系统处于离网模式下的控制环路示意图。
图13为本发明中光伏储能系统处于离网模式下的场景1的控制环路示意图。
图14为本发明中光伏储能系统处于离网模式下的场景2的控制环路示意图。
图15为本发明中光伏储能系统处于离网模式下的场景3的控制环路示意图。
图16为本发明中光伏储能系统处于离网模式下的场景4的控制环路示意图。
图17为本发明中光伏储能系统处于离网模式下的场景5的控制环路示意图。
图18为本发明中光伏储能系统处于离网模式下的场景6的控制环路示意图。
图19为本发明中光伏储能系统处于离网模式下的六种场景的等效控制环路示意图。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本申请做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
在本申请的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”、 “横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、 “前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本申请的具体保护范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本申请的其中一个优选的实施例，如图2至图19所示，一种光伏储能系统模式控制方法，应用于光伏储能系统的不同工作场景。在光伏储能系统中，光伏组件PV经DC/DC单元接入母线，电池经双向DC/DC单元接入母线，电网和负载经DC/AC单元连接入母线。当光伏储能系统处于并网模式时，根据工作场景的切换，将光伏组件PV的输出功率PPV或负载的功率PL作为参考对DC/AC单元的控制环路进行调整，进而使光伏储能系统可以适应不同的工作场景。当光伏储能系统处于离网模式时，根据工作场景的切换，将光伏组件PV的MPPT功率或实际功率作为参考对DC/DC单元的控制环路进行调整，进而使光伏储能系统可以适应不同的工作场景。
应当知道的是，在光伏储能系统的传统模式切换过程中，由于不同工作场景的功率以及电池状态都会发生改变，进而传统控制环路一般为多环路的协同切换控制，这将使得环路切换的具体实施过程变的复杂。而本实施例可以在不同的场景下，只需修改某个控制环路的功率指令即可完成相应的场景切换过程，这样可以最小化场景切换过程中的变化，使得场景切换的环路控制变的非常容易。
为了方便对后续内容进行描述，可以先对光伏储能系统的工作过程进行前提限定。
首先是电源的优先级，光伏储能系统的电源有光伏组件PV、电池以及电网；则电源的优先级限定如下：
一、当光伏组件PV的输出功率满足用户负载需求时，作为第一优先级电源。
二、当光伏组件PV的发电量不足时，由电池来实现功率平衡，电池作为第二优先级电源。
三、当光伏组件PV和电池都无法满足负载需求时，由电网作为支撑对负载进行供电，电网作为第三优先级电源。
另外对于光伏组件PV的输出功率PPV、电池的电荷状态SOC以及电池的充放电功率进行如下限定：
一、当光伏组件PV的输出功率PPV小于设定的最小阀值PPV_min时，可以认为光伏组件PV无功率输出，则光伏组件PV将进行关闭；反之，光伏组件PV可投入使用。
二、当电池的荷电状态SOC大于设定的上限值时，认为电池不宜继续进行充电；当电池的荷电状态SOC小于设定的下限值时，认为电池不宜继续放电。
为了方便理解，下面可以对光伏储能系统分别处于并网模式和离网模式时，针对不同场景的切换过程分别进行描述。
一、并网模式
本实施例中，如图2所示，根据上述的限定条件，在并网模式下光伏储能系统包括六种工作场景。其中，场景1：光伏组件PV发电对负载供电，且多余的功率进行并网，此时电池的功率为0。场景2：光伏组件PV发电对负载供电，且多余的功率对电池进行充电，此时并网功率为0。场景3：光伏组件PV发电对负载供电，同时电池向负载提供剩余功率，此时电网对负载的功率为0。场景4：光伏组件PV发电对负载供电，同时电网向负载提供剩余功率，此时电池的功率为0。场景5：光伏组件的功率为0，电池功率提供负载功率，此时电网的功率为0。场景6：光伏组件和电池的功率均为0，电网功率提供负载功率。
可以理解的是，如图2所示，光伏储能系统的六种工作场景的判断过程如下：
S100：对光伏组件PV的输出功率PPV进行检测；若PPV大于设定的最小阈值PPV_min则进行步骤S200，否则进行步骤S500。
S200：判断PPV是否大于负载所需功率Pload；若PPV＞Pload，则进行步骤S300，否则进行步骤S400。
S300：若电池的荷电状态SOC大于设定的上限值，则进行场景1，否则进行场景2。
S400：若电池的荷电状态SOC小于设定的下限值，则进行场景4，否则进行场景3。
S500：若电池的荷电状态SOC小于设定的下限值，则进行场景6，否则进行场景5。
应当知道的是，最小阈值PPV_min的值可以根据实际需要自行进行设定；例如，可以设光伏组件PV的最大输出功率为PPV_max，则可以将最小阈值PPV_min设定为（10%~20%）PPV_max。同时，对于电池的荷电状态SOC的上限值和下限值也可以根据实际需要自行进行设定；例如电池的荷电状态SOC的上限值可以为满电状态的80%~95%，优选采用90%；电池的荷电状态SOC的下限值可以为满电状态的5%~15%，优选采用10%。
本实施例中，如图3所示，光伏储能系统的控制环路包括DC/DC单元的控制环路，双向DC/DC单元的控制环路以及DC/AC单元的控制环路。其中，电池侧的双向DC/DC单元可以控制母线电压Vdc；光伏组件PV侧的DC/DC单元可以工作于MPPT模式，进而可以最大化光伏组件PV的输出功率PPV；电网侧的DC/AC单元可以控制输出功率P。
可以理解的是，针对不同的工作场景，光伏储能系统的各个控制环路的工作过程如下：当进行场景1至场景4时，DC/DC单元工作于MPPT模式，DC/AC单元控制输出功率。当进行场景5时，DC/DC单元进行停机，将光伏组件PV进行关闭，此时DC/AC单元控制输出功率P。当进行场景6时，由于负载的功率由电网提供，则可以将光伏储能系统进行关机，即控制DC/AC单元进行停机。
应当知道的是，DC/DC单元的控制环路包括均为电流环的内环和外环；双向DC/DC单元的控制环路为单独的功率环；DC/AC单元的控制环路为外环的功率环和内环的电流环。
如图3所示，在光伏储能系统的传统工作方式下，DC/DC单元以光伏组件PV的MPPT功率为功率指令得到对应的指令电压vPV_ref并与光伏组件PV的输出电压vPV进行比较，进而将比较的结果作为外环的输入可以得到电流指令iPV_ref；将电流指令iPV_ref与光伏组件PV的电流iPV进行比较后作为内环的输入，可以得到内环的电流环输出的控制DC/DC单元的占空比d。
同时，双向DC/DC单元以电压指令Vdc_ref与母线电压Vdc的比较结果作为功率环的输入，可以得到控制双向DC/DC单元的占空比d。
同时，DC/AC单元以功率指令Pref和DC/AC单元的输出功率P的比较结果作为外环的输入，然后将外环的功率环的输出作为内环的输入，可以得到内环的电流环输出的控制DC/AC单元的占空比d。
为了方便进行理解，下面可以对每个场景的具体控制过程进行详细的描述。
针对场景1，如图4所示，光伏组件PV的输出功率PPV大于负载的功率PL（Pload），同时电池的荷电状态SOC大于90%；即光伏能量充足，且电池的能量也充足而不能充电。则在该场景下，光伏组件PV发电向负载进行供电，多余功率用于并网，使得电池的功率为0。
在环路控制上，由于光伏组件PV工作于MPPT模式，DC/DC单元的控制环路与传统方式相同，同时电池不工作。则只需将DC/AC单元的功率指令Pref设定为光伏组件PV的输出功率PPV，这样电网的并网功率为PPV-PL。
针对场景2，如图5所示，光伏组件PV的输出功率PPV大于负载的功率PL（Pload），同时电池的荷电状态SOC小于等于90%；即光伏能量充足，且电池可以进行充电。则在该场景下，光伏组件PV发电向负载进行供电，同时多余的功率可以对电池进行充电。
在环路控制上，由于光伏组件PV工作于MPPT模式，DC/DC单元的控制环路与传统方式相同。则只需将DC/AC单元的功率指令Pref设定为负载的功率PL，这样电网的并网功率为0，电池可以自动吸收多余的光伏功率，且电池的功率PB=PPV-PL。
针对场景3，如图6所示，光伏组件PV的输出功率PPV小于等于负载的功率PL（Pload），同时电池的荷电状态SOC大于10%；即光伏组件PV的功率不满足负载需求，同时电池能够进行放电。则在该场景下，光伏组件PV在向负载供电的同时，电池也为负载提供剩余所需功率。
在环路控制上，由于光伏组件PV依旧工作于MPPT模式，DC/DC单元的控制环路与传统方式相同。则只需将DC/AC单元的功率指令Pref设定为负载的功率PL，这样电网的并网功率为0，电池可以自动承担光伏组件PV不足的功率，此时电池的功率PB=PL-PPV。
针对场景4，如图7所示，光伏组件PV的输出功率PPV小于等于负载的功率PL（Pload），同时电池的荷电状态SOC小于10%；即光伏组件PV的功率不满足负载需求，同时电池无法进行放电。则在该场景下，光伏组件PV在向负载供电的同时，电网可以为负载提供剩余所需功率，此时电池的功率为0。
在环路控制上，由于光伏组件PV依旧工作于MPPT模式，DC/DC单元的控制环路与传统方式相同。则只需将DC/AC单元的功率指令Pref设定为光伏组件PV的输出功率PPV，这样电池可以不承担负载所需功率，电网将承担负载所需的剩余功率；此时电池的功率PB≈0，电网的功率为PPV-PL。
针对场景5，如图8所示，光伏组件PV的输出功率小于最小阈值PPV_min，同时电池的荷电状态SOC大于10%；即光伏组件PV无法发电，但电池能够进行放电。则在该场景下，光伏组件PV不工作，电池为负载提供功率。
在环路控制上，只需将DC/AC单元的功率指令Pref设定为负载的功率PL，这样电池可以为负载提供功率，电网提供的功率为0；此时电池的功率PB=PL。
针对场景6，如图9所示，光伏组件PV的输出功率小于最小阈值PPV_min，同时电池的荷电状态SOC小于等于10%；即光伏组件PV无法发电，电池也无法进行放电。则在该场景下，光伏组件PV和电池均不工作，电网为负载提供功率。
在环路控制上，由于光伏组件PV和电池均不工作，可以将DC/AC单元进行停机，使得整个光伏储能系统不再进行功率输出。此时电网的功率为负载所需功率。
为了更方便进行理解，可以对并网模式下的六种场景的环路控制过程进行总结，如图10所示，可以对DC/AC单元的控制环路的功率指令Pref引入选择开关S1，将光伏组件PV的输出功率PPV作为触点“1”，将负载的功率PL作为触点“2”。在进行场景1至场景6的过程中，DC/DC单元和双向DC/DC单元的控制环路无需进行任何变化。
当进行场景1和场景4时，将选择开关S1置于触点“1”，使得光伏组件PV的输出功率PPV作为功率指令Pref并与DC/AC单元的输出功率P通过比较器比较后作为功率环的输入，进而将功率环的输出作为电流环的输入得到控制DC/AC单元的占空比d。
当进行场景2、3和5时，将选择开关S1置于触点“2”，使得负载的功率PL作为功率指令Pref并与DC/AC单元的输出功率P通过比较器比较后作为功率环的输入，进而将功率环的输出作为电流环的输入得到控制DC/AC单元的占空比d。
当进行场景6时，直接将DC/AC单元进行停机，使得光伏储能系统不再进行功率输出。
二、离网模式
本实施例中，如图11所示，根据前述的限定条件，在离网模式下光伏储能系统也包括六种工作场景。其中，场景1：光伏组件PV发电对负载供电，此时电池功率为零。场景2：光伏组件PV发电对负载供电，且多余的功率对电池充电。场景3：光伏组件PV发电对负载供电，同时电池向负载提供剩余功率。场景4：光伏组件PV发电无法满足负载功率，且电池功率为0。场景5：光伏组件PV的功率为0，电池功率提供负载功率。场景6：光伏组件PV的功率为0，电池功率无法满足负载功率。
可以理解的是，如图11所示，光伏储能系统的六种工作场景的判断过程如下：
S110：对光伏组件PV的输出功率PPV进行检测；若PPV大于设定的最小阈值PPV_min则进行步骤S210，否则进行步骤S510。
S210：判断PPV是否大于负载所需功率Pload；若PPV＞Pload，则进行步骤S310，否则进行步骤S410。
S310：若电池的荷电状态SOC大于设定的上限值，则进行场景1，否则进行场景2。
S410：若电池的荷电状态SOC小于设定的下限值，则进行场景4，否则进行场景3。
S510：若电池的荷电状态SOC小于设定的下限值，则进行场景6，否则进行场景5。
应当知道的是，离网模式对工作场景的判断过程与并网模式基本相同。则相应的参数取值也基本相同，即最小阈值PPV_min设定为（10%~20%）PPV_max；电池的荷电状态SOC的上限值可以为满电状态的80%~95%，优选采用90%；电池的荷电状态SOC的下限值可以为满电状态的5%~15%，优选采用10%。
本实施例中，如图12所示，光伏储能系统的控制环路包括DC/DC单元的控制环路，双向DC/DC单元的控制环路以及DC/AC单元的控制环路。其中，电池侧的双向DC/DC单元可以控制母线电压Vdc；光伏组件PV侧的DC/DC单元可以工作于MPPT模式，进而可以最大化光伏组件PV的输出功率PPV；电网侧的DC/AC单元可以控制输出电压VL。
可以理解的是，针对不同的工作场景，光伏储能系统的各个控制环路的工作过程如下：
当进行场景1时，光伏组件PV限额运行，以使得光伏组件PV的输出功率等于负载的功率PL。当进行场景2和场景3时，光伏组件PV工作于MPPT模式，DC/AC单元控制输出电压。当进行场景4和场景6时，光伏储能系统进行关机。当进行场景5时，DC/DC单元不工作。
应当知道的是，DC/DC单元的控制环路包括均为电流环的内环和外环；双向DC/DC单元的控制环路为单独的功率环；DC/AC单元的控制环路为外环的电压环和内环的电流环。
如图12所示，在光伏储能系统的传统工作方式下，DC/DC单元以光伏组件PV的MPPT功率为功率指令得到对应的指令电压vPV_ref并与光伏组件PV的输出电压vPV进行比较，进而将比较的结果作为外环的输入可以得到电流指令iPV_ref；将电流指令iPV_ref与光伏组件PV的电流iPV进行比较后作为内环的输入，可以得到内环的电流环输出的控制DC/DC单元的占空比d。
同时，双向DC/DC单元以电压指令Vdc_ref与母线电压Vdc的比较结果作为功率环的输入，可以得到控制双向DC/DC单元的占空比d。
同时，DC/AC单元以电压指令VL_ref和DC/AC单元的输出电压VL的比较结果作为外环的输入，然后将外环的电压环的输出作为内环的输入，可以得到内环的电流环输出的控制DC/AC单元的占空比d。
为了方便进行理解，下面可以对每个场景的具体控制过程进行详细的描述。
针对场景1，如图13所示，光伏组件PV的输出功率PPV大于负载的功率PL（Pload），同时电池的荷电状态SOC大于90%；即光伏能量充足，且电池的能量也充足而不能充电。由于光伏储能系统与电网处于断开的离网状态，则光伏组件PV多余的能量将无法输入电网，则在该场景下，光伏组件PV需要进行降额运行，以使得光伏组件PV的输出功率PPV等于负载的功率PL；同时电池的功率为0。
在环路控制上，由于光伏组件PV被限额运行，则光伏组件PV不再处于MPPT模式。则只需将DC/DC单元的指令电压vPV_ref设定为光伏组件PV的实际功率对应的电压，且光伏组件PV以负载的功率进行输出，这样光伏组件PV的输出功率PPV=PL，电池的功率PB≈0。
针对场景2，如图14所示，光伏组件PV的输出功率PPV大于负载的功率PL（Pload），同时电池的荷电状态SOC小于等于90%；即光伏能量充足，且电池能够进行充电。则在该场景下，光伏组件PV可以发电对负载进行供电，同时多余的功率可以为电池进行充电，这样电池的功率PB=PPV-PL。
在环路控制上，光伏组件PV正常运行，即光伏组件PV处于MPPT模式，以实现光伏组件PV的最大功率输出。则只需将DC/DC单元的指令电压vPV_ref设定光伏组件PV的MPPT功率对应的电压，这样电池可以通过双向DC/DC单元控制母线电压以自动吸收光伏组件PV多余的功率。
针对场景3，如图15所示，光伏组件PV的输出功率PPV小于等于负载的功率PL（Pload），同时电池的荷电状态SOC大于10%；即光伏组件PV无法满足负载功率，但电池能够进行放电。则在该场景下，光伏组件PV可以对负载进行供电，电池可以为负载提供剩余的功率，这样电池的功率PB=PL-PPV。
在环路控制上，光伏组件PV正常运行，即光伏组件PV处于MPPT模式，以实现光伏组件PV的最大功率输出。则只需将DC/DC单元的指令电压vPV_ref设定光伏组件PV的MPPT功率对应的电压，这样电池可以通过双向DC/DC单元控制母线电压以自动承担负载所需的剩余功率。
针对场景4，如图16所示，光伏组件PV的输出功率PPV小于等于负载的功率PL（Pload），同时电池的荷电状态SOC小于等于10%；即光伏组件PV无法满足负载功率，且电池也无法进行放电。
在环路控制上，由于当前模式下光伏储能系统与电网断开连接，为了保证负载的安全，将DC/AC单元进行停机，以使得光伏储能系统不再输出功率。
针对场景5，如图17所示，光伏组件PV的输出功率小于最小阈值PPV_min，同时电池的荷电状态SOC大于10%；即光伏组件PV无法发电，但电池能够进行放电。则在该场景下，光伏组件PV不工作，电池为负载提供功率。
在环路控制上，电池正常进行运行以控制母线电压，进而自动为负载提供功率。
针对场景6，如图18所示，光伏组件PV的输出功率小于最小阈值PPV_min，同时电池的荷电状态SOC小于等于10%；即光伏组件PV无法发电，且电池也无法进行放电。
在环路控制上，由于当前模式下光伏储能系统与电网断开连接，光伏储能系统将无法工作并进行关机。
为了更方便进行理解，可以对离网模式下的六种场景的环路控制过程进行总结，如图19所示，可以对DC/DC单元的控制环路的功率指令vPV_ref引入选择开关S2，将光伏组件PV的MPPT功率对应的电压作为触点“1”，将光伏组件PV的实际功率对应的电压作为触点“2”。在进行场景1至场景6的过程中，双向DC/DC单元和DC/AC单元的控制环路无需进行任何变化。
当进行场景1时，将选择开关S2置于触点“1”，使得光伏组件PV的实际功率对应的电压作为指令电压vPV_ref并与光伏组件PV的输出电压vPV进行比较后作为外环的输入，则外环的电流环将输出的电流指令iPV_ref与光伏组件PV的电流iPV进行比较后作为内环的输入，进而内环的电流环输出控制DC/DC单元的占空比d。其中，光伏组件PV进行降额运行，降额运行的输出功率PPV等于负载功率PL。
当进行场景2和场景3时，将选择开关S2置于触点“2”，使得光伏组件PV的MPPT功率对应的电压作为指令电压vPV_ref并与光伏组件PV的输出电压vPV进行比较后作为外环的输入，则外环的电流环将输出的电流指令iPV_ref与光伏组件PV的电流iPV进行比较后作为内环的输入，进而内环的电流环输出控制DC/DC单元的占空比d。
当进行其他场景时，DC/DC单元都不工作。
以上描述了本申请的基本原理、主要特征和本申请的优点。本行业的技术人员应该了解，本申请不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本申请的原理，在不脱离本申请精神和范围的前提下本申请还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本申请的范围内。本申请要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.一种光伏储能系统模式控制方法，应用于光伏储能系统的不同工作场景；在光伏储能系统中，光伏组件PV经DC/DC单元接入母线，电池经双向DC/DC单元接入母线，电网和负载经DC/AC单元连接入母线；其特征在于：
当光伏储能系统处于并网模式时，根据工作场景的切换，将光伏组件PV的输出功率PPV或负载的功率PL作为参考对DC/AC单元的控制环路进行调整，进而适应不同的工作场景；
当光伏储能系统处于离网模式时，根据工作场景的切换，将光伏组件PV的MPPT功率或实际功率作为参考对DC/DC单元的控制环路进行调整，进而适应不同的工作场景；
在并网模式下，光伏储能系统包括六种工作场景；
场景1：光伏组件PV发电对负载供电，且多余的功率进行并网，此时电池的功率为0；
场景2：光伏组件PV发电对负载供电，且多余的功率对电池充电，此时并网功率为0；
场景3：光伏组件PV发电对负载供电，同时电池向负载提供剩余功率，此时电网对负载的功率为0；
场景4：光伏组件PV发电对负载供电，同时电网向负载提供剩余功率，此时电池的功率为0；
场景5：光伏组件的功率为0，电池功率提供负载功率，此时电网的功率为0；
场景6：光伏组件和电池的功率均为0，电网功率提供负载功率；
对于场景1至4，DC/DC单元工作于MPPT模式；对于场景1至5，DC/AC单元控制输出功率P；对于场景6，光伏储能系统将不输出功率；
DC/AC单元的控制环路包括外环的功率环和内环的电流环；
当进行场景1和场景4时，将光伏组件PV的输出功率PPV作为功率指令Pref并与DC/AC单元的输出功率P通过比较器比较后作为功率环的输入，进而将功率环的输出作为电流环的输入得到控制DC/AC单元的占空比d；
当进行场景2、3和5时，将负载的功率PL作为功率指令Pref并与DC/AC单元的输出功率P通过比较器比较后作为功率环的输入，进而将功率环的输出作为电流环的输入得到控制DC/AC单元的占空比d。
2.如权利要求1所述的光伏储能系统模式控制方法，其特征在于：在并网模式下，光伏储能系统的六种工作场景的判断过程如下：
S100：对光伏组件PV的输出功率PPV进行检测；若PPV大于设定的最小阈值PPV_min则进行步骤S200，否则进行步骤S500；
S200：判断PPV是否大于负载所需功率Pload；若PPV＞Pload，则进行步骤S300，否则进行步骤S400；
S300：若电池的荷电状态SOC大于设定的上限值，则进行场景1，否则进行场景2；
S400：若电池的荷电状态SOC小于设定的下限值，则进行场景4，否则进行场景3；
S500：若电池的荷电状态SOC小于设定的下限值，则进行场景6，否则进行场景5。
3.如权利要求1所述的光伏储能系统模式控制方法，其特征在于：在离网模式下，光伏储能系统包括六种工作场景；
场景1：光伏组件PV发电对负载供电，此时电池功率为零；
场景2：光伏组件PV发电对负载供电，且多余的功率对电池充电；
场景3：光伏组件PV发电对负载供电，同时电池向负载提供剩余功率；
场景4：光伏组件PV发电无法满足负载功率，且电池功率为0；
场景5：光伏组件PV的功率为0，电池功率提供负载功率；
场景6：光伏组件PV的功率为0，电池功率无法满足负载功率。
4.如权利要求3所述的光伏储能系统模式控制方法，其特征在于：对于场景1，光伏组件PV限额运行，以使得光伏组件PV的输出功率等于负载的功率PL；对于场景2和3，光伏组件PV工作于MPPT模式，DC/AC单元控制输出电压；对于场景4和6，光伏储能系统进行关机；对于场景5，DC/DC单元不工作。
5.如权利要求4所述的光伏储能系统模式控制方法，其特征在于：DC/DC单元的控制环路的内外环均为电流环；
当进行场景1时，将光伏组件PV的实际功率作为功率指令得到对应的指令电压vPV_ref并与光伏组件PV的输出电压vPV进行比较后作为外环的输入，则外环的电流环将输出的电流指令iPV_ref与光伏组件PV的电流iPV进行比较后作为内环的输入，进而内环的电流环输出控制DC/DC单元的占空比d；
当进行场景2和3时，将MPPT功率作为功率指令得到对应的指令电压vPV_ref并与光伏组件PV的输出电压vPV进行比较后作为外环的输入，则外环的电流环将输出的电流指令iPV_ref与光伏组件PV的电流iPV进行比较后作为内环的输入，进而内环的电流环输出控制DC/DC单元的占空比d。
6.如权利要求3所述的光伏储能系统模式控制方法，其特征在于：在离网模式下，光伏储能系统的六种工作场景的判断过程如下：
S110：对光伏组件PV的输出功率PPV进行检测；若PPV大于设定的最小阈值PPV_min则进行步骤S210，否则进行步骤S510；
S210：判断PPV是否大于负载所需功率Pload；若PPV＞Pload，则进行步骤S310，否则进行步骤S410；
S310：若电池的荷电状态SOC大于设定的上限值，则进行场景1，否则进行场景2；
S410：若电池的荷电状态SOC小于设定的下限值，则进行场景4，否则进行场景3；
S510：若电池的荷电状态SOC小于设定的下限值，则进行场景6，否则进行场景5。
7.如权利要求2或6所述的光伏储能系统模式控制方法，其特征在于：电池的荷电状态SOC的上限值为满电状态的90%，电池的荷电状态SOC的下限值为满电状态的10%。
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