一种光-储互补的并网发电系统的制作方法

本发明属于电力系统控制
技术领域：
，更为具体地讲，涉及一种光-储互补的并网发电系统。
背景技术：
随着地球化石能源枯竭以及环境污染问题的日趋严峻，以光伏为代表的清洁能源越来越多的参与到电力供应中。但光伏发电受光照、温度影响较大，易对并网电压形态、动态稳定性、频率控制、有功无功潮流等特性产生较大的影响。针对上述问题，需要储能用来搭配光伏进行协调控制，对光伏输出功率进行补充和吸收：在不足时提供电能，在过剩时吸收电能。目前，关于光-储互补的系统结构多在直流侧将储能和光伏连接，储能模块通过双向dc-dc变换器实现功率支撑和吸收功能，控制较复杂，直流侧电压稳定性也不佳。另一方面，由于光伏和储能并网均采用电力电子器件的逆变器作为接口，多个逆变器并网时易产生电流环流，造成电压和功率的波动，且由于逆变器容量和控制过程不尽相同，易造成功率分配不均，也就是说会出现某个逆变器满功率出力而区域其他逆变器却出力很小甚至不出力。针对上述多逆变器并联的问题，采用有互联线的逆变器控制策略，将光伏逆变器视为主设备，其输出功率及电压等参数作为储能逆变器的调节参考。技术实现要素：本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种光-储互补的并网发电系统，采用储能和光伏在交流侧互联的结构方式，并通过改进的最大功率点跟踪算法保证光伏的最大出力以及光-储互补的调节效果。为实现上述发明目的，本发明一种光-储互补的并网发电系统，其特征在于，包括：并网的光伏级和储能级联合为电网供电；其中，所述的光伏级包括光伏模块、光伏级dc-dc变换器和光伏逆变器；所述的储能级包括储能模块、储能级dc-dc变换器和储能逆变器；光-储互补的并网发电系统运行时，首先光伏模块通过将光能转换为电能，再通过光伏级dc-dc变换器和光伏逆变器的控制开始为电网供电，然后采集光伏逆变器的输出电压、电流，并计算出光伏逆变器的输出功率，标记为p光；比较当前光伏模块输出功率p光与光伏逆变器输出功率p电的大小，如果p光≥p电，则保持当前状态不变，由光伏模块直接为电网供电；否则，调用光伏级dc-dc变换器的控制策略将改变其变压比，从而增大光伏逆变的输出功率，直到到达光伏模块的最大输出功率然后再比较与p电的大小，如果仍然达不到光伏逆变器输出功率p电，则计算与p电的差值δp，光伏级dc-dc变换器通过控制信号联络线将功率差值δp输入至储能逆变器，启动储能逆变器运行；储能逆变器根据当前功率差值δp，通过储能级dc-dc变换器从储能模块中提取δp大小的能量为电网供电；其中，所述光伏级dc-dc变换器的控制策略为：(1)、通过控制信号联络线将光伏逆变器输出功率p电反馈到光伏级dc-dc变换器；(2)、改变光伏级dc-dc变换器变压比，采用扰动观察法观察光伏模块的输出功率变化(2.1)、向一个方向增大或减小光伏级dc-dc变换器的变压比，然后检测改变前后光伏模块的输出电压和电流，并计算出改变前后光伏模块的输出功率；同时检测改变前后光伏级dc-dc变换器的输出电压和电流，并计算出改变前后光伏级dc-dc变换器的输出功率；(2.2)、比较改变前后输出功率的变化方向，如果变压比的改变方向和功率变化方向相同，则继续沿这个方向改变光伏级dc-dc变换器的变压比；否则，向相反方向改变光伏级dc-dc变换器的变压比；同时比较光伏级dc-dc变换器的输出功率是否大于光伏级逆变器的输出功率，如果满足条件，则按照上述方法不断改变光伏级dc-dc变换器的变压比；如果不满足条件，则将上述扰动法策略改为：如果光伏级dc-dc变换器的变压比的改变方向和功率变化方向相同，则沿相反方向改变光伏级dc-dc变换器的变压比；否则，沿相同方向继续改变光伏级dc-dc变换器的变压比；(2.3)、重复步骤(2.1)、(2.2)，直到到达光伏模块的最大输出功率本发明的发明目的是这样实现的：本发明一种光-储互补的并网发电系统，包括储能模块、光伏模块、dc-dc变换器、光伏逆变器以及储能逆变器；其中，储能模块和光伏模块通过逆变器并联，正常情况下由光伏模块为电网供电，当光伏模块无法提供足额的功率时，光伏功率差额由光伏级dc-dc控制策略确定，并通过信息互联线传递给储能逆变器，光伏功率差额再由储能模块补充，保证输出电能质量。同时，本发明一种光-储互补的并网发电系统还具有以下有益效果：(1)、光伏模块和储能协调互补有利于减轻光伏模块源端波动特性对并网效果的影响，实现光伏功率向上和向下两个方向的调节；(2)、光伏模块和储能模块通过逆变器并联到电网可以减少控制复杂度，避免在直流侧互联所产生的频繁切换dc-dc变换方向；(3)、通过改进的最大功率跟踪算法所控制的光伏dc-dc变换器，可以保证光伏模块为主要出力单元，实现以光伏为主，储能为辅的绿色能源系统，减轻污染，实现能源的可持续。附图说明图1一种光-储互补的并网发电系统原理图；图2是dc-dc变换器控制策略流程图；图3是系统整体输出功率结果图；图4是光伏模块和储能模块分别输出功率结果图；图5是系统并网电压结果图；图6是系统并网电流结果图；图7是系统并网电压频率结果图。具体实施方式下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。实施例在本实施例中，如图1所示，本发明一种光-储互补的并网发电系统，包括：光伏级的光伏模块、光伏级dc-dc变换器和光伏逆变器和储能级的储能模块、储能级dc-dc变换器和储能逆变器，通过并网的光伏级和储能级联合为电网供电；光-储互补的并网发电系统运行时，首先光伏模块通过将光能转换为电能，再通过光伏级dc-dc变换器和光伏逆变器的控制开始为电网供电，然后采集光伏逆变器的输出电压、电流，并计算出光伏逆变器的输出功率，标记为p光；比较当前光伏模块输出功率p光与光伏逆变器输出功率p电的大小，如果p光≥p电，则保持当前状态不变，由光伏模块直接为电网供电；否则，调用光伏级dc-dc变换器的控制策略将改变其变压比，从而增大光伏逆变的输出功率，直到到达光伏模块的最大输出功率然后再比较与p电的大小，如果仍然达不到光伏逆变器输出功率p电，则计算与p电的差值δp，光伏级dc-dc变换器通过控制信号联络线将功率差值δp输入至储能逆变器，启动储能逆变器运行；储能逆变器根据当前功率差值δp，通过储能级dc-dc变换器从储能模块中提取δp大小的能量为电网供电。在本实施例中，dc-dc变换器用于控制光伏输出最大功率以及提高光-储输出电压等级。其中光伏输出特性函数具体为：其中，c2＝(vm/voc-1)/ln(1-im/isc)di＝α·r/rref·dt+(r/rref-1)·iscdv＝-β·dt-rs·didt＝tc-tref其中，v为光伏输出电压，voc为开路电压，im、vm为最大功率点的电流电压，isc为短路电流，r为辐射强度，tc为太阳能板的温度，rref为辐射强度参考值。在参考日照下，α为电流变化温度系数(amps/℃)，在参考日照下，β电压变化温度系数(v/℃)，rs为光伏模块的串联电阻。可以计算得到光伏输出功率为：由极值条件，dp光/dv＝0得：通过牛顿法迭代解出对应的最大功率点的电压vmax：当|vk+1-vk|<ε1时，vmax＝vk+1上式中，vk+1和vk|分别为v的第k+1次和第k次迭代值。为ε1迭代精度，p′光(vk)和p″光(vk)分别是第k次迭代下p光对v的一阶和二阶导数。将式(4)所得vmax代入式(1)中，得到imax，进而根据式(2)可求得最大功率。以上介绍了通过牛顿迭代证明了光伏最大功率点的存在，基于这个思路，改进变步长扰动观察法确定dc-dc变换器输出功率，那么光伏级dc-dc变换器的控制策略具体流程如图2所示，具体步骤为：(1)、通过控制信号联络线将光伏逆变器输出功率p电反馈到光伏级dc-dc变换器；(2)、同时采样dc-dc变换器输出直流电压vdo，电流ido。计算得到直流功率p光与逆变器输出功率p电对比；(3)、若直流功率小于逆变器输出功率，则扰动占空比k，在原来的占空比上增加(t/3)kstep，其中t＝δp光/δp′光，表示此次直流功率变化δp光和上一次变化δp′光的比值。若是第一次运行，不存在δp′光，则令t＝1。(4)、若扰动后的直流功率比之前的直流功率大，即δp>0，则继续该扰动方向，继续将占空比增加δk＝tkstep。若扰动后的直流功率比之前的直流功率小，即δp<0，则改变扰动方向，将占空比减少δk。(5)、重复步骤(2)、(4)，直到到达光伏模块的最大输出功率实例光伏模块和储能模块均采用二级结构通过逆变器后并联。逆变器输出通过lcl滤波后给负载供电，pll电路检测滤波后的电压得到逆变器输出电压幅值和频率。反馈电压和电流计算得到逆变器输出功率。其中频率和其设定值被反馈进频率控制器得到电压角频率参考值，电压幅值和其设定值被反馈进电压控制器得到逆变器电压参考值。将频率控制器和电压控制器的输出合成逆变器电压的参考信号，经过pwm调制控制逆变桥的通断。其中光伏dc-dc采用变步长的扰动观察法控制，储能dc-dc采用固定变压比为5的的控制策略。仿真实例模型的参数表参数数值参数数值设定输出电压vset311v设定频率fset50hz光伏额定功率p1set4kw储能额定功率p2set6kw滤波电感1l110mh滤波电容c10μh阻尼系数d15滤波电感1l118.4mh功率比例增益系数k10.0001功率偏差设定值a100光伏逆变比例增益系数kp1光伏逆变积分增益系数ki10储能逆变比例增益系数k′p1储能逆变积分增益系数k′i10电压跟踪比例增益系数kcp40电压跟踪积分增益系数kci5000表1在t1时刻，外部负载增加，消耗功率由6kw上升到8kw。如图3所示，将光伏模块和储能模块视为一个整体，只关注整体输出功率，即负载消耗功率变化。可以看出功率从6kw上升到8kw，无波动，过渡平缓。图4展示了光伏模块和储能模块的功率变化。可以看出在负载未发生变化时，光伏模块输出4kw的功率，而储能模块输出2kw的功率。这验证了光伏模块的发电优先级是最高的。在t1时刻，由于负载切换等原因，光伏输出略有下降，但马上恢复到额定功率输出状态。于此同时，储能模块输出功率快速上升并略微高出4kw，这是由于光伏在切换过程中输出功率略有下降的原因。最后，储能模块稳定在4kw。如图5所示，负载两端的电压稳定在额定值311v，只在切换负载时刻有一个小的扰动。其稳定状态下谐波总量(totalharmonicdistortion，thd)为0.08％。如图6所示，通过负载的电流保持稳定，在t1时刻随着负载增加而增加。其在稳定状态下谐波总量为0.08％。如图7所示，负载两端电压频率保持稳定在50hz。尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本
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的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本
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的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。当前第1页12