一种平抑光伏功率波动的光储并网控制方法及装置与流程

本发明属于光储并网控制技术领域，特别涉及一种平抑光伏功率波动的光储并网控制方法及装置。

背景技术：

近些年，光伏、风电等新能源装机容量得到了前所未有的增长，但是，由于分布式发电的先天波动性、随机性、不可调度性，对电网稳定性造成了挑战，出现了并网电能质量差、消纳难等一系列问题，限制了分布式发电的高渗透率接入和有效利用。

针对上述分布式能源发展中遇到的问题，储能给我们带来了曙光，储能在用电低谷时可以作为负荷进行充电，在用电高峰时可以作为电源进行放电，可有效平抑功率波动、削峰填谷，还可以参与电网的调频调压和需求响应，实现分布式发电的大规模高渗透率接入，支撑分布式发电及微网。

光储混合微网系统包括由光伏发电系统和储能系统构成的直流供电系统和由dc/ac变换器构成的交流供电系统，储能系统包括电池系统和/或超级电容器系统。如申请公布号为cn103078340a的中国专利申请文件公开了包括光伏发电系统、电池系统、超级电容器系统系统和交流供电系统的光储混合微电网系统。然而，针对该光储混合微电网系统，该文件并未对混合微电网系统所处并网模式进行有效区分，也没有对蓄电池对应的直流/直流变换器、超级电容器对应的直流/直流变换器、光伏对应的直流/直流变换器和直流/交流变换器进行精细化控制，无法保证光储混合微网系统并网模式下电网的平稳运行。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种平抑光伏功率波动的光储并网控制方法及装置，用于解决现有光储混合微网系统并网模式下电网波动较大的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

本发明提供了一种平抑光伏功率波动的光储并网控制方法，该方法针对的光储混合微网系统包括光伏板、与光伏板连接的光伏dc/dc变换器、电池、与电池连接的电池dc/dc变换器、超级电容以及与超级电容连接的超级电容dc/dc变换器，光伏dc/dc变换器、电池dc/dc变换器和超级电容dc/dc变换器均通过dc/ac变换器用于连接交流电网，所述平抑光伏功率波动的光储并网控制方法包括以下步骤：1)采集光储混合微网系统的并网电压；2)当光储混合微网系统的并网电压大于或等于第一设定值且小于或等于第二设定值时，判定光储混合微网系统处于正常并网模式，对dc/ac变换器进行第一定电压控制，对光伏dc/dc变换器进行mppt控制，对电池dc/dc变换器进行第一滤波平抑控制，对超级电容dc/dc变换器进行热备控制；3)当光储混合微网系统的并网电压低于第一设定值时，判定光储混合微网系统处于低电压并网模式，对dc/ac变换器进行无功给定控制和限流控制，对光伏dc/dc变换器进行限功率控制，对电池dc/dc变换器进行热备控制，对超级电容dc/dc变换器进行第二定电压控制。

本发明方法的有益效果：实现了正常并网模式下低电压并网模式下对光储发电系统中dc/ac、光伏dc/dc、电池dc/dc和超级电容dc/dc的精细化控制，有效地平抑了光储混合微网系统并网模式下的功率波动。

进一步的，当在并网模式下收到调度指令时，本发明还给出了对光储发电系统中dc/ac、光伏dc/dc、电池dc/dc和超级电容dc/dc的更加精细化控制，所述步骤2)中，若检测到调度指令，判定光储混合微网系统处于调度并网模式，对dc/ac变换器进行调度运行控制，对光伏dc/dc变换器进行mppt控制，对电池dc/dc变换器进行第三定电压控制，对超级电容dc/dc变换器进行第二滤波平抑控制。

进一步的，本发明提出使用高通滤波器实现光伏波动功率平抑的方法以及为了提高电池的使用寿命，第一滤波平抑控制是通过高通滤波器实现的，高通滤波器的时间常数根据电池剩余电量的变化而变化。

进一步的，本发明提供了根据电池剩余电量调节高通滤波器的时间常数的具体做法，更好地提高了锂电池的使用寿命，所述高通滤波器的时间常数根据电池剩余电量的变化而变化为：当电池处于充电状态下时，若电池剩余电量大于或等于第一剩余电量设定值，则控制高通滤波器的时间常数随电池剩余电量的增大而减小；当电池处于放电状态下时，若电池剩余电量处于第一剩余电量设定值与第二剩余电量设定值之间，则控制高通滤波器的时间常数随电池剩余电量的减小而减小。

本发明还提供了一种平抑光伏功率波动的光储并网控制装置，该装置包括处理器和存储器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：1)采集光储混合微网系统的并网电压；2)当光储混合微网系统的并网电压大于或等于第一设定值且小于或等于第二设定值时，判定光储混合微网系统处于正常并网模式，对dc/ac变换器进行第一定电压控制，对光伏dc/dc变换器进行mppt控制，对电池dc/dc变换器进行第一滤波平抑控制，对超级电容dc/dc变换器进行热备控制；3)当光储混合微网系统的并网电压低于第一设定值时，判定光储混合微网系统处于低电压并网模式，对dc/ac变换器进行无功给定控制和限流控制，对光伏dc/dc变换器进行限功率控制，对电池dc/dc变换器进行热备控制，对超级电容dc/dc变换器进行第二定电压控制。

本发明装置的有益效果：实现了正常并网模式下低电压并网模式下对光储发电系统中dc/ac、光伏dc/dc、电池dc/dc和超级电容dc/dc的精细化控制，有效地平抑了光储混合微网系统并网模式下的功率波动。

进一步的，当在并网模式下收到调度指令时，本发明还给出了对光储发电系统中dc/ac、光伏dc/dc、电池dc/dc和超级电容dc/dc的更加精细化控制，所述步骤2)中，若检测到调度指令，判定光储混合微网系统处于调度并网模式，对dc/ac变换器进行调度运行控制，对光伏dc/dc变换器进行mppt控制，对电池dc/dc变换器进行第三定电压控制，对超级电容dc/dc变换器进行第二滤波平抑控制。

进一步的，本发明提出使用高通滤波器实现光伏波动功率平抑的装置以及为了提高电池的使用寿命，第一滤波平抑控制是通过高通滤波器实现的，高通滤波器的时间常数根据电池剩余电量的变化而变化。

进一步的，本发明提供了根据电池剩余电量调节高通滤波器的时间常数的具体做法，更好地提高了锂电池的使用寿命，所述高通滤波器的时间常数根据电池剩余电量的变化而变化为：当电池处于充电状态下时，若电池剩余电量大于或等于第一剩余电量设定值，则控制高通滤波器的时间常数随电池剩余电量的增大而减小；当电池处于放电状态下时，若电池剩余电量处于第一剩余电量设定值与第二剩余电量设定值之间，则控制高通滤波器的时间常数随电池剩余电量的减小而减小。

附图说明

图1为现有的光储混合微电网系统结构示意图；

图2为本发明方法实施例1中的正常并网模式下的dc/ac变换器控制方法示意图；

图3为本发明方法实施例1中的正常并网模式下的光伏dc/dc变换器控制方法示意图；

图4为本发明方法实施例1中的正常并网模式下的电池dc/dc变换器控制方法示意图；

图5为本发明方法实施例1中的正常并网模式下的超级电容dc/dc变换器控制方法示意图；

图6为本发明方法实施例1中的正常并网模式下的高通滤波器的电路图；

图7为本发明方法实施例1中的正常并网模式下的电池soc-时间常数曲线图；

图8为本发明方法实施例1中的低电压并网模式下的dc/ac变换器控制方法示意图；

图9为本发明方法实施例1中的低电压并网模式下的光伏dc/dc变换器控制方法示意图；

图10为本发明方法实施例1中的低电压并网模式下的电池dc/dc变换器控制方法示意图；

图11为本发明方法实施例1中的低电压并网模式下的超级电容dc/dc变换器控制方法示意图；

图12为本发明方法实施例2中的三种并网模式的控制逻辑图；

图13为本发明方法实施例2中的调度并网模式下的dc/ac变换器控制方法示意图；

图14为本发明方法实施例2中的调度并网模式下的电池dc/dc变换器控制方法示意图；

图15为本发明方法实施例2中的调度并网模式下的超级电容dc/dc变换器控制方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明的平抑光伏功率波动的光储并网控制方法以储能系统包括锂电池系统和超级电容系统为例进行阐述，相应的光储混合微电网的结构示意图如图1所示，包括光伏板、与光伏板连接的光伏dc/dc变换器、锂电池、与电池连接的电池dc/dc变换器、超级电容以及与超级电容连接的超级电容dc/dc变换器，光伏dc/dc变换器、电池dc/dc变换器和超级电容dc/dc变换器均通过dc/ac变换器连接交流电网。

平抑光伏功率波动的光储并网控制方法实施例1：

本实施例中的平抑光伏功率波动的光储并网控制方法包括以下步骤：采集光储混合微网系统的并网电压，根据并网电压所述范围判断光储混合微电网系统处于正常并网模式还是低电压并网模式。

当光储混合微网系统的并网电压大于或等于第一设定值且小于或等于第二设定值时，判定光储混合微网系统处于正常并网模式，对dc/ac变换器进行第一定电压控制，电压外环由给定直流母线电压值udcref和实际采集的直流母线电压值udc做差，差值通过pi控制器输出有功给定电流值无功给定电流值需要根据实际情况设定，内环采用dq解耦控制实现并网电流的控制，如图2所示；对光伏dc/dc变换器进行mppt控制，也即最大功率点控制，是指采集光伏阵列输出的电压upv和电流ipv，通过最大功率点算法(mppt)将光伏阵列的输出电压umppt调整到最佳位置，和实际光伏阵列输出电压upv做差，通过pi控制器输出占空比控制光伏dc/dc模块，最终实现光伏阵列的最大功率输出，如图3所示；对电池dc/dc变换器进行第一频率平抑控制，也即中高频平抑控制，是指通过高通滤波器滤除光伏输出功率的低频信号，得到中高频信号作为锂电池dc/dc的给定功率pbatref，除以当前锂电池端电压作为锂电池侧dc/dc给定输出电流i^*bat，再与实际锂电池侧dc/dc输出电流ibat做差，通过pi控制输出可变占空比，最后控制锂电池dc/dc实现光储系统的中高频功率平抑，如图4所示；对超级电容dc/dc变换器进行热备控制，是指此时超级电容dc/dc处于工作状态，但是输出电流为零，为超级电容侧dc/dc给定充放电电流，ic为超级电容侧dc/dc实际充放电电流，如图5所示。

在正常并网模式中，对锂电池dc/dc变换器进行中高频平抑控制主要是通过高通滤波器实现的，光伏输出功率通过高通滤波器输出的光伏的中频和高频功率信号为正时锂电池充电，为负时锂电池放电，并且建立时间常数τ和锂电池soc的线性关系。图6为二阶高通滤波器电路图，根据此电路建立传递函数h(s)：

令：时间常数τ＝rc，

通带截止频率通带截止频率和时间常数成反比，时间常数越小，通带截止频率越大，让锂电池补偿的功率越小。

根据这个原理绘制了soc-τ工作曲线，如图7所示，当电池处于充电状态下时，当电池剩余电量小于第一剩余电量设定值a时，高通滤波器的时间常数为τ2＝r2c2；若电池剩余电量大于或等于第一剩余电量设定值a，则控制高通滤波器的时间常数随电池剩余电量的增大而减小。

当电池处于放电状态下时，当电池剩余电量大于第二剩余电量设定值c时，高通滤波器的时间常数为τ2＝r2c2；若电池剩余电量处于第一剩余电量设定值a与第二剩余电量设定值c之间时，则控制高通滤波器的时间常数随电池剩余电量的减小而减小；当电池剩余电量小于第一剩余电量设定值a时，高通滤波器的时间常数为τ1＝r1c1。根据图7设计锂电池充电曲线方程和锂电池放电曲线方程。

锂电池充电曲线方程：

锂电池放电曲线方程：

当光储混合微网系统的并网电压低于第一设定值时，判定光储混合微网系统处于低电压并网模式，对dc/ac变换器进行无功给定控制和限流控制，ed为电网相电压有效值，p^*为实际要求输出的有功功率，因此实际输出有功和无功分别由实际情况给定，内环控制为dq解耦控制，如图8所示；对光伏dc/dc变换器进行限功率控制，是指通过mppt限功率算法，即增加或者减小umppt达到限光伏输出功率的目的，如图9所示；对电池dc/dc变换器进行热备控制，锂电池侧控制电流给定为零，此时锂电池dc/dc控制处于运行状态，但是不输出电流，如图10所示；对超级电容dc/dc变换器进行第二定电压控制，是指电压外环采用稳定直流母线电压，电流内环控制超级电容侧的电流的输出，最后通过控制pwm占空比实现稳定直流母线电压的目的，如图11所示。

本实施例中采用锂电池，作为其他实施方式，也可以采用铅酸蓄电池等。

本实施例中a为10％，b为95％，c为97％；作为其他实施方式，也可以取与上述数值接近的数值，如a为10.1％，b为94.9％，c为97.2％。

本实施例中建立了二阶高通滤波器时间常数τ和锂电池soc的线性关系，作为其他实施方式，可以采用一阶高通滤波器、三阶高通滤波器等，采用一阶高通滤波器、三阶高通滤波器时只需使其对应的时间常数同样按照锂电池剩余电量调节即可；另外，可以不根据上述线性关系调整中间阶段的时间常数τ，而是在中间阶段根据锂电池剩余电量设置多个分段时间常数。

本实施例摒弃了在中间阶段采用固定时间常数的方法，更加柔性，提高了锂电池的使用寿命。

本实施例实现了正常并网模式下低电压并网模式下对光储发电系统中dc/ac、光伏dc/dc、电池dc/dc和超级电容dc/dc的精细化控制，有效地平抑了光储混合微网系统并网模式下的功率波动。

平抑光伏功率波动的光储并网控制方法实施例2：

本实施例与上述实施例的区别之处在于，本实施例还包括对调度并网模式下的精细化控制，如图12所示。

当光储混合微网系统的并网电压大于或等于第一设定值且小于或等于第二设定值时，若有调度指令，判断光储发电系统处于调度并网模式，对dc/ac变换器进行调度运行控制，当接受到上级调度系统出力指令，可根据要求设定有功出力pref和无功出力如图13所示；对光伏dc/dc变换器仍进行mppt控制，如图3所示；对锂电池dc/dc变换器进行稳定直流母线电压控制，即第三定电压控制，是指电压外环采用稳定直流母线电压，电流内环控制锂电池侧的电流的输出，最后通过控制pwm占空比实现稳定直流母线电压的目的，如图14所示；对超级电容dc/dc变换器进行第二频率平抑控制，也即高频平抑控制，通过高通滤波器得到光伏功率的高频信号pcref，经过计算得到超级电容侧dc/dc给定充放电电流和超级电容侧dc/dc实际充放电电流ic做差，通过pi控制器调节，输出调制波，通过pwm控制输出可变占空比，最后实现超级电容给定输出功率的控制，如图15所示。对超级电容dc/dc变换器进行高频平抑控制可通过设置高通滤波器的通带截止频率减小滤波信号的带宽，实现高频信号滤除作用。

本实施例实现了调度并网模式下低电压并网模式下对光储发电系统中dc/ac、光伏dc/dc、电池dc/dc和超级电容dc/dc的精细化控制，有效地平抑了光储混合微网系统并网模式下的功率波动。

平抑光伏功率波动的光储并网控制装置实施例

本实施例中的平抑光伏功率波动的光储并网控制装置包括处理器和存储器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现平抑光伏功率波动的光储并网控制方法实施例中的步骤。

由于平抑光伏功率波动的光储并网控制方法实施例中已对相关步骤进行了详细描述，此处不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而己，并非对发明作任何形式上的限制，虽然本发明己以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。