孤岛光储直流微电网模式自适应方法与流程

本发明涉及光储直流微电网技术领域，特别是涉及一种孤岛光储直流微电网模式自适应方法。

背景技术：

光储直流微电网可以并网运行也可以离网运行，在某些特定时刻或特定场合时光储直流微电网必须进行离网运行，也就是成为孤岛光储直流微电网。光储直流微电网在工程实践中通常会采用集中控制方式，微电网内一般由系统层和模块层分别进行运行控制，系统层实时监测微电网的运行状态，下发指令到达模块层，模块层接受系统层下达的指令控制光伏和储能单元的工作。但是上述集中控制方式对通讯的依赖性极高，因此一旦通讯出现故障或者系统层出现故障，那么整个微电网都将处于瘫痪状态无法继续工作，同时系统层的存在也会增加微电网的成本。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有的光储直流微电网的控制方法对于通讯依赖性高的问题，提供一种孤岛光储直流微电网模式自适应方法。

一种孤岛光储直流微电网模式自适应方法，包括对母线电压进行实时监测；当所述母线电压升高至第一预设电压时，储能单元的母线电压控制环路的输出达到输出下限，所述储能单元的母线电压控制环路失效，此时所述储能单元工作在最大电流充电环路或均充环路，光伏单元工作在母线电压控制环路，以将所述母线电压控制在所述第一预设电压；当所述母线电压降至第二预设电压时，所述储能单元工作在母线电压控制环路，以将所述母线电压控制在所述第二预设电压，所述光伏单元工作在mppt模式；当所述母线电压降至小于第三预设电压时，所述储能单元的母线电压控制环路的输出达到输出上限，所述储能单元的母线电压控制环路失效，此时所述储能单元工作在最大电流放电环路或电池eod电压环路，所述光伏单元工作在mppt模式；其中，所述第三预设电压小于第二预设电压。

上述孤岛光储直流微电网模式自适应方法，对母线电压进行实时监测，若所述母线电压升高至第一预设电压时，储能单元对母线电压控制环路失效，进入最大电流充电状态或均充状态，此时光伏单元进入母线电压控制环路，对母线电压进行控制。当母线电压降至第二预设电压时，所述储能单元工作在母线电压控制环路，对母线电压进行控制，此时光伏单元工作在mppt模式。当母线电压降至小于第三预设电压时，储能单元的母线电压控制环路再次失效，进入最大电流放电环路或电池eod电压环路，此时光伏单元工作在mppt模式。孤岛光储直流微电网内的光伏单元和储能单元均根据直流母线上的电压信号来自适应地改变自身的工作模式，维持直流微电网的稳定运行。同时，上述自适应方法无需系统层级的参与，各模块之间无需进行通讯即可完成对于工作模式的自适应调整，可以提高微电网的稳定性并降低成本。

在其中一个实施例中，当负载功率增大或光照强度降低时，所述母线电压降低；当负载功率减小且所述储能单元不足以吸收母线上全部的冗余功率时，所述母线电压升高。

在其中一个实施例中，在初始状态时，所述储能单元工作在母线电压控制环路，所述光伏单元工作在mppt模式。

在其中一个实施例中，只有当所述母线电压升高至第一预设电压时，所述光伏单元才工作在母线电压控制环路，所述母线电压小于所述第一预设电压时，所述光伏单元均工作在mppt模式。

在其中一个实施例中，所述第一预设电压的取值范围为715-725v，所述第二预设电压的取值范围为695-705v，所述第三预设电压为675-685v。

在其中一个实施例中，所述储能单元包括电池，当所述储能单元的母线电压控制环路的输出达到输出下限，所述储能单元的母线电压控制环路失效时若电池电压未达到均充电压，则所述最大充电电流环路起作用，所述储能单元工作在最大电流充电状态；若电池电压达到均充电压，则所述均充环路起作用，储能单元工作在均充状态。

在其中一个实施例中，当所述储能单元的母线电压控制环路的输出达到输出上限，所述储能单元的母线电压控制环路失效时若电池放电电流达到最大，则所述最大放电电流环路起作用，所述储能单元维持最大电流放电状态；若电池电压到达eod电压，则所述电池eod电压环路起作用，所述储能单元将电池电压维持在eod电压，并逐渐降低放电功率。

在其中一个实施例中，所述储能单元的母线电压控制环路的输出下限为所述最大充电电流环路的输出和所述均充环路的输出中较大的值。

在其中一个实施例中，所述储能单元的母线电压控制环路的输出上限为所述最大放电电流环路的输出和所述电池eod电压环路的输出中较小的值。

在其中一个实施例中，所述方法还包括当所述储能单元的母线电压控制环路的输出未达到输出上限或者输出下限，并且所述电池的充放电电流均未达到最大值、所述电池的电压未达到均充电压或eod电压，则所述储能单元对母线上的冗余功率进行吸收或者对母线上的缺额功率进行补充。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明其中一实施例的孤岛光储直流微电网模式自适应方法的方法流程图；

图2为本发明其中一实施例的孤岛光储直流微电网的连接示意图；

图3为本发明其中一实施例的母线电压随负载功率的变化折线图；

图4为本发明其中一实施例的光伏单元的控制环路图；

图5为本发明其中一实施例的储能单元的控制环路图；

图6为本发明其中一实施例的所述储能单元的母线电压控制环路的输出达到输出下限时，所述储能单元工作状态选择方法的方法流程图；

图7为本发明其中一实施例的所述储能单元的母线电压控制环路的输出达到输出上限时，所述储能单元工作状态选择方法的方法流程图；

图8为本发明其中一实施例中当母线电压等于第一预设电压时光伏单元的工作状态图；

图9为本发明其中一实施例中当母线电压等于第一预设电压时储能单元的工作状态图；

图10为本发明其中一实施例中当母线电压等于第二预设电压时光伏单元的工作状态图；

图11为本发明其中一实施例中当母线电压等于第二预设电压时储能单元的工作状态图；

图12为本发明其中一实施例中当母线电压等于第三预设电压时光伏单元的工作状态图；

图13为本发明其中一实施例中当母线电压等于第三预设电压时储能单元的工作状态图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的优选实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反的，提供这些实施方式的目的是为了对本发明的公开内容理解得更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”、“周向”以及类似的表述是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1为本发明其中一实施例的孤岛光储直流微电网模式自适应方法的方法流程图，在其中一个实施例中，所述方法包括如下步骤s100至s400。

s100：对母线电压进行实时监测。

s200：当所述母线电压升高至第一预设电压时，储能单元的母线电压控制环路的输出达到输出下限，所述储能单元的母线电压控制环路失效，此时所述储能单元工作在最大电流充电环路或均充环路，光伏单元工作在母线电压控制环路，以将所述母线电压控制在所述第一预设电压。

s300：当所述母线电压降至第二预设电压时，所述储能单元工作在母线电压控制环路，以将所述母线电压控制在所述第二预设电压，所述光伏单元工作在mppt模式。

s400：当所述母线电压降至小于第三预设电压时，所述储能单元的母线电压控制环路的输出达到输出上限，所述储能单元的母线电压控制环路失效，此时所述储能单元工作在最大电流放电环路或电池eod电压环路，所述光伏单元工作在mppt模式；其中，所述第三预设电压小于第二预设电压。

图2为本发明其中一实施例的孤岛光储直流微电网的连接示意图，所述孤岛光储直流微电网包括多个光伏单元、多个储能单元和多个负载，并规定储能单元放电电流方向为正，充电电流方向为负。图3、图4分别为所述光伏单元和所述储能单元的控制环路图。所述孤岛光储直流微电网在使用模式自适应方法对其控制环路进行自动切换时，需要对母线电压进行实时监测，根据所述母线电压的变化改变工作模式。当所述母线电压升高至第一预设电压时，表明所述负载不能消耗掉所述母线电压上的全部功率，同时所述储能单元也不足以吸收母线上全部冗余功率，此时不需要光伏单元再输出多余的光伏功率。当所述光伏单元工作于mppt模式(maximumpowerpointtracking，最大功率点跟踪)时，所述光伏单元对其光电输出功率进行跟踪，将最大的光电功率输出至所述母线，以向所述母线提供最大的输出功率，满足负载的消耗需求。因此，当所述母线电压升高至所述第一预设电压时，需要使光伏单元的控制环路从mppt模式转换成母线电压控制环路，以将所述母线电压控制在所述第一预设电压，防止母线电压上的电压升至过高。当所述母线电压升高至所述第一预设电压时，所述储能单元的母线电压控制环路的输出达到其输出下限，因此，所述储能单元的母线电压控制环路失效，则所述储能单元工作在最大电流充电环路或均充环路。

当所述母线电压降至所述第二预设电压时，此时所述储能单元的母线电压控制环路的输出未达到上下限，因此所述储能单元工作在母线电压控制环路，将所述母线电压控制在所述第二预设电压上。由于所述母线电压已小于所述第一预设电压，表明所述负载对于功率的消耗能力增强，需要所述光伏单元提供所述负载所需的功率，因此所述光伏单元切换至mppt模式，对最大功率点进行跟踪，对所述母线输出最大的光伏功率，以满足所述负载的消耗需求。当所述母线电压降至小于第三预设电压时，(所述第三预设电压小于第二预设电压)，所述储能单元的母线电压控制环路的输出达到其输出上限，因此，所述储能单元的母线电压控制环路失效，则所述储能单元工作在最大电流放电环路或电池eod电压环路。

本发明提出的所述孤岛光储直流微电网模式自适应方法是基于母线上的电压信号的，即所述孤岛光储直流微电网内的光伏单元和储能单元均根据直流母线上的电压信号来自适应地改变自身的工作模式，维持直流微电网的稳定运行。同时，上述自适应方法无需系统层级的参与，各模块之间无需进行通讯即可完成对于工作模式的自适应调整，可以提高微电网的稳定性并降低成本。

图5为本发明其中一实施例的母线电压随负载功率的变化折线图，根据图5可知，所述母线电压随负载功率的增大而减小。在其中一个实施例中，当负载功率增大或光照强度降低时，所述母线电压降低；当负载功率减小且所述储能单元不足以吸收母线上全部的冗余功率时，所述母线电压升高。当负载功率较大时，对于所述母线上功率的消耗能力也较强，因此所述母线上的电压就会降低；或者当光照强度降低时使得所述光伏单元的输出也减小，从而导致了所述母线上的电压降低。而当所述负载功率较小时，所述负载对于母线上功率的消耗能力弱，不能消耗掉所述母线所提供的所有功率，导致所述母线上的功率出现了冗余。此时，若所述储能单元不足以吸收所述母线上全部冗余功率时，势必引起所述母线上的电压升高。

在其中一个实施例中，在初始状态时，所述储能单元工作在母线电压控制环路，所述光伏单元工作在mppt模式。在所述孤岛光储直流微电网中，所述储能单元优先工作在母线电压控制环路，所述光伏单元优先工作在mppt模式，即所述储能单元优先对母线上的电压进行控制，将其控制在预设范围内；所述光伏单元优先对母线输出最大光伏功率。因此，在初始状态时，所述储能单元工作在母线电压控制环路，所述光伏单元工作在mppt模式。

在其中一个实施例中，只有当所述母线电压升高至第一预设电压时，所述光伏单元才工作在母线电压控制环路，所述母线电压小于所述第一预设电压时，所述光伏单元均工作在mppt模式。由于当所述母线电压升高至所述第一预设电压时，表明此时所述负载的功率较小导致所述负载对于母线上功率的消耗能力弱，所述母线上的功率出现了冗余，同时所述储能单元不足以吸收所述母线上全部的冗余功率，若此时所述光伏单元继续工作在mppt模式势必会引起母线电压的进一步升高，从而存在运行安全问题。因此，只要当所述母线电压升高至所述第一预设电压时，所述光伏单元的mppt控制环路就会失效，所述光伏单元的母线电压控制环路起作用，将所述母线电压控制在所述第一预设电压。只要当所述母线电压降至小于所述第一预设电压，此时所述光伏单元就可以继续工作在mppt模式，不会对系统的安全运行造成威胁。

在其中一个实施例中，所述第一预设电压的取值范围为715-725v，所述第二预设电压的取值范围为695-705v，所述第三预设电压为675-685v。由图5可知，在本实施例中，所述第一预设电压的取值为720v，所述第二预设电压的取值为700v，所述第三预设电压的取值为680v。

在其中一个实施例中，按照所述母线电压随负载功率的不同变化可以将其划分为a、b、c、d、e共5个区域，在所述母线电压处于上述5个区域时，所述光伏单元及所述储能单元对应的工作模式自适应切换过程如下：

a区域：

图6和图7分别为本发明其中一实施例中当母线电压等于第一预设电压时光伏单元以及储能单元的工作状态图。此时，所述负载的功率较小，并且所述储能单元已不足以吸收母线上全部的冗余功率。所述储能单元的母线电压控制环路的输出达到输出下限，因此，该控制环路失效，所述储能单元进入最大电流充电状态达或者进入均充状态，即所述储能单元工作在电池最大充电电流环或者均充环路。由于此时所述母线上存在冗余功率，若所述光伏单元继续工作在mppt模式，势必会引起所述母线电压进一步的升高，因此当所述母线电压升高到720v时，所述光伏单元的mppt控制环路失效，所述光伏单元的母线电压控制环路起作用，将所述母线电压控制在720v。

b区域：

当所述母线电压处于b区域时，此时所述孤岛光储直流微电网处于过渡态，由于所述母线电压大于700v，所以所述储能单元的母线电压控制环路的输出仍限制在其输出下限，因此所述储能单元维持之前状态，即最大电流充电状态达或者进入均充状态。而所述母线电压也低于720v，因此，所述光伏单元的工作状态也从母线电压控制环路自动切换至mppt模式，对所述母线提供最大光伏功率。由于在b区域时，所述光伏单元和所述储能单元均不对所述母线电压进行控制，因此所述母线电压随所述负载功率的变化而变化。此时，若所述负载功率增大，则所述母线电压跌落进入c区域；若所述负载功率减小，则所述母线电压升高进入a区域。

c区域：

图8和图9分别为本发明其中一实施例中当母线电压等于第二预设电压时光伏单元和储能单元的工作状态图。在c区域时，所述母线电压等于700v，此时所述储能单元的母线电压控制环路的输出未达到其输出上下限，因此所述储能单元工作在控直流母线的状态，将所述母线电压控制在700v。由于所述母线电压仍然低于720v，因此所述光伏单元仍工作在mppt模式，对所述母线提供最大光伏功率。

d区域：

当所述母线电压处于d区域时，此时所述孤岛光储直流微电网也处于过渡态。由于此时所述母线电压仍然低于720v，因此所述光伏单元仍工作在mppt模式，对所述母线提供最大光伏功率。而当所述母线电压小于700v时，所述储能单元的母线电压控制环路的输出达到了输出上限，导致该控制环路失效。若所述储能单元的电池放电电流达到最大则电池最大放电电流环路起作用，所述储能单元维持最大电流放电；若所述储能单元的电池到达eod电压则电池eod电压环路起作用，所述储能单元维持电池eod电压，并逐渐降低放电功率。其中，所述eod(endofdischarge，放电截止)电压环路用于防止电池过度放电，以节约电池寿命。电池在放电过程中电池电压会逐渐降低，而当电池电压降低到eod电压时eod电压环路会将电池电压维持在该eod电压，同时降低电池放电功率直至输出功率为零。由于处于d区域时，所述光伏单元和所述储能单元均不对所述母线电压进行控制，因此所述母线电压随所述负载功率的变化而变化。此时，若所述负载功率增大，则所述母线电压跌落进入e区域；若所述负载功率减小，则所述母线电压升高进入c区域。

e区域：

图10和图11分别为本发明其中一实施例中当母线电压等于第三预设电压时光伏单元和储能单元的工作状态图。处于e区域时，所述母线电压跌落至680v以下，则所述微电网系统处于超负荷运行状态，所述光伏单元工作在mppt模式，对所述母线提供最大光伏功率。而所述储能单元处于最大电流放电状态或控制电池eod电压状态，此时所述母线电压会随着所述负载功率的增大而进一步降低；若所述功率负载减小，则所述母线电压升高进入d区域。

图12为本发明其中一实施例的所述储能单元的母线电压控制环路的输出达到输出下限时，所述储能单元工作状态选择方法的方法流程图，在其中一个实施例中，所述储能单元包括电池，当所述储能单元的母线电压控制环路的输出达到输出下限，所述储能单元的母线电压控制环路失效时，所述储能单元工作状态的选择方法包括如下步骤s210至s220。

s210：若电池电压未达到均充电压，则所述最大充电电流环路起作用，所述储能单元工作在最大电流充电状态。

s220：若电池电压达到均充电压，则所述均充环路起作用，所述储能单元工作在均充状态。

当所述母线电压处于a区域时，所述储能单元不足以吸收母线上全部的冗余功率，并且所述储能单元的母线电压控制环路的输出达到输出下限，因此，该控制环路失效，此时所述储能单元的最大充电电流环路或均充电压环路起作用。所述储能单元中包括多个电池，用于进行充电或进行放电。若所述电池上的电压未达到均充电压，则所述最大充电电流环路起作用，所述储能单元工作在最大电流充电状态；若所述电池上的电压达到均充电压，则所述均充电压环路起作用，所述储能单元工作在均充状态。

图13为本发明其中一实施例的所述储能单元的母线电压控制环路的输出达到输出上限时，所述储能单元工作状态选择方法的方法流程图，在其中一个实施例中，当所述储能单元的母线电压控制环路的输出达到输出上限，所述储能单元工作状态的选择方法包括如下步骤s410至s420。

s410：若电池放电电流达到最大，则所述最大放电电流环路起作用，所述储能单元维持最大电流放电状态。

s420：若电池电压到达eod电压，则所述电池eod电压环路起作用，所述储能单元将电池电压维持在eod电压，并逐渐降低放电功率。

当所述母线电压处于d或e区域时，即所述母线电压小于700v，则所述储能单元的母线电压控制环路的输出达到了输出上限，从而导致了该控制环路失效，此时所述储能单元的最大放电电流环路或电池eod电压环路起作用。若所述储能单元的电池放电电流达到最大，则所述最大放电电流环路起作用，所述储能单元维持最大电流放电；若所述储能单元的电池到达eod电压，则所述电池eod电压环路起作用，所述储能单元维持在所述eod电压，并逐渐降低放电功率。

在其中一个实施例中，所述储能单元的母线电压控制环路的输出下限为所述最大充电电流环路的输出和所述均充环路的输出中较大的值。当所述储能单元的母线电压控制环路的输出下限为所述最大充电电流环路的输出和所述均充电压环路的输出中较大的值时，可以保证所述储能单元能够根据所述母线电压升高而将工作模式从母线电压控制环路转换至所述最大充电电流环路或所述均充环路。

在其中一个实施例中所述储能单元的母线电压控制环路的输出上限为所述最大放电电流环路的输出和所述电池eod电压环路的输出中较小的值。同样地，当所述储能单元的母线电压控制环路的输出上限为所述最大放电电流环路的输出和eod电压环路的输出中较小的值时，可以保证所述储能单元能够根据所述母线电压降低而将工作模式从母线电压控制环路转换至所述最大放电电流环路或所述eod电压环路。

在其中一个实施例中，所述孤岛光储直流微电网模式自适应方法还包括当所述母线电压处于c区域，即所述储能单元的母线电压控制环路的输出未达到输出上限或者输出下限时，若所述储能单元中电池的充放电电流均未达到最大值切所述电池的电压未达到均充电压或eod电压，则所述储能单元可以对所述母线上的冗余功率进行吸收或者对所述母线上的缺额功率进行补充。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。