一种用于供电接入装置的功率平衡控制方法
【专利摘要】本发明提供一种用于供电接入装置的功率平衡控制方法，供电接入装置用于接入至少两个发电单元与储能单元并向负载输出电能，还包括控制器，用于供电接入装置的功率平衡控制方法包括以下步骤：(1)检测储能单元的输出电压，如果小于启动电压值，执行步骤(2)，如果大于或等于启动电压值，执行步骤(3)；(2)控制器控制发电单元向储能单元充电，执行步骤(1)；(3)控制器控制发电单元和/或储能单元向负载输出电能，控制每个发电单元工作在最优功率点。本发明提供的用于供电接入装置的功率平衡控制方法，能够及时响应外界环境的变化，控制每个发电单元工作在最优功率点，实现能源的综合优化，从而提高供电的平稳性，改善供电接入装置的可靠性。
【专利说明】
一种用于供电接入装置的功率平衡控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及电气控制领域，具体涉及一种用于供电接入装置的功率平衡控制方法。
【背景技术】
[0002]分布式发电具有节能、环保、投资少、占地小，建设周期短等优点，应对系统峰荷较集中供电更经济、有效，因此分布式发电可作为大规模集中供电的有益补充。
[0003]从提高整个系统的供电可靠性的角度考虑，可将分布式发电可作为备用电源；亦可作为解决偏远农村地区、海岛地区的供电难题的一种手段。作为分布式发电中的一种类型:离网型风光储供电系统尤其适合应用于偏远地区、海岛等供电难的地方。
[0004]风机、光伏发电由于受到环境因素影响，具有一定的不稳定性和间歇性，尤其是在独立风机、光伏发电系统中。而储能技术的出现，则给风机、伏发电的这些问题带来了解决方案。
[0005]通过将风机、光伏和储能组成一体的供电系统，可以很大程度上解决风机、光伏独立发电存在的不稳定问题，而且也极大地推动了风机、光伏发电技术的发展。
[0006]其中，对电池的控制决定了离网型供电系统的性能的好坏。因为储能电池的利用率跟充电电流有关，充电电流峰值越大，储能电池的利用率越低；同时大部分储能电池对充电电流有限制，从而保证电池的正常工作，所以通过控制实现储能电池的输入电流连续可控对于延长电池的使用寿命和提高储能电池的利用率具有重要的意义。
[0007]目前，风光互补发电系统按结构可划分为基于直流母线结构和基于交流母线结构。中小型风光互补发电系统中，由于直流母线结构具有控制算法简单、系统易扩展、可以共用逆变器、成本低的优点，这种结构得到广泛应用。
[0008]本文所研究设计的风光互补控制逆变一体机采用基于直流母线的结构，离网风光互补发电系统结构如图1所示，主要组成部分如下:
[0009](I)发电单元:单个或多个光伏组件与风力发电机组成，完成能量转换，为蓄电池和负载供电。
[0010](2)控制器:包括光伏控制器、风机控制器，主要完成蓄电池的充电管理。
[0011](3)储能单元:单节或多节蓄电池经串并联组成，有风或有光时存储电能，无风且无日照时为负载供电。
[0012](4)逆变器:一台或多台逆变器并联组成，将直流电转换成220V正弦交流电，为交流负载供电。
[0013]负载包括直流负载和交流负载。
[0014]离网型风光储供电系统存在以下几方面的缺陷:I)电源出力受到天气等外部不可控因素的影响较大，输出功率往往存在很大的波动性;2)风机、光伏出力的不确定性增加了系统调度的困难，同时难以实现能源的综合优化。
【发明内容】
[0015]鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种用于供电接入装置的功率平衡控制方法，能够及时响应外界环境的变化，控制每个发电单元工作在最优功率点，实现能源的综合优化，从而提高供电的平稳性，改善供电接入装置的可靠性。
[0016]本发明提供一种用于供电接入装置的功率平衡控制方法，供电接入装置用于接入发电单元与储能单元并向负载输出功率，包括控制器，用于供电接入装置的功率平衡控制方法包括以下步骤:
[0017](I)检测储能单元的输出电压，如果小于启动电压值，执行步骤(2)，如果大于或等于启动电压值，执行步骤(3);
[0018](2)控制器控制发电单元向储能单元充电，执行步骤(I);
[0019](3)控制器控制发电单元和/或储能单元向负载输出电能，控制每个发电单元工作在最优功率点。
[0020]进一步地，步骤(3)中控制每个发电单元工作在最优功率点包括以下步骤:
[0021](31)通过分配系数，将负载功率与供电接入装置的损耗功率之和分配到每个发电单元，作为相应发电单元功率寻优的目标值；
[0022](32)如果储能单元的输出电压小于最大值，增大每个发电单元功率寻优的目标值；
[0023](33)如果发电单元的实际最大功率小于发电单元功率寻优的目标值，控制发电单元工作在实际最大功率处，不足的功率由所述储能单元提供;如果发电单元的实际最大功率大于或等于发电单元功率寻优的目标值，控制发电单元工作在功率寻优的目标值处；
[0024](34)根据每个发电单元的实际功率调整分配系数，执行步骤(32)。
[0025]进一步地，分配系数的个数与发电单元的个数相等。
[0026]进一步地，控制器包括用于控制每个发电单元的功率控制器，功率控制器包括斩波电路，步骤(33)中控制发电单元工作在实际最大功率处，或者控制发电单元工作在功率寻优的目标值处，包括以下步骤:
[0027](331)功率控制器根据实际最大功率或功率寻优的目标值，相应调节斩波电路的脉宽调制信号的占空比。
[0028]进一步地，负载包括直流负载，步骤(3)中控制器控制发电单元和/或储能单元向负载输出电能包括以下步骤:
[0029](35)通过发电单元和/或储能单元建立起直流母线电压；
[0030](36)向直流负载输出功率。
[0031]进一步地，供电接入装置还包括逆变器，负载包括交流负载，步骤(3)中控制器控制供电接入装置向负载输出电能包括以下步骤:
[0032](37)通过发电单元和/或储能单元建立起直流母线电压；
[0033](38)通过储能单元的斩波将直流母线电压升至目标电压值；
[0034](39)开启逆变器，向交流负载输出功率。
[0035]进一步地，控制器还包括控制储能单元的斩波电路，步骤(2)中控制器控制发电单元向储能单元充电包括以下步骤:
[0036](21)通过发电单元建立直流母线电压；
[0037](22)控制器控制储能单元以最大充电电流充电。
[0038]进一步地，储能单元为蓄电池。
[0039]进一步地，储能单元包括单节蓄电池，或者储能单元包括串联和/或并联的多节蓄电池。
[0040]进一步地，发电单元为光伏组件和/或风机。
[0041]与现有技术相比，本发明提供的用于供电接入装置的功率平衡控制方法，具有以下有益效果:能够及时响应外界环境的变化，控制每个发电单元工作在最优功率点，实现能源的综合优化，从而提高供电的平稳性，改善供电接入装置的可靠性。
【附图说明】
[0042]图1是离网型风光互补发电系统的结构示意图；
[0043]图2是本发明的一个实施例中供电接入装置的结构示意图；
[0044]图3是供电接入装置中能量流动示意图；
[0045]图4是本发明的一个实施例的用于供电接入装置的功率平衡控制方法的流程图。
【具体实施方式】
[0046]如图2所示，本发明的一个实施例中的供电接入装置，用于接入至少两个发电单元与储能单元并向负载输出功率，本实施例中供电接入装置接入两个发电单元:光伏组件与风机。
[0047]供电接入装置包括控制器，控制器包括功率开关器件，供电接入装置中能量流动示意图如图3所示，用于供电接入装置的功率平衡控制方法包括以下步骤:
[0048](I)检测储能单元的输出电压，如果小于启动电压值，执行步骤(2)，如果大于或等于启动电压值，执行步骤(3);
[0049](2)控制器控制发电单元向储能单元充电，执行步骤(I);
[0050](3)控制器控制发电单元和/或储能单元向负载输出电能，控制每个发电单元工作在最优功率点。
[0051 ]步骤(3)中控制每个发电单元工作在最优功率点包括以下步骤:
[0052](31)通过分配系数，将负载功率与供电接入装置的损耗功率之和分配到每个发电单元，作为相应发电单元功率寻优的目标值；
[0053](32)如果储能单元的输出电压小于最大值，增大每个发电单元功率寻优的目标值；
[0054](33)如果发电单元的实际最大功率小于发电单元功率寻优的目标值，控制发电单元工作在实际最大功率处，不足的功率由所述储能单元提供;如果发电单元的实际最大功率大于或等于发电单元功率寻优的目标值，控制发电单元工作在功率寻优的目标值处；
[0055](34)根据每个发电单元的实际功率调整分配系数，执行步骤(32)。
[0056]本实施例中，如果储能单元的输出电压小于最大值，增大每个发电单元功率寻优的目标值，根据发电单元的实际最大功率与发电单元功率寻优的目标值，控制发电单元工作在最优功率点，实现能源的综合优化，从而提高供电的平稳性，改善供电接入装置的可靠性。
[0057]分配系数的个数与发电单元的个数相等。
[0058]发电单元为光伏组件和/或风机。
[0059]控制器包括用于控制每个发电单元的功率控制器，功率控制器包括斩波电路，步骤(33)中控制发电单元工作在实际最大功率处，或者控制发电单元工作在功率寻优的目标值处，包括以下步骤:
[0060](331)功率控制器根据实际最大功率或功率寻优的目标值，相应调节斩波电路的脉宽调制信号的占空比。
[0061]负载包括直流负载，步骤(3)中控制器控制发电单元和/或储能单元向负载输出电能包括以下步骤:
[0062](35)通过发电单元和/或储能单元建立起直流母线电压；
[0063](36)向直流负载输出功率。
[0064]供电接入装置还包括逆变器，负载包括交流负载，步骤(3)中控制器控制供电接入装置向负载输出电能包括以下步骤:
[0065](37)通过发电单元和/或储能单元建立起直流母线电压；
[0066](38)通过储能单元的斩波将直流母线电压升至目标电压值；
[0067](39)开启逆变器，向交流负载输出功率。
[0068 ] 控制器还包括控制储能单元的斩波电路，步骤(2)中控制器控制发电单元向储能单元充电包括以下步骤:
[0069](21)通过发电单元建立直流母线电压；
[0070](22)控制器控制储能单元以最大充电电流充电。
[0071 ]具体地，本实施例中，发电单元为两个:一个光伏组件与一个风机，风机和光伏的额定功率为1.5kW，风机额定开路电压11(^(1(3，光伏额定开路电压216￥(1(3。
[0072]储能单元为八节胶体铅酸电池，额定电压为98V。
[0073]储能单元可以包括单节蓄电池，也可以包括串联和/或并联的多节蓄电池，本发明对此不做限制。
[0074]开机后，系统首先检测电池的输出电压，如果电池的输出电压大于88V，则系统进入正常工作模式。如果检测电池的输出电压低于88V，则系统进入充电模式，通过风机、光伏组件给电池充电。
[0075]在正常工作模式，通过BOOST电路将直流母线电压升至目标值(400V)，打开逆变器的继电器，启动逆变器。
[0076]风机、光伏组件按照以下原则进行功率分配:根据负载功率和供电接入装置本身的损耗功率所确定的总的目标功率值，对风机、光伏组件按照分配系数进行功率分配，而分配系数的确定还需考虑风机和光伏组件实际最大功率。
[0077]将风机、光伏组件分别接入供电接入装置，以分配的功率，作为功率寻优的参考值，通过功率寻优算法，获得功率寻优的目标值。
[0078]风机、光伏组件在获得功率寻优的目标值时分为以下三种情况:
[0079](a)如果电池的输出电压未达到最大值，最大值表明电池不需要再继续充电，风机、光伏组件会继续寻找更大的功率点，除了提供给负载和供电接入装置的损耗所需的功率外，多余的功率全部作为电池充电的功率；
[0080](b)如果电池的端口电压已经是最大值，根据分配系数计算风机、光伏组件的功率值，作为风机、光伏组件功率寻优的目标值；
[0081](C)如果风机、光伏组件由于气候、温度等因素的影响，所发出的最大功率不足以提供给负载和供电接入装置的损耗，这时风机、光伏组件工作在最大功率点处，空缺的功率则需要通过电池来提供。
[0082]本实施例的用于供电接入装置的功率平衡控制方法的流程图如图4所示:
[0083](I)储能单元的输出电压小于启动电压值吗?如果是，执行步骤(10);
[0084](2)通过发电单元和/或储能单元建立起直流母线电压；
[0085](3)将直流母线电压升至目标电压值；
[0086](4)开启逆变器；
[0087](5)进行功率分配，设置分配系数初始值；
[0088](6)储能单元的输出电压小于最大值?如果是，执行步骤(7);如果不是，执行步骤
(8)；
[0089](7)增大每个发电单元功率寻优的目标值；
[0090](8)发电单元的实际最大功率小于发电单元功率寻优的目标值?如果是，控制发电单元工作在实际最大功率处，不足的功率由储能单元提供;如果不是，控制发电单元工作在功率寻优的目标值处；
[0091](9)根据每个发电单元的实际功率调整分配系数，执行步骤(6);
[0092](10)通过发电单元建立起直流母线电压；
[0093](11)控制储能单元以最大充电电流充电，执行步骤(I)。
[0094]当然也可以接入两个以上的发电单元，例如一个光伏组件与两台风机，同样可以采用本发明的功率平衡控制方法，控制每个发电单元工作在最优功率点，实现能源的综合优化。
[0095]以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种用于供电接入装置的功率平衡控制方法，其特征在于，所述供电接入装置用于接入至少两个发电单元与储能单元并向负载输出功率，所述供电接入装置包括控制器，所述用于供电接入装置的功率平衡控制方法包括以下步骤: (1)检测所述储能单元的输出电压，如果小于启动电压值，执行步骤(2)，如果大于或等于启动电压值，执行步骤(3); (2)所述控制器控制所述发电单元向所述储能单元充电，执行步骤(I); (3)所述控制器控制所述发电单元和/或所述储能单元向所述负载供电，控制每个发电单元工作在最优功率点。2.如权利要求1所述的用于供电接入装置的功率平衡控制方法，其特征在于，步骤(3)中控制每个发电单元工作在最优功率点包括以下步骤: (31)通过分配系数，将负载功率与供电接入装置的损耗功率之和分配到每个发电单元，作为相应发电单元功率寻优的目标值； (32)如果储能单元的输出电压小于最大值，增大每个发电单元功率寻优的目标值； (33)如果发电单元的实际最大功率小于所述发电单元功率寻优的目标值，控制所述发电单元工作在所述实际最大功率处，不足的功率由所述储能单元提供;如果发电单元的实际最大功率大于或等于所述发电单元功率寻优的目标值，控制所述发电单元工作在所述功率寻优的目标值处； (34)根据每个发电单元的实际功率调整分配系数，执行步骤(32)。3.如权利要求2所述的用于供电接入装置的功率平衡控制方法，其特征在于，所述分配系数的个数与所述发电单元的个数相等，所述分配系数的总和小于或等于I。4.如权利要求2所述的用于供电接入装置的功率平衡控制方法，其特征在于，所述控制器包括用于控制每个发电单元的功率控制器，所述功率控制器包括斩波电路，步骤(33)中控制所述发电单元工作在所述实际最大功率处，或者控制所述发电单元工作在所述功率寻优的目标值处，包括以下步骤: (331)所述功率控制器根据所述实际最大功率或所述功率寻优的目标值，相应调节斩波电路的脉宽调制信号的占空比。5.如权利要求1所述的用于供电接入装置的功率平衡控制方法，其特征在于，所述负载包括直流负载，步骤(3)中所述控制器控制所述所述发电单元和/或所述储能单元向所述负载输出电能包括以下步骤: (35)通过所述发电单元和/或所述储能单元建立起直流母线电压； (36)向所述直流负载输出功率。6.如权利要求1所述的用于供电接入装置的功率平衡控制方法，其特征在于，所述供电接入装置还包括逆变器，所述负载包括交流负载，步骤(3)中所述控制器控制所述所述发电单元和/或所述储能单元向所述负载输出电能包括以下步骤: (37)通过所述发电单元和/或所述储能单元建立起直流母线电压； (38)通过所述储能单元的斩波将所述直流母线电压升至目标电压值； (39)开启所述逆变器，向所述交流负载输出功率。7.如权利要求1所述的用于供电接入装置的功率平衡控制方法，其特征在于，所述控制器还包括控制所述储能单元的斩波电路，步骤(2)中所述控制器控制所述发电单元向所述储能单元充电包括以下步骤: (21)通过所述发电单元建立直流母线电压； (22)所述控制器控制所述储能单元以最大充电电流充电。8.如权利要求1所述的用于供电接入装置的功率平衡控制方法，其特征在于，所述储能单元为蓄电池。9.如权利要求1所述的用于供电接入装置的功率平衡控制方法，其特征在于，所述储能单元包括单节蓄电池，或者所述储能单元包括串联和/或并联的多节蓄电池。10.如权利要求1所述的用于供电接入装置的功率平衡控制方法，其特征在于，所述发电单元为光伏组件和/或风机。
【文档编号】H02J3/24GK106026136SQ201610340000
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】王龙飞, 何大清, 张琦, 夏耀杰
【申请人】上海电气分布式能源科技有限公司