一种太阳能光储氢综合供能系统控制方法

1.本发明涉及新能源技术领域，具体涉及一种太阳能光储氢综合供能系统控制方法。


背景技术：

2.目前光伏储能能源系统作为较佳的绿色低碳能源解决方案，应用范围越来越广泛，同时氢能作为一种具有广阔前景的清洁能源，随着配套技术的进步和成熟，也逐渐受到关注和示范应用，传统的光伏储能系统，受到储能成本和安全性等影响，在一定程度上限制了其规模化的批量式推广，此外由于常规的制氢方式也受到诸多的限制，采用清洁能源发电的制氢方式成为一种重要技术手段。融合光伏+储能+制氢的多能综合方式，可以实现优势互补，从多能源途径解决光伏发电的间歇性、传统储能方式的不足和发挥氢能的特点等，也是未来能源应用的重要解决方式之一。由于涉及到了光伏发电、常规储能和氢能应用等多种能源流，特别是考虑到在氢能的制氢和发电，以及不同环境场景和用能特点的能源综合利用需求情形下，现有的多数光伏储能系统控制方式难以适应光伏储能氢能综合利用的高效精准控制要求。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种太阳能光储氢综合供能系统控制方法，该方法针对现有的光伏储能控制主要只从能量分配角度出发，未全面综合考虑环境和用户负载差异等适应性因素，无法精确匹配和发挥光伏储能氢能综合利用的最大能效的问题，提出综合考虑了环境变化、能量优化、用户侧特征等多重因素，通过优化控制实现对太阳能光储氢综合供能系统的高效精准优化控制，满足多场景的太阳能光储氢综合供能系统的控制方法。
4.为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：一种太阳能光储氢综合供能系统控制方法，该方法包括以下步骤：步骤10）读取并判定工作场景和负载组成状况信息；步骤11）采集并得出实时环境参数和读取各模块状态信息；步骤12）综合决策计算控制信号和能量调度数据；步骤13）实施控制信号输出和反馈控制执行结果；步骤14）上传综合供能系统的实时工作参数信息，更新状态数据。
5.进一步的，所述步骤12）中，综合决策计算具体为：在太阳能光伏发电能源输入侧，对实时的辐照强度sg(t)和光伏发电单元实时输出电压sv(t)，依据下式进行决策判断光伏发电侧的控制信号k
solar
(t)：
……
式i，式中，pv_on为连接光伏发电电源输入侧的电能变换装置为接通常开状态，pv_pwm为连接光伏发电电源输入侧的电能变换装置为pwm调节控制状态，pv_off为连接光伏发电电源输入侧的电能变换装置为隔离断开状态，sg
min_set
为设置的最低辐照启动发电的阈值，dv
set
为直流母线的预设定控制电压值；在具体判断时，当采集的实时环境参数中的辐照强度sg(t)大于等于设定的启动发电阈值sg
min_set
，且光伏输出电压sv(t)大于等于直流母线的预设定控制电压值dv
set
时，光伏发电侧的控制信号为直通的常开型的pv_on指令，实现光伏发电的直接利用；当采集的实时环境参数中的辐照强度sg(t)大于等于设定的启动发电阈值sg
min_set
，且光伏输出电压sv(t)小于直流母线的预设定控制电压值dv
set
时，光伏发电侧的控制信号为可调节型的pwm指令，实现光伏发电的变换利用；当采集的实时环境参数中的辐照强度sg(t)小于设定的启动发电阈值sg
min_set
时，光伏发电侧的控制信号为关闭型的pv_off指令，断开光伏发电侧的输入，降低系统损耗；在负载用电能源输出侧，根据综合供能系统所在运行环境实时累积时段的平均温度lt(t)和负载的实时总耗能功率数据∑lp(t)，依据下式进行决策判断系统对负载侧的发电控制信号k
load
(t)：
……
式ⅱ，式中，es_on为连接储能模块输出的电能变换装置为接通常开状态，es_off为连接储能模块输出的电能变换装置为隔离断开状态，fc_on为连接燃料电池发电输出的电能变换装置为接通常开状态，es_off为连接燃料电池发电输出的电能变换装置为隔离断开状态，lt
min_set
为设置的最低运行环境温度阈值，p
_es
为储能模块输出的功率值，p
_fc
为燃料电池发电输出的功率值；在具体判断时，当综合能源的平均温度lt(t)大于等于设定的最低运行环境的温度阈值lt
min_set
，且储能模块的输出功率值p
_es
大于等于负载的实时总耗能功率数据∑lp(t)时，连接储能模块输出的电能变换装置为接通es_on状态，实现储能模块的发电输出，连接燃料电池输出的电能变换装置为断开fc_off状态，关闭燃料电池模块的发电输出；当综合能源的平均温度lt(t)小于设定的最低运行环境的温度阈值lt
min_set
，且燃料电池模块的输出功率值p
_fc
大于等于负载的实时总耗能功率数据∑lp(t)时，连接储能模块输出的电能变换装置为断开es_off状态，关闭储能模块的发电输出，连接燃料电池输出的电能变换装置为连接fc_on状态，实现燃料电池模块的发电输出；当储能模块的输出功率值p
_es
和燃料电池模块的输出功率值p
_fc
均小于负载的实时总耗能功率数据∑lp(t)时，连接储能模块输出的电能变换装置为接通es_on状态，连接燃料电池输出的电能变换装置为连接fc_on状态，实现实现储能模块和燃料电池模块的同步发电输出，以满足负载的实时总耗能功率需求匹配；
能量调度包括对整个综合功能系统的整体能量调度优化管理，其中，当光伏实时发电功率sp(t)大于零，即有光伏发电电能输出时，按照设定的能量优先方案或者自动优化调度方案进行能量管理控制，依据下式进行能量调度对系统发出对应的优化控制信号k
energy
(t)：
……
式ⅲ，式中，pv为光伏发电，es为储能模块，zh为电解制氢，fc为燃料电池发电，
→
为能量控制充电方向；在具体判断时，当光伏实时发电功率sp(t)大于零，且设定为储能模块充电优先时或者自动模式下平均温度lt(t)大于等于设定的最低运行环境的温度阈值lt
min_se
时，光伏发电为储能模块充电；当光伏实时发电功率sp(t)大于零，且设定为电解制氢充电优先时或者自动模式下平均温度lt(t)小于设定的最低运行环境的温度阈值lt
min_se
时，光伏发电为电解制氢充电；当光伏发电功率sp(t)大于储能模块的充电功率es(t)或者大于电解制氢的充电功率zh(t)时，光伏发电同时为储能模块和电解制氢充电；当光伏发电功率sp(t)等于零时，光伏发电输出关闭；在设定能量按需补充的模式下，储能模块的电能输出实现电解制氢，或者燃料电池发电给储能模块充电补充。
6.进一步的，所述步骤10）中，在供能工作场景中确定能源的优先供给类型，并由以下步骤实现：步骤101）根据式ⅱ判断综合供能系统所在运行环境的实时累积时段的平均温度lt(t)是否低于设定的最低运行环境温度阈值lt
min_set
，若是，执行步骤102）后进入步骤11），若否，执行步骤103）后进入步骤11）；步骤102）优先由燃料电池供能；步骤103）优先由常规储能模块供能。
7.进一步的，所述步骤11）中，在太阳能光伏发电能源输入侧进行输出模式的选择控制包括以下步骤：步骤111）根据式ⅰ判定辐照强度是否满足光伏发电要求，若是，则进入步骤112），若否，则进入步骤12）；步骤112）根据式ⅰ判定光伏发电的电压是否超过设定的阈值，若是，则执行步骤113）后进入步骤12），若否，则执行步骤114）后进入步骤12）；步骤113）光伏发电直接输出模式；步骤114）光伏发电调节控制输出模式。
8.进一步的，所述步骤13）中，根据工作参数进行系统安全评估控制，其步骤如下：步骤131）检查系统工作参数是否超标或出现异常故障，若工作参数超标或出现异常故障，则执行步骤133）后进入步骤14），若否，则执行步骤132）后进入步骤14）；步骤132）正常输出控制信号；步骤133）关闭输出，进入系统隔离保护状态。
9.本发明的有益效果是:本发明方法相比较于现有的光伏储能多能源系统的控制方法，在增加了制氢和氢能燃料电池发电的多能源基础上，综合考虑了负载的应用场景因素和实时的环境参数，能更精准的实施对多能源系统的优化控制，并最大效率的发挥不同能源组的各自特性，更加灵活高效地适应不同类型能源组合互补应用，提升多能源的应用的可靠性和可控性。
附图说明
10.图1为本发明控制方法的流程图；图2为本发明控制方法的具体实施案例流程图。
具体实施方式
11.下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
12.如图1所示，一种太阳能光储氢综合供能系统控制方法，该方法包括以下步骤：步骤10）读取并判定工作场景和负载组成状况信息；根据读取的信息和系统预先设定的主要阈值参数进行判定对比，输出具体的工作场景和负载状况实时信息，其中，工作场景信息包括综合供能系统所在运行环境的实时累积时段的平均温度lt(t)和负载的实时总耗能功率数据∑lp(t)；步骤11）采集并得出实时环境参数和读取各模块状态信息；实时环境参数包括太阳能光伏发电所在安装位置的辐照强度sg(t)，各模块状态信息的参数包括太阳能光伏发电的实时功率参数sp(t)、实时光伏输出电压sv(t)、储能模块的工作状态es(t)、制氢的工作参数zh(t)和燃料电池发电容量状态fc(t)数据；步骤12）综合决策计算控制信号和能量调度数据；对读取输出和采集得出的信息数据进行综合决策计算后，得出控制信号输出和能量调度数据优化，其中，综合决策计算包括对负载侧的储能放电和燃料电池发电的输出优化控制、以及根据实时环境参数的太阳能光伏发电侧的综合判定输出控制信号，并根据实时负载功率的需求数据进行综合能量的管理调度处理控制；步骤13）实施控制信号输出和反馈控制执行结果；根据综合决策计算的结果发出控制信号，并收集反馈控制执行的结果，对结果进行判定是否存在故障或者参数异常，正常输出控制信号或关闭输出进入系统隔离保护状态；步骤14）上传综合供能系统的实时工作参数信息，更新状态数据。
13.所述步骤12）中，综合决策计算具体为：在太阳能光伏发电能源输入侧，对实时的辐照强度sg(t)和光伏发电单元实时输出电压sv(t)，依据下式进行决策判断光伏发电侧的控制信号k
solar
(t)：
……
式i，
式中，pv_on为连接光伏发电电源输入侧的电能变换装置为接通常开状态，pv_pwm为连接光伏发电电源输入侧的电能变换装置为pwm调节控制状态，pv_off为连接光伏发电电源输入侧的电能变换装置为隔离断开状态，sg
min_set
为设置的最低辐照启动发电的阈值，dv
set
为直流母线的预设定控制电压值；在具体判断时，当采集的实时环境参数中的辐照强度sg(t)大于等于设定的启动发电阈值sg
min_set
，且光伏输出电压sv(t)大于等于直流母线的预设定控制电压值dv
set
时，光伏发电侧的控制信号为直通的常开型的pv_on指令，实现光伏发电的直接利用；当采集的实时环境参数中的辐照强度sg(t)大于等于设定的启动发电阈值sg
min_set
，且光伏输出电压sv(t)小于直流母线的预设定控制电压值dv
set
时，光伏发电侧的控制信号为可调节型的pwm指令，实现光伏发电的变换利用；当采集的实时环境参数中的辐照强度sg(t)小于设定的启动发电阈值sg
min_set
时，光伏发电侧的控制信号为关闭型的pv_off指令，断开光伏发电侧的输入，降低系统损耗；在负载用电能源输出侧，根据综合供能系统所在运行环境实时累积时段的平均温度lt(t)和负载的实时总耗能功率数据∑lp(t)，依据下式进行决策判断系统对负载侧的发电控制信号k
load
(t)：
……
式ⅱ，式中，es_on为连接储能模块输出的电能变换装置为接通常开状态，es_off为连接储能模块输出的电能变换装置为隔离断开状态，fc_on为连接燃料电池发电输出的电能变换装置为接通常开状态，es_off为连接燃料电池发电输出的电能变换装置为隔离断开状态，lt
min_set
为设置的最低运行环境温度阈值，p
_es
为储能模块输出的功率值，p
_fc
为燃料电池发电输出的功率值；在具体判断时，当综合能源的平均温度lt(t)大于等于设定的最低运行环境的温度阈值lt
min_set
，且储能模块的输出功率值p
_es
大于等于负载的实时总耗能功率数据∑lp(t)时，连接储能模块输出的电能变换装置为接通es_on状态，实现储能模块的发电输出，连接燃料电池输出的电能变换装置为断开fc_off状态，关闭燃料电池模块的发电输出；当综合能源的平均温度lt(t)小于设定的最低运行环境的温度阈值lt
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，且燃料电池模块的输出功率值p
_fc
大于等于负载的实时总耗能功率数据∑lp(t)时，连接储能模块输出的电能变换装置为断开es_off状态，关闭储能模块的发电输出，连接燃料电池输出的电能变换装置为连接fc_on状态，实现燃料电池模块的发电输出；当储能模块的输出功率值p
_es
和燃料电池模块的输出功率值p
_fc
均小于负载的实时总耗能功率数据∑lp(t)时，连接储能模块输出的电能变换装置为接通es_on状态，连接燃料电池输出的电能变换装置为连接fc_on状态，实现实现储能模块和燃料电池模块的同步发电输出，以满足负载的实时总耗能功率需求匹配；能量调度包括对整个综合功能系统的整体能量调度优化管理，其中，当光伏实时发电功率sp(t)大于零，即有光伏发电电能输出时，按照设定的能量优先方案或者自动优化调度方案进行能量管理控制，依据下式进行能量调度对系统发出对应的优化控制信号k
energy
(t)：
……
式ⅲ，式中，pv为光伏发电，es为储能模块，zh为电解制氢，fc为燃料电池发电，
→
为能量控制充电方向；在具体判断时，当光伏实时发电功率sp(t)大于零，且设定为储能模块充电优先时或者自动模式下平均温度lt(t)大于等于设定的最低运行环境的温度阈值lt
min_se
时，光伏发电为储能模块充电；当光伏实时发电功率sp(t)大于零，且设定为电解制氢充电优先时或者自动模式下平均温度lt(t)小于设定的最低运行环境的温度阈值lt
min_se
时，光伏发电为电解制氢充电；当光伏发电功率sp(t)大于储能模块的充电功率es(t)或者大于电解制氢的充电功率zh(t)时，光伏发电同时为储能模块和电解制氢充电；当光伏发电功率sp(t)等于零时，光伏发电输出关闭；在设定能量按需补充的模式下，储能模块的电能输出实现电解制氢，或者燃料电池发电给储能模块充电补充。
14.如图2所示，所述步骤10）中，在供能工作场景中确定能源的优先供给类型，并由以下步骤实现：步骤101）根据式ⅱ判断综合供能系统所在运行环境的实时累积时段的平均温度lt(t)是否低于设定的最低运行环境温度阈值lt
min_set
，若是，执行步骤102）后进入步骤11），若否，执行步骤103）后进入步骤11）；步骤102）优先由燃料电池供能；步骤103）优先由常规储能模块供能。
15.所述步骤11）中，在太阳能光伏发电能源输入侧进行输出模式的选择控制包括以下步骤：步骤111）根据式ⅰ判定辐照强度是否满足光伏发电要求，若是，则进入步骤112），若否，则进入步骤12）；步骤112）根据式ⅰ判定光伏发电的电压是否超过设定的阈值，若是，则执行步骤113）后进入步骤12），若否，则执行步骤114）后进入步骤12）；步骤113）光伏发电直接输出模式；步骤114）光伏发电调节控制输出模式。
16.所述步骤13）中，根据工作参数进行系统安全评估控制，其步骤如下：步骤131）检查系统工作参数是否超标或出现异常故障，若工作参数超标或出现异常故障，则执行步骤133）后进入步骤14），若否，则执行步骤132）后进入步骤14）；步骤132）正常输出控制信号；步骤133）关闭输出，进入系统隔离保护状态。
17.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。