一种基于光伏储能的超级充电站功率协调控制方法及系统与流程

本发明涉及新能源微电网，尤其涉及一种基于光伏储能的超级充电站功率协调控制方法及系统。

背景技术：

1、

2、随着新能源以及电力电子设备在新型配电网中渗透率不断攀升，新型配电网呈现高度电力电子化、数字化等特征。配电网面临高比例新能源技术接入使用、大规模操作灵活性资源配置、终端设备负荷多元化、配电网高度数字化、智能化带来的严峻考验。另一方面，新能源固有的间歇性和波动性，电动汽车的无序充放电行为均会给新型配电网的安全运行带来巨大挑战。针对此，研究基于光伏储能的超级充电站有序管控技术，有利于提高配电网多元化分布式资源的管控能力及新能源消纳能力，推动我国能源绿色低碳转型。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于光伏储能的超级充电站功率协调控制方法及系统，以实现系统中光伏发电、储能模块和电动汽车充放电功率需求的协调控制，提高了超级充电站新能源消纳能力和经济效益。

2、为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：

3、第一方面，本发明提供一种基于光伏储能的超级充电站功率协调控制方法，应用于一种基于光伏储能的超级充电站功率协调控制系统，所述系统包括：中央控制模块、采集检测模块、光伏mppt控制模块、混合储能控制模块以及充电桩充放电控制模块，所述方法包括：

4、初始时刻通过采集检测模块采集直流母线电压信号，并将直流母线电压信号发送至中央控制模块进行电压等级分层，得到直流母线电压等级；

5、通过采集检测模块检测目标超级充电站与电网的交互状态，并基于所述交互状态确定目标超级充电站内各组成模块的运行状态，基于运行状态建立相应的功率平衡方程；

6、构建目标超级充电站中混合储能系统的功率传输模型，并基于所述功率传输模型确定混合储能系统中不同功率频段的分量；

7、中央控制模块基于所述直流母线电压等级生成控制信号，并将控制信号发送至光伏mppt控制模块、混合储能控制模块和充电桩充放电控制模块；

8、通过光伏mppt控制模块、混合储能控制模块和充电桩充放电控制模块维持目标超级充电站的功率平衡。

9、可选的，所述将直流母线电压信号发送至中央控制模块进行电压等级分层，包括：

10、基于不同工作模式对直流母线电压信号分为5层不同等级。

11、可选的，直流母线电压信号的5层不同等级，包括：

12、第一层：充电站功率过剩，光伏系统中的单向dc/dc变换器进行cvc稳压控制，根据功率方程维持直流母线的功率平衡并提供电压支撑；电动汽车进行充电控制，混合储能系统中的蓄电池储能主要进行最大电流充电，飞轮储能进行维持转速运转保持存储功率不变；

13、第二层：电池储能根据功率平衡方程通过电压—电流下垂来维持母线电压的稳定，电压—电流下垂曲线满足：

14、u2＝u1min+kbatidc

15、式中，u1min＝1.06*700v，kbat＝(0.06*u1min)/ibatmax，ibatmax为储能电池的最大充电电流。此时电动汽车进入自由充放电状态，根据系统能量需求和电动汽车的功率空闲剩余选择充电或向充电站放电；

16、第三层：混合储能系统进入并网备用状态，进行充放电待用；为保证蓄电池储能的储放调节能力，将蓄电池储能剩余电量的目标值设置为70％，充放电控制采用恒定电流控制，飞轮储能作为蓄电池能量的补充，维持在最大转速的80％，充放电控制采用恒定功率控制，两者分别达到目标值后，将停止充放电并维持目标状态待用，电动汽车也进行自由充放电，维持系统的功率平衡；

17、第四层：网侧ac/dc变换器通过与交流侧功率的交换，在pq控制的基础上，为外环功率控制增设直流电压—电流下垂控制曲线：

18、idc_ac＝1/kac(udc-un)

19、式中，un＝1.0*700v，kac＝(0.02*un)/idc_max，idc_max为网侧ac/dc变换器直流输入电流的最大值；

20、第五层：蓄电池储能模块双向dc/dc变换器通过与u2相同的电压一电流下垂控制曲线进行放电，此时u5＝0.96*700v，电动汽车也进行自由充放电控制。

21、可选的，所述第一层对应的功率平衡方程为：

22、ppv＝pev+pbatmax

23、式中，ppv为光伏控制模块输出的有功功率，pev为电动汽车的充电功率，pbatmax为蓄电池的最大充电功率；

24、所述第二层对应的功率平衡方程为：

25、pbat＝ppv-pev-pf

26、式中，pf表示飞轮储能的充电功率，pbat表示蓄电池的充电功率；

27、所述第三层和第四层对应的功率平衡方程为：

28、pac＝ppv-pev-pb

29、式中，pac表示直流侧母线经网侧ac/dc向交流侧母线输入的功率，pb表示混合储能系统的整体充电功率；

30、所述第五层对应的功率平衡方程为：

31、pbat＝ppv-pev-pf

32、式中，pf表示飞轮储能的充电功率，pbat表示蓄电池的充电功率。

33、可选的，所述目标超级充电站与电网的交互状态，包括：

34、目标超级充电站与电网处于离网模式以及目标超级充电站与电网处于并网模式。

35、可选的，所述离网模式下各组成模块的运行状态，包括：由混合储能系统维持直流母线电压的稳定，提供功率为：

36、pb＝ppv-pev

37、由于电动汽车充放电具有随机性，也具有可调度性。因此在储能系统能量不足的情况下、需要减少储能功率输出时，可通过控制电动汽车的充放电来补充系统所需的功率，以维持直流母线电压的稳定；在储能系统能量充足的情况下、需要减少储能功率输入时，通过光伏阵列变换器mppt降功率来调节系统功率的平衡，即：

38、δppv＝ppv-pev-pb

39、式中，δppv表示维持直流母线功率需要减少的光伏输入功率。

40、可选的，所述并网模式下各组成模块的运行状态，包括：充电站并网模式下，由双向ac/dc变换器控制直流母线电压的稳定，交流母线与直流母线所需交换的功率为

41、pac＝ppv-pev-pb

42、充电站根据电力系统调峰调频的需要控制电动汽车与储能系统的充放电来满足系统电力调度的需求，当直流母线与交流母线的功率交换受到双向变换器的容量限制达到极限时，变换器会进入恒定功率控制，失去对直流母线电压的调节。此时，由储能系统来维持系统的功率平衡和直流母线电压的稳定，即

43、pb＝ppv-pev-pac

44、式中，pb表示混合储能系统的整体充电功率，ppv为光伏控制模块输出的有功功率，pev为电动汽车的充电功率，pac表示直流侧母线经网侧ac/dc向交流侧母线输入的功率。

45、可选的，所述混合储能系统中不同频率分段的功率传递函数模型分别为

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48、采用低通滤波器分离混合储能系统的充电功率，分别由飞轮和蓄电池承担不同频段的分量，当ω>ωc时(ωc＝2π)，pf的输出分量幅值为1；当0<ω≤ωc时，pf分量幅值与ω成正比，飞轮储能可以补偿所有ω>ωc时的高频波动分量，并且分担一部分低频波动，实现了直流母线的功率平衡。

49、第二方面，本技术实施例提供一种基于光伏储能的超级充电站功率协调控制系统，包括处理器、存储器；

50、存储器，用于存放计算机程序；

51、处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现第一方面中任一所述的方法步骤。

52、有益效果：

53、本发明提供的基于光伏储能的超级充电站功率协调控制方法，由飞轮和蓄电池构成的混合储能协调优化控制对于直流母线电压的平滑过渡效果明显，能改善系统电能质量，更有利于各变换器之间的协调控制以及系统中电气设备的使用寿命的改善。另一方面，本发明提出的电压分层基本控制结构具有通用性，对于新能源的入网和就地消纳，以及电动汽车和电网之间的互动研究具有很好的参考和实用价值。