一种单相级联型光储混合系统的多模式运行控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种单相级联型光储混合系统的多模式运行控制方法，根据时间电价的峰时电价与非峰时电价之间的差距，以及光伏发电系统只在昼间发电的特性，将峰时电价的昼间光伏发电时段划分为平抑波动模式，利用蓄电池平抑光伏发电中的功率波动，辅助光伏电池放电；将非峰时电价的昼间光伏发电时段划分为自充电模式，利用蓄电池吸收光伏发出的全部有功功率，而整个光伏并网系统只对外补偿无功功率；将夜间光伏不发电时段划分为夜间模式，把光伏电池当作静止同步补偿器，由蓄电池完成夜间的充放电工作；根据分时电价将夜间峰时电价时段划分为夜间放电工作状态，将夜间非峰时电价时段划分为夜间充电工作状态。本发明专利技术保证了光伏并网系统的全天经济运行。

A Multi-mode Operation Control Method for Single-Phase Cascaded Optical Storage Hybrid System

【技术实现步骤摘要】
一种单相级联型光储混合系统的多模式运行控制方法
本专利技术涉及光伏发电技术，具体涉及一种单相级联型光储混合系统的多模式运行控制方法。
技术介绍
单相级联型光储混合系统具有平抑光伏功率波动、无变压器并网、宽范围无功补偿、光伏和蓄电池独立维护等特点，在光伏发电领域得到了广泛的应用。目前对级联型光储混合系统的研究大多集中在提升并网质量上，如《带储能的单相混合级联型光伏逆变器控制策略研究》(桂园，湖北工业大学，2018)公开了一种级联型光伏并网逆变器的协调控制方法，利用超级电容器优化了储能平抑光伏波动的效果，提升了并网质量。但是该方法只考虑了光照充足的情况，光照不足甚至无光照的夜间时段未被考虑。然而光伏系统的发电有效时间集中在昼间，在中午至下午时段是其发电高峰期，而电力系统用电峰时出现在晚间，中午反而是用电量非峰时期，这就导致了严重的发电量与用电量之间的矛盾，再加上时间电价的普及，显然一种工作模式的运行已经无法满足光伏并网系统的要求，亟需一种更具经济效益的多模式功率协调分配方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种单相级联型型光储混合系统的多模式运行控制方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种单相级联型光储混合系统的多模式运行控制方法，首先根据时间电价的峰时电价与非峰时电价之间的差距，以及光伏发电系统只在昼间发电的特性，将峰时电价的昼间光伏发电时段划分为平抑波动模式，利用蓄电池平抑光伏发电中的功率波动，辅助光伏电池放电；将非峰时电价的昼间光伏发电时段划分为自充电模式，利用蓄电池吸收光伏发出的全部有功功率，而整个光伏并网系统只对外补偿无功功率；将夜间光伏不发电时段划分为夜间模式，把光伏电池当作静止同步补偿器，由蓄电池完成夜间的充放电工作；然后根据分时电价将夜间峰时电价时段划分为夜间放电工作状态，将夜间非峰时电价时段划分为夜间充电工作状态。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：1)光伏系统工作在峰时电价全功率供电，非峰时电价储备电量的经济运行状态，提高了经济效益；2)能够实现光伏电池板和蓄电池的独立维护和控制；3)拥有宽范围的有功和无功补偿，提高了电能质量；4)实现了蓄电池和电容器的均衡控制，使系统可用性增强。附图说明图1是江苏省20-35kv工业用电分时电价及工作模式分配示意图。图2是本专利技术分层控制的示意图。图3是本专利技术夜间控制的示意图；图4是本专利技术平抑波动模式的有功功率波形图。图5是本专利技术自充电模式的有功功率波形图。图6是本专利技术夜间模式放电工作状态的有功功率波形图。图7是本专利技术夜间模式充电工作状态的有功功率波形图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步说明本专利技术方案。光储混合系统为配置M个光伏电池和N个蓄电池的级联并网结构，其中L滤波器用以消除谐波，为了保证光伏并网系统的全天经济运行，本专利技术单相级联型光储混合系统的多模式运行控制方法，根据时间电价和光伏发电系统只在昼间发电的特性，将系统的全天运行划分为平抑波动模式、自充电模式和夜间模式，其中平抑波动模式处于昼间的峰时电价时段，自充电模式处于昼间的非峰时电价时段，夜间模式处于夜间时段；并将夜间模式分为夜间峰时电价时段的放电工作状态和夜间非峰时电价时段的充电工作状态。以江苏省某地为例，时段的具体划分如图1所示。平抑波动模式利用蓄电池平抑光伏发电中的功率波动，辅助光伏电池放电，以满足电力系统调度的需求。实现平抑波动模式的分层控制方法如图2所示，具体步骤为：(1)由电力系统PQ调度指令与电压电压us计算得出并网参考电流iref*，计算公式如(1)所示，上层控制器接收并网参考电流指令，经过PR控制器生成上层电源指令传送给下层控制器；(2)下层控制器被分为光伏控制器和蓄电池控制器，首先光伏控制器接收每个光伏单元的输出电压vpvm(m为正整数且0<m<M)和电流ipvm，进行独立的mppt控制，得到最大功率电压vpvm*，然后由PI控制器跟踪最大功率电压vpvm*与实际光伏电压vpvm之间的误差，最后叠加单位电流指令矢量iref*，用以稳压得到每个光伏电池的调制信号；(3)蓄电池控制器接收上层电源指令与所有光伏电池指令之和的差值信号，进行电池SOC均衡控制，生成每个蓄电池的调制信号；(4)将每个光伏电池的调制信号和每个蓄电池的调制信号输入载波移相调制器(PS-SPWM)，生成驱动信号驱动电路。自充电模式中蓄电池吸收光伏发出的全部有功功率，整个光伏并网系统只对外补偿无功功率，实现光伏向蓄电池充电的自充电工作模式，其采用的控制原理与平抑波动模式的控制方法一致，区别在于只需由电力系统Q调度指令计算得出并网参考电流iref*输入控制系统，计算公式如式(2)所示。夜间模式中光伏电池不再发电，把光伏电池当作静止同步补偿器(STATCOM)在系统中发挥作用，由蓄电池完成夜间的充放电工作，具体采用功率控制和均衡控制来实现夜间模式，如图3所示，其步骤为：(1)功率控制包括蓄电池开环电压控制和电容器闭环电流控制，蓄电池开环电压控制中根据固定的调制比K和开环电压相位α，以及由相位计算得来的电网电压us相位θ，生成蓄电池模块调制信号ubat；电容器闭环电流控制中对电容器直流电压之和进行闭环控制，生成直流电压误差，然后叠加由相位计算而来的电流相位sinβ和幅值，生成并网参考电流iref，接着进行电容器闭环电流控制，最后加入电压前馈以消除电压波动且生成电容器模块信号ucap；(2)均衡控制包括电池SOC均衡控制和电容器电压均衡控制，分别接收蓄电池模块调制信号ubat和电容器模块调制信号ucap，采用有功电压矢量叠加的方法使各蓄电池SOC和各电容器电压均衡，生成每个蓄电池单元和每个电容器单元的调制信号；然后将每个蓄电池的调制信号和每个电容器的调制信号输入载波移相调制器(PS-SPWM)，生成驱动信号驱动电路。实施例为了验证本专利技术方案的有效性，使用MATLAB/Simulink进行仿真验证。仿真中系统配置为两个光伏电池单元和两个蓄电池，图4-7分别展示了三种工作模式下有功功率的分配情况。平抑波动模式下，仿真中光照情况变化如下：4s时光伏电池光照强度由1000W/m降到600W/m2，6s时回到800W/m2，8s时降到400W/m2’，该模式下有功功率波形如图4所示，可以看出光伏电池的输出有功功率随着光照强度变化而不断变化，而蓄电池能够迅速响应光伏电池输出的变化使整个光伏并网系统的总输出有功功率保持不变满足系统调度。自充电模式下，光照变化与平抑波动模式一致，该模式下有功功率波形如图5所示，可以看出此时整个光伏并网系统的不输出有功功率，光伏发多少电蓄电池就吸收多少电。夜间模式被分为放电工作状态和充电工作状态，电容器不输出有功功率，系统放电和充电工作都由蓄电池来完成如图6，7所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单相级联型光储混合系统的多模式运行控制方法，其特征在于，首先根据时间电价的峰时电价与非峰时电价之间的差距，以及光伏发电系统只在昼间发电的特性，将峰时电价的昼间光伏发电时段划分为平抑波动模式，利用蓄电池平抑光伏发电中的功率波动，辅助光伏电池放电；将非峰时电价的昼间光伏发电时段划分为自充电模式，利用蓄电池吸收光伏发出的全部有功功率，而整个光伏并网系统只对外补偿无功功率；将夜间光伏不发电时段划分为夜间模式，把光伏电池当作静止同步补偿器，由蓄电池完成夜间的充放电工作；然后根据分时电价将夜间峰时电价时段划分为夜间放电工作状态，将夜间非峰时电价时段划分为夜间充电工作状态。

【技术特征摘要】
1.一种单相级联型光储混合系统的多模式运行控制方法，其特征在于，首先根据时间电价的峰时电价与非峰时电价之间的差距，以及光伏发电系统只在昼间发电的特性，将峰时电价的昼间光伏发电时段划分为平抑波动模式，利用蓄电池平抑光伏发电中的功率波动，辅助光伏电池放电；将非峰时电价的昼间光伏发电时段划分为自充电模式，利用蓄电池吸收光伏发出的全部有功功率，而整个光伏并网系统只对外补偿无功功率；将夜间光伏不发电时段划分为夜间模式，把光伏电池当作静止同步补偿器，由蓄电池完成夜间的充放电工作；然后根据分时电价将夜间峰时电价时段划分为夜间放电工作状态，将夜间非峰时电价时段划分为夜间充电工作状态。2.根据权利要求1所述的单相级联型光储混合系统的多模式运行控制方法，其特征在于，采用分层控制方法来实现平抑波动模式。3.根据权利要求2所述的单相级联型光储混合系统的多模式运行控制方法，其特征在于，分层控制方法具体步骤为：(1)由电力系统PQ调度指令与电压电压us计算得出并网参考电流iref*，计算公式如(1)所示，上层控制器接收并网参考电流指令，经过PR控制器生成上层电源指令传送给下层控制器；(2)下层控制器被分为光伏控制器和蓄电池控制器，首先由光伏控制器接收每个光伏单元的输出电压vpvm和电流ipvm，其中m为正整数且0<m<M，进行独立的mppt控制得到最大功率电压vpvm*，然后由PI控制器跟踪最大功率电压vpvm*与实际光伏电压vpvm之间的误差，最后叠加单位电流指令矢量iref*，用以稳压得到每个光伏电池的调制信号；(3)蓄电池控制器接...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯俊牟，刘钊，董梁，张越，赵珊珊，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32