应用于光伏储能系统的能量管理方法技术方案

本发明专利技术揭示了一种应用于光伏储能系统的能量管理方法，光伏储能系统中电源包括光伏组件、锂电池和电网，系统工况可分为如下四种包括：工况1孤岛运行，光伏发电：当光伏组件输出功率大于负载功率且锂电池未充满时，执行此模式；工况2并网运行，网侧变换器逆变：当光伏组件输出功率大于负载功率，并且锂电池已处于满充状态时，执行此模式；工况3孤岛运行，电池供电：当光伏组件输出功率不足以给负载供电，且锂电池储存有电量时，执行此模式；工况4并网运行，网侧变换器整流：当光伏组件输出功率不足以给负载供电，且锂电池电量不足时，执行此模式。本发明专利技术采用自动控制能量管理方法，优先光伏储能系统的接入光伏能量，其次电池，再次电网；提高光能的利用率和自动控制效果。

【技术实现步骤摘要】
应用于光伏储能系统的能量管理方法
本专利技术涉及光伏储能领域，尤其涉及一种应用于光伏储能系统内管理能量的方法。
技术介绍
光伏储能系统能量管理策略核心目的就是使得整个光伏发电系统能够协调稳定地运行，实现能量的平衡和优化。本系统中包含三个电源，即：光伏组件、锂电池以及电网。要确定系统工况和能量管理策略，首先应该明确能量管理的控制原则，即系统运行过程中能源使用的优先级。考虑到目前越来越多的国家鼓励分布式能源自发自用，遵循这一原则，故将光伏组件作为供电电源选择的第一优先级。在光伏发电量盈余或者不足的情况下，首先由锂电池来实现功率平衡，故锂电池作为供电电源选择的第二优先级。只有当光伏组件和锂电池都达到限制条件时，才将公共电网接入系统，故电网处于供电电源选择的最后的优先级。上述能够管理方法能源利用率低，自动化程度低，不能实现智能化的光伏储能系统。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是实现一种管理科学，运行可靠，能够合理使用电源的管理方法。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：应用于光伏储能系统的能量管理方法，光伏储能系统中电源包括光伏组件、锂电池和电网，系统工况可分为如下四种包括：工况1孤岛运行，光伏发电：当光伏组件输出功率大于负载功率且锂电池未充满时，执行此模式；工况2并网运行，网侧变换器逆变：当光伏组件输出功率大于负载功率，并且锂电池已处于满充状态时，执行此模式；工况3孤岛运行，电池供电：当光伏组件输出功率不足以给负载供电，且锂电池储存有电量时，执行此模式；工况4并网运行，网侧变换器整流：当光伏组件输出功率不足以给负载供电，且锂电池电量不足时，执行此模式。本专利技术采用自动控制能量管理方法，优先光伏储能系统的接入光伏能量，其次电池，再次电网；提高光能的利用率和自动控制效果。附图说明下面对本专利技术说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：图1光伏储能发电系统框图；图2为工况1状态下系统框图图3为工况2状态下系统框图图4为工况3状态下系统框图图5为工况4状态下系统框图图6为系统工况转换图；图7为工况1与工况3状态之间切换时实验波形图；具体实施方式参见图1可知，本系统中包含三个电源：光伏组件、锂电池以及电网。其中光伏组件经光伏测变换器连接直流母线，锂电池经电池侧变换器连接直流母线，直流母线经全桥逆变器连接负载，电网接入负载和全桥逆变器之间的导线上。光伏侧Boost变换器可以工作在最大功率点跟踪(MaximumPowerPointTracking，MPPT)模式和恒压(ConstantVoltage，CV)模式；电池侧Buck-Boost变换器可以工作在Boost模式和Buck模式；当其工作在Buck模式时，控制低压侧电压,用于电池放电；当其工作在Boost模式时，控制高压侧电压，用于电池充电。当电网接入光伏储能系统时，全桥逆变器工作在并网模式，当电网断开时，全桥逆变器工作在独立(孤岛)模式。系统将光伏组件作为供电电源选择的第一优先级，在光伏发电量盈余或者不足的情况下，首先由锂电池来实现功率平衡，锂电池作为供电电源选择的第二优先级，只有当光伏组件和锂电池都达到限制条件时，才将电网处于供电电源选择的最后的优先级。基于上述原则，根据光伏发电系统是否与电网连接，可以将系统运行模式分为孤岛运行模式和并网运行模式两大类，具体分为四种工况状态，具体如下：工况1孤岛运行，光伏发电；工况2并网运行，网侧变换器逆变；工况3孤岛运行，电池供电；工况4并网运行，网侧变换器整流。由图2中工况1中变换器的工作模式以及系统中的能量流动方向可知，孤岛运行，光伏发电工况下，此时光伏组件输出功率大于负载功率且锂电池未充满，即PPV>Pload且SOC<95％。光伏作为主要供电电源，光伏侧Boost变换器工作在CV模式，控制直流母线电压恒定。全桥逆变器工作在独立逆变模式。如果光伏输出功率大于负载功率和锂电池充电功率之和，即PPV>Pload+Pbat_charge，则电池侧Buck-Boost变换器工作在Buck模式以控制电池充电；反之若Pload<PPV<Pload+Pbat_charge，则Buck-Boost变换器不工作。由图3中工况2中变换器的工作模式以及系统中的能量流动方向可知，并网运行，网侧变换器逆变工况下，此时光伏组件输出功率大于负载功率，并且锂电池已处于满充状态，即PPV>Pload且SOC>95％。全桥逆变器工作在并网模式以控制中间直流母线电压恒定，将盈余的电量回馈给公共电网。光伏侧Boost变换器工作在MPPT模式。锂电池侧Buck-Boost变换器不工作。由图4中工况3中变换器的工作模式以及系统中的能量流动方向可知，孤岛运行，电池供电工况下，此时光伏组件输出功率不足以给负载供电，且锂电池储存有一定电量，即PPV<Pload且SOC>5％。锂电池作为主要供电电源，电池侧Buck-Boost变换器工作在Boost模式以控制直流母线电压恒定。全桥逆变器工作在独立逆变模式。若光伏有微弱的功率输出，即PPV_min<PPV<Pload，则光伏侧Boost变换器工作在MPPT模式；若光伏无功率输出，即PPV<PPV_min，则光伏侧Boost变换器不工作。由图5中工况4中变换器的工作模式以及系统中的能量流动方向可知，并网运行，网侧变换器整流。此时光伏组件输出功率不足以给负载供电，且锂电池电量不足，即PPV<Pload且SOC<5％。全桥逆变器工作在并网模式维持直流母线电压恒定。锂电池侧Buck-Boost变换器工作在Buck模式以控制电池充电直到SOC>95％为止。若光伏有微弱的功率输出，即PPV_min<PPV<Pload，则光伏侧Boost变换器工作在MPPT模式；若光伏无功率输出，即PPV<PPV_min，则光伏侧Boost变换器不工作。表1给出了按照PPV<Pload、PPV>Pload、SOC>5％、5％<SOC<95％、SOC>95％这五个条件划分的系统运行工况。从表中可以清楚地看出系统运行在某个特定工况下所需具备的条件。SOC<5％5％<SOC<95％SOC>95％PPV>Pload工况1工况1工况2PPV<Pload工况4工况3工况3表1参见图6可知，在保证供电电源优先级的前提条件下，工况切换采用以下方法：当系统运行在工况1时，若检测到SOC>95％，则说明此时锂电池已充满，应将富余的能量馈入电网，即系统由工况1切换到工况2。若检测到PPV<Pload，则此时光伏输出功率不足以给负载供电，按照供电电源选择次序，应该切换到锂电池供电，即系统由工况1切换到工况3。当系统运行在工况2时，若检测到PPV<Pload，则说明光伏组件已没有富余的能量馈入电网，按照供电电源选择次序，应切换到锂电池供电，即系统由工况2切换到工况3。当系统运行在工况3时，若检测到PPV>Pload，则说明光伏组件可独立给负载供电，按照供电电源选择次序，应该切换到光伏供电，即系统由工况3切换到工况1。若检测到SOC<5％，则说明电池电量不足，只能由电本文档来自技高网...

【技术保护点】
应用于光伏储能系统的能量管理方法，其特征在于：光伏储能系统中电源包括光伏组件、锂电池和电网，系统工况可分为如下四种包括：工况1孤岛运行，光伏发电：当光伏组件输出功率大于负载功率且锂电池未充满时，执行此模式；工况2并网运行，网侧变换器逆变：当光伏组件输出功率大于负载功率，并且锂电池已处于满充状态时，执行此模式；工况3孤岛运行，电池供电：当光伏组件输出功率不足以给负载供电，且锂电池储存有电量时，执行此模式；工况4并网运行，网侧变换器整流：当光伏组件输出功率不足以给负载供电，且锂电池电量不足时，执行此模式。

【技术特征摘要】
1.应用于光伏储能系统的能量管理方法，其特征在于：光伏储能系统中电源包括光伏组件、锂电池和电网，系统工况分为如下四种：工况1孤岛运行，光伏发电：当光伏组件输出功率大于负载功率且锂电池未充满时，执行此模式；所述工况1执行状态下，光伏组件作为主供电电源，光伏侧变换器工作在恒压模式，控制直流母线电压恒定，全桥逆变器工作在独立逆变模式，如果光伏输出功率大于负载功率和锂电池充电功率之和，则电池侧变换器控制锂电池充电，反之则电池侧变换器不工作;工况2并网运行，网侧变换器逆变：当光伏组件输出功率大于负载功率，并且锂电池已处于满充状态时，执行此模式；所述工况2执行状态下，全桥逆变器工作在并网模式以控制中间直流母线电压恒定，将盈余的电量回馈给公共电网，光伏侧变换器工作在MPPT模式，锂电池侧变换器不工作;工况3孤岛运行，电池供电：当光伏组件输出功率不足以给负载供电，且锂电池储存有电量时，执行此模式；所述工况3执行状态下，锂电池作为主供电电源，电池侧变换器工作在Boost模式以控制直流母线电压恒定，全桥逆变器工作在独立逆变模式，若光伏组件存在功率输出，则光伏侧Boost变换器工作在MPPT模式；若光伏无功率输出，则光伏侧Boost变换器不工作;工况4并网运行，网侧变换器整流：当光伏组件输出功率不足以给负载供电，且锂电池电量不足时，执行此模式;所述工况4执行状态下，全桥逆变器工作在并网模式维持直流母线电压恒定，锂电池侧变换器工作在Buck模式以控制电池充电直至电池充满为止，若光伏组件存在功率输出，则光伏侧Boost变换器工作在最大功率点跟踪模式；若光伏组件无功率输出，则光伏侧Boost变换器不工作。2.根据权利要求1所述的应用于光伏储能系统的能量管理方法，其特征在于：当系统运行工况1时，若检测到锂电池SOC＞95%，则由工况1切换到工况2，若检测到光伏组件输出功率不足以给负载供电，则由工况1切换到工况3；当系统运行工况2时，若检测到光伏组件输出功率不足以给负载供电，则由工况2切换到工况3；当系统运行工况3时，若检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡旭，王海松，姜广宇，叶程广，丁卓禹，何小春，
申请(专利权)人：安徽启光能源科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34