一种光储直流微网的控制系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种光储直流微网的控制系统及方法，装置包括采集单元、生成单元和控制单元，生成单元将采集单元采集的发电功率、荷电状态、直流负载和交流负载各自消耗的功率生成模糊控制量，控制单元通过模糊控制量对光伏阵列模块、储能装置模块、直流负载模块和交流负载模块进行控制，以实现光储直流微电网的功率平衡。本发明专利技术采用模糊控制方法，适用于对光伏发电的控制，实现了光储直流微网系统的稳定运行，提高了光储直流微网系统的可靠性；本发明专利技术提供的技术方案充分考虑储能单元的荷电状态，通过源荷之间的协调控制避免了储能单元过充电和过放电，提高了储能单元的使用寿命，降低了成本。

A Control System and Method of Optical Storage DC Microgrid

【技术实现步骤摘要】
一种光储直流微网的控制系统及方法
本专利技术涉及微电网领域，具体涉及一种光储直流微网的控制系统及方法。
技术介绍
传统的化石能源不可再生且污染巨大，利用太阳能等取之不尽的清洁能源发电对能源的可持续发展和环保都有着巨大的现实意义。然而太阳能等新能源具有间歇性与波动性，大规模接入电网可能导致电网的不稳定，严重时甚至会导致电网系统的崩溃。在风光资源充足的地区建设新能源微电网一方面可以解决当地电能需求，另一方面可以减少传输损耗，提高能源效率，同时，还可以减少对大电网的冲击。将分布式电源和负荷作为一个整体，形成可控的、既可孤岛运行又可并网运行的小电网称之为微网。目前最常见的是交流微网，但是由于光伏电池为直流方式发电，大部分用电设施也是直流供电的方式，采用DC-AC-DC的变换虽然能够降低光伏能源的利用效率，但是会增加投资成本。光储直流微网以其能量变换环节少、结构简单、控制灵活，且不存在频率偏移、相位同步及无功补偿问题等优点，已经成为目前研究的热点。通常，光储直流微网通过DC/AC变换器与大电网相连，由大电网维持直流母线电压的稳定，光伏电池和储能电池配合给负载供电。但是，现有技术中的光储直流微网存在的不足有：第一，光储直流微网接入大电网会改变大电网的稳态潮流分布和能量流动的单向性，从而影响大电网的稳定性，同时会造成继电保护的复杂性；第二，当大电网异常断电时，光储直流微网需要快速切换至孤岛运行模式，现有的光储直流微网难以实现快速切换与孤岛稳定运行；第三，光伏发电系统具有很强的波动性和随机性，现有的光储直流微网不适用于光照强度快速变化的情况。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中的光储直流微网影响大电网的稳定性、难以实现快速切换与孤岛稳定运行以及不适用于光照强度快速变化的情况的不足，本专利技术提供一种光储直流微网的控制系统及方法，控制系统包括采集单元、生成单元和控制单元，采集单元，用于从光伏阵列模块中获取光伏阵列的发电功率，从储能装置模块中获取储能单元的荷电状态、从直流负载模块中获取直流负载消耗的功率以及从交流负载模块中获取交流负载消耗的功率；生成单元，用于根据所述发电功率、荷电状态、直流负载消耗的功率和交流负载消耗的功率生成模糊控制量；控制单元，用于通过模糊控制量对光伏阵列模块、储能装置模块、直流负载模块和交流负载模块进行控制，以实现光储直流微电网的功率平衡，能够实现孤岛运行，且能够适用于光照强度快速变化的情况，不需要与大电网连接，避免对大电网的稳定性造成影响。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案：一方面，本专利技术提供一种光储直流微网的控制系统，所述光储直流微网包括光伏阵列模块、储能装置模块、直流负载模块和交流负载模块，所述控制系统包括：采集单元，用于从光伏阵列模块中获取光伏阵列的发电功率，从储能装置模块中获取储能单元的荷电状态、从直流负载模块中获取直流负载消耗的功率以及从交流负载模块中获取交流负载消耗的功率；生成单元，用于根据所述发电功率、荷电状态、直流负载消耗的功率和交流负载消耗的功率生成模糊控制量；控制单元，用于通过模糊控制量对光伏阵列模块、储能装置模块、直流负载模块和交流负载模块进行控制，以实现光储直流微电网的功率平衡。所述光伏阵列模块包括光伏阵列、第一DC/DC变换器和第一断路器；所述光伏阵列与第一DC/DC变换器的一端连接，所述第一DC/DC变换器的另一端通过第一断路器与直流母线连接。所述储能装置模块包括储能单元、第二DC/DC变换器和第二断路器；所述储能单元与第二DC/DC变换器的一端连接，所述第二DC/DC变换器的另一端通过第二断路器与直流母线连接。所述直流负载模块包括直流负载、第三DC/DC变换器和第三断路器；所述直流负载与第三DC/DC变换器的一端连接，所述第三DC/DC变换器的另一端通过第三断路器与直流母线连接。所述交流负载模块包括交流负载、DC/AC变换器和第四断路器；所述交流负载与DC/AC变换器的一端连接，所述DC/AC变换器的另一端通过第四断路器与直流母线连接。所述生成单元具体用于：当Pb＜0且SOC＜20％时，生成的模糊控制量为-2；当Pb＜0且SOC≥20％时，生成的模糊控制量为-1；当Pb＝0时，生成的模糊控制量为0；当Pb＞0且SOC＜90％时，生成的模糊控制量为1；当Pb＞0且SOC≥90％时，生成的模糊控制量为2。其中，Pb为光伏阵列的发电功率与负载消耗的功率之差，且Pb＝Ppv-Pload，Ppv为光伏阵列的发电功率，Pload为负载消耗的功率，Pload＝Pac-load+Pdc-load，Pdc-load为直流负载消耗的功率，Pac-load为交流负载消耗的功率；SOC为储能装置模块中储能单元的荷电状态。所述控制单元具体用于：当模糊控制量为-2时，控制光伏阵列模块中的第一断路器和储能装置模块中的第二断路器闭合，并控制直流负载模块中的第三断路器和交流负载模块中的第四断路器断开，采用最大功率点跟踪方法控制光伏阵列模块中的第一DC/DC变换器，并采取电压外环和电流内环的双闭环方法控制储能装置模块中的第二DC/DC变换器，使储能单元充电；当模糊控制量为-1时，控制光伏阵列模块中的第一断路器、储能装置模块中的第二断路器、直流负载模块中的第三断路器和交流负载模块中的第四断路器均闭合，采用最大功率点跟踪方法控制光伏阵列模块中的第一DC/DC变换器，并采取电压外环和电流内环的双闭环方法控制储能装置模块中的第二DC/DC变换器，使储能单元放电；当模糊控制量为0时，控制储能装置模块的第二断路器断开，并控制光伏阵列模块中的第一断路器、直流负载模块中的第三断路器和交流负载模块中的第四断路器均闭合，采用最大功率点跟踪方法控制光伏阵列模块中的第一DC/DC变换器；当模糊控制量为1时，控制光伏阵列模块中的第一断路器、储能装置模块中的第二断路器、直流负载模块中的第三断路器和交流负载模块中的第四断路器均闭合，采用最大功率点跟踪方法控制光伏阵列模块中的第一DC/DC变换器，并采取电压外环和电流内环的双闭环方法控制储能装置模块中的第二DC/DC变换器，使储能单元充电；当模糊控制量为2时，控制光伏阵列模块的第一断路器断开，并控制储能装置模块的第二断路器直流负载模块中的第三断路器和交流负载模块中的第四断路器均闭合，采用最大功率点跟踪方法控制光伏阵列模块中的第一DC/DC变换器，并采取电压外环和电流内环的双闭环方法控制储能装置模块中的第二DC/DC变换器，使储能单元放电。另一方面，本专利技术还提供一种光储直流微网系统的控制方法，包括：获取光伏阵列模块中光伏阵列的发电功率、储能装置模块中储能装置的荷电状态、交流负载模块中直流负载消耗的功率和交流负载模块中交流负载消耗的功率；根据所述发电功率、荷电状态、直流负载消耗的功率和交流负载消耗的功率，生成模糊控制量；通过模糊控制量对光储直流微网系统中的光伏阵列模块、储能装置模块、直流负载模块和交流负载模块进行控制，以实现光储直流微网的功率平衡。所述根据所述发电功率、荷电状态、直流负载消耗的功率和交流负载消耗的功率，生成模糊控制量，包括：当Pb＜0且SOC＜20％时，生成的模糊控制量为-2；当Pb＜0且SOC≥20％时，生成的模糊控制量为-1；当Pb＝0时，生成的模糊控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光储直流微网的控制系统，其特征在于，所述光储直流微网包括光伏阵列模块、储能装置模块、直流负载模块和交流负载模块，所述控制系统包括：采集单元，用于从光伏阵列模块中获取光伏阵列的发电功率，从储能装置模块中获取储能单元的荷电状态，从直流负载模块中获取直流负载消耗的功率以及从交流负载模块中获取交流负载消耗的功率；生成单元，用于根据所述发电功率、荷电状态、直流负载消耗的功率和交流负载消耗的功率生成模糊控制量；控制单元，用于通过模糊控制量对光伏阵列模块、储能装置模块、直流负载模块和交流负载模块进行控制，以实现光储直流微电网的功率平衡。

【技术特征摘要】
1.一种光储直流微网的控制系统，其特征在于，所述光储直流微网包括光伏阵列模块、储能装置模块、直流负载模块和交流负载模块，所述控制系统包括：采集单元，用于从光伏阵列模块中获取光伏阵列的发电功率，从储能装置模块中获取储能单元的荷电状态，从直流负载模块中获取直流负载消耗的功率以及从交流负载模块中获取交流负载消耗的功率；生成单元，用于根据所述发电功率、荷电状态、直流负载消耗的功率和交流负载消耗的功率生成模糊控制量；控制单元，用于通过模糊控制量对光伏阵列模块、储能装置模块、直流负载模块和交流负载模块进行控制，以实现光储直流微电网的功率平衡。2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述光伏阵列模块包括光伏阵列、第一DC/DC变换器和第一断路器；所述光伏阵列与第一DC/DC变换器的一端连接，所述第一DC/DC变换器的另一端通过第一断路器与直流母线连接。3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述储能装置模块包括储能单元、第二DC/DC变换器和第二断路器；所述储能单元与第二DC/DC变换器的一端连接，所述第二DC/DC变换器的另一端通过第二断路器与直流母线连接。4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述直流负载模块包括直流负载、第三DC/DC变换器和第三断路器；所述直流负载与第三DC/DC变换器的一端连接，所述第三DC/DC变换器的另一端通过第三断路器与直流母线连接。5.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述交流负载模块包括交流负载、DC/AC变换器和第四断路器；所述交流负载与DC/AC变换器的一端连接，所述DC/AC变换器的另一端通过第四断路器与直流母线连接。6.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述生成单元具体用于：当Pb＜0且SOC＜20％时，生成的模糊控制量为-2；当Pb＜0且SOC≥20％时，生成的模糊控制量为-1；当Pb＝0时，生成的模糊控制量为0；当Pb＞0且SOC＜90％时，生成的模糊控制量为1；当Pb＞0且SOC≥90％时，生成的模糊控制量为2；其中，Pb为光伏阵列的发电功率与负载消耗的功率之差，且Pb＝Ppv-Pload，Ppv为光伏阵列的发电功率，Pload为负载消耗的功率，Pload＝Pac-load+Pdc-load，Pdc-load为直流负载消耗的功率，Pac-load为交流负载消耗的功率；SOC为储能装置模块中储能单元的荷电状态。7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述控制单元具体用于：当模糊控制量为-2时，控制光伏阵列模块中的第一断路器和储能装置模块中的第二断路器闭合，并控制直流负载模块中的第三断路器和交流负载模块中的第四断路器断开，采用最大功率点跟踪方法控制光伏阵列模块中的第一DC/DC变换器，并采取电压外环和电流内环的双闭环方法控制储能装置模块中的第二DC/DC变换器，使储能单元充电；当模糊控制量为-1时，控制光伏阵列模块中的第一断路器、储能装置模块中的第二断路器、直流负载模块中的第三断路器和交流负载模块中的第四断路器均闭合，采用最大功率点跟踪方法控制光伏阵列模块中的第一DC/DC变换器，并采取电压外环和电流内环的双闭环方法控制储能装置模块中的第二DC/DC变换器，使储能单元放电；当模糊控制量为0时，控制储能装置模块的第二断路器断开，并控制光伏阵列模块中的第一断路器、直流负载模块中的第三断路器和交流负载模块中的第四断路器均闭合，采用最大功率点跟踪方法控制光伏阵列模块中的第一DC/DC变换器；当模糊控制量为1时，控制光伏阵列模块中的第一断路器、储能装置模块中的第二断路器、直流负载模块中的第三断路器和交流负载模块中的第四断路器均闭合，采用最大功率点跟踪方法控制光伏阵列模块中的第一DC/DC变换器，并采取电压外环和电流内环...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨波，崔红芬，李官军，伏祥运，张亮，岳付昌，孙海霞，朱立位，杨婷，余豪杰，桑丙玉，陆永灿，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国家电网有限公司，国网江苏省电力有限公司连云港供电分公司，南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32