一种含混合储能的光伏直流微电网协调控制方法技术

一种含混合储能的光伏直流微电网协调控制方法，包括搭建光伏发电系统的控制策略，使其运行在MPPT模式和CVC模式；将直流微电网的运行模式划分多个工作模式；建立低通滤波器模型，实现混合储能系统所承担的功率分配；通过超级电容与蓄电池各自承担的功率与端电压，计算出二者的工作电流；并通过储能装置的充放电电流参考值与实际工作电流进行比较，设计双向DC/DC变换器的控制方式；当直流微电网内光伏发电系统和储能装置不足以平抑系统中的功率波动、或储能装置故障无法参与调节时，通过双向DC/DC变换器将直流微电网并入大电网。本发明专利技术方法能够避免复杂的参数设定以及大量计算，控制灵活的同时考虑到了储能装置的使用寿命，提高了运行的经济性。提高了运行的经济性。提高了运行的经济性。

【技术实现步骤摘要】
一种含混合储能的光伏直流微电网协调控制方法


[0001]本专利技术涉及微电网控制
，具体涉及一种含混合储能的光伏直流微电网协调控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，以风能和太阳能为代表的分布式新能源发电渗透率不断升高，世界各国都更加关注新能源的发展，然而，风能和太阳能具有间歇性和随机性的特点，导致其发电时的输出功率存在不连续和不稳定的缺陷，若不采取适当的控制策略直接将其并入电网，将会对电网的安全可靠运行带来极大的影响。
[0003]低碳能源的迫切需求推动了微电网的发展，微电网是一种将分布式电源、储能装置、可控负荷等单元结合在一起的新型电网形式，存在交直流灵活供电模式并且可运行在孤岛和并网两种状态，近年来，直流微电网凭借其控制方法简单，不存在交流微网中的无功功率流动、频率控制以及功角稳定性等问题，得到了国内外专家的广泛关注，与交流微电网相比，直流微电网结构简单、转换环节少、能源效率高，发展迅速。
[0004]由于直流微电网中没有无功功率的流动，并且不需要考虑交流系统中频率、相位等复杂的控制，因此直流母线电压成为衡量直流微电网稳定运行的重要指标，由于可再生能源发电的间断性及负荷波动的不可预测性，需要将储能装置整合到直流微电网中，以维持正常电压水平下的功率平衡，而作为直流微电网的重要组成部分，储能系统在平抑系统功率波动、稳定系统母线电压方面有着非常重要作用：储能装置可以通过储存、释放能量的方式为电力系统提供能量支撑和功率补偿，另外，储能技术的发展将有效解决分布式发电单元与负荷需求之间的矛盾，提高整个微电网和大电网的供电稳定性。
[0005]然而，单一的储能装置很难满足高能量密度、高功率密度和使用寿命长等特点，这就需要将两种或者两种以上不同的储能元件组合成混合储能系统，在合适的控制策略下发挥出每种储能装置的优势，实现优势互补，对微电网的功率波动起到抑制作用。
[0006]在各种储能介质中，电池储能(Battery Energy Storage System,BESS)具有能量密度大、容量高、工艺成熟等优点；而超级电容(Supercapacitors,SC)具有高功率密度，响应速度快这一特点，能迅速对功率突变进行响应，且能频繁地进行充放电动作，在稳定电压和功率平衡方面有良好的发展前景，适用于具有可再生能源发电和负荷功率频繁波动的微电网场合，可以看出，蓄电池与超级电容优缺互补，蓄电池和超级电容结合而成的混合储能系统运用于微电网中，可以充分发挥两者的优势，充分满足微电网日益增长的功率和能量需求。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供一种含混合储能的光伏直流微电网协调控制方法，使用低通滤波器对超级电容和蓄电池所承担的功率进行分配，以充分利用两种不同类型储能装置的优势；另外，通过双向DC/DC变换器控制储能装置与直流母线侧能量的互送，有利于维持电力系统的
稳定运行。相较于传统方法，本专利技术方法能够避免复杂的参数设定以及大量计算，控制灵活的同时考虑到了储能装置的使用寿命，提高了运行的经济性。
[0008]本专利技术采取的技术方案为：
[0009]一种含混合储能的光伏直流微电网协调控制方法，包括以下步骤：
[0010]步骤一：搭建光伏发电系统的控制策略，使其运行在最大功率跟踪控制MPPT模式和恒压控制CVC模式；
[0011]步骤二：根据蓄电池与超级电容特点，将直流微电网的运行模式划分为多个工作模式；
[0012]步骤三：建立低通滤波器模型，通过低通滤波器实现混合储能系统所承担的功率分配；
[0013]步骤四：通过超级电容与蓄电池各自承担的功率与端电压，计算出二者的工作电流；并通过储能装置的充放电电流参考值与实际工作电流进行比较，设计双向DC/DC变换器的控制方式；
[0014]步骤五：当直流微电网内光伏发电系统和储能装置不足以平抑系统中的功率波动、或储能装置故障无法参与调节时，通过双向DC/DC变换器将直流微电网并入大电网，由大电网为直流微电网平抑系统中的功率波动。
[0015]所述步骤一中，在光伏发电系统接入Boost变换器，使其运行在最大功率跟踪控制MPPT模式和恒压控制CVC模式，最大功率跟踪控制MPPT模式用于寻求光伏电池的最优工作状态，用增量电导法来实现：
[0016]由光伏电池P
‑
U特性曲线可知，当光照强度与温度恒定时，电池的输出P
‑
U函数仅有一个极值，即dP/dU＝0时，光伏电池工作在最大功率点，且在最大功率点两侧dP/dU符号相反，对光伏电池的输出功率P求导，可得：
[0017][0018]令dP/dU＝0，代入式(1)，得：
[0019][0020]整理式(2)得光伏电池处于最大功率点时，电压U和电流I,满足：
[0021][0022]由上述分析可知：
[0023]当dI/dU>
‑
I/U时，U小于光伏电池的最大功率点电压U
m
，向电压增大方向进行扰动；
[0024]当dI/dU<
‑
I/U时，U大于光伏电池的最大功率点电压U
m
，向电压减小方向进行扰动；
[0025]当dI/dU＝
‑
I/U时，实现了最大功率点跟踪，光伏电池输出功率处在最大功率点处。
[0026]当系统正常运行时，光伏发电系统接入的Boost变换器工作在最大功率跟踪控制MPPT模式，以最大效率将太阳能转化为电能；
[0027]当系统在孤岛运行状况下，储能装置故障或无法参与调节直流母线电压时，或者在并网运行状态无法向直流微电网输送剩余功率时，Boost变换器采用恒压控制CVC模式，将采集到的直流母线电压U
dc
与其给定值U
dc_ref
进行比较，产生误差送入PI控制器，输出值经过PWM电路产生脉冲，通过控制IGBT的通断，来达到恒压控制的目的。
[0028]所述步骤二中，就直流微电网而言，不论其运行与孤岛或并网模式，必须保证其直流母线电压稳定；稳定直流母线电压则意味着负载与电源之间的功率达到了平衡状态，为了充分发挥蓄电池和超级电容各自的优势，稳定直流母线电压，定义ΔP为光伏发电系统输出功率与负荷所需功率之差，即ΔP＝P
pv
‑
P
load
，P
pv
与P
load
分别表示光伏发电系统输出功率与负荷所需功率，本专利技术提出一种利用功率分层点ΔP
lay
作为蓄电池与超级电容的工作模式切换点，当|ΔP|≥|ΔP
lay
|时，由超级电容承担系统中的功率波动，当|ΔP|<|ΔP
lay
|时，由蓄电池承担系统中的功率波动，根据各模块之间的控制要求不同，考虑到超级电容的容量一般较低，设置其端电压U
sc
在正常上下限U
sc_max
，U本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含混合储能的光伏直流微电网协调控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：搭建光伏发电系统的控制策略，使其运行在最大功率跟踪控制MPPT模式和恒压控制CVC模式；步骤二：根据蓄电池与超级电容特点，将直流微电网的运行模式划分为多个工作模式；步骤三：建立低通滤波器模型，通过低通滤波器实现混合储能系统所承担的功率分配；步骤四：通过超级电容与蓄电池各自承担的功率与端电压，计算出二者的工作电流；并通过储能装置的充放电电流参考值与实际工作电流进行比较，设计双向DC/DC变换器的控制方式；步骤五：当直流微电网内光伏发电系统和储能装置不足以平抑系统中的功率波动、或储能装置故障无法参与调节时，通过双向DC/DC变换器将直流微电网并入大电网，由大电网为直流微电网平抑系统中的功率波动。2.根据权利要求1所述一种含混合储能的光伏直流微电网协调控制方法，其特征在于：所述步骤一中，在光伏发电系统接入Boost变换器，使其运行在最大功率跟踪控制MPPT模式和恒压控制CVC模式，最大功率跟踪控制MPPT模式用于寻求光伏电池的最优工作状态，用增量电导法来实现：由光伏电池P
‑
U特性曲线可知，当光照强度与温度恒定时，电池的输出P
‑
U函数仅有一个极值，即dP/dU＝0时，光伏电池工作在最大功率点，且在最大功率点两侧dP/dU符号相反，对光伏电池的输出功率P求导，可得：令dP/dU＝0，代入式(1)，得：整理式(2)得光伏电池处于最大功率点时，电压U和电流I,满足：当dI/dU>
‑
I/U时，U小于光伏电池的最大功率点电压U
m
，向电压增大方向进行扰动；当dI/dU<
‑
I/U时，U大于光伏电池的最大功率点电压U
m
，向电压减小方向进行扰动；当dI/dU＝
‑
I/U时，实现了最大功率点跟踪，光伏电池输出功率处在最大功率点处；当系统正常运行时，光伏发电系统接入的Boost变换器工作在最大功率跟踪控制MPPT模式，以最大效率将太阳能转化为电能；当系统在孤岛运行状况下，储能装置故障或无法参与调节直流母线电压时，或者在并网运行状态无法向直流微电网输送剩余功率时，Boost变换器采用恒压控制CVC模式，将采集到的直流母线电压U
dc
与其给定值U
dc_ref
进行比较，产生误差送入PI控制器，输出值经过PWM电路产生脉冲，通过控制IGBT的通断，来达到恒压控制的目的。3.根据权利要求1所述一种含混合储能的光伏直流微电网协调控制方法，其特征在于：所述步骤二中，定义ΔP为光伏发电系统输出功率与负荷所需功率之差，即ΔP＝P
pv
‑
P
load
，P
pv
与P
load
分别表示光伏发电系统输出功率与负荷所需功率，利用功率分层点ΔP
lay
作为蓄
电池与超级电容的工作模式切换点，当|ΔP|≥|ΔP
lay
|时，由超级电容承担系统中的功率波动，当|ΔP|<|ΔP
lay
|时，由蓄电池承担系统中的功率波动，根据各模块之间的控制要求不同，考虑到超级电容的容量一般较低，设置其端电压U
sc
在正常上下限U
sc_max
，U
sc_min
内工作；考虑到蓄电池不能频繁充放电的特点，设置其SOC在正常的上下限SOC
max
、SOC
min
范围内工作。4.根据权利要求3所述一种含混合储能的光伏直流微电网协调控制方法，其特征在于：所述步骤二中，将直流微电网的运行模式划分为8个工作模式：模式1：当ΔP>0时，此时光伏发电系统输出功率大于负载所需功率，若ΔP>ΔP
lay
，且U
sc
≤U
sc_max
，则光伏发电系统发电不仅可以满足负载的需求，而且功率盈余较多，能够为超级电容提供一定的能量，此时超级电容进入充电状态，当超级电容的端电压大于其限充最大值时，切换到模式2；模式2：在模式1的状态下，若U
sc
>U
sc_max
，此时超级电容停止运行，系统中的功率波动由蓄电池承担，此时光伏发电系统发电不仅可以满足负载的需求，还能够为蓄电池提供一定的能量，蓄电池进入充电状态，当蓄电池的SOC达到其限充最大值时，混合储能装置退出运行，此时将直流微电网并入大电网，将系统中多余的功率传送到大电网；模式3：当ΔP>0时，此时光伏发电系统输出功率大于负载所需功率，若ΔP≤ΔP
lay
,且SOC
bat
≤SOC
max
，则光伏发电系统发电虽然可以满足负载的需求，但功率盈余较少，能够为蓄电池提供一定的能量，此时蓄电池进入充电状态，当蓄电池的SOC达到其限充最大值时，切换到模式4；模式4：在模式3的状态下，此时SOC
bat
>SOC
max
，蓄电池停止运行，系统中的功率波动由超级电容承担，此时光伏发电系统发电不仅可以满足负载的需求，还能够为超级电容提供一定的能量，超级电容进入充电状态，当超级电容的端电压达到其限充最大值时，混合储能装置退出运行，此时将直流微电网并入大电网，将系统中多余的功率传送到大电网；模式5：当ΔP<0时，此时光伏发电系统输出功率小于负载所需功率，若ΔP≤
‑
ΔP
lay
,且U
sc
≥U
sc_min
，则光伏发电系统发电不足以满足负载的需求，而且功率缺额较大，此时由超级电容提供一定的能量支撑，超级电容进入放电状态，当超级电容的端电压下降至其限放最小值时，切换到模式6；模式6，在模式5的状态下，若U
sc
<U
sc_min
，此时超级电容停止运行，系统中的功率波动由蓄电池承担，此时光伏发电系统发电不足以满足负载需求，由蓄电池提供一定的能量支撑，蓄电池进入放电状态，当蓄电池的SOC小于其限放最小值时，混合储能装置退出运行，此时将直流微电网并入大电网，由大电网为系统中的功率缺额提供支撑；模式7：当ΔP<0时，此时光伏发电系统输出功率小于负载所需功率，若ΔP>
‑
ΔP
lay
,且SOC
bat
≥SOC
min
，则光伏发电系统发电不足以满足负载的需求，而且功率缺额较小，此时由蓄电池提供一定的能量支撑，蓄电池进入放电状态；当蓄电池的SOC下降至其限放最小值时，切换至模式8；模式8：在模式7的状态下，若SOC
bat
<SOC
min
，此时蓄电池停止运行，系统中的功率波动由超级电容承担，光伏发电系统发电不足以满足负载的需求，此时由超级电容提供一定的能量支撑，超级电容进入放电状态，当超级电容的端电压小于其限放最小值时，混合储能装置退出运行，此时将直流微电网并入大电网，由大电网为系统中的功率缺额提供支撑...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘道兵，鲍志阳，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：