一种直流微网孤岛状态下的光伏和储能协同控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种直流微网孤岛状态下的光伏和储能协同控制系统，包括直流微网、光伏控制子系统和储能控制子系统，本发明专利技术通过检测和反馈母线电压以调整光伏输出，通过检测和反馈当前储能的SOC和输出功率来调整输出电压，实现最大功率输出控制和功率削减控制，无需复杂的控制模式切换，同时利用两个钝化调节单元降低信号传递灵敏度，适当减少输出电压的瞬时变化幅度，进一步提高稳定性。进一步提高稳定性。进一步提高稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种直流微网孤岛状态下的光伏和储能协同控制系统


[0001]本专利技术涉及光伏储能控制领域，特别涉及一种直流微网孤岛状态下的光伏和储能协同控制系统。

技术介绍

[0002]直流微网在接入直流负荷和直流电源方面相较于交流网有其独特优势：1）只需一级DC/DC变流器，无需DC/AC或AC/DC在交流和直流之间的转换，从而有更高的能量利用效率；2）较少的电力电子变流设备从而减少了故障发生率；3）较少的功率器件从而缩减了设备投资费用。光伏是当前大力发展的新能源之一，其具有压控直流源特性，使得光伏在直流微网中可以被更加高效的利用，所以，基于光伏组网的直流微网受到了越来越多的关注。然而，光伏发电受环境影响具有随机性和间断性，直流微网内光伏电源输出功率的波动会造成母线电压不稳定而影响负荷运行，故需要额外的电压源来平抑母线电压波动。
[0003]基于光伏组网的直流微网一般工作在联网和孤岛两种模式：联网模式和孤岛模式。联网模式下，光伏电源工作在最大功率跟踪模式，电网作为电压源消纳功率波动，稳定母线电压。孤岛模式下，一般会配备储能电池以消纳功率波动，但是因储能容量的有限性和充放电功率的限制，为了防止储能的过充和过放现象，往往需要对光伏的输出加以控制而不是单纯的维持在最大功率输出。传统的方式，一般采用集中式控制，通过中央控制器采集光伏，储能和负荷的信息后，经处理运算，对各单元的运行状态进行调整。但是，集中式的控制方式不仅需要额外通信线路成本，而且对中央处理单元的安全性要求较高，若发生故障则可能导致整个直流微网的瘫痪。因此，寻找一种简洁可靠的孤岛状态下的直流微网光储协同控制方法，成了目前亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术一般采用集中式控制导致安全性和稳定性较低的问题，本专利技术提供了一种直流微网孤岛状态下的光伏和储能协同控制系统，通过直流微网、光伏控制子系统和储能控制子系统的结构，无需额外的通信线路，光伏和储能均只需采集本地信号做出反馈控制，即减少了光伏的控制复杂度，又可被动调整储能SOC以避免过充和过放，具有较高的稳定性和安全性。
[0005]以下是本专利技术的技术方案。
[0006]一种直流微网孤岛状态下的光伏和储能协同控制系统，包括直流微网、光伏控制子系统和储能控制子系统，其中：所述光伏控制子系统包括：光伏发电单元、光伏钝化调节单元、光伏外环控制单元及光伏内环控制单元，所述光伏发电单元通过Buck电路接入直流微网，所述光伏外环控制单元用于生成参考信号，所述光伏内环控制单元用于根据光伏输出信号和参考信号生成脉
宽调制波（PWM）驱动Buck电路中的功率器件，使光伏发电单元根据直流母线电压信号做出调整，所述光伏钝化调节单元设置在光伏外环控制单元与光伏内环控制单元之间，用于降低信号传递灵敏度；所述储能控制子系统包括：储能电池、储能钝化调节单元、储能外环控制单元及储能内环控制单元，所述储能电池通过双向Buck
‑
Boost电路接入直流微网，所述储能外环控制单元用于根据储能电池SOC和输出电流生成参考电压，所述储能内环控制单元用于根据参考电压和输出电压生成脉宽调制波（PWM）驱动双向Buck
‑
Boost电路中的功率器件，使储能电池根据自身SOC和输出电流调整输出电压，所述储能钝化调节单元设置在储能外环控制单元与储能内环控制单元之间，用于降低信号传递灵敏度。
[0007]本专利技术通过检测和反馈母线电压以调整光伏输出，通过检测和反馈当前储能的SOC和输出功率来调整输出电压，实现最大功率输出控制和功率削减控制，无需复杂的控制模式切换，同时利用两个钝化调节单元降低信号传递灵敏度，适当减少输出电压的瞬时变化幅度，进一步提高稳定性。
[0008]作为优选，所述光伏外环控制单元用于执行以下步骤：采用V
‑
dp/dv下垂控制生成参考信号，控制公式为：（3）；其中是光伏发电单元输出dp/dv参考值，是额定值，m是下垂系数，V是母线电压，是额定电压。的值指示光伏输出功率的大小，当负载增加时，母线电压会降低，这将导致减少，而增加，即输出功率增加；反之亦然。
[0009]作为优选，所述光伏内环控制单元用于执行以下步骤：通过采集光伏输出电压和电流值计算，与参考值作差后经过比例积分模块生成脉宽调制波（PWM），以实现dp/dv的跟踪。
[0010]作为优选，所述储能外环控制单元用于执行以下步骤：采用基于SOC的V
‑
I下垂控制策略，以生成参考电压，控制公式为：（4）；其中是输出参考电压，是额定电压，是输出电流，SOC是荷电状态，n,k都是下垂系数。
[0011]作为优选，所述储能内环控制单元用于执行以下步骤：通过采集Buck
‑
Boost电路中变流器输出端口侧电压V与参考电压作差，经比例积分后生成脉宽调制波驱动Buck
‑
Boost电路中的功率器件，以实现对参考电压的跟踪。
[0012]作为优选，当有两个及以上储能电池同时作为电压源输出来维持母线电压时，储能电池之间根据容量和荷电状态进行功率分担，SOC较大的储能电池承担更多的功率输出。
[0013]作为优选，所述光伏钝化调节单元包括：光伏存储模块，用于接收光伏外环控制单元输出的参考信号，并以预设延时t作为时间间隔进行记录；光伏缓冲模块，用于根据存储模块记录的参考信号以时间轴为横坐标绘制连续曲线，将曲线中t时刻前的参考信号值替代当前的参考信号输出至光伏内环控制单元，以实现参考信号的延时。
[0014]本专利技术的光伏钝化调节单元中，预设延时t的设置将直接影响钝化程度，如t为0则不进行钝化，当t大于0时，会按固定时间间隔接收光伏外环控制单元输出的参考信号，因此接收的数据表现在坐标系中为若干单独的点，绘制连续曲线后，光伏钝化调节单元的输出值将从中提取，因此输出值是连续而非间断的，替代参考信号输出至光伏内环控制单元后可实现参考信号的延时钝化。
[0015]作为优选，所述储能钝化调节单元包括：储能存储模块，用于接收储能外环控制单元输出的参考电压，并以预设延时t作为时间间隔进行记录；储能缓冲模块，用于根据存储模块记录的参考电压以时间轴为横坐标绘制连续曲线，将曲线中t时刻前的参考电压值替代当前的参考电压输出至储能内环控制单元，以实现参考电压的延时。
[0016]储能钝化调节单元的工作原理与上述光伏钝化调节单元相似，这两个单元的实际效果以特殊情况为例，如在某段时间内参考电压呈方波，则将存储模块记录的点连成曲线时出现的可能是三角波或正弦波，因此原本瞬时变化的信号经过该单元后将变成以一定斜率变化的信号且具有延时输出的特性。
[0017]本专利技术的实质性效果包括：可以使光伏和储能之间无需额外通信线路，仅依靠直流电压信号进行协同控制；光伏使用统一的控制指令实现最大功率输出控制和功率削减控制，无需复杂的控制模式切换；储能之间可以根据各自荷电状态和各自容量分担功率，可以避免储能的过充和过放；利用钝化单元可以增加输出变化的平稳性。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直流微网孤岛状态下的光伏和储能协同控制系统，包括直流微网、光伏控制子系统和储能控制子系统，其特征在于，所述光伏控制子系统包括：光伏发电单元、光伏钝化调节单元、光伏外环控制单元及光伏内环控制单元，所述光伏发电单元通过Buck电路接入直流微网，所述光伏外环控制单元用于生成参考信号，所述光伏内环控制单元用于根据光伏输出信号和参考信号生成脉宽调制波驱动Buck电路中的功率器件，使光伏发电单元根据直流母线电压信号做出调整，所述光伏钝化调节单元设置在光伏外环控制单元与光伏内环控制单元之间，用于降低信号传递灵敏度；所述储能控制子系统包括：储能电池、储能钝化调节单元、储能外环控制单元及储能内环控制单元，所述储能电池通过双向Buck
‑
Boost电路接入直流微网，所述储能外环控制单元用于根据储能电池SOC和输出电流生成参考电压，所述储能内环控制单元用于根据参考电压和输出电压生成脉宽调制波驱动双向Buck
‑
Boost电路中的功率器件，使储能电池根据自身SOC和输出电流调整输出电压，所述储能钝化调节单元设置在储能外环控制单元与储能内环控制单元之间，用于降低信号传递灵敏度。2.根据权利要求1所述的一种直流微网孤岛状态下的光伏和储能协同控制系统，其特征在于，所述光伏外环控制单元用于执行以下步骤：采用V
‑
dp/dv下垂控制生成参考信号，控制公式为：
ꢀꢀ
(1) ；其中是光伏发电单元输出dp/dv参考值，是额定值，m是下垂系数，是母线电压，是额定电压。3.根据权利要求2所述的一种直流微网孤岛状态下的光伏和储能协同控制系统，其特征在于，所述光伏内环控制单元用于执行以下步骤：通过采集光伏输出电压值和电流值计算，与参考值作差后经过比例积分模块生成脉宽调制波，以实现dp/dv的跟踪。4.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：施亦治，金建新，廖鸿图，温兴达，林启待，黄益宏，朱昌毅，林道总，黄文斌，林达，陈伟，洪彬峰，倪佳华，项基，
申请(专利权)人：平阳县昌泰电力实业有限公司国网浙江省电力有限公司电力科学研究院国网浙江省电力有限公司温州供电公司温州图盛控股集团有限公司浙江大学，
类型：发明
国别省市：