一种单相并网架构的光储发电系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术属于新能源电力技术领域，具体涉及一种单相并网架构的光储发电系统及其控制方法，所述光储发电系统主要包括光伏发电模块、储能模块及混合控制模块；所述光伏系统采用最大功率跟踪(MPPT)控制方式，储能系统由双脉冲宽度调制(PWM)，混合控制模块由比例谐振(PR)和比例积分微分(PID)协同调控；其中，光伏电池阵列和蓄电池产生电力分别经逆变单元以供电给并网端，同时蓄电池可存储来自光伏电池阵列的多余电力，该协同控制策略能够使整个系统在各模式下稳定运行且实现自动控制，不仅同时解决光伏发电的间歇波动、混合储能系统的复杂性与单一并网控制过程中电能质量不理想的问题，且可以有效降低谐波畸变来实现高性能并网。且可以有效降低谐波畸变来实现高性能并网。且可以有效降低谐波畸变来实现高性能并网。

【技术实现步骤摘要】
一种单相并网架构的光储发电系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及新能源电力
，具体而言，涉及一种单相并网架构的光储发电系统及控制方法。

技术介绍

[0002]目前，城市化和智能化的进程促使全球用电量急剧增长。但是，主要的电力仍来源于传统的化石燃料，其储量有限且伴随着使用会加剧全球变暖及能源危机的趋势。因此，中国正在大力开拓太阳能、氢能、风能等可再生新能源，并从政策上扶持和加快建设新能源占比更高的新型电网系统与电力机制。使用光伏发电是被认为解决当下能源供应与环境问题的最有效措施，但由于光照资源的间歇性和波动性，并网过程中常配置相应的储能系统以稳定光伏发电的出力和功率波动问题，从而保证电网运行的可靠性及高效性。
[0003]针对并网过程中光伏发电的出力和功率波动问题，目前通过混合储能装置可有效地形成优势互补以缓解光伏中存在的功率波动，但混合储能单元增加了系统的复杂性和易控性，因而逆变单元的输出对前级功率的跟踪能力往往需要更复杂的控制，这在一定程度上使得并网技术变得复杂，导致容易出现单一并网控制过程中电能质量不理想的问题，并且提高了电力成本。
[0004]公开号CN115085241A公开了一种交流直接并网型电池储能系统的功率变换方法，所述交流直接并网型电池储能系统包括若干个储能模块，每个储能模块均包括A、B、C三个由上桥臂和/或下桥臂组成的相单元，各桥臂均采用多个全控制型电池模块串联后再与电抗器串联而成，各储能模块中所有上桥臂的高压端共接构成该储能模块的正极直流母线；此专利技术的混合储能单元增加了系统的复杂性和易控性，使得逆变单元的输出对前级功率的跟踪能力需要更复杂的控制，使得并网技术变得复杂，导致容易出现单一并网控制过程中电能质量不理想的问题，并且提高了电力成本。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种单相并网架构的光储发电系统及控制方法，采用协同控制策略能够使整个系统在各模式下稳定运行且实现自动控制，不仅同时解决光伏发电的间歇波动、混合储能系统的复杂性与单一并网控制过程中电能质量不理想的问题，且可以有效降低谐波畸变来实现高性能并网。
[0006]
技术实现思路
具体如下文：
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供的一种单相并网架构的光储发电系统，所述光储发电系统包括光伏发电模块、储能模块、混合控制模块；
[0008]所述光伏发电模块包括光伏电池阵列、Boost逆变单元以及MPPT控制器，所述光伏发电模块采用最大功率跟踪(MPPT)进行控制，所述Boost逆变单元为Boost逆变器，所述Boost逆变器的输入端接光伏电池阵列的输出端，其中MPPT控制器对光伏电池输出电压和电流进行追踪产生PWM信号作为Boost逆变器的门极控制；
[0009]所述储能模块包括蓄电池及双向DC
‑
AC逆变单元，并通过双脉冲宽度调制(PWM)，所述双向逆变单元的输入端接蓄电池输出端，其输出端与Boost逆变单元的输出端并联在交流母线上与电网连接；
[0010]所述混合控制模块包括PR控制器和PID控制器，所述混合控制模块采用串并结构，分两组并网信号分别连接光伏模块和储能模块的PWM输入端构成闭环回路，所述闭合回路满足双闭环条件，即并网有功外环和电流电压内环，所述混合控制模块使用比例谐振(PR)控制和比例积分微分(PID)控制方法，并采用PR与PID协同调控策略以实现恒功率并网。
[0011]进一步地，所述最大功率跟踪采用电导增量法MPPT，根据光伏电池输出功率随电压的变化率来改变控制信号进而完成最大功率点追踪。
[0012]进一步地，所述最大功率点跟踪可根据如下公式得出，所述公式为：
[0013][0014]由上述公式可得，当输出电流I对输出电压U的电导等于输出电流I与输出电压U比的负值时，光伏电池阵列工作在最大功率点处。
[0015]进一步地，所述双脉冲宽度调制采用电压电流双闭环控制方案，定量判断产生两组PWM信号分别控制双向逆变单元的开通与关断状态。
[0016]进一步地，所述双向DC/AC变换单元有两种工作模式，其工作模式分别为Buck模式和Boost模式。
[0017]进一步地，所述PR与PID协同控制策略，即逆变器将输出电压通过PID控制器校正后作为并网电流指令值的幅值，然后通过采样并网电流信号进行比较误差再经过PR控制器得到输出电压参考值，最后以PWM模块调制产生开关管控制信号。
[0018]进一步地，并网有功外环的内环是电流电压环，外环是有功功率控制环。
[0019]进一步地，所述并网有功外环通过系统功率平衡决定蓄电池电流内环的幅值。
[0020]一种单相并网架构的光储发电系统的控制方法，包括以下步骤：
[0021]S1：采用上述单相并网架构的光储发电系统；
[0022]S2：步骤S1中，光储发电系统的光伏发电模块通过Boost逆变单元向电网输出电能并与之进行交互；储能模块中的蓄电池作为备用储能补偿光伏出力与电网需求间的功率差额；混合控制模块中采用协同控制策略用以提高逆变器输出电流对前级功率的跟踪能力，并通过补偿电能质量问题来维持光储系统实现高效并网；
[0023]S3：步骤S2中光储发电系统根据光照强度情况，切换为合适的运行模式；
[0024]S4：应用混合控制模块中PR与PID协同控制策略，当系统在光照强度饱和时，采用运行模式一，即光伏发电模块中Boost逆变单元进行MPPT控制，储能模块中双向DC
‑
AC逆变单元工作切换为Buck模式，光伏发电模块向并网侧直接提供电能并将多余电量储存在储能模块中；
[0025]S5：应用PR与PID协同控制策略，当系统在光照强度薄弱或无光照强度时，采用运行模式二，即光伏发电模块中Boost逆变单元进行MPPT控制，储能模块中双向DC
‑
AC逆变单元工作切换为Boost模式，光伏发电模块与储能电池模块协同工作或储能模块独自工作向并网侧提供电能；
[0026]S6：应用PR与PID协同控制策略，当系统在光照强度适宜时，采用运行模式三，即整
个光储发电系统在上述步骤S4和步骤S5的运行模式下稳定运行且能够实现自控切换，光伏发电模块直接向电网供电；
[0027]S7：在上述步骤S4、S5以及S6的运行模式中，经过电压电流双闭环PID控制所产生的两组PWM信号分别控制双向DC
‑
AC变换单元电路的开通与关断状态，并根据并网状况自动切换和调配功率的流动方向。
[0028]进一步地，所述步骤S2中协同控制策略结合控制器的特征传递函数式，可以得到系统的闭环传递函数为：
[0029][0030]上式无限趋近于1，即I
out(s)
≈I
ref(s)
时，PR控制器在基波频率处呈现的增益无穷大。
[0031]本专利技术提供的一种单相并网架构的光储发电系统及控制方法的有益效果在于：与现有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单相并网架构的光储发电系统，其特征在于，所述光储发电系统包括光伏发电模块、储能模块、混合控制模块；所述光伏发电模块包括光伏电池阵列、Boost逆变单元以及MPPT控制器，所述光伏发电模块采用最大功率跟踪进行控制，所述Boost逆变单元为Boost逆变器，所述Boost逆变器的输入端接光伏电池阵列的输出端，其中MPPT控制器对光伏电池输出电压和电流进行追踪产生PWM信号作为Boost逆变器的门极控制；所述储能模块包括蓄电池及双向DC
‑
AC逆变单元，并通过双脉冲宽度调制，所述双向逆变单元的输入端接蓄电池输出端，其输出端与Boost逆变单元的输出端并联在交流母线上与电网连接；所述混合控制模块包括PR控制器和PID控制器，所述混合控制模块采用串并结构，分两组并网信号分别连接光伏模块和储能模块的PWM输入端构成闭环回路，所述闭合回路满足双闭环条件，即并网有功外环和电流电压内环，所述混合控制模块使用比例谐振控制和比例积分微分的控制方法，并采用PR与PID协同调控策略以实现恒功率并网。2.根据权利要求1所述的一种单相并网架构的光储发电系统，其特征在于，所述最大功率跟踪采用电导增量法MPPT，根据光伏电池输出功率随电压的变化率来改变控制信号进而完成最大功率点追踪。3.根据权利要求2所述的一种光储发电系统，其特征在于，所述最大功率点跟踪可根据如下公式得出，所述公式为：由上述公式可得，当输出电流I对输出电压U的电导等于输出电流I与输出电压U比的负值时，光伏电池阵列工作在最大功率点处。4.根据权利要求1所述的一种单相并网架构的光储发电系统，其特征在于，所述双脉冲宽度调制采用电压电流双闭环控制方案，定量判断产生两组PWM信号分别控制双向逆变单元的开通与关断状态。5.根据权利要求1所述的一种单相并网架构的光储发电系统，其特征在于，所述双向DC/AC变换单元有两种工作模式，其工作模式分别为Buck模式和Boost模式。6.根据权利要求1所述的一种单相并网架构的光储发电系统，其特征在于，所述PR与PID协同控制策略，即逆变器将输出电压通过PID控制器校正后作为并网电流指令值的幅值，然后通过采样并网电流信号进行比较误差再经过PR控制器得到输出电压参考值，最后以PWM模块调制产生开关管控制信号。7.根据权利要求1所述的一种单相并网架构的光储发电系统，其特征在于，所述并网有功外环的内环是电流电压环，外环是有功功率控制环。8.根据权利要求7所述的一种单相并网架构的光储发电系统，其特征在于，所述并网有功外环通过系统功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄迪，王阔，李振南，周海鑫，郭超荣，冯芷民，
申请(专利权)人：湖南工业大学，
类型：发明
国别省市：