【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力电子，应用于电力变换与控制过程中，具体涉及一种户用光伏储能逆变器及其功率控制方法。
技术介绍
1、户用储能系统通常由光伏组件、并离网逆变器、储能电池、电网组成；由于用户使用场景的不同，户用储能系统需要在不同的工作模式下运行，例如自发自用模式、分时电价模式、电池优先模式和离网模式等。在不同的应用场景与运行工况下，户用储能系统对功率的流向及控制方式都不相同。
2、现有理论与技术涉及如下内容：
3、专利号cn202111301881.7提供了一种储能逆变器电池充放电控制方法和控制电路，解决了传统储能逆变器光伏能量无法最优控制的问题，最大限度降低了用户电费开销。该技术使用ac侧功率作为控制对象来作用在电池侧，控制电流的给定电流从而控制电池充放电电流。由于该技术交流侧和直流侧控制不解耦，适用场景有限，无法满足户用光伏储能逆变器多工作模式的控制需求。
4、专利号cn202110007605.3提供了一种可包含储能的光伏并网逆变器多模控制方法，解决了传统光伏并网逆变器无储能单元，光伏处理过剩引起配电网电压越限的问题。该技术提出稳定直流母线并增强系统稳定性的方法，提出包含储能单元在直流侧或交流测的方式，以减少传统光伏并网逆变器的改造升级费用。该技术的储能单元采用恒功率控制，同样无法满足户用光伏储能逆变器多种工作模式的控制需求。
5、专利号cn202210560323.0提供了一种混合储能逆变器离网模式下电池充放电电流控制方法，解决了电池过充问题；但该技术未涉及并网模式下的功率控制
6、专利号cn201711307812.0提供了一种离并网光伏储能逆变器功率控制方法，可减少用户对系统的有功无功消耗，减少对电网的冲击，平滑输出功率。然而该技术中需要不断采集电网功率、电池功率、光伏功率，再经过复杂的逻辑运算给定功率流向，控制逻辑过于复杂。
7、专利号cn201510276580.1提供了一种光储微网并网发电系统的控制方法，其改善了电能质量，解决了光伏发电弃电问题，提高了光伏发电利用率；但是该技术也仍然不能解决户用光伏储能逆变器多工作模式下的功率控制问题。
8、由此可见，现有技术在户用光伏储能逆变器及其多工作模式下的功率控制始终存在不足，缺乏结构及控制策略的改进，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、基于
技术介绍
中的现状，本专利技术的目的在于解决现有技术中户用光伏储能逆变器在多工作模式下的功率控制能力的局限性，因此提出一种户用光伏储能逆变器及其功率控制方法。本专利技术可以有效实现自发自用、分时电价、电池优先等模式的功率控制，在不同工作模式与系统配置下实现功率的智能管理，从而最大化利用光伏能量，提高户用储能系统的稳定性。
2、本专利技术采用了以下技术方案来实现目的：
3、一种户用光伏储能逆变器，包括光伏单元、储能电池、单向dc/dc变换器、双向dc/dc变换器、双向dc/ac变换器、直流母线电容器和并离网切换模块；光伏单元与单向dc/dc变换器电连接，光伏单元用于输出电能至单向dc/dc变换器；单向dc/dc变换器通过直流母线电容器分别电连接双向dc/dc变换器和双向dc/ac变换器，单向dc/dc变换器用于将接收的电能升压后输出至直流母线电容器；双向dc/dc变换器与储能电池电连接，双向dc/ac变换器通过滤波器分别电连接负载和并离网切换模块，并离网切换模块与电网电连接。
4、本专利技术同时提供一种户用光伏储能逆变器的功率控制方法，所述方法的硬件基础为前述的户用光伏储能逆变器；在方法中，通过单向dc/dc控制策略，采用电压外环电流内环的双闭环控制方式，追踪光伏输入最大功率并控制直流母线恒压；通过双向dc/dc控制策略，使储能电池工作于充电模式或放电模式或母线稳压模式；通过双向dc/ac控制策略，向电网进行馈能并控制直流母线恒压；通过三种控制策略的组合，使户用光伏储能逆变器工作于自发自用模式或分时电价模式或电池优先模式。
5、具体的，在户用光伏储能逆变器的自发自用模式中，单向dc/dc变换器稳定直流母线和最大mppt追踪，双向dc/dc变换器工作于母线稳压模式；在光伏单元的输出电能充足时，首先满足负载供电与储能电池充电，剩余电能供应给电网；在光伏单元的输出电能不足时，光伏单元与储能电池共同为负载供电；在光伏单元与储能电池的共同供电也不能满足负载需求时，剩余需求电能由电网通过双向dc/ac变换器提供。
6、具体的，在户用光伏储能逆变器的分时电价模式中，充电时间段时，单向dc/dc变换器稳定直流母线和最大mppt追踪，双向dc/dc变换器工作于充电模式；在光伏单元的输出电能充足时，首先向储能电池充电，剩余电能为负载供电；当满足储能电池充电与负载供电后，还剩余有电能时则供应给电网；在光伏单元的输出电能不足时，光伏单元与电网共同为储能电池充电，并由电网通过双向dc/ac变换器为负载供电，并稳定直流母线；
7、放电时间段时，单向dc/dc变换器稳定直流母线和最大mppt追踪，双向dc/dc变换器工作于放电模式；光伏单元与储能电池共同为负载供电，并将剩余电能通过双向dc/ac变换器为电网馈能；
8、非充放电时间段时，单向dc/dc变换器稳定直流母线和最大mppt追踪，双向dc/dc变换器工作于母线稳压模式；在光伏单元的输出电能充足时，首先向负载供电，剩余电能为储能电池充电；当满足负载供电与储能电池充电后，还剩余有电能时则供应给电网；在光伏单元的输出电能不足时，光伏单元与储能电池共同为负载供电，并由电网通过双向dc/ac变换器为负载提供剩余电能。
9、具体的，在户用光伏储能逆变器的电池优先模式中，光伏单元接入时，单向dc/dc变换器稳定直流母线和最大mppt追踪，双向dc/dc变换器工作于充电模式；在光伏单元的输出电能充足时，将储能电池的充电优先级设定为最高，光伏单元优先为储能电池充电，剩余电能为负载供电；当满足储能电池充电与负载供电后，还剩余有电能时则供应给电网；在光伏单元的输出电能不足时，光伏单元与电网共同为储能电池充电，并由电网通过双向dc/ac变换器为负载供电，并稳定直流母线。
10、综上所述，由于采用了本技术方案，本专利技术的有益效果如下：
11、本专利技术可用于对户用光伏储能逆变器在不同工作模式及工作状态下的功率控制，从而具备自发自用、分时电价和电池优先等多种功能模式的选择效果，实现光伏发电自发自用、余额上网、削峰填谷、电网支撑和后备电源等功能，最大化利用光伏单元能量。
12、通过单向dc/dc变换器、双向dc/dc变换器、双向dc/ac变换器调节直流母线电容电压，本专利技术可完成多种工作模式下的功率控制过程，其控制方案简洁、系统稳定可靠。因此，本专利技术无需现有控制方案中计算光伏功率、电池功率、电网功率、负载功率等众多变量来完成功率调节的复杂计算逻辑，有效提高了系本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种户用光伏储能逆变器，其特征在于：包括光伏单元、储能电池、单向DC/DC变换器、双向DC/DC变换器、双向DC/AC变换器、直流母线电容器和并离网切换模块；光伏单元与单向DC/DC变换器电连接，光伏单元用于输出电能至单向DC/DC变换器；单向DC/DC变换器通过直流母线电容器分别电连接双向DC/DC变换器和双向DC/AC变换器，单向DC/DC变换器用于将接收的电能升压后输出至直流母线电容器；双向DC/DC变换器与储能电池电连接，双向DC/AC变换器通过滤波器分别电连接负载和并离网切换模块，并离网切换模块与电网电连接。
2.一种户用光伏储能逆变器的功率控制方法，其特征在于：所述方法的硬件基础为权利要求1所述的户用光伏储能逆变器；在方法中，通过单向DC/DC控制策略，采用电压外环电流内环的双闭环控制方式，追踪光伏输入最大功率并控制直流母线恒压；通过双向DC/DC控制策略，使储能电池工作于充电模式或放电模式或母线稳压模式；通过双向DC/AC控制策略，向电网进行馈能并控制直流母线恒压；通过三种控制策略的组合，使户用光伏储能逆变器工作于自发自用模式或分时电价模式或电池优先
3.根据权利要求2所述的户用光伏储能逆变器的功率控制方法，其特征在于：在单向DC/DC控制策略中，通过光伏输出电压UPv和光伏输出电流IPv进行光伏最大功率跟踪计算，得出光伏发电最大功率点电压UPvRef，作为电压给定，与光伏输出电压UPv进行比较，得到的差值输入第一PI控制器，第一PI控制器输出第一光伏电流IPvRef1；同时，将第一直流母线给定电压UdcRef1与直流母线电压udc进行比较，得到的差值输入第二PI控制器，第二PI控制器输出第二光伏电流IPvRef2；将第一光伏电流IPvRef1和第二光伏电流IPvRef2送至第一选择器，第一选择器输出其中的较小值，作为光伏电流内环给定值IPvRef；将光伏电流内环给定值IPvRef与光伏输出电流IPv进行比较，得到的差值输入第三PI控制器，第三PI控制器输出调制信号，控制单向DC/DC变换器动作，令光伏单元在恒压工作时，直流母线电压稳定，同时在进行光伏最大功率跟踪时，令光伏单元以最大功率输出；
4.根据权利要求2所述的户用光伏储能逆变器的功率控制方法，其特征在于：在双向DC/DC控制策略中，当储能电池工作于充电模式时，采用电压外环、限流环和电流内环的控制方式，将充电给定电压UbatRef和电池电压Ubat进行比较，得到的差值输入第四PI控制器，第四PI控制器输出第一电池电流IbatRef1；同时，将充电给定电流IchgRef和电池电流Ibat进行比较，得到的差值输入第五PI控制器，第五PI控制器输出第二电池电流IbatRef2；将第一电池电流IbatRef1和第二电池电流IbatRef2送至第二选择器，第二选择器输出其中的较小值，作为第一电池电流内环给定值ILRef1；将第一电池电流内环给定值ILRef1与充放电限流电流ILbat进行比较，得到的差值输入第六PI控制器，第六PI控制器输出调制信号，控制双向DC/DC变流器，对储能电池进行充电控制。
5.根据权利要求3所述的户用光伏储能逆变器的功率控制方法，其特征在于：在双向DC/DC控制策略中，当储能电池工作于放电模式时，采用电压外环、限流环和电流内环的控制方式，将第二直流母线给定电压UdcRef2和直流母线电压Udc进行比较，得到的差值输入第七PI控制器，第七PI控制器输出第三电池电流IbatRef3；同时，将放电给定电流IDischgRef和电池电流Ibat进行比较，得到的差值输入第八PI控制器，第八PI控制器输出第四电池电流IbatRef4；将第三电池电流IbatRef3和第四电池电流IbatRef4送至第三选择器，第三选择器输出其中的较小值，作为第二电池电流内环给定值ILRef2；将第二电池电流内环给定值ILRef2与充放电限流电流ILbat进行比较，得到的差值输入第九PI控制器，第九PI控制器输出调制信号，控制双向DC/DC变流器，在维持直流母线电压稳定的基础上，对储能电池进行放电控制；
6.根据权利要求5所述的户用光伏储能逆变器的功率控制方法，其特征在于：在双向DC/DC控制策略中，当储能电池工作于母线稳压模式时，将第三直流母线给定电压UdcRef3与直流母线电压Udc进行比较，得到的差值输入第十PI控制器，第十PI控制器输出充放电给定电流IbatRef5至限幅控制器；限幅控制器将充放电给定电流IbatRef5限制在允许充电电流IchgLmt和允许放电电流IDischgLmt之间，输出内环给定电流IbatRef6；将内环给定电流IbatRef6输入决策控制器，当内环给定电流Ib...
【技术特征摘要】
1.一种户用光伏储能逆变器，其特征在于：包括光伏单元、储能电池、单向dc/dc变换器、双向dc/dc变换器、双向dc/ac变换器、直流母线电容器和并离网切换模块；光伏单元与单向dc/dc变换器电连接，光伏单元用于输出电能至单向dc/dc变换器；单向dc/dc变换器通过直流母线电容器分别电连接双向dc/dc变换器和双向dc/ac变换器，单向dc/dc变换器用于将接收的电能升压后输出至直流母线电容器；双向dc/dc变换器与储能电池电连接，双向dc/ac变换器通过滤波器分别电连接负载和并离网切换模块，并离网切换模块与电网电连接。
2.一种户用光伏储能逆变器的功率控制方法，其特征在于：所述方法的硬件基础为权利要求1所述的户用光伏储能逆变器；在方法中，通过单向dc/dc控制策略，采用电压外环电流内环的双闭环控制方式，追踪光伏输入最大功率并控制直流母线恒压；通过双向dc/dc控制策略，使储能电池工作于充电模式或放电模式或母线稳压模式；通过双向dc/ac控制策略，向电网进行馈能并控制直流母线恒压；通过三种控制策略的组合，使户用光伏储能逆变器工作于自发自用模式或分时电价模式或电池优先模式。
3.根据权利要求2所述的户用光伏储能逆变器的功率控制方法，其特征在于：在单向dc/dc控制策略中，通过光伏输出电压upv和光伏输出电流ipv进行光伏最大功率跟踪计算，得出光伏发电最大功率点电压upvref，作为电压给定，与光伏输出电压upv进行比较，得到的差值输入第一pi控制器，第一pi控制器输出第一光伏电流ipvref1；同时，将第一直流母线给定电压udcref1与直流母线电压udc进行比较，得到的差值输入第二pi控制器，第二pi控制器输出第二光伏电流ipvref2；将第一光伏电流ipvref1和第二光伏电流ipvref2送至第一选择器，第一选择器输出其中的较小值，作为光伏电流内环给定值ipvref；将光伏电流内环给定值ipvref与光伏输出电流ipv进行比较，得到的差值输入第三pi控制器，第三pi控制器输出调制信号，控制单向dc/dc变换器动作，令光伏单元在恒压工作时，直流母线电压稳定，同时在进行光伏最大功率跟踪时，令光伏单元以最大功率输出；
4.根据权利要求2所述的户用光伏储能逆变器的功率控制方法，其特征在于：在双向dc/dc控制策略中，当储能电池工作于充电模式时，采用电压外环、限流环和电流内环的控制方式，将充电给定电压ubatref和电池电压ubat进行比较，得到的差值输入第四pi控制器，第四pi控制器输出第一电池电流ibatref1；同时，将充电给定电流ichgref和电池电流ibat进行比较，得到的差值输入第五pi控制器，第五pi控制器输出第二电池电流ibatref2；将第一电池电流ibatref1和第二电池电流ibatref2送至第二选择器，第二选择器输出其中的较小值，作为第一电池电流内环给定值ilref1；将第一电池电流内环给定值ilref1与充放电限流电流ilbat进行比较，得到的差值输入第六pi控制器，第六pi控制器输出调制信号，控制双向dc/dc变流器，对储能电池进行充电控制。
5.根据权利要求3所述的户用光伏储能逆变器的功率控制方法，其特征在于：在双向dc/dc控制策略中，当储能电池工作于放电模式时，采用电压外环、限流环和电流内环的控制方式，将第二直流母线给定电压udcref2和直流母线电压udc进行比较，得到的差值输入第七pi控制器，第七pi控制器输出第三电池电流ibatref3；同时，将放电给定电流idischgref和电池电流ibat进行比较，得到的差值输入第八pi控制器，第八pi控制器输出第四电池电流ibatref4；将第三电池电流ibatref3和第四电池电流ibatref4送至第三选择器，第三选择器输出其中的较小值，作为第二电池电流内环给定值ilref2；将第二电池电流内环给定值ilref2与充放电限流电流ilbat进行比较，得到的...
【专利技术属性】
技术研发人员：王肖兵，周春平，顾锦筛，郑尧，任会平，
申请(专利权)人：四川航电微能源有限公司，
类型：发明
国别省市：
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