一种适用于变频压缩机组的光伏储能协同补冷控制方法及系统与流程

本发明涉及光伏储能冷链制冷及工业自动化控制，尤其是一种适用于变频压缩机组的光伏储能协同补冷控制方法及系统。

背景技术：

1、光伏供电的冷藏箱、移动冷链设备和离网冷库通常采用压缩机制冷，并配置储能电池或相变蓄冷材料，以应对太阳辐照波动和无光照时段的供冷需求。现有技术中的控制方式多以箱温达到固定阈值作为压缩机启停条件，或者在光伏功率达到某一阈值时直接启动压缩机。

2、上述方式至少存在以下问题：

3、其一，单一光伏功率阈值没有考虑变频压缩机在不同运行频率下的实际输入功率，容易出现按照最低频率功率判断允许启动、却按照较高频率运行的功率失配；

4、其二，光伏功率短时波动会造成压缩机反复启停，若简单延长运行时间，又可能导致储能电池过度放电；

5、其三，仅利用相变蓄冷板的单点温度判断蓄冷完成，难以识别相变平台内的潜热储存程度；

6、其四，正常工艺停机、安全保护停机以及最小运行、最小停机间隔之间的优先关系不明确。

7、因此，需要一种能够把光伏供能能力、储能电池安全边界、压缩机功率—频率特性和相变蓄冷状态统一到同一闭环控制过程中的方法。

技术实现思路

1、本技术人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种适用于变频压缩机组的光伏储能协同补冷控制方法及系统，从而有效地解决现有光伏冷链控制中压缩机运行频率与可用功率不匹配、光伏波动导致频繁启停、相变蓄冷完成状态判断不准确以及保护逻辑相互冲突的问题，使压缩机运行功率与光伏、储能及蓄冷需求相匹配，减少光伏波动造成的频繁启停，提高光伏就地利用率和蓄冷控制可靠性。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一种适用于变频压缩机组的光伏储能协同补冷控制方法，应用于包括光伏发电单元、光伏储能变流器、储能电池、可编程逻辑控制器、变频压缩机组以及相变蓄冷单元的冷链制冷系统；控制方法包括如下步骤：

4、s1、获取光伏实时功率ppv、储能电池荷电状态soc、冷藏空间温度tbox、相变蓄冷单元温度tpcm、变频压缩机组的运行状态和故障状态；

5、s2、调用预先标定的压缩机功率-频率对应关系pc（f），根据所述soc和电池管理系统给出的允许放电功率确定电池允许补差功率pbat_allow，并根据ppv、pbat_allow、制冷辅助负载功率paux及预留功率裕量pres计算压缩机可用功率pavail；

6、s3、根据tbox和由tpcm、tpcm的温度变化率及变频压缩机组累计制冷输入量确定的蓄冷状态scold，生成主制冷请求或光伏补冷请求；

7、s4、在请求有效时，从pc（f）中选择满足pc（f）小于等于pavail的目标运行频率ftar，并按照限定的频率变化速率控制变频压缩机组运行；

8、s5、当ppv相对于当前运行所需功率出现不足时，先在pbat_allow范围内由储能电池补足功率差额，在功率不足持续达到预设确认时长后降低运行频率，在运行频率降至最低连续运行频率后仍不能满足运行功率时控制变频压缩机组停机；

9、s6、按照安全保护、主制冷、光伏补冷和待机的顺序执行控制优先级，并使安全保护停机不受最小运行时间限制，使正常停机后的再次启动受最小停机间隔限制。

10、作为上述技术方案的进一步改进：

11、pc（f）通过使变频压缩机组在多个离散频率点稳定运行并记录相应输入功率获得；相邻离散频率点之间采用分段线性插值确定对应输入功率，并将最低连续运行频率fmin、最高允许运行频率fmax以及各频率点对应的功率值存储于所述可编程逻辑控制器。

12、当soc小于等于停止放电阈值socoff时，pbat_allow为零；当soc大于等于允许启动阈值socon时，pbat_allow取电池管理系统允许放电功率与预设补差功率上限中的较小值；当soc处于socoff与socon之间时，pbat_allow按照soc相对于socoff和socon的位置连续递减，以形成电池放电迟滞区。

13、确定所述蓄冷状态scold包括：根据相变材料的相变温度区间判断tpcm是否进入相变平台；在tpcm处于所述相变温度区间且其温度变化率不大于预设变化率阈值时，累积由pc（f）、与运行频率对应的制冷性能系数以及采样周期确定的有效制冷量；以所述有效制冷量相对于相变蓄冷单元额定蓄冷量的比值确定scold，并利用相变蓄冷单元达到完全释冷状态或完全蓄冷状态时的温度事件对scold进行校正。

14、当tbox达到主制冷启动阈值时生成所述主制冷请求；当主制冷请求无效、当前处于允许补冷时段、scold不大于补冷启动阈值、soc不小于socon且pavail能够维持所述最低连续运行频率fmin时生成所述光伏补冷请求；当scold达到补冷完成阈值且tpcm保持在蓄冷完成温度以下达到预设保持时长时，撤销所述光伏补冷请求。

15、对ppv进行低通滤波并计算光伏功率变化率；当滤波后的ppv降低但功率不足持续时间小于所述预设确认时长时，由储能电池进行瞬态补差；当功率不足持续时间达到所述预设确认时长时，以预设频率步长降低目标运行频率；当滤波后的ppv回升并持续达到回升确认时长时，以不大于预设升频斜率的速率提高目标运行频率。

16、最小运行时间取压缩机建立稳定润滑状态所需时间与光伏瞬态波动过滤时间中的较大值，所述最小停机间隔取制冷系统高低压平衡所需时间与电机冷却所需时间中的较大值；所述最小停机间隔由变频压缩机组停机事件触发的通电延时计时过程实现，并在系统首次上电时通过首次启动许可标志允许首次启动。

17、当检测到压缩机故障、制冷系统压力异常、soc达到安全下限或变频器保护信号时立即执行安全保护停机；当与光伏储能变流器或电池管理系统的通信连续异常达到设定次数时，禁止生成光伏补冷请求，并切换为仅依据tbox执行主制冷且限制最高运行频率的降级控制模式。

18、一种适用于变频压缩机组的光伏储能协同补冷控制系统，包括光伏发电单元、光伏储能变流器、储能电池、电池管理系统、可编程逻辑控制器、变频器、变频压缩机组、冷藏空间温度传感器和相变蓄冷单元温度传感器；所述可编程逻辑控制器分别与所述光伏储能变流器、所述电池管理系统、所述变频器以及各温度传感器通信或电连接，并被配置为执行光伏储能协同补冷控制方法。

19、作为上述技术方案的进一步改进：

20、相变蓄冷单元包括设置于冷藏空间内的至少一个相变蓄冷板，所述相变蓄冷单元温度传感器设置于相变蓄冷板的相变材料区域或与所述相变材料区域热耦合的位置；相变材料的相变温度区间与冷藏空间的目标温度区间相匹配。

21、本发明的有益效果如下：

22、本发明与按固定功率阈值启停的控制方式相比，本发明根据压缩机实际功率—频率关系确定目标频率，使启动许可、运行频率和可用供能能力保持一致；通过电池限功率补差、持续不足确认、降频和停机的顺序处理光伏波动，在保护储能电池的同时减少不必要启停；通过相变平台识别和有效制冷量累计判断蓄冷状态，提高蓄冷完成判定的可靠性；通过明确安全停机和正常停机优先级，避免最小运行保护与安全保护冲突。

23、同时，本发明还具备如下优点：

24、（1）本发明通过plc与pcs之间建立基于rs485的通信连接，并通过周期采集步骤使plc能够实时获取光伏发电功率数据，实现了对太阳能资源的动态响应，显著提升了光伏利用率。传统方法仅依赖温度阈值触发，无法感知光伏功率变化，导致大量光伏电力被浪费。

25、（2）本发明通过构建白天时段标志位+光伏功率阈值+电池soc阈值的三重联合判断逻辑，确保补冷操作仅在能量充足的条件下执行，避免了有光无电可用或低辐照强行耗电的非优化运行状态。现有技术中未见如此系统化的多条件联合判断机制。

26、（3）本发明通过设置最小运行定时器t1（30分钟）和最小间隔定时器t2（30分钟），有效防止了变频压缩机组因光照波动而频繁启停。其中t1=30分钟是基于云层遮挡事件持续时间分布的统计数据（82%的遮挡事件<30分钟）确定的，t2=30分钟是基于涡旋压缩机制造商建议的最小停机间隔确定的，具有充分的工程依据，而非随意选择的参数。

27、（4）本发明通过电池功率补差步骤，在光伏功率不足时由储能电池自动补足差额，实现了光伏发电与电池储能的无缝衔接，确保压缩机输入功率始终不低于最低安全运行功率，提高了系统运行的可靠性和连续性。

28、（5）本发明通过主制冷模式与光伏补冷模式的双模式协同运行，以及主制冷请求优先于光伏补冷请求的优先级设置，兼顾了保冷可靠性与光伏利用率，形成了完整的智能化控制闭环。

29、（6）本发明通过规范化的操作步骤与参数匹配，可广泛应用于偏远地区、移动冷链设备及离网型冷藏设施等对能源自给率要求较高的场景，具有良好的实用性与推广价值。