用于光储系统的MPPT自适应切换控制方法和系统与流程

用于光储系统的mppt自适应切换控制方法和系统
技术领域
1.本技术属于光储技术领域，尤其涉及一种用于光储系统的mppt自适应切换控制方法。


背景技术：

2.近年来，光伏、风电等新能源快速发展，尤其在实现“碳达峰、碳中和”节能减排目标的背景下，分布式新能源会越来越得到普及。其中，光伏等分布式能源的规模化推广离不开储能，光伏、储能联合应用已日趋成为一种新形态。
3.目前，在光伏、储能等分布式能源综合使用时，虽然工业型光储电站已有应用案例，但技术层面仍需完善，如运行稳定、协调控制及能量调度等方面还需不断升级；同时部分现有设备可靠性不佳、成本比较高。这些因素都限制了光储系统的规模化布局和快速增长。
4.目前有光储高渗透直流微网的功率平衡协同调控方法，该方法在保证直流母线电压稳定的前提下，通过光伏、储能衔接的电力装置(比如接触器、断路器)协调控制直流母线电压，保证光伏、储能、负载三者功率平衡；在某一时间段内，当直流母线电压超调，光伏会切换到关闭最大功率点跟踪(maximum power point tracking，简称mppt)状态；当直流母线电压跌落，光伏会切换回mppt状态。
5.然而，为了配合光伏系统无人值守运行，通常要频繁通断光伏回路的电力电子装置，进而启停光伏发电来调节直流母线电压，这样长期运行下去，很可能会导致接触器黏连，严重降低运行可靠性。另外，该方法未充分考虑实际应用，如负载功率发生变化、设备接入脉冲性负载等，倘若母线电压仍然被动调节，那么除了不匹配自动化运行策略，影响设备运行，还会造成弃光现象，造成光能不能被充分利用。另外，切换mppt状态的执行单元为光伏功率优化器，不仅损耗电能而降低效率，还会提升设备成本，如果用该方法开发产品，那么市场竞争力不足。并且，该方法仅探究了光伏、储能和负载，而未考虑并网环境下的机理，即该方法的应用局限在离网环境中，实践性不强。


技术实现要素：

6.本技术的目的在于提供一种用于光储系统的mppt自适应切换控制方法和系统，旨在解决传统的光储系统的功率平衡协同调控方法可靠性差、稳定性低的问题。
7.本技术实施例的第一方面提供了一种用于光储系统的mppt自适应切换控制方法，所述光储系统包括光储变换器、与所述光储变换器的光伏端口连接的光伏设备以及与所述光储变换器的储能端口连接的储能电池，所述mppt自适应切换控制方法包括：
8.检测储能电池的荷电状态；
9.当所述荷电状态未达到预设值时，控制所述光伏设备运行在mppt状态；
10.当所述荷电状态达到所述预设值时，通过所述光储变换器调节其直流母线的电压，使其超出mppt的调压范围，以限制所述光伏设备的输出；
11.当所述荷电状态回落到所述预设值以下时，通过所述光储变换器调节所述直流母线的电压至mppt的工作电压范围内，以使所述光伏设备运行在mppt状态。
12.可选地，所述检测储能电池的荷电状态包括，检测单体的所述储能电池的电压以确定所述荷电状态。
13.可选地，所述预设值的范围为所述储能电池的荷电状态饱和值的80％～98％。
14.可选地，所述mppt的调压范围为700v～900v。
15.可选地，所述通过所述光储变换器调节其直流母线的电压包括：
16.调节所述光储变换器中的与所述直流母线连接的dc
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dc变换器和/或ac
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dc变换器的工作参数，以调节所述直流母线的电压。
17.本技术实施例的第二方面提供了一种用于光储系统的mppt自适应切换控制系统，所述光储系统包括光储变换器、与所述光储变换器的光伏端口连接的光伏设备以及与所述光储变换器的储能端口连接的储能电池，所述mppt自适应切换控制系统包括与所述光储变换器连接的控制单元，所述控制单元包括：
18.检测模块，用于检测储能电池的荷电状态；
19.控制模块，用于当所述荷电状态未达到预设值时，控制所述光伏设备运行在mppt状态；当所述荷电状态达到所述预设值时，通过所述光储变换器调节其直流母线的电压，使其超出mppt的调压范围，以限制所述光伏设备的输出；当所述荷电状态回落到所述预设值以下时，通过所述光储变换器调节所述直流母线的电压至mppt的工作电压范围内，以使所述光伏设备运行在mppt状态。
20.可选地，所述检测模块用于检测单体的所述储能电池的电压以确定所述荷电状态。
21.可选地，所述预设值的范围为所述储能电池的荷电状态饱和值的80％～98％。
22.可选地，所述mppt的调压范围为700v～900v。
23.可选地，所述控制模块，用于通过调节所述光储变换器中的与所述直流母线连接的dc
‑
dc变换器和/或ac
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dc变换器的工作参数，以调节所述直流母线的电压。
24.上述用于光储系统的mppt自适应切换控制方法和系统，无论在离网环境下，还是在并网环境下，都能根据储能电池的荷电状态对最大功率跟踪进行自适应切换，确保光储系统运行的更加可靠、稳定；另外，切换mppt状态不需要光伏功率优化器，不会导致损耗电能而降低效率，并且能降低设备成本。
附图说明
25.图1为本技术实施例提供的光储系统结构示意图；
26.图2为本技术实施例提供的用于光储系统的mppt自适应切换控制方法的具体流程图；
27.图3为本技术实施例提供的用于光储系统的mppt自适应切换控制系统的模块图。
具体实施方式
28.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅
用以解释本技术，并不用于限定本技术。
29.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
30.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
31.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，“若干”的含义是一个或多个，除非另有明确具体的限定。
32.请参阅图1，光储系统包括光储变换器100、与光储变换器100的光伏端口连接的分布式的光伏设备200、与光储变换器100的储能端口连接的储能电池300，以及与光储变换器100的控制单元400，且光储变换器100的电网端口用于连接到电网500，光储变换器100的负载端口用于连接负载600；并且，光储变换器100的储能端口与直流母线bus之间设置有dc
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dc(直流
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直流)变换器110，光储变换器100的电网端口、负载端口和直流母线bus之间设置有ac
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dc(交流
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直流)变换器120，光伏端口直接连接直流母线bus。控制单元400与光储变换器100连接，用于控制光储变换器100工作。
33.光储变换器100可实现直流电与交流电的双向流动，可工作在直流恒压模式、直流恒流模式、恒功率模式、逆变稳压模式等，工业型光储设备内的直流电表，能实时向控制板传递分布式光伏回路的电压、电流、功率。
34.在控制单元400中可以预先设置并/离网光伏功率限制条件，如储能系统储能电池300的整包电压、单体电芯电压、荷电状态等；并且控制单元400可下发直流母线bus电压指令到光储变换器100调整直流母线bus的电压，当超出光伏mppt调压范围时，分布式的光伏设备200不能进行最大功率跟踪，即不能消纳光伏设备200所产生的能量。
35.储能回路保持畅通，遵照能量守恒规律，储能电池300会自行充电或补电。比如，当光伏设备200能量富裕时，储能电池300吸收多余能量；当光伏设备200发电限功率时，储能电池300补充能量。
36.控制单元400是标准化光储系统的中枢，在信息收集上，能通过通讯交互获取电池管理系统(battery management system，bms)传递的电池信息等，也能直接采集各端点的电能信息；在运行控制上，能执行各类运行逻辑，也能控制光储变换器100，进而实现标准化光储产品的无人值守工作。
37.请结合图1和图2，本技术实施例的第一方面提供了一种用于光储系统的mppt自适应切换控制方法，包括以下步骤：
38.步骤s110，检测储能电池300的荷电状态。
39.一般地，检测储能电池300的荷电状态可以是通过检测单体的储能电池300或电池组的电压转换得到相应荷电状态。在一些实施例中，是检测单体的储能电池300的电压，作为光伏功率限制条件。
40.步骤s120，当荷电状态未达到预设值时，控制光伏设备200运行在mppt状态。
41.在一些实施例中，作为光伏功率限制条件的荷电状态的预设值一般设置在典型的饱和值附近，比如饱和值的80％～98％。可选地，当单体的储能电池300荷电状态未达到饱和值的95％，则光伏设备200始终会跟踪最大功率点运行，确保光能充分利用，当光伏设备200能满足负载600的负荷需求时，储能电池300工作在充电状态；当光伏设备200不满足负载600的负荷需求时，储能电池300对直流母线bus补电，工作在放电状态。
42.步骤s130，当荷电状态达到预设值时，通过光储变换器100调节其直流母线bus的电压，使其超出mppt的调压范围，以限制光伏设备200的输出。
43.在一些实施例中，mppt的调压范围为700v～900v，储能电池300的荷电状态未达到预设值时，直流母线bus的电压在该mppt的调压范围内。而当储能电池300的荷电状态达到预设值时，则说明达到了光伏功率限制条件，系统则通过调节直流母线bus的电压，使其超出mppt的调压范围，此时光伏设备200的输出将被限制，对于负载600的负荷需求，将由储能电池300出力，满足负荷需求。
44.步骤s140，当荷电状态回落到预设值以下时，通过光储变换器100调节直流母线bus的电压至mppt的工作电压范围内，以使光伏设备200运行在mppt状态。
45.此时，光伏设备200又恢复最大功率点跟踪，运行在mppt状态。
46.本实施例中，调节光储系统的直流母线bus的电压具体是通过调节光储系统中的与直流母线bus连接的dc
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dc变换器110和/或ac
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dc变换器120的工作参数，以调节直流母线bus的电压。比如，在步骤s120和步骤s140中，荷电状态未达到预设值，即储能电池300电量不足，此时，可以调节直流母线bus的电压至mppt的工作电压范围内。而在步骤s130中，荷电状态达到预设值时，此时即储能电池300电量充足，可以单独通过dc
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dc变换器110提升储能电池300的输出功率来拉升直流母线bus的电压，当然也可以单独通过ac
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dc变换器120利用电网500来拉升，也使用两者同时拉升。
47.在更详细的实施例中，分别以光储系统处在离网或并网状态分别说明相关实施例。
48.光储系统处在离网状态时：
49.1、在未达到光伏功率限制条件前，分布式光伏设备200始终会跟踪最大功率点运行，确保光能充分利用，当光能满足负荷需求时，储能电池300充电；当光能不满足负荷需求时，储能电池300补电。
50.2、一旦荷电状态达到预设值，即系统达到光伏功率限制条件时，控制单元400会下发调节直流母线bus电压指令至光储变换器100，使直流母线bus电压超出mppt调压范围，这样就会极大地限制光伏设备200出力，避免因电池过充而被损害；此时，储能电池300出力，满足负荷需求。
51.3、当储能电池300荷电状态回落至预设值以下时，控制单元400再次下发调节直流母线bus电压指令，把直流母线bus的电压调节至mppt工作电压范围内，此时分布式光伏设备200又恢复最大功率点跟踪出力。
52.光储系统处在并网状态时：
53.1、在未达到光伏功率限制条件前，分布式光伏设备200始终会跟踪最大功率点运行，确保光能充分利用，当光能满足负荷需求时，储能电池300充电；当光能不满足负荷需求
时，储能电池300补电。此时，如果光储变换器100的电网500端口的交换功率受限，比如上网电量受限，并且负载600的负荷需求不大时，光伏设备200发电会有富余，储能电池300未饱和时，就会自动吸收光伏所发的多余电能；
54.2、而当储能电池300荷电状态达到预设值时，就达到光伏功率限制条件，这需要扼制光伏所发电能，避免电池过充，也避免损害光储变换器100。此时，控制单元400会下发调节直流母线bus电压指令至光储变换器100，使直流母线bus电压超出mppt调压范围，这样就会极大地限制光伏设备200出力，避免有约束时向电网500反送电。
55.3、当储能电池300荷电状态回落至预设值以下时，控制单元400再次下发调节直流母线bus电压指令，把直流母线bus的电压调节至mppt工作电压范围内，此时分布式光伏设备200又恢复最大功率点跟踪出力。
56.本技术的mppt自适应切换控制方法是通过光储变换器100调节直流母线bus电压来实现切换的，避免光伏设备200端接触器频繁通断，极大降低了黏连可能性，提高光储设备的运行可靠性，无需配置光伏功率优化器，不仅提升了效率，而且节省了设备成本，可降低光储系统造价。并且，在离网、并网状态下都可用。
57.应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。
58.请结合图1和图3，本技术实施例的第二方面提供了一种用于光储系统的mppt自适应切换控制系统，光储系统包括光储变换器100、与光储变换器100的光伏端口连接的光伏设备200以及与光储变换器100的储能端口连接的储能电池300，且光储变换器100的电网端口用于连接到电网500，光储变换器100的负载端口用于连接负载600；mppt自适应切换控制系统包括与光储变换器100连接的控制单元400，控制单元400包括：
59.检测模块401，用于检测储能电池300的荷电状态；
60.控制模块402，用于当荷电状态未达到预设值时，控制光伏设备200运行在mppt状态；当荷电状态达到预设值时，通过光储变换器100调节其直流母线bus的电压，使其超出mppt的调压范围，以限制光伏设备200的输出；当荷电状态回落到预设值以下时，通过光储变换器100调节直流母线bus的电压至mppt的工作电压范围内，以使光伏设备200运行在mppt状态。
61.可选地，检测模块401具体用于检测单体的储能电池300的电压以确定荷电状态。
62.可选地，预设值的范围为储能电池300的荷电状态饱和值的80％～98％。
63.可选地，mppt的调压范围为700v～900v。
64.可选地，控制模块402，用于通过调节光储变换器100中的与直流母线bus连接的dc
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dc变换器110和/或ac
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dc变换器120的工作参数，以调节直流母线bus的电压。
65.上述用于光储系统的mppt自适应切换控制方法和系统，无论在离网环境下，还是在并网环境下，都能根据储能电池300的荷电状态对最大功率跟踪进行自适应切换，确保光储系统运行的更加可靠、稳定；另外，切换mppt状态不需要光伏功率优化器，不会导致损耗电能而降低效率，并且能降低设备成本。
66.以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各
实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。