一种户用光储系统全工况下直流母线控制系统的制作方法

1.本发明涉及一种户用光储系统技术领域，特别涉及一种户用光储系统全工况下直流母线控制系统。


背景技术：

2.风电、光伏是目前应用最广的可再生能源。然而，采用绿色能源发电具有间歇性和随机性，在一定程度上影响电能质量和系统的稳定运行。为了更好地接入利用这些能源，微网技术应运而生。微网是由分布式电源、储能装置、变换器、负荷及监控保护装置等组成的一个小型发电系统，是一个能够实现自我控制和管理的自治系统。微网技术可以有效发挥各自分布式电源的能效，是解决配电系统中大规模可再生能源利用的关键技术。
3.在微网中，直流母线电压的控制方法包括两方面，控制权和控制目标值。在现有的技术中一般采用直流母线控制器来控制直流母线，由于光储系统接口多、工况多且能量流动复杂，且光储系统又分为不同的工作模式，通过直流母线控制器很难实现在不同的工作模式下切换直流母线的控制权且需要保证直流母线电压稳定。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种户用光储系统全工况下直流母线控制系统。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种户用光储系统全工况下直流母线控制系统，包括： 户用光储系统，所述户用光储系统包括pv电池板、锂电池系统、光储逆变器、负载端以及市电端；光储逆变器作为能量控制核心部件，具有多个接口，并分别与pv电池板、锂电池系统、负载端以及市电端连接；采用直流母线耦合的方式，将pv电池板侧dc/dc单元单向流动到直流母线，电池系统经过dc/dc单元与直流母线实现双向能量交互，市电与直流母线之间通过四象限dc/ac变换器接入；直流母线电压控制包括：基于光储系统不同的工作模式来切换直流母线的控制权，保证直流母线电压稳定来达到并网功率调度或离网负载供电稳定的目的，且在基于光储系统不同的工作模式下来确定直流母线电压的给定值。
6.进一步地，所述光储系统的工作模式包括并网状态和离网状态；并网状态下，直流母线电压由市电dc/ac双向控制，并通过设定的约束关系来限定并网直流母线电压处于大于市电电压峰值的工作状态；离网状态下，以电池系统的充放电能力工况作为参考，来选择直流母线电压的控制源。
7.进一步地，以电池系统的充放电能力工况作为参考，当电池系统具备满功率充放电能力工况时：
pv电池板侧的最大功率大于负载所需功率，此时电池系统经dc/dc单元充电控制直流母线电压；pv电池板侧的最大功率小于负载所需功率，此时电池系统经dc/dc单元放电控制直流母线电压；当电池具备满功率放电能力、不具备满功率充电能力工况时：pv电池板侧最大功率大于负载所需功率，此时pv电池板侧退出mppt模式，pv电池板侧经dc/dc单元控制直流母线电压；pv电池板侧的最大功率小于负载所需功率，此时电池系统经dc/dc单元放电控制直流母线电压；当电池具备满功率充电能力、不具备满功率放电能力工况时：pv电池板侧最大功率大于负载所需功率，此时电池系统经dc/dc单元充电控制直流母线电压；pv电池板侧的最大功率小于负载所需功率，无法保证正常供电给负载，此时电池系统仅充电。
8.进一步地，确定直流母线电压的给定值的方法包括：并网状态下，直流母线电压由市电dc/ac单元进行双向控制，且在正常并网状态下，以直流母线电压高于市电电压峰值作为第一约束关系，通过对pv电池板侧电压范围划定，当直流母线电压参考最低值大于pv电池板侧的最大功率点电压,以直流母线电压来作为给定值，当直流母线电压参考最低值小于则取pv电池板最大功率点的电压，以pv电池板最大功率点的电压作为给定值；在离网状态下，直流母线电压的给定值确定原则遵循满足离网额定输出电压值，兼顾pv电池板侧mppt追踪；定义为离网ac（具体指离网交流端口）额定输出电压值，得出，这里定义电池放电控制直流母线电压的给定值为，充电控制直流母线电压的给定值为，为满足暂态负载突升导致直流母线电压跌落的情况，放电选择较低的直流电压给定值，放电时选取，而充电时选取，然后判断pv电池板侧最大功率点的电压与以上两个电压参考的大小关系。
9.本技术的有益效果在于：本技术中，按照光储系统不同工作模式特征点切换直流母线的控制权，保证直流母线电压的稳定性，从而达到并网功率调度或离网负载供电稳定的目的，并且按照光储系统的不同工作模式来确定直流电压的给定制；其中，切换直流母线的控制权遵循谁能力大谁控制的原则，具体为：在并网状态下，直流母线的能量最大，因此直流母线电压由市电dc/ac双向控制，pv电池板侧根据调度情况运行在限功率和mppt模式下，电池系统能量调度通过电池侧dc/dc单元的单电流控制实现，此方法相对其他并网状态下切换控制权的控制策略简单化，且可以实现各个端口的能量调度和控制；
在离网状态下，因市电不在，母线控制权的分配需要参考电池系统的充放电能力工况作为参考，导致直流母线电压的控制源相对复杂，由于电池能量相较于光伏容量具有稳定性好，且容量大的优势，因此以电池作为直流母线电压的优先控制源；而当电池失去满功率充或者满功率放的荷电状态，以及电池满功率充放电能力受限于自身soc、单体电压、温度等因素影响时，此时以pv电池板侧作为控制源来控制直流母线电压的特殊工况。
附图说明
10.图1为本发明的系统框架原理示意图。
具体实施方式
11.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
12.请参阅图1，本发明还提供了一种户用光储系统全工况下直流母线控制系统，包括：户用光储系统，所述户用光储系统包括pv电池板、锂电池系统、光储逆变器、负载端以及市电端；光储逆变器作为能量控制核心部件，具有多个接口，并分别与pv电池板、锂电池系统、负载端以及市电端连接；采用直流母线耦合的方式，将pv电池板侧dc/dc单元单向流动到直流母线，电池系统经过dc/dc单元与直流母线实现双向能量交互，市电与直流母线之间通过四象限dc/ac变换器接入；直流母线电压控制包括：基于光储系统不同的工作模式来切换直流母线的控制权，保证直流母线电压稳定来达到并网功率调度或离网负载供电稳定的目的，且在基于光储系统不同的工作模式下来确定直流母线电压的给定值。
13.进一步地，所述光储系统的工作模式包括并网状态和离网状态；并网状态下，直流母线电压由市电dc/ac双向控制，并通过设定的约束关系来限定并网直流母线电压处于大于市电电压峰值的工作状态；离网状态下，以电池系统的充放电能力工况作为参考，来选择直流母线电压的控制源。
14.进一步地，以电池系统的充放电能力工况作为参考，当电池系统具备满功率充放电能力工况时：pv电池板侧的最大功率大于负载所需功率，此时电池系统经dc/dc单元充电控制直流母线电压；pv电池板侧的最大功率小于负载所需功率，此时电池系统经dc/dc单元放电控制直流母线电压；当电池具备满功率放电能力、不具备满功率充电能力工况时：pv电池板侧最大功率大于负载所需功率，此时pv电池板侧退出mppt模式，pv电池
板侧经dc/dc单元控制直流母线电压；pv电池板侧的最大功率小于负载所需功率，此时电池系统经dc/dc单元放电控制直流母线电压；当电池具备满功率充电能力、不具备满功率放电能力工况时，pv电池板侧最大功率大于负载所需功率，此时电池系统经dc/dc单元充电控制直流母线电压；pv电池板侧的最大功率小于负载所需功率，无法保证正常供电给负载，此时电池系统仅充电。
15.进一步地，确定直流母线电压的给定值的方法包括：并网状态下，直流母线电压由市电dc/ac单元进行双向控制，且在正常并网状态下，以直流母线电压高于市电电压峰值作为第一约束关系，通过对pv电池板侧电压范围划定，当直流母线电压参考最低值大于pv电池板侧的最大功率点的电压，以直流母线电压来作为给定值，当直流母线电压参考最低值小于pv电池板侧的最大功率点的电压，则取pv电池板侧的最大功率点的电压，以pv电池板侧的最大功率点的电压作为给定值；在离网状态下，直流母线电压的给定值确定原则遵循满足离网额定输出电压值，兼顾pv电池板侧mppt追踪；定义为离网ac（具体指离网交流端口）额定输出电压值，得出，函数为 系离网输出电压峰值，这里定义电池放电控制直流母线电压给定值为，充电控制直流母线电压给定值为，为满足暂态负载突升导致直流母线电压跌落的情况，放电选择较低的直流电压给定值，放电时选取，而充电时选取，然后判断pv电池板侧最大功率点的电压与以上两个电压参考的大小关系，具体为：放电时若大于pv电池板侧最大功率电压点，此时直流母线电压给定值选取，反之选取pv电池板侧最大功率电压点作为直流母线电压给定值，充电时若大于pv电池板侧最大功率电压点，此时直流母线电压给定值选取，反之选取pv电池板侧最大功率电压点作为直流母线电压给定值。
16.以下结合具体的实例，对直流母线的控制权和控制目标值进行描述。
17.1、直流母线的控制权的切换按照光储系统的不同工作模式的特征点，将光储系统的工作模式分为并网状态和离网状态两大类，根据光储系统的工作模式处于并网状态还是离网状态来切换直流母线的控制权，其中切换直流母线的控制权的目的是保证直流母线电压的稳定，遵循谁能力大谁控制的原则。
18.并网状态下，认为市电能量最大，因此直流母线电压通过市电dc/ac双向控制，pv电池板侧根据调度情况运行在限功率和mppt模式下，即当系统功率调度没有做限功率输出要求时，pv电池板工作在追踪最大功率点电压的模式，保证最大能量发电；当系统功率调度有做限功率输出要求时，pv电池板退出mppt最大功率点追踪，切换到限功率状态以满足系统功率调度；电池系统能量调度通过电池侧dc/dc单元电流控制实现，此方法相对其他并网
状态下切换控制权的控制策略简单化，且可以实现各个端口的能量调度和控制；离网状态下，因市电不在，直流母线电压的控制权分配相对复杂，电池能量是稳定且相对光伏容量大，因此作为直流母线电压的优先控制源；当电池失去满功率充或者满功率放的荷电状态，或者电池满功率充放电能力受限于自身soc、单体电压、温度等因素时，则pv电池板侧控制直流母线电压的特殊工况。
19.1.1、电池具备满功率充放电能力工况：pv电池板侧的最大功率大于负载所需功率，，此时电池系统经dc/dc单元充电控直流母线电压：pv电池板侧的最大功率小于负载所需功率，，此时电池系统经dc/dc单元放电控制直流母线电压；其中：分别是pv电池板侧功率，电池充放电功率以及负载侧功率。
20.1.2电池具备满功率放电能力、不具备满功率充电能力工况：pv电池板侧的最大功率大于负载所需功率，，此时pv电池板侧退出mppt模式，pv电池板侧经dc/dc单元控制直流母线电压；pv电池板侧的最大功率小于负载所需功率，，此时电池系统经dc/dc单元放电控制直流母线电压；其中：分别是pv电池板侧功率，电池充放电功率以及负载侧功率。
21.1.3电池具备满功率充电能力、不具备满功率放电能力工况：pv电池板的最大功率大于负载所需功率，，此时电池系统经dc/dc单元充电控制直流母线电压；pv电池板侧的最大功率小于负载所需功率，，无法保证正常供电给负载，此时电池系统仅充电；其中：分别是pv电池板侧功率，电池充放电功率以及负载侧功率。
22.2、直流母线电压给定值的确定办法并网状态下，直流母线电压由市电dc/ac单元进行双向控制，为保证正常并网直流母线电压需要高于市电电压峰值，得出第一个约束关系其中是直流母线电压给定下限值，为电网电压，函数为系电网峰值处电压。因pv电池板侧电压范围较宽需要做划定，第一步得出的直流母线电压参考最低值大于pv电池板侧最大功率点的电压时，则直流母线电压给定的下限值取，当得出的直流母线电压参考最低值小于最大功率点的电压，则取pv电池板侧最大功率点的电压作为给定
值：表达式如下：，其中为直流母线电压比较后的最终给定值，为mppt算法得出的最大功率点电压参考值，离网状态下，直流母线电压的给定值确定原则遵循满足离网额定输出电压值，兼顾pv电池板mppt追踪，定义为离网ac（具体指离网交流端口）额定输出电压值，得出，这里定义电池放电控制直流母线电压给定值为，充电控制直流母线电压给定值为；为满足暂态负载突升导致直流母线电压跌落的情况，放电选择较低的直流电压给定值，定义放电时直流母线电压给定值为，充电时直流母线电压给定值为，放电时选取，而充电时选取；然后判断pv电池板侧的最大功率的点电压与以上两个电压参考的大小关系，从而得出对应的工况。
23.工况2.1电池系统具备满功率充放电能力，直流母线电压均由电池系统的dc/dc单元来控制：电池系统经dc/dc放电控制直流母线电压时：，电池系统经dc/dc单元充电控制直流母线电压时：,工况2.2 电池具备满功率放电能力、不具备满功率充电能力：pv电池板侧的最大功率大于负载所需功率且电池无法满功率充电时，pv电池板侧来控制直流母线电压，此时区分pv电池板侧的最大功率点的电压值与关系来得出直流母线电压给定值，pv电池板侧的最大功率点的电压较高时，直流母线电压处于不控状态，既满足dc/ac侧带载需求也满足pv电池板侧的极限功率要求，同时电池可根据soc等状态小电流充电，而当pv电池板侧的最大功率小于负载所需功率时，给定值与工况2.1电池放电控制直流母线电压一致，pv电池板侧经dc/dc单元控制直流母线电压：，“不控制”表示：此时直流母线电压跟随pv电池板侧电压，不受控制；电池系统经dc/dc单元放电控制直流母线电压：，
工况2.3电池系统具备满功率充电能力、不具备满功率放电能力：此时因电池系统荷电状态低于放电截止soc，电池系统仅充电，直到soc充电高于截止值后切回工况2.1，电池系统经dc/dc单元充电控制直流母线电压：。
24.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。