一種區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)及其能量管理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)及其能量管理方法，系統(tǒng)包括光伏電池陣列、儲能電池組件、變流裝置、負載、區(qū)域電網(wǎng)和能量管理系統(tǒng)。系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運行時，能量管理系統(tǒng)實現(xiàn)功率外環(huán)、電壓中環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的三環(huán)控制，通過光伏電池陣列的最大功率跟蹤和儲能電池組件的充放電管理，實現(xiàn)光伏能量最大限度的利用、有功功率平滑輸入電網(wǎng)和無功功率補償；系統(tǒng)孤網(wǎng)運行時，能量管理系統(tǒng)實現(xiàn)電壓/頻率外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制，為系統(tǒng)提供恒定的電壓和頻率，維持系統(tǒng)穩(wěn)定運行。將光伏發(fā)電和儲能技術充分結合，實現(xiàn)光伏和儲能的協(xié)調控制，平抑聯(lián)網(wǎng)點功率波動，實現(xiàn)區(qū)域高滲透率光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電，有效提高系統(tǒng)能量管理效率、供電可靠性和電能質量。
【專利說明】一種區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)及其能量管理方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，特別涉及一種區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)
及其能量管理方法。
【背景技術】
[0002]能源是人類賴以生存和發(fā)展的基礎，傳統(tǒng)的不可再生能源日趨減少，而且存在嚴重的環(huán)境污染問題。太陽能具有資源豐富、不受地域限制、對環(huán)境友好等優(yōu)點，是21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉础?br> [0003]目前,光伏發(fā)電能量的傳遞和轉換都是建立在電力電子技術的基礎上，大規(guī)模光伏接入使得大量電力電子轉換器引入電力系統(tǒng)，對電力系統(tǒng)造成嚴重的電能質量問題。此外，大規(guī)模光伏發(fā)電并網(wǎng)產(chǎn)生的孤島效應和微網(wǎng)環(huán)流也嚴重危害電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。因此，研究高滲透率下光伏發(fā)電系統(tǒng)的電能質量問題及其治理方法對保障電力系統(tǒng)的安全運行具有十分重要的意義。
[0004]實現(xiàn)高滲透率光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)的有效方法主要有:降低最小負荷限制、實施負荷轉移和利用儲能技術。其中，儲能技術作用范圍最大，提高光伏能量滲透率的效果最為顯著，是未來智能配電網(wǎng)中接入大量分布式光伏電源的首選措施。但區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)的能量管理方法設計較為復雜，是實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏應用的關鍵技術前提?，F(xiàn)有的能量管理方法尚處于實現(xiàn)小規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)或孤網(wǎng)運行等基本功能的初級應用階段，隨著區(qū)域光伏發(fā)電容量的擴大和儲能協(xié)調運行功能的擴展完善，現(xiàn)有的能量管理系統(tǒng)已不能滿足處理效率快捷、系統(tǒng)響應快速、控制準確到位的要求，如果不改變能量管理設計方法，若需實現(xiàn)區(qū)域系統(tǒng)的高級應用要求，則成本高，效率低，控制難度大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是針對現(xiàn)有光伏發(fā)電能量管理系統(tǒng)功能單一、成本高、效率低的問題，提出了一種區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)及其能量管理方法，結合該系統(tǒng)能量管理系統(tǒng)分層控制的高速處理能力，可實現(xiàn)光伏電池陣列最大功率追蹤MPPT、電池儲能組件充放電控制和兩種分布式電源的最優(yōu)協(xié)調控制，有效平抑光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)時的有功功率波動，實時動態(tài)補償無功功率需求，提高區(qū)域內(nèi)大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)接入的滲透率，最大程度提高太陽能的利用率和光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出電能質量，增強系統(tǒng)穩(wěn)定性，從而提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體性能。
[0006]本發(fā)明的技術方案為:一種區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)，包括分布式電源介質模塊、光伏電池逆變模塊、儲能電池雙向變流模塊、負載、區(qū)域電網(wǎng)和能量管理系統(tǒng)；分布式電源介質模塊包括光伏電池陣列和儲能電池組件；光伏電池陣列輸出接光伏電池逆變模塊，光伏電池逆變模塊輸出與區(qū)域電網(wǎng)連接；儲能電池組件與儲能電池雙向變流模塊雙向互聯(lián)，儲能電池雙向變流模塊輸出與區(qū)域電網(wǎng)連接；負載包括商業(yè)關鍵負載、商業(yè)可切除負載、居民關鍵負載和居民可切除負載，負載輸入與區(qū)域電網(wǎng)連接；區(qū)域電網(wǎng)通過PCC點與大電網(wǎng)連接；能量管理系統(tǒng)分別與儲能電池組件、光伏電池逆變模塊、儲能電池雙向變流模塊、負載和PCC點連接。
[0007]所述儲能電池組件內(nèi)自設置有儲能電池管理系統(tǒng)，所述光伏電池逆變模塊內(nèi)自設置有光伏電池逆變監(jiān)控系統(tǒng)，所述儲能電池雙向變流模塊內(nèi)自設置有儲能電池雙向變流監(jiān)控系統(tǒng)，所述PCC點設置有功率監(jiān)控系統(tǒng)，所述儲能電池管理系統(tǒng)、光伏電池逆變監(jiān)控系統(tǒng)、儲能電池雙向變流監(jiān)控系統(tǒng)、負載、PCC點功率監(jiān)控系統(tǒng)與能量管理系統(tǒng)之間通過能量狀態(tài)通訊控制線雙向連接。
[0008]所述光伏電池逆變模塊、儲能電池雙向變流模塊分別與光伏電池陣列、儲能電池組件之間通過直流母線連接。
[0009]所述光伏電池逆變模塊、儲能電池雙向變流模塊、負載與區(qū)域電網(wǎng)之間通過交流母線連接。
[0010]所述區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)能量管理方法，應用分層控制優(yōu)化區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)運行:
1)中央決策層根據(jù)從儲能電池組件、負載采集的實時數(shù)據(jù)和光伏電池逆變模塊、儲能電池雙向變流模塊、PCC點功率監(jiān)控系統(tǒng)采集的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，制定整個系統(tǒng)的能源運行策略；
2)集中控制層根據(jù)中央決策層下達的聯(lián)網(wǎng)運行或孤網(wǎng)運行指令，實時監(jiān)測各分布式電源狀態(tài)，在不同能源條件下采取相應的控制措施:在聯(lián)網(wǎng)運行條件下采取有功/無功功率外環(huán)、交流母線電壓中環(huán)、儲能電池充放電電流內(nèi)環(huán)的三環(huán)控制方式，完成光伏電池陣列MPPT控制、儲能電池組件最優(yōu)充放電控制和變流裝置最優(yōu)功率輸出控制，實現(xiàn)有功功率平滑輸入電網(wǎng)和無功功率補償；在孤網(wǎng)運行條件下采取交流母線電壓/頻率外環(huán)、儲能電池充放電電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制方式，為系統(tǒng)提供恒定的電壓和頻率；
3)本地執(zhí)行層根據(jù)集中控制層運行策略的執(zhí)行情況，分析判斷實際系統(tǒng)的負載需求和能源條件，選擇性地完成切除部分負載或將多余電能存入儲能電池的指令任務。
[0011]所述區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)能量管理方法，系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運行時，儲能電池模塊為區(qū)域電網(wǎng)和大電網(wǎng)間的能量交換提供毫秒級動態(tài)有功平滑和無功補償:
1)當光伏電池陣列輸出功率高于負載功率需求值且儲能電池組件能量大于放電最低比例閾值時，遵循優(yōu)先利用太陽能的原則，光伏電池陣列為區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)負載供電，剩余能量向大電網(wǎng)回饋，儲能電池組件平滑區(qū)域電網(wǎng)與大電網(wǎng)聯(lián)結點PCC處有功功率波動和無功功率補償。光伏發(fā)電系統(tǒng)工作在最大功率跟蹤(MPPT)模式，儲能電池組件工作在恒壓限流充/放電方式，儲能電池雙向變流模塊工作在有功/無功功率閉環(huán)控制狀態(tài)，實現(xiàn)有功功率和無功功率的完全解耦，抑制區(qū)域電網(wǎng)向大電網(wǎng)輸送能量時PCC點的有功/無功功率波動；
2)當光伏電池陣列輸出功率高于負載功率需求值但儲能電池組件能量小于放電最低比例閾值時，遵循優(yōu)先利用太陽能的原則，光伏電池陣列為區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)負載供電，剩余能量向大電網(wǎng)回饋；電網(wǎng)向儲能電池組件充電，直至充電最高比例閾值。光伏發(fā)電系統(tǒng)工作在MPPT模式，儲能電池組件以恒壓限流方式充電，儲能電池雙向變流模塊工作在整流狀態(tài)；
3)當光伏電池陣列輸出功率低于負載功率需求值但儲能電池組件能量大于放電最低比例閾值時，遵循優(yōu)先利用太陽能的原則，光伏電池陣列為區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)關鍵負載供電，大電網(wǎng)向普通負載供電，儲能電池組件平滑連接點PCC處有功功率波動和無功功率補償。光伏發(fā)電系統(tǒng)工作在MPPT模式，儲能電池組件工作在恒壓限流充/放電方式，儲能電池雙向變流模塊工作在有功/無功功率閉環(huán)控制狀態(tài)，實現(xiàn)有功功率和無功功率的完全解耦，抑制大電網(wǎng)向區(qū)域電網(wǎng)輸送能量時PCC點的有功/無功功率波動；
4)當光伏電池陣列輸出功率低于負載功率需求值且儲能電池組件能量小于放電最低比例閾值時，遵循優(yōu)先利用太陽能的原則，光伏電池陣列為區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)關鍵負載供電，由大電網(wǎng)向普通負載供電，并向儲能電池組件充電，直至充電最高比例閾值。光伏發(fā)電系統(tǒng)工作在MPPT模式，儲能電池組件以恒壓限流方式充電，儲能電池雙向變流模塊工作在整流狀態(tài)。
[0012]所述區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)能量管理方法，系統(tǒng)孤網(wǎng)運行時，儲能電池模塊為系統(tǒng)提供恒定的電壓和頻率，維持系統(tǒng)穩(wěn)定運行:
O當光伏電池陣列輸出功率高于負載功率需求值時，遵循優(yōu)先利用太陽能的原則，光伏電池陣列為區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)負載供電，儲能電池組件吸收光伏電池陣列剩余能量。光伏電池陣列按負載需求輸出功率，儲能電池組件以恒壓限流方式充電，儲能電池雙向變流模塊工作在整流狀態(tài)，采取v/f控制方式，維持區(qū)域電網(wǎng)交流母線電壓與頻率恒定；
2)當光伏電池陣列輸出功率低于負載功率需求值時，遵循對關鍵負載持續(xù)可靠供電的優(yōu)先原則，切除普通負載，光伏電池陣列為區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)關鍵負載供電，儲能電池組件釋放能量，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的交流母線電壓和頻率。光伏發(fā)電系統(tǒng)工作在MPPT模式，儲能電池組件以恒壓限流方式放電，儲能電池雙向變流模塊工作在逆變狀態(tài)，采取V/f控制方式，維持區(qū)域電網(wǎng)交流母線電壓與頻率恒定。
[0013]所述區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)能量管理方法，所述額定交流母線電壓有效值為215V-225V。
[0014]所述區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)能量管理方法，其特征在于，所述交流母線電壓允許的最大值設定的依據(jù)為:隨著光伏電池陣列輸出功率的增多，交流母線電壓升高，根據(jù)負載允許的最高工作電壓范圍確定交流母線電壓允許的最大值，所述交流母線電壓有效值允許的最大值為230V-240V ;所述交流母線電壓允許的最小值設定的依據(jù)為:根據(jù)負載允許的最低工作電壓范圍確定交流母線電壓允許的最小值，所述交流母線電壓有效值允許的最小值為200V-210V。
[0015]所述區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)能量管理方法，其特征在于，所述儲能電池組件設定的放電最低比例閾值為20%-30%，充電最高比例閾值為85%-95%。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)及其能量管理方法，應用分層控制策略優(yōu)化系統(tǒng)運行，能夠完成光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率追蹤MPPT、電池儲能組件充放電控制、兩種電源介質協(xié)調控制等功能；可以對光伏電池陣列運行情況進行監(jiān)測，能夠合理控制其出力大小，最大程度提高太陽能的利用率；能夠實現(xiàn)對儲能電池組件運行情況的監(jiān)測，通過合理的充放電控制對儲能電池組件進行能量管理，實現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)和大電網(wǎng)間的能量交換的動態(tài)有功平滑和無功補償，有效提高光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)的滲透率；實現(xiàn)光伏電池陣列與儲能電池組件兩種分布式電源的最優(yōu)協(xié)調控制，可以提高系統(tǒng)輸出電能質量，增強系統(tǒng)穩(wěn)定性；根據(jù)實際系統(tǒng)的負載需求和能源條件，有選擇地切除部分負載或將多余電能存入儲能電池，有效提高能量管理系統(tǒng)處理效率；適用于區(qū)域級光伏聯(lián)網(wǎng)/孤網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，將光伏發(fā)電和儲能技術充分結合，實現(xiàn)光伏和儲能的智能控制，有效提高光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出電能質量、系統(tǒng)能量管理效率和供電可靠性等性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)總體結構框圖；
圖2為本發(fā)明區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)連接圖；
圖3為本發(fā)明區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)能量管理的分層控制圖；
圖4為本發(fā)明區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運行時能量管理流程圖；
圖5為本發(fā)明區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)孤網(wǎng)運行時能量管理流程圖。
【具體實施方式】
[0018]如圖1總體結構框圖和如圖2區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)連接圖，區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)包括分布式電源介質模塊、光伏電池逆變模塊、儲能電池雙向變流模塊、負載、區(qū)域電網(wǎng)和能量管理系統(tǒng)；分布式電源介質模塊包括光伏電池陣列和儲能電池組件；光伏電池陣列輸出接光伏電池逆變模塊，光伏電池逆變模塊輸出與區(qū)域電網(wǎng)連接；儲能電池組件與儲能電池雙向變流模塊雙向互聯(lián)，儲能電池雙向變流模塊輸出與區(qū)域電網(wǎng)連接；負載包括商業(yè)關鍵負載、商業(yè)可切除負載、居民關鍵負載和居民可切除負載，輸入與區(qū)域電網(wǎng)連接；區(qū)域電網(wǎng)通過PCC點與大電網(wǎng)連接；能量管理系統(tǒng)分別與儲能電池組件、光伏電池逆變模塊、儲能電池雙向變流模塊、負載和PCC點連接。
[0019]如圖2連接圖，所述儲能電池組件內(nèi)自設置有儲能電池管理系統(tǒng)，所述光伏電池逆變模塊內(nèi)自設置有光伏電池逆變監(jiān)控系統(tǒng)，所述儲能電池雙向變流模塊內(nèi)自設置有儲能電池雙向變流監(jiān)控系統(tǒng)，所述PCC點設置有功率監(jiān)控系統(tǒng)，所述儲能電池管理系統(tǒng)、光伏電池逆變監(jiān)控系統(tǒng)、儲能電池雙向變流監(jiān)控系統(tǒng)、負載、PCC點功率監(jiān)控系統(tǒng)與能量管理系統(tǒng)之間通過能量狀態(tài)通訊控制線雙向連接。
[0020]所述光伏電池逆變模塊、儲能電池雙向變流模塊分別與光伏電池陣列、儲能電池組件之間通過直流母線連接。
[0021]所述光伏電池逆變模塊、儲能電池雙向變流模塊、負載與區(qū)域電網(wǎng)之間通過交流母線連接。
[0022]如圖3能量管理的分層控制圖，所述區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)能量管理方法，應用分層控制優(yōu)化區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)運行:
O中央決策層根據(jù)從儲能電池組件、負載采集的實時數(shù)據(jù)和光伏電池逆變模塊、儲能電池雙向變流模塊、PCC點功率監(jiān)控系統(tǒng)采集的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，制定整個系統(tǒng)的能源運行策略；
2)集中控制層根據(jù)中央決策層下達的聯(lián)網(wǎng)運行或孤網(wǎng)運行指令，實時監(jiān)測各分布式電源狀態(tài)，在不同能源條件下采取相應的控制措施:在聯(lián)網(wǎng)運行條件下采取有功/無功功率外環(huán)、交流母線電壓中環(huán)、儲能電池充放電電流內(nèi)環(huán)的三環(huán)控制方式，完成光伏電池陣列MPPT控制、儲能電池組件最優(yōu)充放電控制和變流裝置最優(yōu)功率輸出控制，實現(xiàn)有功功率平滑輸入電網(wǎng)和無功功率補償；在孤網(wǎng)運行條件下采取交流母線電壓/頻率外環(huán)、儲能電池充放電電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制方式，為系統(tǒng)提供恒定的電壓和頻率；
3)本地執(zhí)行層根據(jù)集中控制層運行策略的執(zhí)行情況，分析判斷實際系統(tǒng)的負載需求和能源條件，選擇性地完成切除部分負載或將多余電能存入儲能電池的指令任務，有效提高能量管理系統(tǒng)處理效率，提升供電質量。
[0023]如圖4聯(lián)網(wǎng)運行能量管理流程圖，所述區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)能量管理方法，系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運行時，儲能電池模塊為區(qū)域電網(wǎng)和大電網(wǎng)間的能量交換提供毫秒級動態(tài)有功平滑和無功補償:
O當光伏電池陣列輸出功率高于負載功率需求值且儲能電池組件能量大于放電最低比例閾值時，遵循優(yōu)先利用太陽能的原則，光伏電池陣列為區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)負載供電，剩余能量向大電網(wǎng)回饋，儲能電池組件平滑區(qū)域電網(wǎng)與大電網(wǎng)聯(lián)結點PCC處有功功率波動和無功功率補償。光伏發(fā)電系統(tǒng)工作在最大功率跟蹤(MPPT)模式，儲能電池組件工作在恒壓限流充/放電方式，儲能電池雙向變流模塊工作在有功/無功功率閉環(huán)控制狀態(tài)，實現(xiàn)有功功率和無功功率的完全解耦，抑制區(qū)域電網(wǎng)向大電網(wǎng)輸送能量時PCC點的有功/無功功率波動；
2)當光伏電池陣列輸出功率高于負載功率需求值但儲能電池組件能量小于放電最低比例閾值時，遵循優(yōu)先利用太陽能的原則，光伏電池陣列為區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)負載供電，剩余能量向大電網(wǎng)回饋；電網(wǎng)向儲能電池組件充電，直至充電最高比例閾值。光伏發(fā)電系統(tǒng)工作在MPPT模式，儲能電池組件以恒壓限流方式充電，儲能電池雙向變流模塊工作在整流狀態(tài)；
3)當光伏電池陣列輸出功率低于負載功率需求值但儲能電池組件能量大于放電最低比例閾值時，遵循優(yōu)先利用太陽能的原則，光伏電池陣列為區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)關鍵負載供電，大電網(wǎng)向普通負載供電，儲能電池組件平滑連接點PCC處有功功率波動和無功功率補償。光伏發(fā)電系統(tǒng)工作在MPPT模式，儲能電池組件工作在恒壓限流充/放電方式，儲能電池雙向變流模塊工作在有功/無功功率閉環(huán)控制狀態(tài)，實現(xiàn)有功功率和無功功率的完全解耦，抑制大電網(wǎng)向區(qū)域電網(wǎng)輸送能量時PCC點的有功/無功功率波動；
4)當光伏電池陣列輸出功率低于負載功率需求值且儲能電池組件能量小于放電最低比例閾值時，遵循優(yōu)先利用太陽能的原則，光伏電池陣列為區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)關鍵負載供電，由大電網(wǎng)向普通負載供電，并向儲能電池組件充電，直至充電最高比例閾值。光伏發(fā)電系統(tǒng)工作在MPPT模式，儲能電池組件以恒壓限流方式充電，儲能電池雙向變流模塊工作在整流狀態(tài)。
[0024]如圖5孤網(wǎng)運行能量管理流程圖，所述區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)能量管理方法，系統(tǒng)孤網(wǎng)運行時，儲能電池模塊為系統(tǒng)提供恒定的電壓和頻率，維持系統(tǒng)穩(wěn)定運行:
O當光伏電池陣列輸出功率高于負載功率需求值時，遵循優(yōu)先利用太陽能的原則，光伏電池陣列為區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)負載供電，儲能電池組件吸收光伏電池陣列剩余能量。光伏電池陣列按負載需求輸出功率，儲能電池組件以恒壓限流方式充電，儲能電池雙向變流模塊工作在整流狀態(tài)，采取V/f控制方式，維持區(qū)域電網(wǎng)交流母線電壓與頻率恒定；
2)當光伏電池陣列輸出功率低于負載功率需求值時，遵循對關鍵負載持續(xù)可靠供電的優(yōu)先原則，切除普通負載，光伏電池陣列為區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)關鍵負載供電，儲能電池組件釋放能量，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的交流母線電壓和頻率。光伏發(fā)電系統(tǒng)工作在MPPT模式，儲能電池組件以恒壓限流方式放電，儲能電池雙向變流模塊工作在逆變狀態(tài)，采取V/f控制方式，維持區(qū)域電網(wǎng)交流母線電壓與頻率恒定。
[0025]所述區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)能量管理方法，所述額定交流母線電壓有效值為215V-225V。[0026]所述區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)能量管理方法，其特征在于，所述交流母線電壓允許的最大值設定的依據(jù)為:隨著光伏電池陣列輸出功率的增多，交流母線電壓升高，根據(jù)負載允許的最高工作電壓范圍確定交流母線電壓允許的最大值，所述交流母線電壓有效值允許的最大值為230V-240V ;所述交流母線電壓允許的最小值設定的依據(jù)為:根據(jù)負載允許的最低工作電壓范圍確定交流母線電壓允許的最小值，所述交流母線電壓有效值允許的最小值為200V-210V。
[0027]所述區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)能量管理方法，其特征在于，所述儲能電池組件設定的放電最低比例閾值為20%-30%，充電最高比例閾值為85%-95%。
[0028]系統(tǒng)根據(jù)能量管理系統(tǒng)分層調度指令，中央決策層優(yōu)先將光伏電池陣列功率送入交流母線；若此時功率不足，集中控制層調度光伏電池陣列功率送入關鍵負載，由電網(wǎng)向普通負載供電；若儲能電池組件能量已滿，集中控制層調度儲能電池組件能量流入交流母線，平抑光伏電池陣列功率送入大電網(wǎng)的有功/無功功率波動；若光伏電池陣列沒有功率輸出，儲能電池能量輸出不足，則由本地執(zhí)行層控制部分負載的切除，或控制電網(wǎng)向儲能電池充電并向負載供電。通過光伏電池陣列和儲能電池組件的協(xié)調控制，可以有效提高光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)的滲透率，最大程度提高太陽能的利用率和系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)電能質量，增強系統(tǒng)穩(wěn)定性，從而提升光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體性能。
【權利要求】
1.一種區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)，其特征在于，包括分布式電源介質模塊、光伏電池逆變模塊、儲能電池雙向變流模塊、負載、區(qū)域電網(wǎng)和能量管理系統(tǒng)；分布式電源介質模塊包括光伏電池陣列和儲能電池組件；光伏電池陣列輸出接光伏電池逆變模塊，光伏電池逆變模塊輸出與區(qū)域電網(wǎng)連接；儲能電池組件與儲能電池雙向變流模塊雙向互聯(lián)，儲能電池雙向變流模塊輸出與區(qū)域電網(wǎng)連接；負載包括商業(yè)關鍵負載、商業(yè)可切除負載、居民關鍵負載和居民可切除負載，負載輸入與區(qū)域電網(wǎng)連接；區(qū)域電網(wǎng)通過PCC點與大電網(wǎng)連接；能量管理系統(tǒng)分別與儲能電池組件、光伏電池逆變模塊、儲能電池雙向變流模塊、負載和PCC點連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述儲能電池組件內(nèi)自設置有儲能電池管理系統(tǒng)，所述光伏電池逆變模塊內(nèi)自設置有光伏電池逆變監(jiān)控系統(tǒng)，所述儲能電池雙向變流模塊內(nèi)自設置有儲能電池雙向變流監(jiān)控系統(tǒng)，所述PCC點設置有功率監(jiān)控系統(tǒng)，所述儲能電池管理系統(tǒng)、光伏電池逆變監(jiān)控系統(tǒng)、儲能電池雙向變流監(jiān)控系統(tǒng)、負載、PCC點功率監(jiān)控系統(tǒng)與能量管理系統(tǒng)之間通過能量狀態(tài)通訊控制線雙向連接。
3.根據(jù)權利要求1所述區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述光伏電池逆變模塊、儲能電池雙向變流模塊分別與光伏電池陣列、儲能電池組件之間通過直流母線連接。
4.根據(jù)權利要求1所述區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述光伏電池逆變模塊、儲能電池雙向變流模塊、負載與區(qū)域電網(wǎng)之間通過交流母線連接。
5.一種區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)能量管理方法，其特征在于，應用分層控制優(yōu)化區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)運行:O中央決策層根據(jù)從儲能電池組件、負載采集的實時數(shù)據(jù)和光伏電池逆變模塊、儲能電池雙向變流模塊、PCC點功率監(jiān)控系統(tǒng)采集的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，制定整個系統(tǒng)的能源運行策略； 2)集中控制層根據(jù)中央決策層下達的聯(lián)網(wǎng)運行或孤網(wǎng)運行指令，實時監(jiān)測各分布式電源狀態(tài)，在不同能源條件下采取相應的控制措施:在聯(lián)網(wǎng)運行條件下采取有功/無功功率外環(huán)、交流母線電壓中環(huán)、儲能電池充放電電流內(nèi)環(huán)的三環(huán)控制方式，完成光伏電池陣列MPPT控制、儲能電池組件最優(yōu)充放電控制和變流裝置最優(yōu)功率輸出控制，實現(xiàn)有功功率平滑輸入電網(wǎng)和無功功率補償；在孤網(wǎng)運行條件下采取交流母線電壓/頻率外環(huán)、儲能電池充放電電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制方式，為系統(tǒng)提供恒定的電壓和頻率；3)本地執(zhí)行層根據(jù)集中控制層運行策略的執(zhí)行情況，分析判斷實際系統(tǒng)的負載需求和能源條件，選擇性地完成切除部分負載或將多余電能存入儲能電池的指令任務。
6.根據(jù)權利要求5所述區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)能量管理方法，其特征在于，所述步驟2)中系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運行時，儲能電池模塊為區(qū)域電網(wǎng)和大電網(wǎng)間的能量交換提供毫秒級動態(tài)有功平滑和無功補償:O當光伏電池陣列輸出功率高于負載功率需求值且儲能電池組件能量大于放電最低比例閾值時，遵循優(yōu)先利用太陽能的原則，光伏電池陣列為區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)負載供電，剩余能量向大電網(wǎng)回饋，儲能電池組件平滑區(qū)域電網(wǎng)與大電網(wǎng)聯(lián)結點PCC處有功功率波動和無功功率補償；光伏發(fā)電系統(tǒng)工作在最大功率跟蹤(MPPT)模式，儲能電池組件工作在恒壓限流充/放電方式，儲能電池雙向變流模塊工作在有功/無功功率閉環(huán)控制狀態(tài)，實現(xiàn)有功功率和無功功率的完全解耦，抑制區(qū)域電網(wǎng)向大電網(wǎng)輸送能量時PCC點的有功/無功功率波動；2)當光伏電池陣列輸出功率高于負載功率需求值但儲能電池組件能量小于放電最低比例閾值時，遵循優(yōu)先利用太陽能的原則，光伏電池陣列為區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)負載供電，剩余能量向大電網(wǎng)回饋；電網(wǎng)向儲能電池組件充電，直至充電最高比例閾值；光伏發(fā)電系統(tǒng)工作在MPPT模式，儲能電池組件以恒壓限流方式充電，儲能電池雙向變流模塊工作在整流狀態(tài)；3)當光伏電池陣列輸出功率低于負載功率需求值但儲能電池組件能量大于放電最低比例閾值時，遵循優(yōu)先利用太陽能的原則，光伏電池陣列為區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)關鍵負載供電，大電網(wǎng)向普通負載供電，儲能電池組件平滑連接點PCC處有功功率波動和無功功率補償；光伏發(fā)電系統(tǒng)工作在MPPT模式，儲能電池組件工作在恒壓限流充/放電方式，儲能電池雙向變流模塊工作在有功/無功功率閉環(huán)控制狀態(tài)，實現(xiàn)有功功率和無功功率的完全解耦，抑制大電網(wǎng)向區(qū)域電網(wǎng)輸送能量時PCC點的有功/無功功率波動；4)當光伏電池陣列輸出功率低于負載功率需求值且儲能電池組件能量小于放電最低比例閾值時，遵循優(yōu)先利用太陽能的原則，光伏電池陣列為區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)關鍵負載供電，由大電網(wǎng)向普通負載供電，并向儲能電池組件充電，直至充電最高比例閾值；光伏發(fā)電系統(tǒng)工作在MPPT模式，儲能電池組件以恒壓限流方式充電，儲能電池雙向變流模塊工作在整流狀態(tài)。
7.根據(jù)權利要求5所述區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)能量管理方法，其特征在于，所述步驟2)中系統(tǒng)孤網(wǎng)運行·時，儲能電池模塊為系統(tǒng)提供恒定的電壓和頻率，維持系統(tǒng)穩(wěn)定運O當光伏電池陣列輸出功率高于負載功率需求值時，遵循優(yōu)先利用太陽能的原則，光伏電池陣列為區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)負載供電，儲能電池組件吸收光伏電池陣列剩余能量；光伏電池陣列按負載需求輸出功率，儲能電池組件以恒壓限流方式充電，儲能電池雙向變流模塊工作在整流狀態(tài)，采取V/f控制方式，維持區(qū)域電網(wǎng)交流母線電壓與頻率恒定；2)當光伏電池陣列輸出功率低于負載功率需求值時，遵循對關鍵負載持續(xù)可靠供電的優(yōu)先原則，切除普通負載，光伏電池陣列為區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)關鍵負載供電，儲能電池組件釋放能量，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的交流母線電壓和頻率；光伏發(fā)電系統(tǒng)工作在MPPT模式，儲能電池組件以恒壓限流方式放電，儲能電池雙向變流模塊工作在逆變狀態(tài)，采取V/f控制方式，維持區(qū)域電網(wǎng)交流母線電壓與頻率恒定。
8.根據(jù)權利要求5所述區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)能量管理方法，其特征在于，所述步驟2)中所述額定交流母線電壓有效值為215V-225V。
9.根據(jù)權利要求5所述區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)能量管理方法，其特征在于，所述步驟2)中所述交流母線電壓允許的最大值設定的依據(jù)為:隨著光伏電池陣列輸出功率的增多，交流母線電壓升高，根據(jù)負載允許的最高工作電壓范圍確定交流母線電壓允許的最大值，所述交流母線電壓有效值允許的最大值為230V-240V ;所述交流母線電壓允許的最小值設定的依據(jù)為:根據(jù)負載允許的最低工作電壓范圍確定交流母線電壓允許的最小值，所述交流母線電壓有效值允許的最小值為200V-210V。
10.根據(jù)權利要求5所述區(qū)域高滲透率光伏儲能系統(tǒng)能量管理方法，其特征在于，所述步驟2)中儲能電池組件設定的放電最低比例閾值為20%-30%，充電最高比例閾值為85%-95%。
【文檔編號】H02J3/32GK103441531SQ201310407598
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月10日 優(yōu)先權日:2013年9月10日
【發(fā)明者】王育飛, 薛花 申請人:上海電力學院