一種光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)能量管理控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光伏儲(chǔ)能聯(lián)合系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，設(shè)及一種適用于光伏發(fā)電系 統(tǒng)的能量管理控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于太陽(yáng)能資源儲(chǔ)量豐富、分布廣泛且經(jīng)濟(jì)環(huán)保，光伏發(fā)電技術(shù)在近年來(lái)得到迅 猛發(fā)展。光伏電池轉(zhuǎn)換效率不斷提高，生產(chǎn)成本不斷下降，使得光伏發(fā)電將在能源、環(huán)境和 人類社會(huì)未來(lái)發(fā)展中占據(jù)重要地位。但是由于光伏發(fā)電的波動(dòng)性、隨機(jī)性及間歇性等特性， 使其出力不穩(wěn)定且受環(huán)境因素影響較大。特別是在高滲透率光伏接入情況下，其對(duì)電網(wǎng)的 安全穩(wěn)定運(yùn)行和控制帶來(lái)的問(wèn)題日益明顯。
[0003] 為了解決上述問(wèn)題，通常采取在光伏發(fā)電系統(tǒng)中引入儲(chǔ)能裝置。通過(guò)合理的儲(chǔ)能 控制方法，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)動(dòng)態(tài)地對(duì)儲(chǔ)能裝置充放電進(jìn)行控制，W平衡電網(wǎng)能量，優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn) 行。儲(chǔ)能裝置不僅可W平抑光伏電池出力波動(dòng)，用作備用電源和能量緩沖裝置，同時(shí)還可W 提高光伏容量滲透率水平和利用率水平，優(yōu)化光伏發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性，并提高整個(gè)光伏發(fā)電系 統(tǒng)的穩(wěn)定性。合理的儲(chǔ)能配置及其控制方法對(duì)高滲透率下的光伏儲(chǔ)能聯(lián)合系統(tǒng)的穩(wěn)定優(yōu)化 運(yùn)行具有重要意義。
[0004] 現(xiàn)階段光伏儲(chǔ)能聯(lián)合系統(tǒng)技術(shù)，多集中在聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和潮流定向控 審Ij，W及光伏最大功率跟蹤及并網(wǎng)控制策略方面?，F(xiàn)有的基于混合儲(chǔ)能的儲(chǔ)能充放電控制 方法，在系統(tǒng)不同運(yùn)行狀態(tài)下合理安排不同儲(chǔ)能進(jìn)行充放電。該方法只限于儲(chǔ)能的集中控 審IJ，未考慮混合儲(chǔ)能裝置的配置方式，不能根據(jù)不同的控制目標(biāo)，靈活地安排不同儲(chǔ)能裝置 進(jìn)行充放電，其控制電路復(fù)雜且可操作性不高，控制效率低下，難W有效優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的W上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)能量管理 控制方法，其目的在于便捷、有效地對(duì)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行全局控制和局部控制，簡(jiǎn)化控制電 路及控制過(guò)程，提高控制效率。本發(fā)明的方法可用圖1所示框圖來(lái)簡(jiǎn)要表示。
[0006] 本發(fā)明提出的一種光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)能量管理控制方法，包括光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)配置方 法、集中儲(chǔ)能控制方法和分布式儲(chǔ)能控制方法，其中：
[0007] 所述光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)配置方法為:每臺(tái)光伏發(fā)電裝置配置一組儲(chǔ)能裝置，構(gòu)成一個(gè) 光儲(chǔ)單元;多個(gè)光儲(chǔ)單元與一條直流母線連接，各直流母線通過(guò)變流器與交流母線連接，交 流母線經(jīng)變壓器，與區(qū)域配電網(wǎng)連接;集中儲(chǔ)能系統(tǒng)和分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)互不相連，分別通過(guò) 變流器與交流母線相連;所述集中儲(chǔ)能系統(tǒng)是指集中儲(chǔ)能區(qū)的儲(chǔ)能裝置串并聯(lián)形成的儲(chǔ)能 系統(tǒng)，所述分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)則是指分布在集中儲(chǔ)能區(qū)之外的各處單個(gè)儲(chǔ)能裝置；
[000引所述集中儲(chǔ)能系統(tǒng)控制方法為：當(dāng)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)中光伏發(fā)電裝置整體出力大于總 負(fù)荷時(shí)，集中儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能裝置進(jìn)行充電；當(dāng)全部?jī)?chǔ)能裝置達(dá)到最大荷電狀態(tài)，將多余的 光伏出力電能向光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)外輸送；當(dāng)光伏發(fā)電裝置整體出力小于負(fù)荷時(shí)，集中儲(chǔ)能系 統(tǒng)放電；當(dāng)全部?jī)?chǔ)能裝置達(dá)到最小荷電狀態(tài)，從外部向光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)送入電能。采用該方 法，可W平衡系統(tǒng)功率，減少負(fù)荷峰谷差，提高光伏利用率。
[0009] 所述分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)控制方法為：當(dāng)某光伏發(fā)電裝置的輸出功率高于其平均值 時(shí)，其相應(yīng)的儲(chǔ)能裝置充電，吸收該光伏發(fā)電裝置輸出功率；當(dāng)某光伏發(fā)電裝置的輸出功率 低于其平均值時(shí)，其相應(yīng)的儲(chǔ)能裝置放電，補(bǔ)充該光伏發(fā)電裝置輸出功率。采用該方法，可 減小光伏出力波動(dòng)。
[0010] 本發(fā)明所述的光伏發(fā)電裝置，指一個(gè)最小可控制的光伏陣列。
[0011] 進(jìn)一步的，所述集中儲(chǔ)能系統(tǒng)采用蓄電池組為儲(chǔ)能裝置;所述分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)采 用超級(jí)電容器組為儲(chǔ)能裝置。采用該配置方案，兼顧了響應(yīng)速度與配置成本要求。
[0012] 進(jìn)一步的，所述集中儲(chǔ)能系統(tǒng)中的儲(chǔ)能裝置是分組連接的，儲(chǔ)能裝置的充放電根 據(jù)其荷電狀態(tài)分組進(jìn)行;荷電狀態(tài)越高的儲(chǔ)能裝置組，充電時(shí)間越少，放電時(shí)間越長(zhǎng);荷電 狀態(tài)越低的儲(chǔ)能裝置組，充電時(shí)間越長(zhǎng)，放電時(shí)間越短。
[0013] 進(jìn)一步的，所述能量管理控制方法中，所述集中儲(chǔ)能裝置為蓄電池，分底層、中層 和頂層控制，其中：底層控制管理單體蓄電池電壓采集、多點(diǎn)溫度采集、蓄電池均衡控制功 能；中層控制管理單個(gè)蓄電池組中的全部蓄電池，同時(shí)負(fù)責(zé)蓄電池組的總電壓采集、充放電 電流采集、漏電檢測(cè)、故障報(bào)警，荷電狀態(tài)計(jì)算，與底層控制協(xié)同完成該蓄電池組的均衡控 審IJ;頂層控制管理集中儲(chǔ)能系統(tǒng)中的全部蓄電池組，通過(guò)收集各組蓄電池的數(shù)據(jù)信息，對(duì)集 中儲(chǔ)能系統(tǒng)的信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析和處理。采用該方法，可解決控制數(shù)據(jù)計(jì)算量和通信量大 的問(wèn)題，提局巧制效率。
[0014] 進(jìn)一步的，所述能量管理控制方法，還包括交流母線末端的分布式儲(chǔ)能裝置控制 方法:檢測(cè)交流母線末端的光儲(chǔ)單元，當(dāng)交流母線末端負(fù)荷較小而其對(duì)應(yīng)的光儲(chǔ)單元的出 力較大時(shí)，該光儲(chǔ)單元中的儲(chǔ)能裝置充電，吸收光伏發(fā)電裝置出力；當(dāng)交流母線末端負(fù)荷較 大而其對(duì)應(yīng)的光儲(chǔ)單元出力較小時(shí)，該光儲(chǔ)單元中的儲(chǔ)能裝置放電，補(bǔ)充光伏發(fā)電裝置出 力。采用該方法，可進(jìn)一步穩(wěn)定交流母線電壓。
[0015] 總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的W上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有W下有益效 果：
[0016] 1、針對(duì)現(xiàn)有光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)，根據(jù)不同儲(chǔ)能裝置充放電特性的不同，將其進(jìn)行合理 分層配置。相比于傳統(tǒng)混合儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)，利用該分層儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)，能夠方便、有效地對(duì)光伏儲(chǔ)能 系統(tǒng)進(jìn)行全局控制和局部控制，簡(jiǎn)化控制電路及控制過(guò)程，提高控制效率，有利于光伏儲(chǔ)能 系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。
[0017] 2、分另幡立了集中儲(chǔ)能全局控制和分布式儲(chǔ)能局部控制的優(yōu)化方法，所提出的控 制方法可有效增加光伏利用率，穩(wěn)定母線電壓。
[0018] 3、在集中儲(chǔ)能全局控制中，針對(duì)集中管理大量蓄電池存在諸多困難的問(wèn)題，提出 了蓄電池分層控制，通過(guò)該控制結(jié)構(gòu)可自底向上逐層對(duì)蓄電池進(jìn)行管理，解決采用單一控 制單元時(shí)，數(shù)據(jù)量大、難W合理確定每臺(tái)蓄電池荷電狀態(tài)的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1是本發(fā)明的方法示意框圖；
[0020] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的含高滲透率光伏儲(chǔ)能的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖；
[0021 ]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的集中儲(chǔ)能控制方法流程圖；
[0022] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例的蓄電池控制結(jié)構(gòu)圖；
[0023] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例的分布式儲(chǔ)能控制方法流程圖；
[0024] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例的整體控制方法流程圖；
[0025] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例的加入集中儲(chǔ)能后負(fù)荷變化曲線；
[0026] 圖8是本發(fā)明實(shí)施例的光伏有效利用小時(shí)數(shù)變化曲線；
[0027] 圖9是本發(fā)明實(shí)施例的分布式儲(chǔ)能對(duì)光伏出力的平波曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所設(shè)及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可W相互組合。
[0029] 本發(fā)明提出的一種光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)能量管理控制方法包括光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)配置方法、 集中儲(chǔ)能系統(tǒng)控制方法和分布式儲(chǔ)能控制方法。
[0030] 1.光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)配置方法
[0031] 本實(shí)施例中，光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)配置方法為:每臺(tái)光伏發(fā)電裝置配置一組儲(chǔ)能裝置，構(gòu) 成一個(gè)光儲(chǔ)單元；多個(gè)光儲(chǔ)單元與一條直流母線連接，各直流母線通過(guò)變流器與交流母線 連接，交流母線經(jīng)變壓器，與區(qū)域配電網(wǎng)連接;集中儲(chǔ)能系統(tǒng)和分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)互不相連， 分別通過(guò)變流器與交流母線相連;所述集中儲(chǔ)能系統(tǒng)是指集中儲(chǔ)能區(qū)的儲(chǔ)能裝置串并聯(lián)形 成的儲(chǔ)能系統(tǒng)，所述分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)則是指分布在集中儲(chǔ)能區(qū)之外的各處單個(gè)儲(chǔ)能裝置； 本實(shí)例采用混合儲(chǔ)能裝置的分層配置方案，主要包括儲(chǔ)能裝置分層結(jié)構(gòu)的確定W及儲(chǔ)能類 型的選擇。具體如下：
[0032] (1)確定儲(chǔ)能裝置結(jié)構(gòu)
[003引圖2所示為含高滲透率光伏儲(chǔ)能的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖，其中，DC/DC和DC/AC分別為直流 斬波器和逆變器，DC BUS和AC BUS分別為直流母線和交流母線，DVR為負(fù)荷電壓調(diào)節(jié)器。本 發(fā)明實(shí)施例所述的儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)是指集中儲(chǔ)能W及分布式儲(chǔ)能兩層結(jié)構(gòu)。集中儲(chǔ)能是指數(shù)量眾 多的儲(chǔ)能裝置串并聯(lián)形成的大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)，一般集中部署在某一特定地區(qū)。而分布式儲(chǔ) 能則是指分布在配電網(wǎng)各處的小規(guī)模儲(chǔ)能裝置，與分布式光伏發(fā)電裝置合稱光儲(chǔ)單元。
[0034] (2)選擇儲(chǔ)能裝置類型
[0035] 根據(jù)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理要求，分層儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)應(yīng)同時(shí)具有就地平衡光伏出力 波動(dòng)性W及調(diào)節(jié)整個(gè)配電網(wǎng)峰谷差的作用。因此，在集中儲(chǔ)能處部署能量密度較高，適合較 長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存的蓄電池組，而在分布式儲(chǔ)能處部署響應(yīng)速較快，充放電效率高的超級(jí)電容器。
[0036] 2.集中儲(chǔ)能系統(tǒng)控制方法
[0037] 集中儲(chǔ)能系統(tǒng)控制方法為：當(dāng)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)中光伏發(fā)電裝置整體出力大于總負(fù)荷 時(shí)，集中儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能裝置進(jìn)行充電；當(dāng)全部?jī)?chǔ)能裝置達(dá)到最大荷電狀態(tài)，將多余的光伏 出力電能向光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)外輸送；當(dāng)光伏發(fā)電裝置整體出力小于負(fù)荷時(shí)，集中儲(chǔ)能系統(tǒng)放 電；當(dāng)全部?jī)?chǔ)能裝置達(dá)到最小荷電狀態(tài)，從外部向光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)送入電能。該方法目的是為 了滿足系統(tǒng)電能供需平衡，W及對(duì)負(fù)荷進(jìn)行削峰填谷，W減小系統(tǒng)峰谷差。本實(shí)施例在集中 儲(chǔ)能系統(tǒng)控制中進(jìn)一步引入蓄電池分層管理方法:所述集中儲(chǔ)能系統(tǒng)中的儲(chǔ)能裝置是分組 連接的，儲(chǔ)能裝置的充放電根據(jù)其荷電狀態(tài)分組進(jìn)行;荷電狀態(tài)越高的儲(chǔ)能裝置組，充電時(shí) 間越少，放電時(shí)間越長(zhǎng);荷電狀態(tài)越低的儲(chǔ)能裝置組，充電時(shí)間越長(zhǎng)，放電時(shí)間越短。采用該 方法，可提升集中儲(chǔ)能系統(tǒng)中蓄電池的控制效能