一種用于供電接入裝置的功率平衡控制方法
【專利摘要】本發明提供一種用于供電接入裝置的功率平衡控制方法，供電接入裝置用于接入至少兩個發電單元與儲能單元并向負載輸出電能，還包括控制器，用于供電接入裝置的功率平衡控制方法包括以下步驟：(1)檢測儲能單元的輸出電壓，如果小于啟動電壓值，執行步驟(2)，如果大于或等于啟動電壓值，執行步驟(3)；(2)控制器控制發電單元向儲能單元充電，執行步驟(1)；(3)控制器控制發電單元和/或儲能單元向負載輸出電能，控制每個發電單元工作在最優功率點。本發明提供的用于供電接入裝置的功率平衡控制方法，能夠及時響應外界環境的變化，控制每個發電單元工作在最優功率點，實現能源的綜合優化，從而提高供電的平穩性，改善供電接入裝置的可靠性。
【專利說明】
一種用于供電接入裝置的功率平衡控制方法
技術領域
[0001]本發明涉及電氣控制領域，具體涉及一種用于供電接入裝置的功率平衡控制方法。
【背景技術】
[0002]分布式發電具有節能、環保、投資少、占地小，建設周期短等優點，應對系統峰荷較集中供電更經濟、有效，因此分布式發電可作為大規模集中供電的有益補充。
[0003]從提高整個系統的供電可靠性的角度考慮，可將分布式發電可作為備用電源；亦可作為解決偏遠農村地區、海島地區的供電難題的一種手段。作為分布式發電中的一種類型:離網型風光儲供電系統尤其適合應用于偏遠地區、海島等供電難的地方。
[0004]風機、光伏發電由于受到環境因素影響，具有一定的不穩定性和間歇性，尤其是在獨立風機、光伏發電系統中。而儲能技術的出現，則給風機、伏發電的這些問題帶來了解決方案。
[0005]通過將風機、光伏和儲能組成一體的供電系統，可以很大程度上解決風機、光伏獨立發電存在的不穩定問題，而且也極大地推動了風機、光伏發電技術的發展。
[0006]其中，對電池的控制決定了離網型供電系統的性能的好壞。因為儲能電池的利用率跟充電電流有關，充電電流峰值越大，儲能電池的利用率越低；同時大部分儲能電池對充電電流有限制，從而保證電池的正常工作，所以通過控制實現儲能電池的輸入電流連續可控對于延長電池的使用壽命和提高儲能電池的利用率具有重要的意義。
[0007]目前，風光互補發電系統按結構可劃分為基于直流母線結構和基于交流母線結構。中小型風光互補發電系統中，由于直流母線結構具有控制算法簡單、系統易擴展、可以共用逆變器、成本低的優點，這種結構得到廣泛應用。
[0008]本文所研究設計的風光互補控制逆變一體機采用基于直流母線的結構，離網風光互補發電系統結構如圖1所示，主要組成部分如下:
[0009](I)發電單元:單個或多個光伏組件與風力發電機組成，完成能量轉換，為蓄電池和負載供電。
[0010](2)控制器:包括光伏控制器、風機控制器，主要完成蓄電池的充電管理。
[0011](3)儲能單元:單節或多節蓄電池經串并聯組成，有風或有光時存儲電能，無風且無日照時為負載供電。
[0012](4)逆變器:一臺或多臺逆變器并聯組成，將直流電轉換成220V正弦交流電，為交流負載供電。
[0013]負載包括直流負載和交流負載。
[0014]離網型風光儲供電系統存在以下幾方面的缺陷:I)電源出力受到天氣等外部不可控因素的影響較大，輸出功率往往存在很大的波動性;2)風機、光伏出力的不確定性增加了系統調度的困難，同時難以實現能源的綜合優化。
【發明內容】
[0015]鑒于現有技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種用于供電接入裝置的功率平衡控制方法，能夠及時響應外界環境的變化，控制每個發電單元工作在最優功率點，實現能源的綜合優化，從而提高供電的平穩性，改善供電接入裝置的可靠性。
[0016]本發明提供一種用于供電接入裝置的功率平衡控制方法，供電接入裝置用于接入發電單元與儲能單元并向負載輸出功率，包括控制器，用于供電接入裝置的功率平衡控制方法包括以下步驟:
[0017](I)檢測儲能單元的輸出電壓，如果小于啟動電壓值，執行步驟(2)，如果大于或等于啟動電壓值，執行步驟(3);
[0018](2)控制器控制發電單元向儲能單元充電，執行步驟(I);
[0019](3)控制器控制發電單元和/或儲能單元向負載輸出電能，控制每個發電單元工作在最優功率點。
[0020]進一步地，步驟(3)中控制每個發電單元工作在最優功率點包括以下步驟:
[0021](31)通過分配系數，將負載功率與供電接入裝置的損耗功率之和分配到每個發電單元，作為相應發電單元功率尋優的目標值；
[0022](32)如果儲能單元的輸出電壓小于最大值，增大每個發電單元功率尋優的目標值；
[0023](33)如果發電單元的實際最大功率小于發電單元功率尋優的目標值，控制發電單元工作在實際最大功率處，不足的功率由所述儲能單元提供;如果發電單元的實際最大功率大于或等于發電單元功率尋優的目標值，控制發電單元工作在功率尋優的目標值處；
[0024](34)根據每個發電單元的實際功率調整分配系數，執行步驟(32)。
[0025]進一步地，分配系數的個數與發電單元的個數相等。
[0026]進一步地，控制器包括用于控制每個發電單元的功率控制器，功率控制器包括斬波電路，步驟(33)中控制發電單元工作在實際最大功率處，或者控制發電單元工作在功率尋優的目標值處，包括以下步驟:
[0027](331)功率控制器根據實際最大功率或功率尋優的目標值，相應調節斬波電路的脈寬調制信號的占空比。
[0028]進一步地，負載包括直流負載，步驟(3)中控制器控制發電單元和/或儲能單元向負載輸出電能包括以下步驟:
[0029](35)通過發電單元和/或儲能單元建立起直流母線電壓；
[0030](36)向直流負載輸出功率。
[0031]進一步地，供電接入裝置還包括逆變器，負載包括交流負載，步驟(3)中控制器控制供電接入裝置向負載輸出電能包括以下步驟:
[0032](37)通過發電單元和/或儲能單元建立起直流母線電壓；
[0033](38)通過儲能單元的斬波將直流母線電壓升至目標電壓值；
[0034](39)開啟逆變器，向交流負載輸出功率。
[0035]進一步地，控制器還包括控制儲能單元的斬波電路，步驟(2)中控制器控制發電單元向儲能單元充電包括以下步驟:
[0036](21)通過發電單元建立直流母線電壓；
[0037](22)控制器控制儲能單元以最大充電電流充電。
[0038]進一步地，儲能單元為蓄電池。
[0039]進一步地，儲能單元包括單節蓄電池，或者儲能單元包括串聯和/或并聯的多節蓄電池。
[0040]進一步地，發電單元為光伏組件和/或風機。
[0041]與現有技術相比，本發明提供的用于供電接入裝置的功率平衡控制方法，具有以下有益效果:能夠及時響應外界環境的變化，控制每個發電單元工作在最優功率點，實現能源的綜合優化，從而提高供電的平穩性，改善供電接入裝置的可靠性。
【附圖說明】
[0042]圖1是離網型風光互補發電系統的結構示意圖；
[0043]圖2是本發明的一個實施例中供電接入裝置的結構示意圖；
[0044]圖3是供電接入裝置中能量流動示意圖；
[0045]圖4是本發明的一個實施例的用于供電接入裝置的功率平衡控制方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0046]如圖2所示，本發明的一個實施例中的供電接入裝置，用于接入至少兩個發電單元與儲能單元并向負載輸出功率，本實施例中供電接入裝置接入兩個發電單元:光伏組件與風機。
[0047]供電接入裝置包括控制器，控制器包括功率開關器件，供電接入裝置中能量流動示意圖如圖3所示，用于供電接入裝置的功率平衡控制方法包括以下步驟:
[0048](I)檢測儲能單元的輸出電壓，如果小于啟動電壓值，執行步驟(2)，如果大于或等于啟動電壓值，執行步驟(3);
[0049](2)控制器控制發電單元向儲能單元充電，執行步驟(I);
[0050](3)控制器控制發電單元和/或儲能單元向負載輸出電能，控制每個發電單元工作在最優功率點。
[0051 ]步驟(3)中控制每個發電單元工作在最優功率點包括以下步驟:
[0052](31)通過分配系數，將負載功率與供電接入裝置的損耗功率之和分配到每個發電單元，作為相應發電單元功率尋優的目標值；
[0053](32)如果儲能單元的輸出電壓小于最大值，增大每個發電單元功率尋優的目標值；
[0054](33)如果發電單元的實際最大功率小于發電單元功率尋優的目標值，控制發電單元工作在實際最大功率處，不足的功率由所述儲能單元提供;如果發電單元的實際最大功率大于或等于發電單元功率尋優的目標值，控制發電單元工作在功率尋優的目標值處；
[0055](34)根據每個發電單元的實際功率調整分配系數，執行步驟(32)。
[0056]本實施例中，如果儲能單元的輸出電壓小于最大值，增大每個發電單元功率尋優的目標值，根據發電單元的實際最大功率與發電單元功率尋優的目標值，控制發電單元工作在最優功率點，實現能源的綜合優化，從而提高供電的平穩性，改善供電接入裝置的可靠性。
[0057]分配系數的個數與發電單元的個數相等。
[0058]發電單元為光伏組件和/或風機。
[0059]控制器包括用于控制每個發電單元的功率控制器，功率控制器包括斬波電路，步驟(33)中控制發電單元工作在實際最大功率處，或者控制發電單元工作在功率尋優的目標值處，包括以下步驟:
[0060](331)功率控制器根據實際最大功率或功率尋優的目標值，相應調節斬波電路的脈寬調制信號的占空比。
[0061]負載包括直流負載，步驟(3)中控制器控制發電單元和/或儲能單元向負載輸出電能包括以下步驟:
[0062](35)通過發電單元和/或儲能單元建立起直流母線電壓；
[0063](36)向直流負載輸出功率。
[0064]供電接入裝置還包括逆變器，負載包括交流負載，步驟(3)中控制器控制供電接入裝置向負載輸出電能包括以下步驟:
[0065](37)通過發電單元和/或儲能單元建立起直流母線電壓；
[0066](38)通過儲能單元的斬波將直流母線電壓升至目標電壓值；
[0067](39)開啟逆變器，向交流負載輸出功率。
[0068 ] 控制器還包括控制儲能單元的斬波電路，步驟(2)中控制器控制發電單元向儲能單元充電包括以下步驟:
[0069](21)通過發電單元建立直流母線電壓；
[0070](22)控制器控制儲能單元以最大充電電流充電。
[0071 ]具體地，本實施例中，發電單元為兩個:一個光伏組件與一個風機，風機和光伏的額定功率為1.5kW，風機額定開路電壓11(^(1(3，光伏額定開路電壓216￥(1(3。
[0072]儲能單元為八節膠體鉛酸電池，額定電壓為98V。
[0073]儲能單元可以包括單節蓄電池，也可以包括串聯和/或并聯的多節蓄電池，本發明對此不做限制。
[0074]開機后，系統首先檢測電池的輸出電壓，如果電池的輸出電壓大于88V，則系統進入正常工作模式。如果檢測電池的輸出電壓低于88V，則系統進入充電模式，通過風機、光伏組件給電池充電。
[0075]在正常工作模式，通過BOOST電路將直流母線電壓升至目標值(400V)，打開逆變器的繼電器，啟動逆變器。
[0076]風機、光伏組件按照以下原則進行功率分配:根據負載功率和供電接入裝置本身的損耗功率所確定的總的目標功率值，對風機、光伏組件按照分配系數進行功率分配，而分配系數的確定還需考慮風機和光伏組件實際最大功率。
[0077]將風機、光伏組件分別接入供電接入裝置，以分配的功率，作為功率尋優的參考值，通過功率尋優算法，獲得功率尋優的目標值。
[0078]風機、光伏組件在獲得功率尋優的目標值時分為以下三種情況:
[0079](a)如果電池的輸出電壓未達到最大值，最大值表明電池不需要再繼續充電，風機、光伏組件會繼續尋找更大的功率點，除了提供給負載和供電接入裝置的損耗所需的功率外，多余的功率全部作為電池充電的功率；
[0080](b)如果電池的端口電壓已經是最大值，根據分配系數計算風機、光伏組件的功率值，作為風機、光伏組件功率尋優的目標值；
[0081](C)如果風機、光伏組件由于氣候、溫度等因素的影響，所發出的最大功率不足以提供給負載和供電接入裝置的損耗，這時風機、光伏組件工作在最大功率點處，空缺的功率則需要通過電池來提供。
[0082]本實施例的用于供電接入裝置的功率平衡控制方法的流程圖如圖4所示:
[0083](I)儲能單元的輸出電壓小于啟動電壓值嗎?如果是，執行步驟(10);
[0084](2)通過發電單元和/或儲能單元建立起直流母線電壓；
[0085](3)將直流母線電壓升至目標電壓值；
[0086](4)開啟逆變器；
[0087](5)進行功率分配，設置分配系數初始值；
[0088](6)儲能單元的輸出電壓小于最大值?如果是，執行步驟(7);如果不是，執行步驟
(8)；
[0089](7)增大每個發電單元功率尋優的目標值；
[0090](8)發電單元的實際最大功率小于發電單元功率尋優的目標值?如果是，控制發電單元工作在實際最大功率處，不足的功率由儲能單元提供;如果不是，控制發電單元工作在功率尋優的目標值處；
[0091](9)根據每個發電單元的實際功率調整分配系數，執行步驟(6);
[0092](10)通過發電單元建立起直流母線電壓；
[0093](11)控制儲能單元以最大充電電流充電，執行步驟(I)。
[0094]當然也可以接入兩個以上的發電單元，例如一個光伏組件與兩臺風機，同樣可以采用本發明的功率平衡控制方法，控制每個發電單元工作在最優功率點，實現能源的綜合優化。
[0095]以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創造性勞動就可以根據本發明的構思做出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。
【主權項】
1.一種用于供電接入裝置的功率平衡控制方法，其特征在于，所述供電接入裝置用于接入至少兩個發電單元與儲能單元并向負載輸出功率，所述供電接入裝置包括控制器，所述用于供電接入裝置的功率平衡控制方法包括以下步驟: (1)檢測所述儲能單元的輸出電壓，如果小于啟動電壓值，執行步驟(2)，如果大于或等于啟動電壓值，執行步驟(3); (2)所述控制器控制所述發電單元向所述儲能單元充電，執行步驟(I); (3)所述控制器控制所述發電單元和/或所述儲能單元向所述負載供電，控制每個發電單元工作在最優功率點。2.如權利要求1所述的用于供電接入裝置的功率平衡控制方法，其特征在于，步驟(3)中控制每個發電單元工作在最優功率點包括以下步驟: (31)通過分配系數，將負載功率與供電接入裝置的損耗功率之和分配到每個發電單元，作為相應發電單元功率尋優的目標值； (32)如果儲能單元的輸出電壓小于最大值，增大每個發電單元功率尋優的目標值； (33)如果發電單元的實際最大功率小于所述發電單元功率尋優的目標值，控制所述發電單元工作在所述實際最大功率處，不足的功率由所述儲能單元提供;如果發電單元的實際最大功率大于或等于所述發電單元功率尋優的目標值，控制所述發電單元工作在所述功率尋優的目標值處； (34)根據每個發電單元的實際功率調整分配系數，執行步驟(32)。3.如權利要求2所述的用于供電接入裝置的功率平衡控制方法，其特征在于，所述分配系數的個數與所述發電單元的個數相等，所述分配系數的總和小于或等于I。4.如權利要求2所述的用于供電接入裝置的功率平衡控制方法，其特征在于，所述控制器包括用于控制每個發電單元的功率控制器，所述功率控制器包括斬波電路，步驟(33)中控制所述發電單元工作在所述實際最大功率處，或者控制所述發電單元工作在所述功率尋優的目標值處，包括以下步驟: (331)所述功率控制器根據所述實際最大功率或所述功率尋優的目標值，相應調節斬波電路的脈寬調制信號的占空比。5.如權利要求1所述的用于供電接入裝置的功率平衡控制方法，其特征在于，所述負載包括直流負載，步驟(3)中所述控制器控制所述所述發電單元和/或所述儲能單元向所述負載輸出電能包括以下步驟: (35)通過所述發電單元和/或所述儲能單元建立起直流母線電壓； (36)向所述直流負載輸出功率。6.如權利要求1所述的用于供電接入裝置的功率平衡控制方法，其特征在于，所述供電接入裝置還包括逆變器，所述負載包括交流負載，步驟(3)中所述控制器控制所述所述發電單元和/或所述儲能單元向所述負載輸出電能包括以下步驟: (37)通過所述發電單元和/或所述儲能單元建立起直流母線電壓； (38)通過所述儲能單元的斬波將所述直流母線電壓升至目標電壓值； (39)開啟所述逆變器，向所述交流負載輸出功率。7.如權利要求1所述的用于供電接入裝置的功率平衡控制方法，其特征在于，所述控制器還包括控制所述儲能單元的斬波電路，步驟(2)中所述控制器控制所述發電單元向所述儲能單元充電包括以下步驟: (21)通過所述發電單元建立直流母線電壓； (22)所述控制器控制所述儲能單元以最大充電電流充電。8.如權利要求1所述的用于供電接入裝置的功率平衡控制方法，其特征在于，所述儲能單元為蓄電池。9.如權利要求1所述的用于供電接入裝置的功率平衡控制方法，其特征在于，所述儲能單元包括單節蓄電池，或者所述儲能單元包括串聯和/或并聯的多節蓄電池。10.如權利要求1所述的用于供電接入裝置的功率平衡控制方法，其特征在于，所述發電單元為光伏組件和/或風機。
【文檔編號】H02J3/24GK106026136SQ201610340000
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月20日
【發明人】王龍飛, 何大清, 張琦, 夏耀杰
【申請人】上海電氣分布式能源科技有限公司