[发明专利]一种利用超级电容器储能系统调控光伏发电系统的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以超级电容器作为光伏发电系统的储能装置时，在超级电容器储能系统和光伏发电系统之间进行能量交换的控制方法，属控制技术领域。

背景技术

太阳能光伏发电是太阳能利用的一种有效方式，它以输出电能作为表现形式，具有使用方便、无污染、无噪声、建设周期短、规模可大可小、可与建筑物相结合等优势，是常规发电方式所不可比拟的。但是，光伏发电一般又具有能量分散、受气候、季节等因素影响较大、且受负荷波动影响较大的特点，致使系统供电持续性与稳定性较差，难以满足常规用电负载的要求。解决上述问题比较有效的办法是在光伏发电系统中安装一定容量的储能装置，利用储能装置提高光伏发电系统的供电电能质量和运行稳定性，并实现平抑峰谷之目的。

目前，国内外光伏发电系统一般采用蓄电池组作为储能装置，当发电系统能量充足时，光伏电源为电力用户和储能蓄电池组供电；当发电系统能量不足或无法发电时，蓄电池组放电为电力用户继续提供电能。采用蓄电池组进行储能存在一定缺陷，一方面，蓄电池内部存在电化学反应，充放电速度慢，需要配置的蓄电池容量偏大。另一方面，蓄电池充放电次数有限，使用寿命短，废弃的蓄电池会对环境造成污染，经常更换蓄电池将使光伏发电系统运行成本增大；再有，常规蓄电池储能装置在运行过程中可控性能较差，这是因为其充放电状态完全由蓄电池储能装置空载端电压和发电系统连接处电压之差来决定，而蓄电池输出电压会随着其运行状态和寿命的缩短而发生变化。

超级电容器储能系统具有充放电速度快、使用寿命长和无环境污染的优点，非常适合用做光伏发电系统的储能装置。目前，极板为活性炭材料的双电层电容器获得实际应用，由于不存在电介质，充电时为了达到电化学平衡，电荷在电极和电解质的界面之间自发的分配形成阴阳离子层，从而达到保存能量的目的。因充放电时不进行电化学反应，只有电荷的吸附与解吸附，所以充放电功率大、速度快且使用寿命长。其漏电流非常小，能量储存时间长，综合效率可达95%以上，高于超导储能和飞轮储能。将超级电容器用于光伏发电系统稳定控制的关键在于超级电容器储能系统的结构及其相应的控制方法，现有的方法主要包括直流母线电压自然控制方法和直流母线电压PI控制方法。直流母线电压自然控制方法充分利用超级电容器端电压不能突变的自然特性，将超级电容器组件直接并联在直流母线上，依靠超级电容器对直流母线电压瞬时波动起到一定的抑制作用。这种方法不能充分利用超级电容器的储能容量，在光伏发电系统中应用时控制效果不佳。直流母线电压PI控制方法依靠超级电容器与直流母线间的电能变换器对直流母线电压进行比例积分控制，但对超级电容器自身运行状态的调节未提出行之有效的技术方案。以上方法虽然都可以在一定程度上提高光伏发电系统的电压稳定性，但因无法实时获得光伏发电系统能量的不平衡程度，所以无法实现超级电容器对光伏发电系统的快速、准确的能量补偿。因此，将超级电容器储能技术应用于光伏发电系统稳定控制的关键问题集中在超级电容器储能系统和光伏发电系统能量状态的描述、实时测量与计算以及超级电容器和光伏电网之间能量交换控制方法等方面。

发明内容

本发明用于克服现有技术的缺陷、提供一种能对光伏发电系统实施快速、准确能量补偿的、利用超级电容器储能系统调控光伏发电系统的方法。

本发明所称问题是以下述技术方案实现的：

一种利用超级电容器储能系统调控光伏发电系统的方法，它按如下步骤进行：

a. 将带有超级电容器组件、双向电能传输控制电路及控制系统的超级电容器储能系统接入光伏发电系统的电压中枢点；

b. 建立超级电容器储能系统的广义动量模型，选取超级电容器组件端电压                                                作为广义速度，超级电容器组件电容值即为能量惯性参数，超级电容器储能系统广义动量模型为；

c. 建立光伏发电系统的广义动量模型，选择光伏发电系统中枢点母线电压作为广义速度，光伏发电系统等效惯性参数为，光伏发电系统广义动量模型为，其中为折算系数，其计算公式为，为光伏发电系统中枢点母线标准电压；

d. 由控制系统实时检测光伏发电系统的中枢点母线电压和超级电容器组件端电压；

e. 控制系统将实时检测的光伏发电系统中枢点母线电压与标准电压相比较，当偏差超过允许值时，计算光伏发电系统等效惯性参数，计算光伏发电系统相对于标准状态的广义动量增量；