[发明专利]一种带储能设备的光伏直流发电系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种带储能设备的光伏直流发电系统及其控制方法。带储能设备的光伏直流发电系统，包括3个光伏阵列、3个BOOST变换器、2个储能设备、2个双向DC/DC变换器、一个电阻负载、一个恒功率负载。本发明针对该系统提出的控制方法给BOOST变换器设置了两种工作模式，即MPPT控制模式和恒压输出模式，给双向DC/DC变换器设置了3种工作模式，分别为BUCK模式、BOOST模式、切除模式，控制器根据系统的工作状态对BOOST变换器和双向DC/DC变换器的工作模式进行合理的切换，实现了光伏阵列和储能设备的有机的整合，在保证直流母线稳定的同时最大效率的利用光伏阵列接收的太阳能，在光强减弱、负载突变等特殊情况下控制器均能做出快速的调整以保证直流母线电压的稳定。

技术领域

本发明属于电力系统的直流微电网控制领域，涉及一种对光伏储能系统进行自动控制的控制算法，具体设计到一种基于MPPT控制、电压闭环控制、电流跟踪控制、电流补偿控制的控制算法以及用该控制算法控制的一种光伏储能系统。

背景技术

未与电网连接的太阳能发电系统被称为离网型光伏发电系统。这种光伏发电系统的能量仅来源于太阳能电池阵列。当在夜晚或者光照不足的时候，太阳能电池阵列将不能为负载提供足够的能量。所以为了保证离网型光伏发电系统的可靠性和稳定性，系统必须配备储能设备以储存和调节电能。当光照充足或者负载较轻的情况下，储能设备处于充电模式，将负载消耗不完的能量储存起来；当光照不足或者负载较重的情况下，储能设备处于放电模式，与太阳能电池阵列一同为负载提供能量。

保证离网型光伏系统稳定运行的关键是维持直流母线电压的稳定。现阶段对于维持直流母线电压在稳定范围内波动的控制策略主要有主从控制方法和对等控制方法。主从控制原理是把直接参与直流母线电压调控的设备设置为主控制单元，其余为从控单元；对等控制方式使每个部分的作用地位相同，只需通过反馈进行自主调节，避免了主控单元和互联通讯联系，但独立状态下的对等运行方式降低了系统的鲁棒性，使整体的抗干扰能力减弱。授权公告号为CN201810737614.6的中国专利，提出一种基于分层管理的直流微电网控制方法和系统，将直流微网的整体控制策略分解为设备管理层和母线控制层结构。设备管理层中微电网各个组成部分根据自身的特性和工作方式进行调控，母线控制层中，设定的工作模式控制器根据母线电压的波动范围和电池剩余电量的情况进行工作模式的划分，使得系统能在不同工作状态下进行切换。

直流母线电压维持稳定的前提在于直流微电网内的发电设备发出的功率需要满足用电设备的功率需求。当发电设备发出的功率小于用电设备的功率需求时，母线电压会下降，用电设备获取的功率因此比功率需求小，从而达到直流母线输出功率和输入功率的一个平衡状态；当发电设备发出的功率大于用电设备的功率需求时，母线电压会上升，同时用电设备获取的功率因此比功率需求大。光伏电池阵列在系统中始终作为发电设备，负载始终作为用电设备。当光伏设备发出功率大于负载所需功率时，储能设备作为用电设备吸收能量，当光伏设备发出功率小于负载所需功率时，储能设备作为发电设备放出能量。在光照条件变化、负载变化等情况下，直流微电网内的设备的工作模式往往需要切换以保证直流母线电压的稳定。

发明内容