[发明专利]一种直流微电网光伏发电混合储能系统及控制策略

说明书

本发明公开了一种直流微电网光伏发电混合储能系统及控制策略，包括超级电容，锂电池和光伏阵列；超级电容通过DC/DC双向变换器与直流母线相连；锂电池通过另一个DC/DC双向变换器与直流母线相连；光伏阵列通过Boost变换器与直流母线相连；直流母线通过DC/AC逆变器和光伏逆变器与交流母线相连，本发明还公开了上述系统的控制策略。本发明利用元件间的性能互补能够通过外界负荷投切及母线电压变化进行充放电以维持其电网稳定，不仅提高了储能系统的储存容量，同时可以补偿电网波动造成的功率失衡。本发明能够有效针对系统能量变化调整能量分配，维持电网稳定运行。充分利用分布式电源能量，提高了储能系统使用寿命，具有良好的发展前景。

技术领域

本发明涉及一种直流微电网光伏发电系统，还涉及一种直流微电网光伏发电混合储能系统的控制策略。

背景技术

能源是人类科技文明进步的基础条件，面对全球气候变暖、环境污染、能源危机等问题，努力推进清洁能源的建设与使用、共同推进能源的可持续发展已成趋势。

以风能、太阳能为代表的分布式电源(Distributed Generation，DG)以其清洁可再生性，逐渐走入大众视野。但由于可再生能源间歇性和随机性，极易导致电网的不规律波动，影响电网正常运行，尤其是随着发电能源容量的不断并入，电网质量和安全运行受到严重影响。所以储能作为直流微电网的重要环节，意义重大。

目前，很多学者对微电网的储能系统控制策略展开相关研究。其中，智泽英等在直流微电网中加入“蓄电池—超级电容—锂电池”构成的混合储能模块，通过对母线电压的监测、整理与归纳。针对不同的情况采用不同储能元件的配合，以维持直流侧母线电压的稳定。王虹富等采用蓄电池—超级电容构成的储能系统，两种储能元件根据自身的功能特性分别对高低频功率进行平抑，平滑并网的有功功率，提高电能质量。张国驹等提出将超级电容作为储能单元，建立互补PWM控制的小信号模型，同时采用双闭环控制和功率前馈环节实现母线电压稳定。张建成建立超级电容和光伏发电系统的广义动量模型，实时监测两个系统电压，计算光伏发电系统等效惯性参数和相对标准状态的动量增量并调节超容端电压使两者动量增量相同，能够对电网能量的不平衡迅速进行补偿。虽然利用储能元件一定程度能够满足对波动功率的平抑，但单一储能元件无法同时满足功率型与能量型要求。

发明内容

本发明克服了现有技术中功率型和能量型混合储能控制协调的不足，提供了一种直流微电网光伏发电混合储能系统及控制策略。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种直流微电网光伏发电混合储能系统，所述储能系统包括超级电容，锂电池和光伏阵列；所述超级电容通过DC/DC双向变换器与直流母线相连；所述锂电池通过另一个DC/DC双向变换器与直流母线相连；所述光伏阵列通过Boost变换器与直流母线相连；所述直流母线通过DC/AC逆变器和光伏逆变器与交流母线即电网相连。锂电池和超级电容分别通过DC/DC双向变换器与直流母线连接，允许能量双向流动，能够及时对电网电压进行补偿或利用；光伏阵列通过Boost变换器与直流母线连接，将产能放大利用。所述光伏微网储能系统，光伏阵列采用Boost变换器，放大产能，合理解决最大功率点跟踪(MaximumPowerPoint Tracking，MPPT)问题，为电网提供能量来源。电网负载影响光伏功率输出，变换器导通信号也发生变化。

本发明还公开了上述系统的控制策略，该系统根据所述光伏阵列的输出进行三次功率分配来降低功率波动对电网的冲击，所述三次功率分配通过所述光伏阵列，超级电容和锂电池共同控制，所述三次功率分配分别为：

第一次分配：超级电容和锂电池根据光伏输出功率P_PV进行预分配；

第二次分配：超级电容和锂电池根据各自最优荷电状态SOC(State of Charge)值进行再分配；

第三次分配：超级电容和锂电池根据自身承受功率限值进行最终分配；