基于功率优化的光伏储能发电系统及其控制方法与流程

本公开涉及光伏发电系统应用，具体涉及基于功率优化的光伏储能发电系统及其控制方法。

背景技术：

1、由于光伏阵列输出功率具有很强的波动性、随机性，因此大多数光伏系统(尤其是在大型工商业和地面光伏发电系统中)会采用光伏超配的技术方案，其中关于组件容量和逆变器容量的配比(容配比)大于1：1。

2、然而采用光伏超配方案特别是较大比例超配的光伏系统，在光伏阵列输出功率良好的情况下，由于光伏逆变器dc/ac逆变容量限制，会造成一定的限发发电量损失，因此需要在光伏系统中增加储能系统，以储能蓄电池存储多余的能量。

3、在光伏发电技术领域中，光伏逆变器可以分为组串式光伏逆变器与集中式光伏逆变器，集中式光伏逆变器的结构较组串式光伏逆变器更为简单，比较容易集成在光伏储能的光伏系统中。然而传统的集中式光伏电站中是由集中式光伏逆变器的单极式dc/ac功率模块进行光伏阵列的最大功率跟踪(mppt),此时dc/ac功率模块的最大功率跟踪的功能会受到蓄电池的充放电过程影响，而降低mppt效率与精度；当采用两级式的组串式光伏逆变器时，光伏装机容量的组件容量和逆变器(dc/ac)容量的配比容配比还受到第一级boostdc-dc升压电路的容量限制，不利于光伏系统的容配比提升。

4、为了灵活配置光伏阵列和储能装置以应对用电高峰和用电低谷，并提升光伏发电系统的容配比，华为技术有限公司在发明专利《光伏发电系统和光伏输电方法(cn108233421a)》提供了一种光伏发电系统，使用包括至少一个三端口储能变换器连接储能电池单元和光伏逆变器，其还包括第一光伏阵列，第二光伏阵列；该光伏逆变器包括储能双向变换器和dc-ac逆变器，第一光伏阵列通过光伏逆变器的储能双向变换器与光伏逆变器连接，储能变换器包括至少三个端口，第一端口与上述光伏逆变器的直流母线连接，第二端口与上述储能电池单元连接，第三端口与上述第二光伏阵列连接。上述光伏发电系统在进行容配比扩容时增加接入的光伏阵列需要通过储能变换器的第三端口内的储能双向变换器进行最大功率跟踪和升压后接入上述直流母线。然而包括至少两套储能双向变换器的三端口储能变换器会增加系统投资成本与构架的复杂性，同时由储能变换器三个端口分别涉及直流母线、储能电池单元、光伏阵列，储能单元的充放电控制及其与光伏逆变器之间的通信与控制指令接收过程可能存在一定的时延，使储能电池单元的蓄电和放电切换不够及时，造成光伏系统能量利用率下降，因此现有具备储能功能光伏系统能量利用率还有待进一步提升的需求。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术存在的问题，本公开目的之一在于提供基于功率优化的光伏储能发电系统，目的之二在于提供基于功率优化的光伏储能发电系统的控制方法。本公开可显著提高系统容配比，总体成本低、效率高，提高了系统的能量利用率，简化系统结构，可靠性更高。

2、本公开所述的基于功率优化的光伏储能发电系统，包括至少一个带有光伏功率优化器的光伏组件串、光伏逆变器、双向储能变换器以及至少一个储能模块；

3、所述光伏组件串包括多个光伏组件电池串以及与所述光伏组件电池串一一对应的dc-dc斩波电路，每个所述dc-dc斩波电路的输入端均耦合到对应光伏组件电池串的输出端正负极，多个所述dc-dc斩波电路的输出端逐个串联；

4、所述光伏逆变器包括直流母线、双向dc-ac逆变模块以及至少设有三个端口的直流接口电路，所述直流接口电路的至少三个端口均连接在所述直流母线上，其中第一端口连接所述光伏组件串的输出端，第二端口连接所述双向dc-ac逆变模块的输入端，第三端口连接所述双向储能变换器的输出端；所述双向dc-ac逆变模块用于将所述第一端口、所述第三端口的直流电转换为交流电并输出至交流电网，或是将交流电网的交流电整流储存到所述储能模块；所述第一端口与所述第二端口之间、所述第一端口与所述第三端口之间被配置为从所述第一端口单向流入的电路，所述第二端口与所述第三端口之间被配置为可双向流通的电路；

5、所述双向储能变换器的输入端与所述储能单元电连接；

6、所述光伏逆变器包括主控单元，用于获取光伏储能发电系统的决策信息；

7、所述光伏组件串、所述双向dc-ac逆变模块、所述双向储能变换器通过所述直流母线进行能量交换，在所述直流母线上实现功率解耦，且所述光伏逆变器、所述光伏功率优化器、所述双向储能变换器均可选择地获取直流母线电压的控制权，通过对直流母线电压进行控制，使光伏储能发电系统运行在不同的运行模式。

8、优选地，所述运行模式包括充电模式、放电模式和限功率模式。

9、优选地，所述第一端口包括与所述光伏组件串数量相对应的第一子端口，所述第一子端口与所述光伏组件串的输出端一一对应连接，所述第一子端口被配置为单向流入电路。

10、优选地，所述第三端口包括与所述双向储能变换器的输出端数量相对应的第三子端口，所述第三子端口与所述双向储能变换器的输出端一一对应连接，所述第三子端口被配置为可双向流动的电路。

11、优选地，所述双向储能变换器的输入端口与输出端口之间被配置为升降压电路，其中输入端口被配置为低电平，输出端口被配置为高电平。

12、本公开还提供了一种上述光伏储能发电系统的控制方法，将至少一个带有光伏功率优化器的光伏组件串、光伏逆变器和双向储能变换器配置为共直流母线结构；

13、所述光伏逆变器作为主控制单元，所述光伏功率优化器、所述双向储能变换器作为从控制单元；所述主控制单元用于向所述从控制单元发布至少两个用于控制所述从控制单元运行状态的电压阈值；

14、所述主控制单元控制直流母线电压，直至所述直流母线电压达到其一电压阈值时，所述从控制单元进入对应的运行模式，并由所述从控制单元获得所述直流母线电压的控制权，以控制所述直流母线电压稳定在该电压阈值附近，所述主控制单元可通过控制直流母线电压，使所述直流母线电压达到另一电压阈值，以切换所述从控制单元的运行模式。

15、优选地，所述光伏储能发电系统根据决策信息确定所述运行模式，并根据所述决策信息控制由主控单元、从控单元控制所述直流母线电压的电压值，使所述光伏储能发电系统运行到相应的运行模式，所述决策信息包括光伏储能发电系统当前的运行模式、光伏功率预测以及负荷需求。

16、优选地，所述光伏功率优化器至少具有限功率控制和mppt两种运行状态，所述主控制单元获取所述光伏功率优化器的第一电状态信息，根据所述第一电状态信息向所述光伏功率优化器发布用于控制所述光伏功率优化器各个运行状态的电压阈值，所述主控制单元还根据所述第一电状态信息控制直流母线电压，使直流母线电压达到不同的电压阈值，以控制所述光伏功率优化器在两种运行状态之间切换；所述第一电状态信息包括光伏功率优化器的输出电压、输入电压、输出电流、输入电流和占空比。

17、优选地，所述双向储能变换器至少具有全功率充电、全功率放电、限功率充电和限功率放电四种运行状态，所述主控制单元获取所述双向储能变换器的第二电状态信息，根据所述第二电状态信息、光伏功率预测以及负荷需求向所述双向储能变换器发布用于控制所述双向储能变换器各个运行状态的电压阈值，所述主控制单元还根据所述第二电状态信息、光伏功率预测以及负荷需求控制直流母线电压，使直流母线电压达到不同的电压阈值，以控制所述双向储能变换器在四种运行状态之间切换；所述第二电状态信息包括双向储能变换器的输出电压、输入电压、输出电流、输入电流以及储能模块soc状态。

18、本公开所述的基于功率优化的光伏储能发电系统及其控制方法，其优点在于：

19、1、本公开的光伏储能发电系统的容配比不再受限制于传统组串式逆变器的dc/dcboost升压模式的容量，因此可以灵活配置光伏阵列和储能装置以应对用电高峰和用电低谷，并大幅提升广发储能发电系统的容配比，可从传统的1.3(或1.4)：1大幅提升到1.6(或2.0)：1，还可根据需求设计更高的容配比；

20、2、本公开的光伏阵列由带有光伏功率优化器的光伏组件串构成，光伏阵列的最大功率跟踪由光伏组件串完成，可实现组件级别的最大功率追踪，不会受到蓄电池充放过程影响而降低mppt的效率和精度。同时光伏逆变器可以采用更易集成在光伏储能发电系统中的单极式集中式光伏逆变器，使系统整体成体更低、效率更高。

21、3、本公开的光伏组件串、光伏逆变器、双向储能变换器构成共直流母线结构，各个模块之间通过直流母线进行能量交换，以使系统整体达到能量平衡状态，各个模块之间相互独立运行，节省了各个模块之间的通信机制，降低了系统的复杂性，提升了系统的模块化程度和能量利用率，并提升了系统的可靠性。