一种光伏多端口系统能量流动控制方法及协调控制器
阅读说明：本技术 一种光伏多端口系统能量流动控制方法及协调控制器 (Photovoltaic multi-port system energy flow control method and coordination controller ) 是由 王瑞 杜智亮 刘毓聪 秦健峰 张宏阳 肖飞 黄辉 魏亚龙 于 2021-09-23 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种光伏多端口系统能量流动控制方法及协调控制器,包括：协调控制器收集当前各端口的运行信息,判断各端口运行状态并进行功率协调；直流母线电压检测及范围判断,光伏端口对直流母线电压进行检测并进行电压范围判断；光伏分级控制,针对直流母线电压所处的不同范围,光伏端口分级采用不同的控制方式。本发明根据实际工况划分直流母线电压范围,光伏端口针对各个工况采取不同控制方式,可优化系统控制效果,同时可快速有效平抑多端口直流母线电压过冲。(The invention provides a photovoltaic multi-port system energy flow control method and a coordination controller, comprising the following steps: the coordination controller collects the current running information of each port, judges the running state of each port and coordinates the power; detecting and judging the range of the voltage of the direct current bus, and detecting the voltage of the direct current bus and judging the voltage range by the photovoltaic port; and photovoltaic hierarchical control, wherein different control modes are adopted by photovoltaic ports in a hierarchical manner aiming at different ranges of the voltage of the direct current bus. According to the invention, the direct current bus voltage range is divided according to the actual working conditions, and the photovoltaic port adopts different control modes aiming at each working condition, so that the system control effect can be optimized, and meanwhile, the multi-port direct current bus voltage overshoot can be quickly and effectively stabilized.)
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种光伏多端口系统能量流动控制方法及协调控制器。
背景技术
随着新能源的不断开发以及新能源技术的不断发展，发电方式正在由原来传统、单一的集中式发电向分布式与集中式并存的发电方式转变。然而新能源的随机性、间歇性、分散性等特点使单个新能源接入电网时容易造成功率输送不足的情况，应运而生的多端口系统可以实现不同能源载体的输入、输出、转换、存储，实现不同能源形式的互联互补、生产与消费环节的有机贯通，实现不同特征能源流的融合，在目前技术中，光伏发电是最常规、最易实现、也是技术最成熟的发电源，基于光伏的多端口系统也在大力研发中。
目前对多端口的研究工作包括多端口系统的框架构成以及多种能源的接入和协调控制，通过合理的协调控制可以实现能量的多向流动，提供交直流接口以及调压功能等。当光伏接入多端口系统中，大多工作在最大功率追踪(MPPT)模式，如公开号为CN110867897A的中国专利，通过其他端口的功能来实现系统能量流动的目的。然而多端口系统的组成多种多样，并非每个系统中的光伏端口只需要实现最大功率追踪，当多端口系统中的其他能源端口因为故障而停机，工作在MPPT模式下的光伏端口会不断向公共直流母线输入功率，抬升母线电压甚至造成其他端口设备的损坏。当多端口系统中其他能源端口不具备离网启动功能时，光伏端口作为发电源需要承担最初的母线电压建立来为其他端口提供启动条件等。因此对多端口系统中光伏端口的控制方案完善是非常有必要的。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种光伏多端口系统能量流动控制方法及协调控制器，一方面提高光伏端口的利用效率，另一方面优化基于光伏多端口的系统控制效果。
为达到上述目的，本发明提供了一种光伏多端口系统能量流动控制方法，多端口系统的直流母线上接入不同类型的变换器，所述多端口系统包含协调控制器、光伏端口以及负载消耗端口；协调控制器收集当前各端口的运行信息，对光伏端口进行分级控制：
若直流母线电压UDC处于上母线电压偏差设定值UDC_up和下母线电压偏差设定值UDC_down之间，光伏端口追踪光伏电池板的最大功率PMPP输出或输出指定功率；
若直流母线电压UDC低于(100-x)％UDC_down，或高于x％UDC_up，光伏端口工作在直流母线电压偏差控制状态；
若直流母线电压UDC低于(100-y)％UDC_down，或高于y％UDC_up，光伏端口工作在固定占空比控制状态；y＞x；
若直流母线电压UDC低于90％UDC_down，或高于10％UDC_up，光伏端口封脉冲，不再进行电压变换及主动输出功率。
进一步地，x取1，2，3，4或5，y取6，7，8，9或10。
进一步地，母线电压偏差控制状态，包括：若直流母线电压UDC低于(100-x)％UDC_down，则所述光伏端口将直流母线电压稳定在(100-x)％UDC_down；若直流母线电压UDC高于x％UDC_up则所述光伏端口将直流母线电压稳定在x％UDC_up。
进一步地，固定占空比D'计算包括：
Uoc为光伏端口输入侧的开路电压。
另一方面提供一种光伏多端口系统协调控制器，多端口系统的直流母线上接入不同类型的变换器，所述多端口系统包含协调控制器、光伏接入端口以及负载消耗端口，协调控制器包括，采集模块、判断模块以及通信模块；
所述采集模块收集当前各端口的运行信息；
所述判断模块，若直流母线电压UDC处于上母线电压偏差设定值UDC_up和下母线电压偏差设定值UDC_down之间，则启动光伏端口功率控制功能，实现光伏电池板的最大功率PMPP输出或输出指定功率；
若直流母线电压UDC低于(100-x)％UDC_down，或高于x％UDC_up，则启动光伏端口母线电压偏差控制功能，控制光伏端口工作在直流母线电压偏差控制状态；
若直流母线电压UDC低于(100-y)％UDC_down，或高于y％UDC_up，则启动光伏端口固定占空比控制功能，控制光伏端口工作在固定占空比；y＞x；
若直流母线电压UDC低于90％UDC_down，或高于10％UDC_up，则对光伏端口进行封脉冲控制，控制光伏端口不再进行电压变换及主动输出功率。
所述通信模块，将协调控制器通过判断模块得出的光伏端口功能下发至光伏变换器。
进一步地，x取1，2，3，4或5，y取6，7，8，9或10。
进一步地，所述母线偏差控制功能包括：若直流母线电压UDC低于(100-x)％UDC_down，则所述光伏端口将直流母线电压稳定在(100-x)％UDC_down；若直流母线电压UDC高于x％UDC_up，则所述光伏端口将直流母线电压稳定在x％UDC_up。
进一步地，所述固定占空比功能包括固定占空比D'计算：
Uoc为光伏端口输入侧的开路电压。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
(1)本发明根据实际工况划分直流母线电压范围，光伏端口针对各个工况采取不同控制方式，优化系统控制效果。该控制方法在多端口系统中其他端口发生异常情况后仍能够使系统稳定运行，实现多种突发工况的应对，提高系统的稳定性和可靠性。
(2)本发明的控制方法能够快速有效平抑多端口直流母线电压过冲。
(3)该光伏多端口系统能量流动控制方法及协调控制器，能够适用于各类含光伏端口的多端口系统。
附图说明
图1是光伏多端口系统能量流动控制方法的流程图；
图2是共直流母线多端口系统结构图；
图3是光伏端口分级策略示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
下面以四端口系统为例，结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
图2是四端口系统结构图，定义公共直流母线电压为UDC，上母线电压偏差设定值为UDC_up，下母线电压偏差设定值为UDC_down，光伏端口输入侧电压为UPV，两个DC/DC端口侧分别接入负荷和储能电池，DC/AC端口接入市电。
结合图1，光伏多端口系统能量流动控制方法，由协调控制器采集各端口的运行信息，进行分级控制。包括如下步骤：
(1)判断各端口运行状态，包括：
若接入市电的DC/AC变换器和接入储能的DC/DC变换器至少有一个正常运行，则协调控制器根据当前负荷需要消耗的功率来调控光伏端口和储能端口(若储能端口正常运行)的功率流动，此时光伏端口根据协调控制器命令工作在MPPT模式或功率调度模式。
若接入市电的DC/AC变换器和接入储能的DC/DC变换器均未运行，例如发生故障停机和正常停机，向光伏端口发送可以分级控制命令。
分级控制参见表1，光伏端口对直流母线电压进行检测，判断直流母线电压所处的范围，具体以表格形式列出。
表1
(2)光伏分级控制策略，如图3所示，包括：
工况一：若直流母线电压UDC处于上母线电压偏差设定值UDC_up和下母线电压偏差设定值UDC_down之间，根据协调控制器下发指令，光伏端口保持在MPPT工作模式或功率限制工作模式，追踪光伏电池板的最大输出功率PMPP或输出指定功率。
工况二：若直流母线电压UDC低于(100-x)％UDC_down，或高于x％UDC_up，此处取x＝5，光伏端口工作在直流母线电压偏差控制状态。
若直流母线电压UDC低于(100-x)％UDC_down，则所述光伏端口将直流母线电压稳定在(100-x)％UDC_down；若直流母线电压UDC高于x％UDC_up，则所述光伏端口将直流母线电压稳定在x％UDC_up。
工况三：若直流母线电压UDC低于(100-y)％UDC_down，或高于y％UDC_up，此处取y＝10，光伏端口工作在固定占空比控制状态，其中固定占空比D＇可由下式得出：
Uoc为光伏端口输入侧的开路电压。
工况四：若直流母线电压UDC低于90％UDC_down，或高于10％UDC_up，光伏端口封脉冲处理，光伏端口不再进行电压变换及主动输出功率。
工况一，对应的为市电的DC/AC变换器和接入储能的DC/DC变换器至少有一个正常运行的工况。工况二、三、四对应的为异常工况。
另一方面提供一种，光伏多端口系统协调控制器，多端口系统的直流母线上接入不同类型的变换器，所述多端口系统包含协调控制器、光伏接入端口以及负载消耗端口。
协调控制器包括，采集模块、判断模块以及通信模块；
所述采集模块收集当前各端口的运行信息。
所述判断模块，若直流母线电压UDC处于上母线电压偏差设定值UDC_up和下母线电压偏差设定值UDC_down之间，则启动光伏端口功率控制功能，实现光伏电池板的最大功率PMPP输出或输出指定功率。
若直流母线电压UDC低于(100-x)％UDC_down，或高于x％UDC_up，则启动光伏端口母线电压偏差控制功能，控制光伏端口工作在直流母线电压偏差控制状态。x取1，2，3，4或5。
进一步地，所述母线偏差控制功能，若直流母线电压UDC低于(100-x)％UDC_down，则所述光伏端口将直流母线电压稳定在(100-x)％UDC_down；若直流母线电压UDC高于x％UDC_up，则所述光伏端口将直流母线电压稳定在x％UDC_up。
若直流母线电压UDC低于(100-y)％UDC_down，或高于y％UDC_up，则启动光伏端口固定占空比控制功能，控制光伏端口工作在固定占空比。y取6，7，8，9或10。
固定占空比D'计算包括：
Uoc为光伏端口输入侧的开路电压。
若直流母线电压UDC低于90％UDC_down，或高于10％UDC_up，则对光伏端口进行封脉冲控制，控制光伏端口不再进行电压变换及主动输出功率。
所述通信模块，将协调控制器通过判断模块得出的光伏端口功能下发至光伏变换器，使其完成相关功能实现。
综上所述，本发明提供了一种光伏多端口系统能量流动控制方法及协调控制器，包括：协调控制器收集当前各端口的运行信息，判断各端口运行状态并进行功率协调；直流母线电压检测及范围判断，光伏端口对直流母线电压进行检测并进行电压范围判断；光伏分级控制，针对直流母线电压所处的不同范围，光伏端口分级采用不同的控制方式。本发明根据实际工况划分直流母线电压范围，光伏端口针对各个工况采取不同控制方式，可优化系统控制效果，同时可快速有效平抑多端口直流母线电压过冲。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
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