一種適用于大規(guī)模光伏發(fā)電的儲(chǔ)能系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)領(lǐng)域的系統(tǒng)，具體涉及一種適用于大規(guī)模光伏發(fā) 電的儲(chǔ)能系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 光伏發(fā)電系統(tǒng)逐漸成為化石燃料的主要替代性能源，但其能量密度低，波動(dòng)性、隨 機(jī)性等缺點(diǎn)會(huì)造成光伏系統(tǒng)接入點(diǎn)的電壓跌落問(wèn)題和頻率波動(dòng)問(wèn)題。
[0003] 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置（STATC0M)可作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)解決光伏 發(fā)電并網(wǎng)引起的電壓波動(dòng)和閃變問(wèn)題；隨著儲(chǔ)能技術(shù)的快速發(fā)展也使儲(chǔ)能系統(tǒng)（Energy Storage System，ESS)成為有效抑制光伏輸出功率波動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù)。
[0004] 由于無(wú)功補(bǔ)償裝置和儲(chǔ)能系統(tǒng)都需要采用變流器并入交流電網(wǎng)，現(xiàn)有技術(shù)大都采 用單獨(dú)的儲(chǔ)能系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置分別對(duì)大規(guī)模光伏發(fā)電進(jìn)行有功和無(wú)功補(bǔ)償。本發(fā) 明提出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有較高的功率和電壓等級(jí)，更適于大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的高壓大功率 場(chǎng)合，且該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與蓄電池組合可以同時(shí)對(duì)大規(guī)模光伏發(fā)電進(jìn)行有功和無(wú)功補(bǔ)償。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種適用于大規(guī)模光伏發(fā)電的儲(chǔ)能 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0007] -種適用于大規(guī)模光伏發(fā)電的儲(chǔ)能系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其改進(jìn)之處在于：所述拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)包括相連的補(bǔ)償裝置和A、B、C三相電網(wǎng)電路；
[0008] 所述補(bǔ)償裝置為將STATC0M功能與儲(chǔ)能系統(tǒng)功能相結(jié)合的裝置。
[0009] 進(jìn)一步的，所述補(bǔ)償裝置包括分別通過(guò)濾波器與所述A、B、C三相電網(wǎng)電路連接的 補(bǔ)償子模塊。
[0010] 進(jìn)一步的，所述補(bǔ)償子模塊包括級(jí)聯(lián)的單相逆變器，所述單相逆變器通過(guò)所述單 相逆變器的全控器件連接。
[0011] 進(jìn)一步的，所述單相逆變器包括全控器件、蓄電池和電容，所述全控器件包括兩個(gè) 橋臂，每個(gè)所述橋臂包括兩個(gè)開關(guān)管，每個(gè)開關(guān)管包括IGBT及其反并聯(lián)二極管；
[0012] 所述蓄電池、電容與所述橋臂兩端并聯(lián)，所述的補(bǔ)償子模塊之間相互并聯(lián)。
[0013] 進(jìn)一步的，所述儲(chǔ)能系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的負(fù)荷控制策略為：設(shè)定光伏系統(tǒng)輸出功率的 實(shí)際值與目標(biāo)值的偏差Λ P及其臨界值Λ Pni，根據(jù)所述偏差Λ P與所述臨界值Λ Pni判斷是 否需要所述補(bǔ)償裝置進(jìn)行有功補(bǔ)償，對(duì)光伏輸出功率的大幅波動(dòng)進(jìn)行平滑，避免蓄電池頻 繁充放電。
[0014] 進(jìn)一步的，根據(jù)所述偏差λ P與所述臨界值Λ Pni判斷是否需要所述補(bǔ)償裝置進(jìn)行 有功補(bǔ)償包括以下步驟：
[0015] I、判斷所述偏差ΛΡ是否超過(guò)所述臨界值A(chǔ)Pni，未超過(guò)則補(bǔ)償無(wú)功功率，確定內(nèi)環(huán) dq軸電流參考值為S = O < = ;
[0016] 若超過(guò)則所述蓄電池平滑所述光伏系統(tǒng)的輸出功率波動(dòng)，補(bǔ)償有功功率，進(jìn)入步 驟II ;
[0017] II、判斷SOC平均值^是否保持 ，若保持則確定內(nèi)環(huán)dq 軸電流參考值為
；否則進(jìn)入步驟III ;
[0018] III、所述補(bǔ)償裝置根據(jù)所述SOC平均值^與有功電流正負(fù)確定有功電流參考 值，若
，儲(chǔ)能系統(tǒng)僅放電，確定內(nèi)環(huán)dq軸電流參考值為
[0020] 若:^^ ，儲(chǔ)能系統(tǒng)僅充電，確定內(nèi)環(huán)dq軸電流參考值為
[0022] IV、根據(jù)步驟I、II或III確定所述內(nèi)環(huán)dq軸電流參考值后判斷總補(bǔ)償電流是否 越限，若未越線，則確定內(nèi)環(huán)dq軸電流參考值為
[0023] 若越限則采取有功優(yōu)先控制或無(wú)功優(yōu)先控制根據(jù)并網(wǎng)點(diǎn)電壓確定有功電流和無(wú) 功電流的參考值，若所述并網(wǎng)點(diǎn)電壓符合并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，采用所述有功優(yōu)先控制，確定內(nèi)環(huán)dq 軸電流參考值為：
[0025] 若所述并網(wǎng)點(diǎn)電壓超出并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，采用所述無(wú)功優(yōu)先控制，確定內(nèi)環(huán)dq軸電流參 考值為：
[0027] 進(jìn)一步的，所述儲(chǔ)能系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制策略為通過(guò)調(diào)節(jié)各補(bǔ)償子模塊的全控器 件的輸出電壓幅值調(diào)節(jié)各全控器件吸收或釋放的有功功率，包括：
[0028] 根據(jù)所述蓄電池 SOC1 (i = I. . . N)與所述蓄電池平均值^：的差值Δ SOC1改變 各單元調(diào)制波的幅值，控制存在差異的所述全控器件對(duì)應(yīng)的所述蓄電池多吸收或多釋放功 率，使所述蓄電池 SOC1 (i = I. .. N)達(dá)到所述蓄電池平均值^，實(shí)現(xiàn)各補(bǔ)償子模塊的蓄電 池均衡控制。
[0029] 進(jìn)一步的，所述儲(chǔ)能系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的蓄電池均衡控制策略包括：
[0030] 設(shè)定光伏輸出功率經(jīng)平滑后的有功輸出目標(biāo)值P'光伏輸出功率的實(shí)際值Ρ、所述 的有功輸出目標(biāo)值Pi與所述實(shí)際值P的差值< 為變流器輸出有功功率的參考值、變流器輸 出有功功率實(shí)際值Pb、公共連接點(diǎn)電壓的參考值與實(shí)際值分別為％~與Ura，各補(bǔ)償子模塊 的蓄電池 soc的平均值瓦;
[0031 ] €與Pb做差經(jīng)PI補(bǔ)償環(huán)節(jié)獲得初始有功電流給定值與Upee做差經(jīng)PI 補(bǔ)償環(huán)節(jié)獲得初始無(wú)功電流給定值^^，通過(guò)復(fù)合功率控制對(duì)有功功率和無(wú)功功率進(jìn)行協(xié) 調(diào)控制，獲得有功電流指令i；和無(wú)功電流指令ζ，分別與并網(wǎng)電流iab。的dq軸分量Id、I q做 差，經(jīng)PI控制和解耦控制后得到三相調(diào)制波，通過(guò)含SOC均衡控制的移相載波調(diào)制，獲 得所述逆變橋中開關(guān)管的開關(guān)信號(hào)。
[0032] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0033] 1、本發(fā)明的結(jié)構(gòu)包括一種將動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置與儲(chǔ)能系統(tǒng)（STAC0M/ESS)結(jié)合的 補(bǔ)償裝置，即STATC0M與ESS使用同一個(gè)變流器，對(duì)有功和無(wú)功進(jìn)行協(xié)調(diào)控制
[0034] 2、本發(fā)明的結(jié)構(gòu)易于向高壓大功率領(lǐng)域擴(kuò)展，同時(shí)由于其開關(guān)頻率低、損耗小，與 儲(chǔ)能裝置結(jié)合可以減小儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量，從而減小裝置的成本和體積。
[0035] 3、本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可以避免各補(bǔ)償子模塊中蓄電池在運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的SOC 不均衡問(wèn)題，延長(zhǎng)電池使用壽命。
[0036] 4、本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可應(yīng)用在大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)中，改善大規(guī)模光伏發(fā)電的并網(wǎng)特 性。
【附圖說(shuō)明】
[0037] 圖1為本實(shí)施例中適用于大規(guī)模光伏發(fā)電的儲(chǔ)能系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的示意圖；
[0038] 圖2為本發(fā)明提供的復(fù)合功率控制的流程圖；
[0039] 圖3為本發(fā)明提供的SOC均衡控制的結(jié)構(gòu)圖；
[0040] 圖4為本發(fā)明提供的STATC0M/ESS控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0042] 本發(fā)明提供的一種適用于大規(guī)模光伏發(fā)電的儲(chǔ)能系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括 A、B、C三相電路；每相電路由N個(gè)逆變器串聯(lián)，每個(gè)逆變器直流側(cè)電容與蓄電池并聯(lián)，各相 電流ia、ib、i。經(jīng)過(guò)濾波電感L后并入三相交流電網(wǎng)。
[0043] 如圖1所示，圖1為本實(shí)施例中適用于大規(guī)模光伏發(fā)電的儲(chǔ)能系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的示 意圖；該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括相連的補(bǔ)償裝置和A、B、C三相電網(wǎng)電路；所述補(bǔ)償裝置是一種將 STATC0M功能與儲(chǔ)能系統(tǒng)功能相結(jié)合的裝置，該補(bǔ)償裝置即可實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)有功輸出的功 能，也可實(shí)現(xiàn)STATC0M裝置無(wú)功補(bǔ)償?shù)墓δ堋?br>[0044] 補(bǔ)償裝置包括分別通過(guò)濾波電路與三相A、B、C電網(wǎng)電路相連的補(bǔ)償子模塊組成。 所述補(bǔ)償子模塊包括N個(gè)級(jí)聯(lián)的單相逆變器，所述單相逆變器通過(guò)所述逆變器的全控器件 連接；濾波電路包括串聯(lián)的電阻和電感，電感端連接電網(wǎng)線路，電阻端連接補(bǔ)償子模塊。
[0045] 所述單相逆變器包括全控器件、蓄電池和電容，所述全控器件包括兩個(gè)橋臂，每個(gè) 所述橋臂包括兩個(gè)開關(guān)管，每個(gè)開關(guān)管包括IGBT及其反并聯(lián)二極管；
[0046] 所述蓄電池、電容與所述橋臂兩端并聯(lián)，所述的補(bǔ)償子模塊之間想不并聯(lián)。
[0047] 本發(fā)明的補(bǔ)償裝置為STATC0M功能與儲(chǔ)能系統(tǒng)功能結(jié)合的裝置，儲(chǔ)能系統(tǒng)由各 逆變器的蓄電池組合形成，裝置為多電平結(jié)構(gòu)，并具備SOC均衡功能。該變流器可以實(shí)現(xiàn) STATC0M裝置和儲(chǔ)能系統(tǒng)的功能。
[0048] 所述補(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)STATC0M功能與儲(chǔ)能系統(tǒng)功能結(jié)合的方法為：
[0049] 考慮STATC0M與儲(chǔ)能系統(tǒng)裝置的結(jié)構(gòu)相同，所述補(bǔ)償裝置通過(guò)不同的控制方法使 這個(gè)結(jié)構(gòu)分別實(shí)現(xiàn)STATC0M的功能和儲(chǔ)能系統(tǒng)的功能。
[0050] 如圖2所示，圖2為本發(fā)明提供的復(fù)合功率控制的流程圖；所述儲(chǔ)能系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 的負(fù)荷控制策略包括：
[0051] 定義光伏系統(tǒng)輸出功率的實(shí)際值與目標(biāo)值的偏差為ΛΡ，設(shè)定其臨界值A(chǔ)Pni，根據(jù) 偏差與臨界值大小判斷是否需要STAC0M/ESS裝置進(jìn)行有功補(bǔ)償，從而使其僅對(duì)光伏輸出 功率的大幅波動(dòng)進(jìn)行平滑，避免其對(duì)有功功率頻繁調(diào)節(jié)而造成蓄電池頻繁充放電。
[0052] 具體包括以下步驟：
[0053] I、判斷所述偏差ΛΡ是否超過(guò)所述臨界值A(chǔ)Pni，未超過(guò)則補(bǔ)償無(wú)功功率，即當(dāng) ΛΡ I < APniW，確定內(nèi)環(huán)dq軸電流參考值為
[0054] 若超過(guò)，即當(dāng)ΛΡ|彡APlJt，所述蓄電