一种适用于多模式宽范围的光伏多端口功率协调控制方法技术

本发明专利技术提出一种适用于多模式宽范围的光伏多端口功率协调控制方法，该方法采用基于不同端口实时工况的多自由度调节方式，通过端口控制环路运行状态识别和直流母线变化实现变换器在多种不同模式下自动平滑切换。光伏端口开路电压变化范围宽，最大功率随时间变化较大；储能端口连接锂离子电池组，该端口具备能量双向流功能；直流电网端口兼具并网运行和独立带负载两类模式。本发明专利技术能够根据不同端口实时运行工况的变化，通过端口环路运行状态识别和直流母线动态调节实现变换器在12种典型模式下自动平滑切换，并可有效抑制变换器轻载工况下的并网功率振荡。控制方法简单可靠且易于实现，解决了复杂工况变化下多端口功率控制难度大的问题。度大的问题。度大的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于多模式宽范围的光伏多端口功率协调控制方法


[0001]本专利技术涉及机电领域，具体涉及一种适用于多模式宽范围的光伏多端口功率协调控制方法。

技术介绍

[0002]与常规两端口变换器相比，多端口变换器由于端口和工况数量多而使得能量流动更复杂，尤其是分布式光伏多端口变换器，由于光伏端口电压变化范围宽，且电网端口存在并
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离网切换工况，变换器工作模式复杂多变，端口间功率控制更加困难。目前已有的多端口变换器功率控制方法主要包括两大类，即端口间能量耦合控制方法和各端口功率分散自治控制方法。端口间能量耦合控制方法通常基于具体的多端口拓扑方式进行，例如采用磁集成方式构成的多端口变换拓扑中，通过多绕组耦合互感的方式使能量在多个端口间流动，在一定范围内每个端口工作模式由该端口自身和其他端口的运行状态决定。各端口功率分散自治控制方法类似于主从控制方法，该控制方式中各端口的功率由其自身独立控制，直流母线则通常指定由其中一个端口来控制。
[0003]总结现有的多端口变换器功率控制方法特点，在端口间能量耦合控制方法中，通常多端口变换器主拓扑具有较强耦合性，即各端口在工作原理上存在耦合性，因而在一定程度上限制了多端口的工作模式，不利于变换器适应宽范围变化应用场合的要求。同时，对于采用磁集成等方式构成的耦合性较强的主功率拓扑，由于磁性器件集成度较高，通常只在小功率应用场合具有优势，而不适合进行功率拓展。在功率分散自治控制方法中，各端口几乎采用完全独立的控制策略，这种方式有利于各端口稳态下的能量流动与控制，但很难满足多端口变换器在多模式快速变化的动态响应性能需求。另外，采用分散自治控制策略时，通常指定其中一个端口来实现对直流母线的控制，例如电网端口或者储能端口。当电网端口处于自由并网状态时，可通过电网钳位的方式实现由电网端口来控制直流母线，但如果电网端口需要进行功率调度时，将无法同时实现对直流母线的控制；同理，如果指定储能端口对直流母线进行控制，当储能端口退出运行后，同样无法实现对母线的控制。

技术实现思路

[0004]本专利技术技术解决问题：克服现有控制方法的不足，提出一种基于多自由度调节的多端口变换器功率控制方法，解决在多模式宽范围变化工况下直流母线电压控制和端口间功率协调控制的问题。
[0005]本专利技术通过以下技术方案实现：一种适用于多模式宽范围的光伏多端口功率协调控制方法，所述控制方法基于分布式光伏多端口直流变换器，其包括三个典型端口，即光伏端口、储能端口和直流电网/负载端口；具体包括：
[0006]通过对不同端口环路运行状态识别实现对直流母线动态调节与控制，从而实现端口间功率协调控制；所述多端口变换器能够实现多种工作模式以及不同工作模式之间的自动平滑切换；
[0007]所述多种工作模式包括：功率调度模式、自由并网模式和独立带负载模式；
[0008]所述功率调度模式为控保系统指定并网功率的大小，即通过下发调度值实现相应功率并网发电；
[0009]自由并网模式则多端口变换器根据光伏输入功率的大小和设备自身状态实现自由并网，并网功率大小通常由光伏侧功率和电池的状态决定；
[0010]独立带负载模式为当直流电网断开后，多端口变换器的输出端直接连接负载，该模式下电网端口输出电压通过变换器环路控制来维持，为重要负载供电。
[0011]所述功率调度模式下，多端口设备接收控保调度指令向电网端口发送相应大小的并网功率，该模式下谐振变换器工作在闭环变频模式，直流母线电压必须由储能端口或者光伏端口来维持稳定；当光伏端口工作在MPPT模式，而储能端口工作在稳直流母线模式，即在稳直流母线前提下对电池进行充电或者放电；当电池端口已充满且光伏最大输出功率大于电网调度功率时，光伏端口将转而工作在稳直流母线模式。
[0012]进一步的，所述自由并网模式下，直流母线通过电网电压实现钳位，该模式下储能端口基本工作在充电模式，而光伏端口则始终工作在MPPT模式；当电池电量被充满后，储能端口将退出运行，此时变换器将实际运行在光伏
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电网两端口状态下，光伏端口以最大且全部功率向电网发电。
[0013]进一步的，所述独立带负载模式下，电网端口接直流负载，谐振变换器将工作在输出电压闭环控制模式，而直流母线则由储能端口或者光伏端口来维持稳定，储能端口则根据光伏最大输出功率的变化而在充电模式和放电模式之间动态切换。
[0014]进一步的，光伏端口具有开路电压宽范围变化特性，储能端口具有能量双向流特性，直流电网端口具有并网和独立两种模式无缝切换功能。
[0015]进一步的，所述协调控制方法用于抑制变换器轻载工况下的并网功率振荡。
[0016]本专利技术的有益效果是：
[0017]本专利技术的控制方法能够使多端口变换器在宽工作域下实现多种不同工作模式之间自动平滑切换，并解决变换器端口间功率平衡控制以及母线电压稳定性与响应速度之间的协调问题。当储能端口由充电模式切换为放电模式，或电网端口由调度模式切换为自由并网模式，或三端口变换器由于其中某一个端口退出运行而切换为两端口运行，在所述控制方法下均可实现对直流母线控制环路的动态调节，根据各端口实际运行工况和模式切换来动态确定和更新由哪个端口接管对直流母线的控制。同时，在少数极端工况下，例如当运行在并网调度模式且调度功率值非常小(例如低于10％额定功率)，如果电网端口采用谐振变换器，此时将会超出谐振电路增益范围而无法实现准确的并网输出功率，在传统控制方法下谐振变换器将失去闭环调节能力而等效处于开环运行状态，另外，当光伏最大输出功率小于一定值时，光伏端口储能元件将进入断续工作状态，导致母线电压出现低频振荡，进而引起并网功率振荡。在本专利技术所述的直流母线控制策略下，可避免谐振变换器进行失控状态和轻载下并网功率振荡问题，提高多端口变换器控制性能和转换效率。
附图说明
[0018]图1是本专利技术的适用于多模式宽范围的多端口变换器功率协调控制方法原理图；
[0019]图2是采用本专利技术控制方法的分布式光伏多端口变换器功率拓扑图；
[0020]图3是本专利技术的多端口变换器功率协调控制方法的控制框图；
[0021]图4是多端口变换器采用本专利技术的功率协调控制方法下实现的12种典型工作模式。
具体实施方式
[0022]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0023]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0024]如图1所示，分布式光伏多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于多模式宽范围的光伏多端口功率协调控制方法，其特征在于：所述控制方法基于分布式光伏多端口直流变换器，其包括三个典型端口，即光伏端口、储能端口和直流电网/负载端口；具体包括：通过对不同端口环路运行状态识别实现对直流母线动态调节与控制，从而实现端口间功率协调控制；所述多端口变换器能够实现多种工作模式以及不同工作模式之间的自动平滑切换；所述多种工作模式包括：功率调度模式、自由并网模式和独立带负载模式。2.根据权利要求1所述的一种适用于多模式宽范围的光伏多端口功率协调控制方法，其特征在于，所述功率调度模式为控保系统指定并网功率的大小，即通过下发调度值实现相应功率并网发电；自由并网模式则多端口变换器根据光伏输入功率的大小和设备自身状态实现自由并网，并网功率大小通常由光伏侧功率和电池的状态决定；独立带负载模式为当直流电网断开后，多端口变换器的输出端直接连接负载，该模式下电网端口输出电压通过变换器环路控制来维持，为重要负载供电。3.根据权利要求1所述的一种适用于多模式宽范围的光伏多端口功率协调控制方法，其特征在于，所述功率调度模式下，多端口设备接收控保调度指令向电网端口发送相应大小的并网功率，该模式下谐振变换器工作在闭环变频模式，直流母线电压必须由储能端口或者光伏端口来维持稳定；当光伏端口工作在最大功率跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢俊龙，张玉波，郭立东，由弘扬，吴杰伟，李珂，王一波，王环，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：