CN106130049B - 一种星型三相串联式光伏电站储能模式控制方法 - Google Patents

Abstract

一种星型三相串联式光伏电站储能模式控制方法，在有光照条件下，光伏电站不能并网工作时，通过其星角型并网平衡控制器控制星型三相串联式光伏电站进入储能工作模式，即：分别控制A、B、C每相交流串联单元的输出端对地短路，控制第n台功率模块由输出方式转换成输入方式，将第一台至第n‑1台功率模块的输出功率经第n台功率模块输出端反向对公共储能电池组充电。并依据A、B、C每相交流串联单元的功率模块串联输入功率值、公共储能电池组充电特性和充电电压范围，分别计算A、B、C每相交流串联单元的第一台至第n‑1台功率模块的输出电压分配值，通过第n台功率模块输出端将光伏方阵输入功率反向输入公共储能电池组中存储；n为≥1的整数。

Description

一种星型三相串联式光伏电站储能模式控制方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能光伏发电***的控制方法。

背景技术

为适应光伏电站的快速发展，星、角型互补平衡串联式光伏电站改变了集中式、组串式发电结构，它不仅具有输出电压高、电流小、传输距离远、电网平衡、电网波动及无功单相支撑等特点，而且减少了汇流、变压器等设备，降低电站建设及运行成本。然而星型互补平衡串联式光伏电站也存在一定的缺点，当电网调度命令要求限功率输出时，以及弱光条件下或大部分光伏方阵被遮挡，光伏方阵输出功率不能满足星型三相串联式光伏电站启动功率时，光伏电站的发电功率没有被有效利用，造成光伏电站发电功率损失，即行业所说的弃光现象。

发明内容

本发明目的是克服在有光照条件下，电网调度命令限功率输出时，以及光伏方阵低功率输出，光伏方阵的输出功率不能满足星型三相串联式光伏电站的启动功率时，星型三相串联式光伏电站无法并网，此时光伏方阵输出功率不能被有效利用，造成光伏电站发电功率损失的缺点，提出一种星型三相串联式光伏电站储能模式控制方法。所述的储能工作模式是指在有光照条件下星型三相串联式光伏电站不能并网工作时，存储光伏方阵输入功率的过程。

在有光照条件下，星型三相串联式光伏电站不能并网工作时，本发明通过星型三相串联式光伏电站的星角型并网平衡控制器控制星型三相串联式光伏电站进入储能工作模式，即：星角型并网平衡控制器分别控制A相交流串联单元、B相交流串联单元、C相交流串联单元的输出端对地短路，控制第n台功率模块由输出方式转换成输入方式，将第一台至第n-1台功率模块的输出功率经第n台功率模块输出端反向对公共储能电池组充电。并依据A相交流串联串联单元、B相交流串联串联单元和C相交流串联单元的功率模块串联输入功率值、公共储能电池组充电特性和充电电压范围，分别计算出A相交流串联串联单元、B相交流串联串联单元和C相交流串联单元的第一台至第n-1台功率模块的输出电压分配值，通过第n台功率模块输出端将光伏方阵输入功率反向输入公共储能电池组中存储。

所述的星型三相串联式光伏电站由A相交流串联单元、B相交流串联单元、C相交流串联单元、星角型并网平衡控制器和公共储能电池组组成，有并网、储能两种工作模式。

A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元由n台功率模块输出端首尾串联组成，n为≥2的整数。每台功率模块的输入端接入光伏组串，经功率模块MPPT最大功率跟踪，DC/AC高压隔离转换输出功率。其中第n台功率模块具有充放电储能控制回路，通过充放电控制开关与公共储能电池组连接，具有储能输入、输出功率功能。

A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元采用星型连接，每相交流串联单元的第一台功率模块的输出首端，分别为星型三相串联式光伏电站的三相输出端U_a、U_b、U_c，第n台功率模块的输出末端为星型三相串联式光伏电站的输出U₀，与地连接，为零点。

所述的星型三相串联式光伏电站的三相输出端U_a、U_b、U_c的输出电压值分别为A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元中各功率模块输出电压之和，即：

式中，i＝1、2、……、n-1、n，n为功率模块，n为≥2的整数，U_a1、U_a2，......，U_a(n-1)、U_an为A相交流串联单元中的各功率模块输出电压，U_b1、U_b2，......，U_b(n-1)、U_bn为B相交流串联单元中的各功率模块输出电压，U_c1、U_c2，......，U_c(n-1)、U_cn为C相交流串联单元中的各功率模块输出电压。

所述的星角型并网平衡控制器由交流接触器及协调控制器组成。并网点三相交流输出端与星角型并网平衡控制器的断路器的三组输入端连接，断路器的三组输出端与交流接触器的三组常开触头连接，交流接触器的三组动触头分别与A相交流串联单元、B相交流串联单元、C相交流串联单元的输出端连接，交流接触器的三组常闭触头与地连接。

星角型并网平衡控制器控制、协调星型三相串联式光伏电站的公共储能电池组与A相交流串联式单元、B相交流串联式单元、C相交流串联式单元在并网模式输出时，实现星型三相串联式光伏电站的大容量、高电压、小电流、平衡输出，在星型三相串联式光伏电站处于储能模式时，将A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元光伏方阵输出功率存储于公共储能电池组中，避免弃光现象，大大提高电站发电效率。

本发明星型三相串联式光伏电站储能模式控制方法的步骤如下：

(1)第一步，在有光照时，星角型并网平衡控制器分别实时读取电网调度命令和星型三相串联式光伏电站中每个功率模块的输入功率数据，分别判断电网调度命令是否要求限功率输出，以及每相交流串联单元的输入功率是否大于或等于星型三相串联式光伏电站启动功率值。当判断电网调度命令限功率输出或每相交流串联单元的输入功率不大于或也不等于星型三相串联式光伏电站启动功率值时，星角型并网平衡控制器控制交流接触器处于常闭状态，星型三相串联式光伏电站进入储能工作模式，使A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元的输出首端和末端连接；同时星角型并网平衡控制器分别控制A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元中的第一功率模块至第n-1个功率模块的串联输出功率，在第n-1个功率模块与第n功率模块的连接端，经第n功率模块的输出端反向对公共储能电池组充电；

当星角型并网平衡控制器判断A相交流串联单元、B相交流串联单元或C相交流串联单元的其中一相或二相中每相功率模块输入功率值之和小于星型三相串联式光伏电站启动功率值P_qd时，星角型并网平衡控制器同时读取公共储能电池组的储存容量，并判断公共储能电池组的储存容量是否满足补充一相或二相交流串联单元的功率值的要求，如不满足，星角型并网平衡控制器控制交流接触器处于常闭状态，星型三相串联式光伏电站进入储能工作模式，在A相交流串联单元、B相交流串联单元、C相交流串联单元的第n-1个功率模块与第n功率模块的连接端，经第n功率模块的输出端反向对公共储能电池组充电；

(2)第二步，依据A相交流串联单元、B相交流串联单元、C相交流串联单元中功率模块串联输入功率值和公共储能电池组的充电电压范围，分别计算出A相交流串联单元、B相交流串联单元、C相交流串联单元的第一台至第n-1台功率模块的输出电压值。

所述的第一步中，在有光照时，星角型并网平衡控制器分别实时读取电网调度命令和星型三相串联式光伏电站中每个功率模块数据，首先分析、判断电网调度命令是否限功率输出，如是，则直接进入储能工作模式，如不是，计算、分析、判断每相交流串联单元的输入功率是否大于或等于星型三相串联式光伏电站启动功率值：

其中，P_a1、P_a2、P_a(n-1)、P_an分别为A相交流串联单元中的第一功率模块到第n功率模块输入功率值；P_b1、P_b2、P_b(n-1)、P_bn分别为B相交流串联单元中的第一功率模块到第n个功率模块输入功率值；P_c1、P_c2、P_c(n-1)、P_cn分别为C相交流串联单元中的第一功率模块到第n个功率模块输入功率值；分别为A相交流串联单元、B相交流串联单元、C相交流串联单元中功率模块输入功率值之和；P_qd为星型三相串联式光伏电站的A相交流串联单元、B相交流串联单元、C相交流串联单元启动功率值。

当A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元中，功率模块输入功率值之和都大于或等于星型三相串联式光伏电站启动功率值P_qd时，即： 星角型并网平衡控制器控制交流接触器吸合，A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元输出并网，使星型三相串联式光伏电站进入并网工作模式。

反之，判断A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元中功率模块输入功率值之和是否都小于星型三相串联式光伏电站启动功率值，即： 如是，星型三相串联式光伏电站进入储能工作模式，即：星角型并网平衡控制器控制交流接触器处于常闭状态，使A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元的输出对地短路，与并网点断开，交流接触器A相动点与常闭点接通、与常开点断开；B相动点与常闭点接通、与常开点断开；C相动点与常闭点接通、与常开点断开。由于A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元中的第n功率模块具有储能功率双向输入、输出功能，由此星角型并网平衡控制器分别控制A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元中的第一功率模块至第n-1个功率模块，在第n-1个功率模块与第n功率模块的连接端，经第n功率模块的输出端，通过公共储能电池组的双向输入、输出端反向对公共储能电池组充电，即：

P_abatt+P_bbatt+P_cbatt＝P_batt

其中，P_abatt、P_bbatt、P_cbatt分别为A相交流串联单元、B相交流串联单元、C相交流串联单元在第一台至第n-1台功率模块输入功率之和，P_batt为公共储能电池组充电总功率值。

当星型三相串联式光伏电站的一相交流串联单元或二相交流串联单元中，每相交流串联单元的功率模块输入功率值之和都小于星型三相串联式光伏电站启动功率值P_qd时，如：若A相交流串联单元和B相交流串联单元中，每相交流串联单元的功率模块输入功率值之和都小于星型三相串联式光伏电站启动功率值P_qd：

星角型并网平衡控制器读取公共储能电池组的储存容量P_batt×t_out，分别计算上述A相交流串联单元和B相交流串联单元的输入功率和与启动功率值P_qd差值，即：

判断该差值ΔP_bbatt与ΔP_abatt之和是否大于或等于公共储能电池组储存容量P_batt×t_out，即：

P_batt×t_out≥(ΔP_abatt+ΔP_bbatt)t₁₀

当判断P_batt×t_out≥(ΔP_abatt+ΔP_bbatt)t₁₀，星角型并网平衡控制器控制交流接触器吸合，星型三相串联式光伏电站进入并网工作模式，即：A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元的输出端并网。

其中，P_batt为公共储能电池组总功率，t_out为公共储能电池组功率输出时间，单位为小时，t_out≥1/6；ΔP_abatt为星型三相串联式光伏电站启动功率值P_qd与A相交流串联单元中功率模块入功率值之和的差值；ΔP_bbatt为星型三相串联式光伏电站启动功率值P_qd与B相交流串联单元中功率模块入功率值之和的差值；t₁₀为ΔP_abatt和ΔP_abatt功率输出时间，单位为小时，t₁₀≥1/6。

当判断P_batt×t_out＜(ΔP_abatt+ΔP_bbatt)t₁₀，星角型并网平衡控制器仍控制交流接触器处于常闭状态，进入储能工作模式，即：A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元的输出对地短路，与并网点断开，即：A相交流串联单元输出端，通过交流接触器的动点与常闭点接通，与常开点断开；B相交流串联单元输出端，通过交流接触器的动点与常闭点接通，与常开点断开；C相交流串联单元输出端，通过交流接触器的动点与常闭点接通，与常开点断开。

星角型并网平衡控制器分别控制A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元中的第一功率模块到第n-1个功率模块，在第n-1个功率模块与第n功率模块的连接端，经第n功率模块的输出端，分别通过公共储能电池组的双向输入端和输出端反向对公共储能电池组充电。

所述的第二步中，由电功率计算公式P＝I×U及A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元中的功率模块串联输出电流相等可知，每相交流串联单元的功率模块输出电流值分别为I_as、I_bs、I_cs；将A相交流串联单元中功率模块A₁、A₂、……、A_n-1输入功率值P_a1、P_a2、......、P_a(n-1)、B相交流串联单元中功率模块B₁、B₂、……、B_n-1输入功率值P_b1、P_b2、......、P_b(n-1)、C相交流串联单元中功率模块C₁、C₂、……、C_n-1输入功率值P_c1、P_c2、......、P_c(n-1)；代入式4、式5和式6中得：

P_a1+P_a2+、......、+P_a(n-1)＝I_as(U_a1+U_a2+、....、+U_a(n-1)) (7)

P_b1+P_b2+、......、+P_b(n-1)＝I_bs(U_b1+U_b2+、......、+U_b(n-1)) (8)

P_c1+P_c2+、......、+P_c(n-1)＝I_cs(U_c1+U_c2+、......、+U_c(n-1)) (9)

由于公共储能电池组的充电电压范围为U_{batt_min}≤U_batt≤U_{batt_max}，令A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元的输出电流I_as、I_bs、I_cs等于公共储能电池组对应的充电电流I_abatt、I_bbatt、I_cbatt，即：I_as＝I_abatt、I_bs＝I_bbatt、I_cs＝I_cbatt；

其中，U_{batt_max}为公共储能电池组最高充电电压值；U_{batt_min}为公共储能电池组最低充电电压值；U_batt为公共储能电池组充电电压值；I_abatt、I_bbatt、I_cbatt分别对应为A交流串联单元、B交流串联单元、C相交流串联单元对公共储能电池组充电电流值。

依据公共储能电池组的输入总功率P_batt、输入电压U_batt及功率模块隔离变压器变比η，分别计算出A相交流串联单元、B相交流串联单元、C相交流串联单元的第一台至第n-1台功率模块串联输出电压值：

由于：

和：

可知：

所以：

分别将式10、式11、式12对应代入式4、式5、式6，得：

由此，星角型并网平衡控制器分别控制三相交流串联单元的第一台至第n-1台功率模块的输出电压分配值分别为：

A相：

U_a1＝η×P_a1/I_as、U_a2＝η×P_a2/I_as、……、U_a(n-1)＝η×P_a(n-1)/I_as；

B相：

U_b1＝η×P_b1/I_bs、U_b2＝η×P_b2/I_bs、……、U_b(n-1)＝η×P_b(n-1)/I_bs；

C相：

U_c1＝η×P_c1/I_cs、U_c2＝η×P_c2/I_cs、……、U_c(n-1)＝η×P_c(n-1)/I_cs。

由于受公共储能电池组的充电电压范围所限，所以A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元的第一台至第n-1台功率模块的输出电压值范围如下：

由此，本发明星型三相串联式光伏电站储能模式控制方法在电网调度命令限制功率输出和光伏方阵低功率输出不能并网功率时，通过控制储能工作模式存储发电功率，有效利用太阳能资源，使光伏电站发电效率大大提高，避免由于电网限功率要求使光伏电站造成弃光现象。同时很好的解决多年来由于光伏输出功率波动特性，造成电网供电波动，电网调度不得不采取限制功率输出和限制高比例接入电网的问题，提高电网供电的稳定性，给光伏电站高比例接入电网提供了可能。

附图说明

图1为星型三相串联式光伏电站储能模式控制原理框图；

图2为星型三相串联式光伏电站储能模式判断及控制方法流程图；

图3为A、B、C每相交流串联单元功率模块串联输出电压分配方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

如图1所示，星型三相串联式光伏电站由A相交流串联单元、B相交流串联单元、C相交流串联单元、星角型并网平衡控制器和公共储能电池组组成，有并网、储能两种工作模式。

所述的A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元均由n台功率模块输出端首尾串联组成，n为≥2的整数。每台功率模块的输入端接入光伏组串，经功率模块MPPT最大功率跟踪、DC/AC高压隔离转换输出功率，其中第n台功率模块具有充放电储能控制回路，通过充放电控制开关分别与公共储能电池组的双向输入、输出端口E_A、E_B、E_C连接，具有储能输入、输出功率功能。

A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元采用星型连接，A相交流串联单元的第一台功率模块A₁、B相交流串联单元的第一台功率模块B₁、C相交流串联单元的第一台功率模块C₁的输出首端，分别为星型三相交流光伏电站的三相输出端U_a、U_b、U_c，第n台功率模块A_n、B_n、C_n的输出末端U₀均与地连接，为零点。

所述的星型三相交流光伏电站的三相输出端U_a、U_b、U_c的输出电压值分别为A相交流串联单元、B相交流串联单元、C相交流串联单元中各功率模块输出电压之和，即：

式中i＝1、2、……、n，n为功率模块，n为≥2的整数，U_a1、U_a2，......，U_a(n-1)、U_an为A相交流串联单元中的功率模块A₁、A₂，......，A_n-1、A_n的输出电压，U_b1、U_b2，......，U_b(n-1)、U_bn为B相交流串联单元中功率模块B₁、B₂，......，B_n-1、B_n的输出电压，U_c1、U_c2，......，U_c(n-1)、U_cn为C相交流串联单元中功率模块C₁、C₂，......，C_n-1、C_n的输出电压。

所述的星角型并网平衡控制器由交流接触器及协调控制器组成。并网点三相交流输出端分别与断路器K_AD、K_BD、K_CD的输入端连接，断路器K_AD、K_BD、K_CD的输出端分别与所述交流接触器的三组常开触头K_A-3、K_B-3、K_C-3连接，交流接触器的三组动触头K_A-1、K_B-1、K_C-1分别与A相交流串联单元的输出端U_a、B相交流串联单元的输出端U_b、C相交流串联单元的输出端U_c连接，交流接触器三组常闭触头K_A-2、K_B-2、K_C-2接地。

星角型并网平衡控制器控制、协调公共储能电池组与A相交流串联式单元、B相交流串联式单元、C相交流串联式单元在并网模式输出时，实现星型三相串联式光伏电站的大容量、高电压、小电流、平衡输出，在储能模式时，将A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元光伏方阵输出功率存储在储能电池组，避免弃光现象，大大提高电站发电效率。

本发明星型三相串联式光伏电站储能模式控制方法的步骤如下：

(1)第一步，在有光照时，星角型并网平衡控制器分别实时读取电网调度命令，以及星型三相串联式光伏电站中A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元的输入功率数据和并分别判断电网调度命令是否要求限功率输出，以及每相交流串联单元的输入功率值是否大于或等于星型三相串联式光伏电站启动功率P_qd值。当判断电网调度命令限功率输出或当A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元的输入功率不大于或也不等于星型三相串联式光伏电站启动功率P_qd的值时，星角型并网平衡控制器控制交流接触器处于常闭状态，星型三相串联式光伏电站进入储能工作模式，使A相交流串联单元的输出首端U_a与末端U_o、B相交流串联单元的输出首端U_b与末端U_o，以及C相交流串联单元的输出首端U_c与末端U_o连接；星角型并网平衡控制器分别控制A相交流串联单元的第一功率模块A₁到第n-1个功率模块A_n-1的串联输出功率，在A相交流串联单元的第n-1个功率模块A_n-1与第n功率模块A_n连接端，经第n功率模块A_n的输出端到公共储能电池组双向输入、输出E_A端，反向对公共储能电池组充电；B相交流串联单元的第一功率模块B₁到第n-1个功率模块B_n-1的串联输出功率，在B相交流串联单元的第n-1个功率模块B_n-1与第n功率模块B_n连接端，经第n功率模块B_n的输出端到公共储能电池组双向输入、输出E_B端，反向对公共储能电池组充电；C相交流串联单元中的第一功率模块C₁到第n-1个功率模块C_n-1的串联输出功率，在第n-1个功率模块C_n-1与第n功率模块C_n的连接端，经第n功率模块C_n的输出端公共储能电池组双向输入、输出E_C端，反向对公共储能电池组充电；

当星角型并网平衡控制器判断A相交流串联单元、B相交流串联单元或C相交流串联单元中的一相或二相中的每相功率模块输入功率值之和小于星型三相串联式光伏电站启动功率值P_qd时，星角型并网平衡控制器同时读取公共储能电池组的储存容量P_batt×t_out，并判断公共储能电池组的储存容量P_batt×t_out是否满足补充一相或二相交流串联单元的功率值的要求，如不满足，星角型并网平衡控制器控制交流接触器处于常闭状态，星型三相串联式光伏电站进入储能工作模式，星角型并网平衡控制器分别控制每相交流串联单元的第一功率模块至第n-1个功率模块的串联输出功率，分别在A相交流串联单元的第n-1个功率模块A_n-1与第n功率模块A_n的连接端，经第n功率模块A_n的输出端，再经公共储能电池组的双向输入、输出E_A端反向对公共储能电池组充电；在B相交流串联单元的第n-1个功率模块B_n-1与第n功率模块B_n的连接端，经第n功率模块B_n的输出端，再经公共储能电池组的双向输入、输出E_B端反向对公共储能电池组充电；在C相交流串联单元的第n-1个功率模块C_n-1与第n功率模块A_n的连接端，经第n功率模块C_n的输出，再经过公共储能电池组双向输入、输出E_C端反向对公共储能电池组充电。

(2)第二步，依据A相交流串联单元的功率模块串联输入功率B相交流串联单元的功率模块串联输入功率C相交流串联单元的功率模块串联输入功率的值，以及公共储能电池组的充电电压范围U_{batt_min}≤U_batt≤U_{batt_max}，分别计算出A相交流串联单元的第一台功率模块A₁至第n-1台功率模块A_n-1的输出电压B相交流串联单元B₁至第n-1台功率模块B_n-1的输出电压以及C相交流串联单元的第一台功率模块C₁至第n-1台功率模块C_n-1的输出电压值。

如图2所示，所述的第一步的控制方法为：

①在有光照时，星角型并网平衡控制器分别实时读取电网调度命令和星型三相串联式光伏电站中每个功率模块的数据；

②首先分析、判断电网调度命令是否限功率输出，如是，则执行步骤⑤直接进入星型三相串联式光伏电站储能工作模式，再执行步骤⑨转每相交流串联单元的功率模块串联输出，对储能电池组充电电压分配的方法流程。

③反之，计算、分析、判断每相交流串联单元的输入功率是否大于或等于星型三相串联式光伏电站的启动功率P_qd值：

其中，P_a1、P_a2、P_a(n-1)、P_an分别为A相串联单元中的第一功率模块到第n功率模块输入功率值；P_b1、P_b2、P_b(n-1)、P_bn分别为B相串联单元中的第一功率模块到第n个功率模块输入功率值；P_c1、P_c2、P_c(n-1)、P_cn分别为C相串联单元中的第一功率模块到第n个功率模块输入功率值；分别为A相交流串联单元、B相交流串联单元、C相交流串联单元的功率模块输入功率值之和；P_qd为星型三相串联式光伏电站启动功率值；

判断当A相交流串联单元的功率模块输入功率值之和、B相交流串联单元的功率模块输入功率值之和及C相交流串联单元的功率模块输入功率值之和都大于或等于星型三相串联式光伏电站启动功率值P_qd时，即：则执行步骤⑧星角型并网平衡控制器控制交流接触器吸合，使A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元输出并网，星型三相串联式光伏电站进入并网工作模式，反之执行步骤④；

④判断A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元，每相交流串联单元的功率模块输入功率值之和是否都小于星型三相串联式光伏电站启动功率值，即：

如A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元中的功率模块输入功率值之和都不小于星型三相串联式光伏电站启动功率值P_qd，执行步骤⑤，星型三相串联式光伏电站进入储能工作模式，再执行步骤⑨转每相交流串联单元的功率模块串联输出，对储能电池组充电电压分配的方法流程，反之执行步骤⑥；

⑤星角型并网平衡控制器控制交流接触器处于常闭状态，星型三相串联式光伏电站进入储能工作模式，使A交流串联单元、B交流串联单元和C相交流串联单元的输出对地短路，与并网点断开，交流接触器的动点K_A1与常闭点K_A2接通、与常开点K_A3断开；动点K_B1与常闭点K_B2接通、与常开点K_B3断开；动点K_C1与常闭点K_C2接通、与常开点K_C3断开。由于A相交流串联单元的第n功率模块A_n、B相交流串联单元的第n功率模块B_n和C相交流串联单元的第n功率模块C_n具有双向的储能功率输入、输出功能，由此星角型并网平衡控制器分别在A相交流串联单元的第n-1个功率模块A_n-1与第n功率模块A_n的连接端，经第n功率模块A_n的输出端，通过公共储能电池组的输入端E_A反向公共储能电池组充电；在B相交流串联单元的第n-1个功率模块B_n-1与第n功率模块B_n的连接端，经第n功率模块B_n的输出端，通过公共储能电池组的输出端E_B反向公共储能电池组充电；在C相交流串联单元的第n-1个功率模块C_n-1与第n功率模块C_n的连接端，经第n功率模块C_n的输出端，通过公共储能电池组的双向输入、输出端E反向对公共储能电池组充电。

其中，P_abatt为A相交流串联单元的公共储能电池组充电功率值，是第一台功率模块A₁至第n-1台功率模块A_n-1输入功率之和、P_bbatt为B相交流串联单元的公共储能电池组充电功率值，是第一台功率模块B₁至第n-1台功率模块B_n-1输入功率之和、P_cbatt为C相交流串联单元的公共储能电池组充电功率值，是第一台功率模块C₁至第n-1台功率模块C_n-1输入功率之和；

⑥当A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元的其中一相或二相交流串联单元的功率模块输入功率值之和小于星型三相串联式光伏电站启动功率值P_qd时，如：若A相交流串联单元和B相交流串联单元的功率模块输入功率值之和小于星型三相串联式光伏电站启动功率值P_qd：

星角型并网平衡控制器同时读取公共储能电池组储存容量P_batt×t_out，并分别计算A相交流串联单元输入功率B相交流串联单元输入功率与启动功率值P_qd差值，即：

⑦判断ΔP_bbatt与ΔP_abatt之和是否大于或等于公共储能电池组储存容量P_batt×t_out，即：P_batt×t_out≥(ΔP_abatt+ΔP_bbatt)t₁₀

其中，P_batt为公共储能电池组功率，t_out为公共储能电池组功率输出时间，单位为小时，t_out≥1/6；ΔP_abatt为星型三相串联式光伏电站启动功率值P_qd与A相交流串联单元功率模块输入功率值之和的差值；ΔP_bbatt为星型三相串联式光伏电站启动功率值P_qd与B相交流串联单元功率模块输入功率值之和的差值；t₁₀为ΔP_abatt和ΔP_abatt功率输出时间，单位为小时，t₁₀≥1/6。

当判断P_batt×t_out≥(ΔP_abatt+ΔP_bbatt)t₁₀，执行步骤⑧，反之，星角型并网平衡控制器仍控制交流接触器处于常闭状态，执行步骤⑤星型三相串联式光伏电站进入储能工作模式，再执行步骤⑨转每相交流串联单元的功率模块串联输出，对储能电池组充电电压分配的方法流程。

如图3所示，所述的第二步每相交流串联单元的功率模块串联输出分配电压的方法如下：

①由电功率计算公式P＝I×U，及A相交流串联单元、B相交流串联单元、C相交流串联单元的功率模块串联输出电流相等可知，每相交流串联单元的功率模块输出电流值分别为I_as、I_bs、I_cs；将A相交流串联单元的功率模块A₁、A₂、……、A_n-1输入功率值P_a1、P_a2、......、P_a(n-1)、B相交流串联单元的功率模块B₁、B₂、……、B_n-1输入功率值P_b1、P_b2、......、P_b(n-1)、C相交流串联单元的功率模块C₁、C₂、……、C_n-1输入功率值P_c1、P_c2、......、P_c(n-1)，代入式4、式5和式6中，得：

P_a1+P_a2+、......、+P_a(n-1)＝I_as(U_a1+U_a2+、....、+U_a(n-1)) (7)

P_b1+P_b2+、......、+P_b(n-1)＝I_bs(U_b1+U_b2+、......、+U_b(n-1)) (8)

P_c1+P_c2+、......、+P_c(n-1)＝I_cs(U_c1+U_c2+、......、+U_c(n-1)) (9)

由于公共储能电池组的充电电压范围为U_{batt_min}≤U_batt≤U_{batt_max}，令A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元的输出电流等于公共储能电池组对应的充电电流I_as＝I_abatt、I_bs＝I_bbatt、I_cs＝I_cbatt；

其中，U_{batt_max}为公共储能电池组最高充电电压值；U_{batt_min}为公共储能电池组最低充电电压值；U_batt为公共储能电池组充电电压值；I_abatt、I_bbatt、I_cbatt分别对应为A、B、C每相交流串联单元对公共储能电池组充电电流值。

②依据公共储能电池组的输入功率P_batt、输入电压U_batt及功率模块隔离变压器变比η，分别计算出A相交流串联单元的第一台至第n-1台功率模块串联输出电压值、B相交流串联单元的第一台至第n-1台功率模块串联输出电压值，以及C相交流串联单元的第一台至第n-1台功率模块串联输出电压值：

由于

由于：

可知：

所以：

分别将式10、式11、式12对应代入式4、式5、式6，得：

③由此星角型并网平衡控制器控制三相交流串联单元的第一台至第n-1台功率模块的输出电压值，分别为：

A相交流串联单元的第一台至第n-1台功率模块A₁、A₂、……、A_n-1，每台功率模块输出电压值分别为：

U_a1＝η×P_a1/I_as

U_a2＝η×P_a2/I_as

……、

U_a(n-1)＝η×P_a(n-1)/I_as

B相交流串联单元的第一台至第n-1台功率模块B₁、B₂、……、B_n-1，每台功率模块的输出电压值分别为：

U_b1＝η×P_b1/I_bs

U_b2＝η×P_b2/I_bs

……、

U_b(n-1)＝η×P_b(n-1)/I_bs

C相交流串联单元的第一台至第n-1台功率模块C₁、C₂、……、C_n-1，每台功率模块的输出电压值分别为：

U_c1＝η×P_c1/I_cs

U_c2＝η×P_c2/I_cs

……、

U_c(n-1)＝η×P_c(n-1)/I_cs

④由于公共储能电池组的充电电压范围有限，所以每相交流串联单元的第一台至第n-1台功率模块的输出电压值范围如下：

A相交流串联单元的第一台至第n-1台功率模块的输出电压值范围为：

B相交流串联单元的第一台至第n-1台功率模块的输出电压值范围为：

C相交流串联单元的第一台至第n-1台功率模块的输出电压值范围为：

Claims (4)

1.一种星型三相串联式光伏电站储能模式控制方法，所述的星型三相串联式光伏电站由A相交流串联单元、B相交流串联单元、C相交流串联单元、星角型并网平衡控制器和公共储能电池组组成；A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元由n台功率模块输出端首尾串联组成，n为≥2的整数；每台功率模块的输入端接入光伏组串，经功率模块MPPT最大功率跟踪，DC/AC高压隔离转换输出功率；其中第n台功率模块具有充放电储能控制回路，通过充放电控制开关与公共储能电池组连接，具有储能输入、输出功率功能；A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元采用星型连接，每相交流串联单元的第一台功率模块的输出首端分别为星型三相串联式光伏电站的三相输出端U_a、U_b、U_c，第n台功率模块的输出末端为星型三相串联式光伏电站的输出U₀，与地连接，为零点；并网点三相交流输出端与断路器的三组输入端连接，断路器的三组输出端与星角型并网平衡控制器交流接触器的三组常开触头连接，交流接触器的三组动触头分别与A相交流串联单元、B相交流串联单元、C相交流串联单元的输出端连接，交流接触器的三组常闭触头与地连接，

其特征在于，所述的控制方法为：在有光照条件下，星型三相串联式光伏电站不能并网工作时，通过星型三相串联式光伏电站的星角型并网平衡控制器控制星型三相串联式光伏电站进入储能工作模式，即：星角型并网平衡控制器分别控制A相交流串联单元、B相交流串联单元、C相交流串联单元的输出端对地短路，控制第n台功率模块由输出方式转换成输入方式，将第一台至第n-1台功率模块的输出功率经第n台功率模块输出端反向对公共储能电池组充电；并依据A相交流串联串联单元、B相交流串联串联单元和C相交流串联单元的功率模块串联输入功率值、公共储能电池组充电特性和充电电压范围，分别计算出A相交流串联串联单元、B相交流串联串联单元和C相交流串联单元的第一台至第n-1台功率模块的输出电压分配值，通过第n台功率模块输出端将光伏方阵输入功率反向输入公共储能电池组中存储；n为≥2的整数。

2.按照权利要求1所述的星型三相串联式光伏电站储能模式控制方法，其特征在于，所述的控制方法的步骤为：

(1)第一步，在有光照时，星角型并网平衡控制器分别实时读取电网调度命令和星型三相串联式光伏电站中每个功率模块的输入功率数据，判断电网调度命令是否要求限功率输出，以及每相交流串联单元的输入功率是否大于或等于星型三相串联式光伏电站启动功率值；当判断电网调度命令限功率输出或每相交流串联单元的输入功率不大于或也不等于星型三相串联式光伏电站启动功率值时，星角型并网平衡控制器控制交流接触器处于常闭状态，星型三相串联式光伏电站进入储能工作模式，使A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元的输出首端和末端连接；同时星角型并网平衡控制器分别控制A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元中的第一功率模块至第n-1个功率模块的串联输出功率，在第n-1个功率模块与第n功率模块的连接端，经第n功率模块的输出端反向对公共储能电池组充电；

当星角型并网平衡控制器判断A相交流串联单元、B相交流串联单元或C相交流串联单元的其中一相或二相中每相功率模块输入功率值之和小于星型三相串联式光伏电站启动功率值P_qd时，星角型并网平衡控制器同时读取公共储能电池组的储存容量，并判断公共储能电池组的储存容量是否满足补充一相或二相交流串联单元的功率值的要求，如不满足，星角型并网平衡控制器控制交流接触器处于常闭状态，星型三相串联式光伏电站进入储能工作模式，在A相交流串联单元、B相交流串联单元、C相交流串联单元的第n-1个功率模块与第n功率模块的连接端，经第n功率模块的输出端反向对公共储能电池组充电；

(2)第二步，依据A相交流串联单元、B相交流串联单元、C相交流串联单元中功率模块串联输入功率值和公共储能电池组的充电电压范围，分别计算出A相交流串联单元、B相交流串联单元、C相交流串联单元的第一台至第n-1台功率模块的输出电压值。

3.按照权利要求2所述的星型三相串联式光伏电站储能模式控制方法，其特征在于，所述的第一步中，在有光照时，星角型并网平衡控制器分别实时读取电网调度命令和星型三相串联式光伏电站中每个功率模块数据，首先分析、判断电网调度命令是否限功率输出，如是，则直接进入储能工作模式，如不是，计算、分析、判断每相串联单元的输入功率是否大于或等于星型三相串联式光伏电站启动功率值：

其中，i＝1、2、……、n-1、n，n为功率模块，n为≥2的整数，P_a1、P_a2、P_a(n-1)、P_an分别为A相交流串联单元中的第一功率模块到第n功率模块输入功率值；P_b1、P_b2、P_b(n-1)、P_bn分别为B相交流串联单元中的第一功率模块到第n个功率模块输入功率值；P_c1、P_c2、P_c(n-1)、P_cn分别为C相交流串联单元中的第一功率模块到第n个功率模块输入功率值； 分别为A相交流串联单元、B相交流串联单元、C相交流串联单元中功率模块输入功率值之和；P_qd为星型三相串联式光伏电站的A相交流串联单元、B相交流串联单元、C相交流串联单元启动功率值；

当A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元中，功率模块输入功率值之和都大于或等于星型三相串联式光伏电站启动功率值P_qd时，即： 星角型并网平衡控制器控制交流接触器吸合，A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元输出并网，使星型三相串联式光伏电站进入并网工作模式；

反之，判断A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元中功率模块输入功率值之和是否都小于星型三相串联式光伏电站启动功率值，即： 如是，星型三相串联式光伏电站进入储能工作模式，即：星角型并网平衡控制器控制交流接触器处于常闭状态，使A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元的输出对地短路，与并网点断开，交流接触器A相动点与常闭点接通、与常开点断开；B相动点与常闭点接通、与常开点断开；C相动点与常闭点接通、与常开点断开；由于A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元中的第n功率模块具有储能功率双向输入、输出功能，由此星角型并网平衡控制器分别控制A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元中的第一功率模块至第n-1个功率模块，在第n-1个功率模块与第n功率模块的连接端，经第n功率模块的输出端，通过公共储能电池组的双向输入、输出端反向对公共储能电池组充电，即：

P_abatt+P_bbatt+P_cbatt＝P_batt

其中，P_abatt、P_bbatt、P_cbatt分别为A相交流串联单元、B相交流串联单元、C相交流串联单元在第一台至第n-1台功率模块输入功率之和，P_batt为公共储能电池组充电总功率值；

当星型三相串联式光伏电站的一相交流串联单元或二相交流串联单元中，每相交流串联单元的功率模块输入功率值之和都小于星型三相串联式光伏电站启动功率值P_qd时，如：若A相交流串联单元和B相交流串联单元中，每相交流串联单元的功率模块输入功率值之和都小于星型三相串联式光伏电站星型三相串联式光伏电站启动功率值P_qd：

星角型并网平衡控制器读取公共储能电池组的储存容量P_batt×t_out，分别计算上述A相交流串联单元和B相交流串联单元的输入功率和与启动功率值P_qd差值，即：

判断该差值ΔP_bbatt与ΔP_abatt之和是否大于或等于公共储能电池组储存容量P_batt×t_out，即：

P_batt×t_out≥(ΔP_abatt+ΔP_bbatt)t₁₀

当判断P_batt×t_out≥(ΔP_abatt+ΔP_bbatt)t₁₀，星角型并网平衡控制器控制交流接触器吸合，星型三相串联式光伏电站进入并网工作模式，即：A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元的输出端并网；

其中，P_batt为公共储能电池组总功率，t_out为公共储能电池组功率输出时间，单位为小时，t_out≥1/6；ΔP_abatt为星型三相串联式光伏电站启动功率值P_qd与A相交流串联单元中功率模块入功率值之和的差值；ΔP_bbatt为星型三相串联式光伏电站启动功率值P_qd与B相交流串联单元中功率模块入功率值之和的差值；t₁₀为ΔP_abatt和ΔP_abatt功率输出时间，单位为小时，t₁₀≥1/6；

当判断P_batt×t_out＜(ΔP_abatt+ΔP_bbatt)t₁₀，星角型并网平衡控制器仍控制交流接触器处于常闭状态，进入储能工作模式，即：A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元的输出对地短路，与并网点断开，即：A相交流串联单元输出端，通过交流接触器的动点与常闭点接通，与常开点断开；B相交流串联单元输出端，通过交流接触器的动点与常闭点接通，与常开点断开；C相交流串联单元输出端，通过交流接触器的动点与常闭点接通，与常开点断开；

星角型并网平衡控制器分别控制A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元中的第一功率模块到第n-1个功率模块，在第n-1个功率模块与第n功率模块的连接端，经第n功率模块的输出端，分别通过公共储能电池组的双向输入、输出端反向对公共储能电池组充电。

4.按照权利要求2或3所述的星型三相串联式光伏电站储能模式控制方法，其特征在于，所述的第二步中，将A相交流串联单元中功率模块A₁、A₂、……、A_n-1输入功率值P_a1、P_a2、......、P_a(n-1)、B相交流串联单元中功率模块B₁、B₂、……、B_n-1输入功率值P_b1、P_b2、......、P_b(n-1)，以及C相交流串联单元中功率模块C₁、C₂、……、C_n-1输入功率值P_c1、P_c2、......、P_c(n-1)代入第一步的式(4)、式(5)和式(6)中得：

P_a1+P_a2+、......、+P_a(n-1)＝I_as(U_a1+U_a2+、....、+U_a(n-1)) (7)

P_b1+P_b2+、......、+P_b(n-1)＝I_bs(U_b1+U_b2+、......、+U_b(n-1)) (8)

P_c1+P_c2+、......、+P_c(n-1)＝I_cs(U_c1+U_c2+、......、+U_c(n-1)) (9)

由于公共储能电池组的充电电压范围为U_{batt_min}≤U_batt≤U_{batt_max}，令A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元的输出电流I_as、I_bs、I_cs等于公共储能电池组对应的充电电流I_abatt、I_bbatt、I_cbatt，即：I_as＝I_abatt、I_bs＝I_bbatt、I_cs＝I_cbatt；

其中，U_{batt_max}为公共储能电池组最高充电电压值；U_{batt_min}为公共储能电池组最低充电电压值；U_batt为公共储能电池组充电电压值；I_abatt、I_bbatt、I_cbatt分别对应为A相交流串联单元、B相交流串联单元、C相交流串联单元对公共储能电池组充电电流值；

依据公共储能电池组的输入总功率P_batt、输入电压U_batt及功率模块隔离变压器变比η，分别计算出A相交流串联单元、B相交流串联单元、C相交流串联单元的第一台至第n-1台功率模块串联输出电压值：

由于：

和：

可知：

所以：

分别将式(10)、式(11)、式(12)对应代入式(4)、式(5)、式(6)，得：

由此，星角型并网平衡控制器分别控制三相交流串联单元的第一台至第n-1台功率模块的输出电压分配值分别为：

A相：

U_a1＝η×P_a1/I_as、U_a2＝η×P_a2/I_as、……、U_a(n-1)＝η×P_a(n-1)/I_as；

B相：

U_b1＝η×P_b1/I_bs、U_b2＝η×P_b2/I_bs、……、U_b(n-1)＝η×P_b(n-1)/I_bs；

C相：

U_c1＝η×P_c1/I_cs、U_c2＝η×P_c2/I_cs、……、U_c(n-1)＝η×P_c(n-1)/I_cs；

由于受公共储能电池组的充电电压范围所限，所以A相交流串联单元、B相交流串联单元和C相交流串联单元的第一台至第n-1台功率模块的输出电压值范围如下：