CN108258810A - 直流光伏储能***及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流光伏储能***及其控制方法，其中，该***包括光伏发电模块、光伏逆变模块、功率获取模块和储能模块，光伏逆变模块的直流侧分别连接光伏发电模块和储能模块，光伏逆变模块的交流侧连接电网；功率获取模块用于获取光伏逆变模块的功率；储能模块包括多个DC‑DC变换器、储能电池和控制单元，其中，每个DC‑DC变换器的第一直流端连接到光伏发电模块的输出端与光伏逆变模块的直流侧之间，每个DC‑DC变换器的第二直流端与储能电池相连，控制单元用于根据光伏逆变模块的功率、储能电池的SOC和光伏发电模块的输出电压对储能模块进行控制。根据本发明的***，可平滑光伏逆变模块输出功率，并可提高光伏能量的利用率，适用性强。
Description
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，特别涉及一种直流光伏储能***和一种直流光伏储能***的控制方法。
背景技术
随着经济的发展和生产力水平的提高，人类社会对能源的需求量日益增加。在目前主要的能源中，化石能源会导致环境污染问题，并且化石能源储量有限，属于不可再生能源；核能属于清洁能源，消耗资源少，但对防护要求高，且存在核废料处理成本高的问题。而太阳能作为一种可再生的能源，是一种取之不尽用之不竭的绿色能源。利用太阳能进行光伏发电，可以极大的减少对化石能源的依赖，减小使用化石能源时产生的环境污染。
但太阳能发电也有局限，太阳能电池板会受到光照和温度的影响，在外部环境快速变化时，光伏发电功率也会快速变化，无法保证向电网稳定地输出功率。
为了稳定光伏发电的输出功率，可以在光伏发电***中加入储能***。目前，一种方案是在光伏逆变器的交流侧接入储能***，由DC-AC变换器和储能电池组成，在光伏发电时段内，将所有的光伏逆变器输出的电能储存在电池里，然后定时以一定的功率将储存的能量送入电网。由于储能***在光伏逆变器的交流侧接入，***输出功率限制于光伏逆变器的额定功率，无法适用于光伏面板发电功率大于光伏逆变器额定光率的情况，会造成光伏能量的浪费。同时，在交流侧接入储能***时，会影响电网和光伏逆变器的交流谐波。
另一种方案是在光伏逆变器的直流侧接入单路储能***，根据一定的策略对光伏逆变器的功率进行平滑，保证光伏逆变平稳输出功率。然而，单路储能***无法很好的适配有多个MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪)单元的光伏逆变器，影响光伏逆变器最大功率追踪功能，从而影响到光伏逆变器的工作效率。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种直流光伏储能***，不仅能够平滑和稳定光伏逆变模块的输出功率，还能提高光伏能量的利用率，并且能够适配有多个MPPT单元的光伏逆变模块，从而可提高光伏逆变模块的工作效率。
本发明的第二个目的在于提出一种直流光伏储能***的控制方法。
为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种直流光伏储能***，该***包括光伏发电模块、光伏逆变模块、功率获取模块和储能模块，其中，所述光伏发电模块，用于对太阳能进行转化以输出直流电；所述光伏逆变模块的直流侧分别连接所述光伏发电模块和所述储能模块，所述光伏逆变模块的交流侧连接电网，所述光伏逆变模块用于将所述光伏发电模块和/或所述储能模块输出的直流电转换为交流电以提供给所述电网；所述功率获取模块，用于获取所述光伏逆变模块的功率；所述储能模块包括多个DC-DC变换器、储能电池和控制单元，其中，每个所述DC-DC变换器的第一直流端连接到所述光伏发电模块的输出端与所述光伏逆变模块的直流侧之间，每个所述DC-DC变换器的第二直流端与所述储能电池相连，所述光伏发电模块输出的直流电通过每个所述DC-DC变换器进行变换以给所述储能电池充电，所述储能电池通过每个所述DC-DC变换器进行变换以向所述光伏逆变模块进行放电，所述控制单元与所述功率获取模块相连，所述控制单元用于获取所述储能电池的SOC(State of Charge，荷电状态)和所述光伏发电模块的输出电压，并根据所述光伏逆变模块的功率、所述储能电池的SOC和所述光伏发电模块的输出电压对所述储能模块进行控制。
根据本发明实施例的直流光伏储能***，通过将储能模块接入光伏逆变模块的直流侧，并结合多个条件对储能模块进行控制，不仅能够平滑和稳定光伏逆变模块的输出功率，还能够提高光伏能量的利用率，并且，通过接入多个DC-DC变换器，能够适配有多个MPPT单元的光伏逆变模块，从而可提高光伏逆变模块的工作效率。
为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种直流光伏储能***的控制方法，其中，所述直流光伏储能***包括光伏发电模块、光伏逆变模块和储能模块，其中，所述储能模块包括多个DC-DC变换器和储能电池，所述光伏发电模块用于对太阳能进行转化以输出直流电，所述光伏逆变模块的直流侧分别连接所述光伏发电模块和所述储能模块，所述光伏逆变模块的交流侧连接电网，所述光伏逆变模块用于将所述光伏发电模块和/或所述储能模块输出的直流电转换为交流电以提供给所述电网，每个所述DC-DC变换器的第一直流端连接到所述光伏发电模块的输出端与所述光伏逆变模块的直流侧之间，每个所述DC-DC变换器的第二直流端与所述储能电池相连，所述光伏发电模块输出的直流电通过每个所述DC-DC变换器进行变换以给所述储能电池充电，所述储能电池通过每个所述DC-DC变换器进行变换以向所述光伏逆变模块进行放电，所述方法包括以下步骤：获取所述光伏逆变模块的功率；获取所述储能电池的SOC和所述光伏发电模块的输出电压；根据所述光伏逆变模块的功率、所述储能电池的SOC和所述光伏发电模块的输出电压对所述储能模块进行控制。
根据本发明实施例的直流光伏储能***的控制方法，通过将储能模块接入光伏逆变模块的直流侧，并结合多个条件对储能模块进行控制，不仅能够平滑和稳定光伏逆变模块的输出功率，还能够提高光伏能量的利用率，并且，通过接入多个DC-DC变换器，能够适配有多个MPPT单元的光伏逆变模块，从而可提高光伏逆变模块的工作效率。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为根据本发明实施例的直流光伏储能***的方框示意图；
图2为根据本发明一个实施例的直流光伏储能***的结构示意图；
图3为根据本发明另一个实施例的直流光伏储能***的结构示意图；
图4为根据本发明一个实施例的储能电池与DC-DC变换器的连接示意图；
图5为根据本发明实施例的直流光伏储能***的控制方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图来描述本发明实施例的直流光伏储能***及其控制方法。
图1为根据本发明实施例的直流光伏储能***的方框示意图。
如图1所示，本发明实施例的直流光伏储能***，包括：光伏发电模块10、光伏逆变模块20、功率获取模块30和储能模块40。
其中，光伏发电模块10用于对太阳能进行转化以输出直流电；光伏逆变模块20的直流侧分别连接光伏发电模块10和储能模块40，光伏逆变模块20的交流侧连接电网，光伏逆变模块20用于将光伏发电模块10和/或储能模块40输出的直流电转换为交流电以提供给电网；功率获取模块30用于获取光伏逆变模块20的功率；储能模块40包括多个DC-DC变换器、储能电池和控制单元，其中，每个DC-DC变换器的第一直流端连接到光伏发电模块10的输出端与光伏逆变模块20的直流侧之间，每个DC-DC变换器的第二直流端与储能电池相连，光伏发电模块10输出的直流电通过每个DC-DC变换器进行变换以给储能电池充电，储能电池通过每个DC-DC变换器进行变换以向光伏逆变模块20进行放电，控制单元与功率获取模块30相连，控制单元用于获取储能电池的SOC和光伏发电模块10的输出电压，并根据光伏逆变模块20的功率、储能电池的SOC和光伏发电模块10的输出电压对储能模块40进行控制。
需要说明的是，本发明实施例的直流光伏储能***适用于光伏发电模块10的额定功率大于光伏逆变模块20的额定功率的工况。
在本发明的一个实施例中，光伏发电模块10可为光伏面板，多个DC-DC变换器以并联的方式连接在光伏面板的输出端和储能电池之间，其中，每个DC-DC变换器均采用BUCK/BOOST拓扑结构，每个DC-DC变换器的高压侧与光伏面板的输出端相连接，每个DC-DC变换器的低压侧与储能电池相连接。
在本发明的一个实施例中，光伏逆变模块20可包括一个或多个MPPT单元。如图2所示，光伏逆变模块20中仅包括一个MPPT单元MPPT1，N个DC-DC变换器DCDC1至DCDCN的高压侧均连接到光伏面板的输出端与MPPT1之间，低压侧均连接到储能电池。如图3所示，光伏逆变模块20包括多个MPPT单元时，每个MPPT单元与光伏发电模块10一一对应连接，即光伏逆变模块20包括与N个光伏面板一一对应连接的MPPT1至MPPTN，每个DC-DC变换器的第一直流端对应连接在光伏面板与一个MPPT单元之间，即DCDC1的高压侧连接在光伏面板1与MPPT1之间，…，DCDCN的高压侧连接在光伏面板N与MPPTN之间。
在本发明的一个实施例中，功率获取模块30可包括直流功率传感器，直流功率传感器位于光伏逆变模块20的直流侧，用于获取光伏逆变模块20中MPPT单元的功率。如图2和图3所示，每个MPPT单元均连接有对应的直流功率传感器，当光伏逆变模块20包括多个MPPT单元时，功率获取模块30获取每个MPPT单元的功率，即通过N个直流功率传感器一一对应地获取MPPT1至MPPTN的功率。在本发明的一个实施例中，直流功率传感器可以是能够根据光伏逆变模块的直流电压和电流计算功率的电表，也可以是对光伏逆变模块直流电流进行采样的电流传感器。在本发明的其他实施例中，还可不通过直流传感器，而由光伏逆变模块直接将MPPT单元的功率发送至储能模块的控制单元。
在本发明的一个实施例中，储能电池和每个DC-DC变换器还可通过通信线建立通信连接，具体地，如图4所示，储能电池的BMS可与DC-DC变换器进行通信连接，以与DC-DC变换器进行通信，并可通过DC-DC变换器与控制单元进行通信。其中，通信线可为CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线，也可为RS485总线等。
在本发明的一个实施例中，一个或多个DC-DC变换器可由一个控制单元进行控制，其中，当DC-DC变换器中包括独立的控制器时，可通过该独立的控制器接收控制单元的控制指令，并执行控制指令，当DC-DC变换器中不包括独立的控制器时，可由DC-DC变换器直接执行控制单元的控制指令。
在本发明的一个实施例中，控制单元可根据光伏逆变模块20的功率、储能电池的SOC和光伏发电模块10的输出电压控制储能模块40运行或停止运行，其中，储能模块40运行可包括储能模块40正常运行和储能模块40以保护性充电模式运行。
具体地，当储能模块40处于停止运行的状态时，控制单元在储能电池的SOC小于第一预设荷电值、光伏发电模块10的输出电压大于第一启动电压限值、且光伏逆变模块20的功率大于第一启动功率限值时，如果持续第一预设时间，则控制储能模块40正常运行；控制单元在储能电池的SOC大于第二预设荷电值、光伏发电模块10的输出电压大于第一启动电压限值、且光伏逆变模块20的功率大于第一启动功率限值时，如果持续第二预设时间，则控制储能模块40正常运行；控制单元在储能电池的SOC小于第一预设反充限值、且光伏发电模块10的输出电压大于第一启动电压限值时，如果持续第三预设时间，则控制储能模块40以保护性充电模式运行。
进一步地，当储能模块40处于运行的状态时，控制单元在储能模块40充电运行、储能电池的SOC大于等于第一预设高荷电限值、且光伏逆变模块20停止运行时，如果持续第四预设时间，则控制储能模块40停止运行；控制单元在储能模块40放电运行、且储能电池的SOC大于第一预设反充限值且小于第一预设低荷电限值，或者光伏发电模块10的输出电压小于第一运行电压限值时，如果持续第五预设时间，则控制储能模块40停止运行；控制单元在储能模块40以保护性充电模式运行、且储能电池的SOC大于第一预设低荷电限值，或者光伏发电模块10的输出电压小于第一运行电压限值时，如果持续第六预设时间，则控制储能模块40停止运行；控制单元在DC-DC变换器的高压侧与低压侧的电压差低于预设差值时，控制储能模块40停止运行。
在本发明的一个实施例中，控制单元对储能模块40进行控制的控制周期可根据光伏逆变模块20中MPPT单元的周期进行设置，该周期远远大于光伏逆变模块20的追踪周期，从而可保证在储能模块40运行时，不会对光伏逆变模块20中MPPT单元产生影响。
在本发明的一个实施例中，在储能模块40运行时，控制单元还可对每个DC-DC变换器的功率进行控制。
第一，控制单元可根据光伏逆变模块20的额定功率和功率获取模块30获取的光伏逆变模块20的MPPT单元的功率计算每个DC-DC变换器的功率。
具体地，参照图2，当光伏发电模块10为一个时，每个DC-DC变换器的功率为：
Pobj＝PobjTemp/N，
其中，PobjTemp+＝(k*Prate–Ppv)，
其中，Pobj为每个DC-DC变换器的功率，PobjTemp为功率计算的中间变量，N为并联的DC-DC变换器的个数，Prate为光伏逆变模块20的额定功率，Ppv为根据直流功率传感器返回值计算得到的光伏逆变模块20的功率，k为匹配光伏功率比例，是指接入储能模块40后，光伏逆变模块20直流侧功率的目标值与光伏逆变模块20额定功率的比值。
参照图3，当光伏发电模块10为多个时，每个DC-DC变换器的功率为：
Pobj+＝(k*Prate/N–Ppv)，
其中Pobj为每个DC-DC变换器的功率，Prate为光伏逆变模块20的额定功率，N为并联的DC-DC变换器的个数，Ppv为根据直流功率传感器返回值计算得到的每个DC-DC变换器对应的MPPT单元的直流侧功率，k为匹配光伏功率比例，是指接入储能模块40后，光伏逆变模块20直流侧功率的目标值与光伏逆变模块20额定功率的比值。
其中，匹配光伏功率比例k的范围为0-1。为在匹配光伏时不影响光伏逆变模块20的运行，将k*Prate–Ppv限制在一定范围内，可确保储能模块40功率变化时不会影响光伏逆变模块20的MPPT单元。
在本发明的一个实施例中，在储能模块40运行时，如果保护性充电标志位置位，即储能模块40以保护性充电模式运行，那么保护性充电工况下的反充策略为：若光伏发电模块10的电压高于电压限值，则DC-DC变换器的充电功率以一定的步长增加；若光伏发电模块10的电压低于电压限值，则DC-DC变换器的充电功率以一定的步长减小，同时对充电功率进行限制，最小为0kW，确保不会向光伏发电模块10与光伏逆变模块20之间的直流母线放电。
第二，在储能电池放电时，控制单元控制每个DC-DC变换器的功率小于等于DC-DC变换器的最低允许放电功率和储能电池的最低允许放电功率，在储能电池充电时，控制单元控制每个DC-DC变换器的功率小于等于DC-DC变换器的最低允许充电功率和储能电池的最低允许充电功率。这样可将储能模块40中DC-DC变换器的充放电功率限制在一定范围内，从而确保储能电池不会出现过充、过放以及电压突变的情况，保证储能电池的安全和***的稳定，同时可确保DC-DC变换器运行过程中不会出现温度过高的现象，保证DC-DC变换器的安全。
第三，控制单元可在光伏逆变模块20的功率超出预设限值时对每个DC-DC变换器的功率进行修正。
具体地，参照图2，当光伏发电模块10为一个时，每个DC-DC变换器的功率被修正为：
Pobj＝Pobj-(Ppv-k*Prate)/N，
其中，Pobj为每个DC-DC变换器当前的功率，N为并联的DC-DC变换器的个数，Prate为光伏逆变模块20的额定功率，Ppv为根据直流功率传感器返回值计算得到的光伏逆变模块20的功率，k为匹配光伏功率比例，是指接入储能模块40后，光伏逆变模块20直流侧功率的目标值与光伏逆变模块20额定功率的比值。
参照图3，当光伏发电模块10为多个时，每个DC-DC变换器的功率被修正为：
Pobj＝Pobj-(Ppv-k*Prate/N)，
其中，Pobj为每个DC-DC变换器当前的功率，N为并联的DC-DC变换器的个数，Prate为光伏逆变模块20的额定功率，Ppv为根据直流功率传感器返回值计算得到的每个DC-DC变换器对应的MPPT单元的直流侧功率，k为匹配光伏功率比例，是指接入储能模块40后，光伏逆变模块20直流侧功率的目标值与光伏逆变模块20额定功率的比值。
由此，在因外部条件变化而导致光伏逆变模块20的输出功率快速突变超出预设限值时，储能模块40可速吸收超出预设限值部分的功率。为了更好地抑制输出功率的突变，保证光伏逆变模块20的功率不超出预设限值，控制单元进行修正控制的周期可小于光伏逆变模块20的匹配周期。
第四，当储能电池的SOC小于等于第一预设低荷电限值时，控制单元控制每个DC-DC变换器的功率为零。由此，可以防止储能电池出现过放，从而可延长储能电池使用寿命。
通过上述的功率控制策略，可有效控制储能电池的充电时段，使得本发明实施例的***对电池容量的要求较小。
在本发明的一个实施例中，光伏逆变模块20的额定功率可根据电网的功率限值进行调整。当电网公司下发的电网的功率限值发生变化时，可将该电网的功率限值作为光伏逆变模块20的额定功率Prate，同时可根据最新的额定功率Prate和相关的功率控制策略，计算此时储能模块40中每个DC-DC变换器的功率。由此，在电网限制光伏逆变模块20的输出功率时，***能够快速的响应，确保光伏逆变模块20的功率不会超出电网的功率限值。
此外，在上述功率控制的过程中，储能模块40还可针对运行过程中光伏逆变模块20停止运行和电压异常两种异常情况进行处理。
具体地，在储能模块40运行时，如果光伏逆变模块20停止运行，若储能模块40运行在充电工况下，则继续保持原功率充电，若储能模块40运行在放电工况下，则控制储能模块40停止运行。
在储能模块40运行时，如果出现在MPPT追踪过程中，光伏发电模块10的电压低于储能电池电压的情况，由于DC-DC变换器采用BUCK/BOOST拓扑结构，DC-DC变换器两侧存在压差，储能电池的电能会直接通过DC-DC变换器中的续流二极管流向高压侧，此时电流的大小不可控。为了防止出现上述情况，当DC-DC变换器的高压侧与低压侧电压差值较小时，可控制储能模块40停止运行。
在本发明的一个实施例中，上述功率控制的过程中所用到的参数可存储于非易失性的存储器中，以便控制单元根据需要进行调用，存储器中的参数还可根据***运行的工况和外部条件进行调整。具体地，可通过EEPROM(Electrically Erasable ProgrammableRead-Only Memory，电可擦可编程只读存储器)存储上述参数。
根据本发明实施例的直流光伏储能***，通过将储能模块接入光伏逆变模块的直流侧，并结合多个条件对储能模块进行控制，不仅能够平滑和稳定光伏逆变模块的输出功率，还能够提高光伏能量的利用率，并且，通过接入多个DC-DC变换器，能够适配有多个MPPT单元的光伏逆变模块，从而可提高光伏逆变模块的工作效率。
对应上述实施例，本发明还提出一种直流光伏储能***的控制方法。
其中，参照图1至图3，直流光伏储能***包括光伏发电模块、光伏逆变模块和储能模块，其中，储能模块包括多个DC-DC变换器和储能电池，光伏发电模块用于对太阳能进行转化以输出直流电，光伏逆变模块的直流侧分别连接光伏发电模块和储能模块，光伏逆变模块的交流侧连接电网，光伏逆变模块用于将光伏发电模块和/或储能模块输出的直流电转换为交流电以提供给电网，每个DC-DC变换器的第一直流端连接到光伏发电模块的输出端与光伏逆变模块的直流侧之间，每个DC-DC变换器的第二直流端与储能电池相连，光伏发电模块输出的直流电通过每个DC-DC变换器进行变换以给储能电池充电，储能电池通过每个DC-DC变换器进行变换以向光伏逆变模块进行放电。
在本发明的一个实施例中，光伏发电模块可为光伏面板，多个DC-DC变换器以并联的方式连接在光伏面板的输出端和储能电池之间，其中，每个DC-DC变换器均采用BUCK/BOOST拓扑结构，每个DC-DC变换器的高压侧与光伏面板的输出端相连接，每个DC-DC变换器的低压侧与储能电池相连接。
在本发明的一个实施例中，光伏逆变模块20可包括一个或多个MPPT单元。如图2所示，光伏逆变模块中仅包括一个MPPT单元MPPT1，N个DC-DC变换器DCDC1至DCDCN的高压侧均连接到光伏面板的输出端与MPPT1之间，低压侧均连接到储能电池。如图3所示，光伏逆变模块包括多个MPPT单元时，每个MPPT单元与光伏发电模块一一对应连接，即光伏逆变模块包括与N个光伏面板一一对应连接的MPPT1至MPPTN，每个DC-DC变换器的第一直流端对应连接在光伏面板与一个MPPT单元之间，即DCDC1的高压侧连接在光伏面板1与MPPT1之间，…，DCDCN的高压侧连接在光伏面板N与MPPTN之间。
如图5所示，本发明实施例的直流光伏储能***的控制方法，包括以下步骤：
S1，获取光伏逆变模块的功率。
在本发明的一个实施例中，可通过直流功率传感器获取光伏逆变模块的功率。直流功率传感器具***于光伏逆变模块20的直流侧，用于获取光伏逆变模块20中MPPT单元的功率。如图2和图3所示，每个MPPT单元均连接有对应的直流功率传感器，当光伏逆变模块包括多个MPPT单元时，可获取每个MPPT单元的功率，即通过N个直流功率传感器一一对应地获取MPPT1至MPPTN的功率。在本发明的一个实施例中，直流功率传感器可以是能够根据光伏逆变模块的直流电压和电流计算功率的电表，也可以是对光伏逆变模块直流电流进行采样的电流传感器。在本发明的其他实施例中，还可不通过直流传感器，而由光伏逆变模块直接将MPPT单元的功率发送至储能模块。
S2，获取储能电池的SOC和光伏发电模块的输出电压。
在本发明的一个实施例中，储能电池和每个DC-DC变换器还可通过通信线建立通信连接，具体地，如图4所示，储能电池的BMS可与DC-DC变换器进行通信连接，以与DC-DC变换器进行通信。其中，通信线可为CAN总线，也可为RS485总线等。
S3，根据光伏逆变模块的功率、储能电池的SOC和光伏发电模块的输出电压对储能模块进行控制。
在本发明的一个实施例中可根据光伏逆变模块的功率、储能电池的SOC和光伏发电模块的输出电压控制储能模块运行或停止运行，其中，储能模块运行可包括储能模块正常运行和储能模块以保护性充电模式运行。
具体地，当储能模块处于停止运行的状态时，在储能电池的SOC小于第一预设荷电值、光伏发电模块的输出电压大于第一启动电压限值、且光伏逆变模块的功率大于第一启动功率限值时，如果持续第一预设时间，则控制储能模块正常运行；在储能电池的SOC大于第二预设荷电值、光伏发电模块的输出电压大于第一启动电压限值、且光伏逆变模块的功率大于第一启动功率限值时，如果持续第二预设时间，则控制储能模块正常运行；在储能电池的SOC小于第一预设反充限值、且光伏发电模块的输出电压大于第一启动电压限值时，如果持续第三预设时间，则控制储能模块以保护性充电模式运行。
进一步地，当储能模块处于运行的状态时，在储能模块充电运行、储能电池的SOC大于等于第一预设高荷电限值、且光伏逆变模块停止运行时，如果持续第四预设时间，则控制储能模块停止运行；在储能模块放电运行、且储能电池的SOC大于第一预设反充限值且小于第一预设低荷电限值，或者光伏发电模块的输出电压小于第一运行电压限值时，如果持续第五预设时间，则控制储能模块停止运行；在储能模块以保护性充电模式运行、且储能电池的SOC大于第一预设低荷电限值，或者光伏发电模块的输出电压小于第一运行电压限值时，如果持续第六预设时间，则控制储能模块停止运行；在DC-DC变换器的高压侧与低压侧的电压差低于预设差值时，控制储能模块停止运行。
在本发明的一个实施例中，对储能模块进行控制的控制周期可根据光伏逆变模块中MPPT单元的周期进行设置，该周期远远大于光伏逆变模块的追踪周期，从而可保证在储能模块运行时，不会对光伏逆变模块中MPPT单元产生影响。
在本发明的一个实施例中，在储能模块运行时，还可对每个DC-DC变换器的功率进行控制。
第一，可根据光伏逆变模块的额定功率和功率获取模块获取的光伏逆变模块的MPPT单元的功率计算每个DC-DC变换器的功率。
具体地，参照图2，当光伏发电模块为一个时，每个DC-DC变换器的功率为：
Pobj＝PobjTemp/N，
其中，PobjTemp+＝(k*Prate–Ppv)，
其中，Pobj为每个DC-DC变换器的功率，PobjTemp为功率计算的中间变量，N为并联的DC-DC变换器的个数，Prate为光伏逆变模块的额定功率，Ppv为根据直流功率传感器返回值计算得到的光伏逆变模块的功率，k为匹配光伏功率比例，是指接入储能模块后，光伏逆变模块直流侧功率的目标值与光伏逆变模块额定功率的比值。
参照图3，当光伏发电模块为多个时，每个DC-DC变换器的功率为：
Pobj+＝(k*Prate/N–Ppv)，
其中Pobj为每个DC-DC变换器的功率，Prate为光伏逆变模块的额定功率，N为并联的DC-DC变换器的个数，Ppv为根据直流功率传感器返回值计算得到的每个DC-DC变换器对应的MPPT单元的直流侧功率，k为匹配光伏功率比例，是指接入储能模块后，光伏逆变模块直流侧功率的目标值与光伏逆变模块额定功率的比值。
其中，匹配光伏功率比例k的范围为0-1。为在匹配光伏时不影响光伏逆变模块的运行，将k*Prate–Ppv限制在一定范围内，可确保储能模块功率变化时不会影响光伏逆变模块的MPPT单元。
在本发明的一个实施例中，在储能模块运行时，如果保护性充电标志位置位，即储能模块以保护性充电模式运行，那么保护性充电工况下的反充策略为：若光伏发电模块的电压高于电压限值，则DC-DC变换器的充电功率以一定的步长增加；若光伏发电模块的电压低于电压限值，则DC-DC变换器的充电功率以一定的步长减小，同时对充电功率进行限制，最小为0kW，确保不会向光伏发电模块与光伏逆变模块之间的直流母线放电。
第二，在储能电池放电时，可控制每个DC-DC变换器的功率小于等于DC-DC变换器的最低允许放电功率和储能电池的最低允许放电功率，在储能电池充电时，可控制每个DC-DC变换器的功率小于等于DC-DC变换器的最低允许充电功率和储能电池的最低允许充电功率。这样可将储能模块中DC-DC变换器的充放电功率限制在一定范围内，从而确保储能电池不会出现过充、过放以及电压突变的情况，保证储能电池的安全和***的稳定，同时可确保DC-DC变换器运行过程中不会出现温度过高的现象，保证DC-DC变换器的安全。
第三，可在光伏逆变模块的功率超出预设限值时对每个DC-DC变换器的功率进行修正。
具体地，参照图2，当光伏发电模块为一个时，每个DC-DC变换器的功率被修正为：
Pobj＝Pobj-(Ppv-k*Prate)/N，
其中，Pobj为每个DC-DC变换器当前的功率，N为并联的DC-DC变换器的个数，Prate为光伏逆变模块的额定功率，Ppv为根据直流功率传感器返回值计算得到的光伏逆变模块的功率，k为匹配光伏功率比例，是指接入储能模块后，光伏逆变模块直流侧功率的目标值与光伏逆变模块额定功率的比值。
参照图3，当光伏发电模块为多个时，每个DC-DC变换器的功率被修正为：
Pobj＝Pobj-(Ppv-k*Prate/N)，
其中，Pobj为每个DC-DC变换器当前的功率，N为并联的DC-DC变换器的个数，Prate为光伏逆变模块的额定功率，Ppv为根据直流功率传感器返回值计算得到的每个DC-DC变换器对应的MPPT单元的直流侧功率，k为匹配光伏功率比例，是指接入储能模块后，光伏逆变模块直流侧功率的目标值与光伏逆变模块额定功率的比值。
由此，在因外部条件变化而导致光伏逆变模块的输出功率快速突变超出预设限值时，储能模块可速吸收超出预设限值部分的功率。为了更好地抑制输出功率的突变，保证光伏逆变模块的功率不超出预设限值，进行修正控制的周期可小于光伏逆变模块的匹配周期。
第四，当储能电池的SOC小于等于第一预设低荷电限值时，可控制每个DC-DC变换器的功率为零。由此，可以防止储能电池出现过放，从而可延长储能电池使用寿命。
通过上述的功率控制策略，可有效控制储能电池的充电时段，使得本发明实施例的***对电池容量的要求较小。
在本发明的一个实施例中，光伏逆变模块的额定功率可根据电网的功率限值进行调整。当电网公司下发的电网的功率限值发生变化时，可将该电网的功率限值作为光伏逆变模块的额定功率Prate，同时可根据最新的额定功率Prate和相关的功率控制策略，计算此时储能模块中每个DC-DC变换器的功率。由此，在电网限制光伏逆变模块的输出功率时，***能够快速的响应，确保光伏逆变模块的功率不会超出电网的功率限值。
此外，在上述功率控制的过程中，储能模块还可针对运行过程中光伏逆变模块停止运行和电压异常两种异常情况进行处理。
具体地，在储能模块运行时，如果光伏逆变模块停止运行，若储能模块运行在充电工况下，则继续保持原功率充电，若储能模块运行在放电工况下，则控制储能模块停止运行。
在储能模块运行时，如果出现在MPPT追踪过程中，光伏发电模块的电压低于储能电池电压的情况，由于DC-DC变换器采用BUCK/BOOST拓扑结构，DC-DC变换器两侧存在压差，储能电池的电能会直接通过DC-DC变换器中的续流二极管流向高压侧，此时电流的大小不可控。为了防止出现上述情况，当DC-DC变换器的高压侧与低压侧电压差值较小时，可控制储能模块停止运行。
在本发明的一个实施例中，上述功率控制的过程中所用到的参数可存储于非易失性的存储器中，以便根据需要进行调用，存储器中的参数还可根据***运行的工况和外部条件进行调整。具体地，可通过EEPROM存储上述参数。
根据本发明实施例的直流光伏储能***的控制方法，通过将储能模块接入光伏逆变模块的直流侧，并结合多个条件对储能模块进行控制，不仅能够平滑和稳定光伏逆变模块的输出功率，还能够提高光伏能量的利用率，并且，通过接入多个DC-DC变换器，能够适配有多个MPPT单元的光伏逆变模块，从而可提高光伏逆变模块的工作效率。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (18)
1.一种直流光伏储能***，其特征在于，包括光伏发电模块、光伏逆变模块、功率获取模块和储能模块，其中，
所述光伏发电模块，用于对太阳能进行转化以输出直流电；
所述光伏逆变模块的直流侧分别连接所述光伏发电模块和所述储能模块，所述光伏逆变模块的交流侧连接电网，所述光伏逆变模块用于将所述光伏发电模块和/或所述储能模块输出的直流电转换为交流电以提供给所述电网；
所述功率获取模块，用于获取所述光伏逆变模块的功率；
所述储能模块包括多个DC-DC变换器、储能电池和控制单元，其中，每个所述DC-DC变换器的第一直流端连接到所述光伏发电模块的输出端与所述光伏逆变模块的直流侧之间，每个所述DC-DC变换器的第二直流端与所述储能电池相连，所述光伏发电模块输出的直流电通过每个所述DC-DC变换器进行变换以给所述储能电池充电，所述储能电池通过每个所述DC-DC变换器进行变换以向所述光伏逆变模块进行放电，所述控制单元与所述功率获取模块相连，所述控制单元用于获取所述储能电池的SOC和所述光伏发电模块的输出电压，并根据所述光伏逆变模块的功率、所述储能电池的SOC和所述光伏发电模块的输出电压对所述储能模块进行控制。
2.根据权利要求1所述的直流光伏储能***，其特征在于，所述光伏逆变模块包括多个MPPT单元时，每个所述MPPT单元与所述光伏发电模块一一对应连接，每个所述DC-DC变换器的第一直流端对应连接在所述光伏发电模块与一个所述MPPT单元之间。
3.根据权利要求2所述的直流光伏储能***，其特征在于，所述光伏逆变模块包括多个MPPT单元时，所述功率获取模块获取每个所述MPPT单元的功率。
4.根据权利要求3所述的直流光伏储能***，其特征在于，所述控制单元用于：
在所述储能电池的SOC小于第一预设荷电值、所述光伏发电模块的输出电压大于第一启动电压限值、且所述光伏逆变模块的功率大于第一启动功率限值时，如果持续第一预设时间，则控制所述储能模块正常运行；
在所述储能电池的SOC大于第二预设荷电值、所述光伏发电模块的输出电压大于第一启动电压限值、且所述光伏逆变模块的功率大于第一启动功率限值时，如果持续第二预设时间，则控制所述储能模块正常运行；
在所述储能电池的SOC小于第一预设反充限值、且所述光伏发电模块的输出电压大于第一启动电压限值时，如果持续第三预设时间，则控制所述储能模块以保护性充电模式运行。
5.根据权利要求4所述的直流光伏储能***，其特征在于，所述控制单元进一步用于：
在所述储能模块充电运行、所述储能电池的SOC大于等于第一预设高荷电限值、且所述光伏逆变模块停止运行时，如果持续第四预设时间，则控制所述储能模块停止运行；
在所述储能模块放电运行、且所述储能电池的SOC大于第一预设反充限值且小于第一预设低荷电限值，或者所述光伏发电模块的输出电压小于第一运行电压限值时，如果持续第五预设时间，则控制所述储能模块停止运行；
在所述储能模块以保护性充电模式运行、且所述储能电池的SOC大于所述第一预设低荷电限值，或者所述光伏发电模块的输出电压小于第一运行电压限值时，如果持续第六预设时间，则控制所述储能模块停止运行；
在所述DC-DC变换器的高压侧与低压侧的电压差低于预设差值时，控制所述储能模块停止运行。
6.根据权利要求5所述的直流光伏储能***，其特征在于，所述控制单元用于根据所述光伏逆变模块的额定功率和所述功率获取模块获取的所述光伏逆变模块的MPPT单元的功率计算每个所述DC-DC变换器的功率，其中，所述光伏逆变模块的额定功率根据所述电网的功率限值进行调整。
7.根据权利要求5所述的直流光伏储能***，其特征在于，在所述储能电池放电时，所述控制单元控制每个所述DC-DC变换器的功率小于等于所述DC-DC变换器的最低允许放电功率和所述储能电池的最低允许放电功率，在所述储能电池充电时，所述控制单元控制每个所述DC-DC变换器的功率小于等于所述DC-DC变换器的最低允许充电功率和所述储能电池的最低允许充电功率。
8.根据权利要求5所述的直流光伏储能***，其特征在于，所述控制单元用于在所述光伏逆变模块的功率超出预设限值时对每个所述DC-DC变换器的功率进行修正。
9.根据权利要求5所述的直流光伏储能***，其特征在于，当所述储能电池的SOC小于等于所述第一预设低荷电限值时，所述控制单元控制每个所述DC-DC变换器的功率为零。
10.一种直流光伏储能***的控制方法，其特征在于，所述直流光伏储能***包括光伏发电模块、光伏逆变模块和储能模块，其中，所述储能模块包括多个DC-DC变换器和储能电池，所述光伏发电模块用于对太阳能进行转化以输出直流电，所述光伏逆变模块的直流侧分别连接所述光伏发电模块和所述储能模块，所述光伏逆变模块的交流侧连接电网，所述光伏逆变模块用于将所述光伏发电模块和/或所述储能模块输出的直流电转换为交流电以提供给所述电网，每个所述DC-DC变换器的第一直流端连接到所述光伏发电模块的输出端与所述光伏逆变模块的直流侧之间，每个所述DC-DC变换器的第二直流端与所述储能电池相连，所述光伏发电模块输出的直流电通过每个所述DC-DC变换器进行变换以给所述储能电池充电，所述储能电池通过每个所述DC-DC变换器进行变换以向所述光伏逆变模块进行放电，所述方法包括以下步骤：
获取所述光伏逆变模块的功率；
获取所述储能电池的SOC和所述光伏发电模块的输出电压；
根据所述光伏逆变模块的功率、所述储能电池的SOC和所述光伏发电模块的输出电压对所述储能模块进行控制。
11.根据权利要求10所述的直流光伏储能***的控制方法，其特征在于，所述光伏逆变模块包括多个MPPT单元时，每个所述MPPT单元与所述光伏发电模块一一对应连接，每个所述DC-DC变换器的第一直流端对应连接在所述光伏发电模块与一个所述MPPT单元之间。
12.根据权利要求11所述的直流光伏储能***的控制方法，其特征在于，所述光伏逆变模块包括多个MPPT单元时，获取每个所述MPPT单元的功率。
13.根据权利要求12所述的直流光伏储能***的控制方法，其特征在于，根据所述光伏逆变模块的功率、所述储能电池的SOC和所述光伏发电模块的输出电压对所述储能模块进行控制，包括：
在所述储能电池的SOC小于第一预设荷电值、所述光伏发电模块的输出电压大于第一启动电压限值、且所述光伏逆变模块的功率大于第一启动功率限值时，如果持续第一预设时间，则控制所述储能模块正常运行；
在所述储能电池的SOC大于第二预设荷电值、所述光伏发电模块的输出电压大于第一启动电压限值、且所述光伏逆变模块的功率大于第一启动功率限值时，如果持续第二预设时间，则控制所述储能模块正常运行；
在所述储能电池的SOC小于第一预设反充限值、且所述光伏发电模块的输出电压大于第一启动电压限值时，如果持续第三预设时间，则控制所述储能模块以保护性充电模式运行。
14.根据权利要求13所述的直流光伏储能***的控制方法，其特征在于，根据所述光伏逆变模块的功率、所述储能电池的SOC和所述光伏发电模块的输出电压对所述储能模块进行控制，还包括：
在所述储能模块充电运行、所述储能电池的SOC大于等于第一预设高荷电限值、且所述光伏逆变模块停止运行时，如果持续第四预设时间，则控制所述储能模块停止运行；
在所述储能模块放电运行、且所述储能电池的SOC大于第一预设反充限值且小于第一预设低荷电限值，或者所述光伏发电模块的输出电压小于第一运行电压限值时，如果持续第五预设时间，则控制所述储能模块停止运行；
在所述储能模块以保护性充电模式运行、且所述储能电池的SOC大于所述第一预设低荷电限值，或者所述光伏发电模块的输出电压小于第一运行电压限值时，如果持续第六预设时间，则控制所述储能模块停止运行；
在所述DC-DC变换器的高压侧与低压侧的电压差低于预设差值时，控制所述储能模块停止运行。
15.根据权利要求14所述的直流光伏储能***的控制方法，其特征在于，根据所述光伏逆变模块的功率、所述储能电池的SOC和所述光伏发电模块的输出电压对所述储能模块进行控制，包括：
根据所述光伏逆变模块的额定功率和所述功率获取模块获取的所述光伏逆变模块的MPPT单元的功率计算每个所述DC-DC变换器的功率，其中，所述光伏逆变模块的额定功率根据所述电网的功率限值进行调整。
16.根据权利要求14所述的直流光伏储能***的控制方法，其特征在于，根据所述光伏逆变模块的功率、所述储能电池的SOC和所述光伏发电模块的输出电压对所述储能模块进行控制，包括：
所述储能电池放电时，控制每个所述DC-DC变换器的功率小于等于所述DC-DC变换器的最低允许放电功率和所述储能电池的最低允许放电功率，在所述储能电池充电时，控制每个所述DC-DC变换器的功率小于等于所述DC-DC变换器的最低允许充电功率和所述储能电池的最低允许充电功率。
17.根据权利要求14所述的直流光伏储能***的控制方法，其特征在于，根据所述光伏逆变模块的功率、所述储能电池的SOC和所述光伏发电模块的输出电压对所述储能模块进行控制，包括：
在所述光伏逆变模块的功率超出预设限值时对每个所述DC-DC变换器的功率进行修正。
18.根据权利要求14所述的直流光伏储能***的控制方法，其特征在于，根据所述光伏逆变模块的功率、所述储能电池的SOC和所述光伏发电模块的输出电压对所述储能模块进行控制，包括：
当所述储能电池的SOC小于等于所述第一预设低荷电限值时，控制每个所述DC-DC变换器的功率为零。
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