面向光伏发电与储能的直流微电网的功率控制方法与设备与流程

本发明涉及直流微电网，具体为一种面向光伏发电与储能的直流微电网的功率控制方法与设备。

背景技术：

1、微电网作为具有分布式发电(dg)单元(例如太阳能光伏组件或风力涡轮机)的微型电力系统。微电网可分为交流微电网和直流微电网。与交流微电网相比，直流微电网对直流负载具有更高的端到端效率。运行在低压直流(lvdc)配电上的直流微电网，由于距离较短，不涉及升压(最高kv范围)和降压转换。

2、根据发电机组的发电量和负荷需求，它们有不同的运行模式。基于太阳能光伏系统的微电网具有电池储能系统(bess)，用于存储光伏组件在高日照期间产生的多余能量。这种储存的能量可以在夜间或阴天使用。在依赖可再生能源的微电网中安装bess的主要目的是促进微电网的自用和自给自足。然而，在为所需微电网系统选择bess的特定配置之前，确定电池参数的大小是很重要的。由于电池增加了光伏系统的成本，因此应谨慎选择其容量，因为部署容量大于所需容量的电池可能会不必要地增加直流微电网的安装成本，而不会对系统的性能有任何明显的改善。同时，如果bess的存储容量较低，无法存储微电网产生的能量，则会导致能量的浪费。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种面向光伏发电与储能的直流微电网的功率控制方法与设备，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、面向光伏发电与储能的直流微电网的功率控制方法，包括：

4、在电池管理系统连接一个双向变换器，用于在最大功率点太阳将能光伏阵列发出的功率转变成最大功率并输送给直流母线，供直流母线负载用，并且该双向变换器调节直流母线电压，使直流母线稳压，并控制来自bess的功率流，其中bess是电池储能系统。

5、进一步的，光伏阵列的等效电路模型包括串联电阻 r s、等效分流电阻 r sh以及二极管 d，具体如下所示：

6、光伏阵列的光伏电池中负载电流公式为：

7、(1) ；

8、(2)；

9、式中， i ph 、i d 、i sh分别是光生电流、二极管电流与流过等效分流电阻的电流，为反向饱和电流， t表示热力学温度， a为常数因子， k为波尔兹曼常数， q为通过二极管电荷量， ir s 、u分别是串联电阻电压与输出电压。

10、进一步的，将等效电路模型采用四参数模型，依据且远小于二极管 d正向导通电阻，将公式(1)和(2) 进行简化如下所示：

11、(3)；

12、(4)；

13、(5)；

14、式中，是储能测电容，是直流母线侧滤波电容，、为标况下，光照强度为1000w/m2，温度为25℃的光伏电池开路电压与短路电流，、分别为标况下最大功率点处电压和最大功率点处电流。

15、进一步的，标况下，以温度和光照为影响因子进行修正，得修正后的光伏参数公式，分别为短路电流、开路电压、最大功率点电流最大功率点电压，修正后的光伏参数公式如下表示：

16、(6)；

17、式中，为实际环境下的温度参数，为参考温度参数，为实际环境下的光照强度，为参考光照强度，修正系数，修正系数，修正系数，为温度的变化量，为光照强度的变化量。

18、进一步的，在电池管理系统连接一个双向变换器，用于在最大功率点太阳将能光伏阵列发出的功率转变成最大功率并输送给直流母线，供直流母线负载用，并且该双向变换器调节直流母线电压，使直流母线稳压，并控制来自bess的功率流具体包括：

19、约束bess的电池的荷电值条件以使bess控制母线电压恒定，具体约束如下式：

20、(7）；

21、式中，soc为电池的荷电值，是电池可放电部分容量，是电池的总容量，是电池在时刻的电流值。

22、进一步的，基于功率控制算法追踪光伏阵列的最大功率点，测量电池的荷电值、光伏阵列输出功率和直流母线负载需求功率，根据荷电值与最低荷电值和最高荷电值大小以关系以及光伏阵列输出功率和直流母线负载需求功率大小以关系，确定电池是否处于电池充电模式、电池放电模式或理想电池模式。

23、进一步的，基于功率控制算法追踪光伏阵列的最大功率点具体包括：

24、通过调节光伏阵列的光伏电池电路中可控开关管的占空比，给光伏电池增添一个扰动电压，以固定的时间间隔增减电压，最后对比加入后光伏电池在n点的输出功率p(n)及和n+1点的输出功率p(n+1)的大小如，如果p(n)<p(n+1)，则代表光伏阵列输出电压upv小于最大功率点处的电压umpp，向同方向施加，如果p(n)>p(n+1)，则代表upv>umpp，则向反方向施加，用于判断是否达到最大功率点。

25、进一步的，采样光伏电池在n点的电压u(n)和电流i(n)，计算p(n)=u(n)* i(n)，判断p(n)是否大于光伏电池在n-1点的输出功率p(n-1)；

26、第一中情况下：若p(n)＞p(n-1)，则判断u(n)是否大于光伏电池在n-1点的电压u(n-1)；

27、第二中情况下：若p(n)＜p(n-1)，则判断u(n)是否小于光伏电池在n-1点的电压u(n-1)；

28、在第一中情况下，若是u(n)＞u(n-1)，参考电压uref=uref-，说明追到踪最大功率点，此时u(n)=u(n-1)，若否则uref=uref+，说明追踪到最大功率点，此时u(n)=u(n-1)；

29、在第二中情况下，若是u(n) ＜u(n-1)，uref=uref+，说明追踪到最大功率点，此时u(n)=u(n-1)，若否则uref=uref-，说明追踪到最大功率点，此时u(n)=u(n-1)。

30、进一步的，当光伏阵列输出功率大于负载需求功率，且电池的荷电值低于最高荷电值时，双向变换器作为升压变换器，升压变换器将在mppt模式下工作，以产生最大功率，为直流母线负载提供电力，并提供多余的电力给电池充电，此时为处于电池充电模式。

31、进一步的，当光伏阵列输出功率低于直流母线负载需求功率，且电池的荷电值大于最低荷电值时，双向变换器作为升压变换器，升压变换器将在mppt模式下运行，根据光伏阵列容量提供最大功率，而剩余的负载需求由电池提供，此时为处于电池放电模式。

32、进一步的，当光伏阵列输出功率大于直流母线负载需求功率，且电池的荷电值大于最高荷电值时，产生的剩余电力通过增加系统的直流母线负载来消耗，或者双向变换器作为升压变换器，升压变换器在lprm模式下运行，其中太阳能控制器根据负载需求提供电力。

33、为实现上述目的，本发明还提供如下技术方案：

34、面向光伏发电与储能的直流微电网的功率控制设备，包括：

35、光伏阵列，用于发出功率；

36、电池管理系统，用于控制光伏阵列；

37、bess，用于控制母线电压恒定；

38、在电池管理系统连接一个双向变换器，用于在最大功率点太阳将能光伏阵列发出的功率转变成最大功率并输送给直流母线，供直流母线负载用，并且该双向变换器调节直流母线电压，使直流母线稳压，并控制来自bess的功率流。

39、为实现上述目的，本发明还提供如下技术方案：

40、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述中任一项所述方法的步骤。

41、为实现上述目的，本发明还提供如下技术方案：

42、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述中任一项所述的方法的步骤。

43、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

44、本发明，电池管理系统连接到一个双向变/转换器，该转换器调节直流母线电压，并控制来自bess的功率流。讨论了直流微电网在各种负载条件下的运行情况。对于给定的住宅负载，bess的参数根据需要设计，以达到提高电池寿命所需的最佳参数。

45、本发明，研究和分析小户孤立直流微电网的运行，并特别关注电池储能系统。通过分析得到了系统的功率损耗，并讨论了控制算法以实现最大效率和直流母线稳压。对电池参数进行了评估，以实现电池的最佳运行。选择适当的电池规格可以提高电池容量，提高电池性能，延长电池寿命。