[发明专利]一种微型智能电站电路拓扑结构及其能量管理策略

权利要求书

1.一种光伏储能混合型智能电站拓扑结构的能量管理策略，所述光伏储能混合型智能电站拓扑结构包括结构完全相同的三相a、b和c，每相均包含N个混合功率单元1,...,N和直流母线a8；

N个混合功率单元1,...,N依次连接，所述每相混合功率单元1的一个交流输出端连接于一点O，每个混合功率单元1,...,N的直流输出端与直流母线a8连接，每相第n个混合功率单元的一个交流输出端与第n-1个混合功率单元的另一个交流输出端连接，n∈[2,N]，每相混合功率单元N的交流电压输出端与高压交流电网a9连接；

每个混合功率单元均包含H桥a1、H桥a5、电解电容C_p1、电解电容C_p2、电解电容C_d1、电解电容C_b1、电解电容C_b2、双有源桥a2、双有源桥a4、双有源桥a6、太阳能光伏板a3和电池a7；

所述H桥a1的正负极分别与电解电容C_p1的正负极、双有源桥a2、双有源桥a4的一个端口连接，所述双有源桥a2的另一个端口分别与电解电容C_p2的正负极、太阳能光伏板a3电压输出端正负极连接，所述双有源桥a4的另一个端口分别与电解电容C_d1的正负极、直流母线的正负极连接，所述H桥a1的一个交流输出端与H桥a5的一个交流输出端连接，所述H桥a5的正负极分别与电解电容C_b1的正负极和双有源桥a6的一个端口连接，所述双有源桥a6的另一个端口分别与电解电容C_b2的正负极、电池a7电压输出端正负极连接，H桥a1的另一个交流输出端连接于一点O；其特征在于，具体步骤为：

生成双有源桥a2开关管的驱动脉冲信号，生成H桥a1、H桥a5开关管的驱动脉冲信号，计算直流母线电压指令值，生成双有源桥a4开关管的驱动脉冲信号，生成双有源桥a6开关管的驱动脉冲信号；

生成双有源桥a2开关管的驱动脉冲信号的具体方法为：

根据电池的荷电状态和电池充电曲线得到电池的充电功率P_ch，将电池的充电功率P_ch和实际功率P_B求差，其差值经过比例积分控制器1后得到太阳能光伏板两端的最优电压增量Δv_mppt，Δv_mppt的下限为0，不设上限；定义Δv_mppt≥0时，封锁逻辑变量LG₃＝1，Δv_mppt0时，封锁逻辑变量LG₃＝0；根据太阳能光伏板的端电压v_pv、端电流i_pv和封锁逻辑变量LG₃对太阳能光伏板进行最大功率点跟踪后得到太阳能光伏板两端的最优电压v_mppt，当LG₃＝0，则使能MPPT，当LG₃＝1，则禁用MPPT，将太阳能光伏板两端的最优电压增量Δv_mppt和最优电压v_mppt相加后得到太阳能光伏板的端电压指令值v_pvref，将太阳能光伏板的端电压指令值v_pvref和端电压v_pv的实际值求差，其差值经过比例积分控制器2后得到太阳能光伏板端电流的指令值i_pvfef，将太阳能光伏板端电流的指令值i_pvfef与太阳能光伏板端电流i_pv的实际值求差，其差值经过比例积分控制器3后得到双有源桥a2的调制波信号，该信号经过高频调制后得到双有源桥a2开关管的驱动脉冲信号；

计算直流母线电压指令值的具体方法为：将太阳能光伏板发电功率P_pv与封锁逻辑变量LG₁经过保持或直通选择环节后的得到P_{pv_}，将P_{pv_}与电池充电功率P_ch相加后的值与负载功率P_ld求差作为并网功率指令值P_diff，将并网功率指令值P_diff与封锁逻辑变量LG₂相乘后得到P_diff·LG₂，将P_diff·LG₂与封锁逻辑变量LG₂送入并网功率限制器后得到ΔV_gref，定义ΔV_gref0时，封锁逻辑变量LG₄＝0；ΔV_gref＝0时，封锁逻辑变量LG₄＝1；P_diff·LG₂送入电池下垂控制器得到中间变量V₁，将电池最大放电功率P_{bat_m}与电池放电功率P_bat送入电池功率限制器后得到中间变量V₂，将负载功率P_ld经过光伏下垂控制器后得到中间变量ΔV₂，将ΔV₂与ΔV_gref相加所得到值限幅后得到中间变量V₃，将直流母线电压基准值V₀、中间变量V₁、中间变量V₂、中间变量V₃求和后，所得到的值为直流母线电压指令值V_ref；

所述封锁逻辑变量LG₁具体为：当LG₃＝0且LG₄＝1时，封锁逻辑变量LG₁＝0；当LG₃＝1且LG₄＝0或LG₃＝0且LG₄＝0或LG₃＝1且LG₄＝1时，封锁逻辑变量LG₁＝1；

所述封锁逻辑变量LG₂具体为：当LG₃＝0且LG₄＝0时，封锁逻辑变量LG₂＝1；当LG₃＝0且LG₄＝1时，封锁逻辑变量LG₂＝1；当LG₃＝1且LG₄＝0时，封锁逻辑变量LG₂＝0；当LG₃＝1且LG₄＝1时，封锁逻辑变量LG₂＝1；

所述保持或直通环节具体为：当LG₁＝0时，P_{pv_}等于实时光伏发电功率P_pv，当LG₁＝1时，P_{pv_}等于上一时刻P_{pv_}的值；

所述并网功率限制器采用比例积分控制器4，封锁逻辑变量LG₂是比例积分控制器复位信号，当LG₂等于0时比例积分控制器输出复位为0；

所述电池下垂控制器得到中间变量V₁的具体过程为：并网功率指令值P_diff与系数m_bat相乘得到ΔV₁，ΔV₁再与负载功率P_ld与系数m_pv相乘得到的中间变量ΔV_pv、ΔV_gref两者求和并限幅后得到电池下垂控制器的输出V₁；

所述电池功率限制器采用比例积分控制器5，比例积分控制器的输入信号为电池放电功率差值P_{bat_m}-P_bat，比例积分控制器的输出信号为V₂，V₂的上限为0，不设下限；

所述光伏下垂控制器得到中间变量ΔV₂的具体过程为：负载功率P_ld与系数m_pv相乘、限幅后得到光伏下垂控制器输出ΔV₂；

生成H桥a1、H桥a5开关管的驱动脉冲信号的具体方法为：

将输出到高压交流电网a9的有功功率指令值P_gref与有功功率实际值P_g相减，其差值送入比例积分控制器6得到输出信号v_d，将输出到高压交流电网a9的无功功率指令值Q_gref与无功功率实际值Q_g相减，其差值送入比例积分控制器7得到输出信号v_q，v_d、v_q经过dq-ab坐标变换得到每个混合功率单元的H桥a1和H桥a5的调制波信号，该信号经过高频调制后得到H桥a1和H桥a5开关管的驱动脉冲信号；

生成双有源桥a4开关管的驱动脉冲信号的具体方法为：

将直流母线a8的电压指令值V_ref与直流母线电压的实际值求差后送入比例积分控制器8得到双有源桥a4的调制波信号分量v_r1，将直流母线a8的功率指令值P_O^*与实际值P_O求差后送入比例积分控制器9得到双有源桥a4的调制波信号分量v_r2，将双有源桥a4的调制波信号分量v_r1与v_r2求和后经过高频调制后得到双有源桥a4开关管的驱动脉冲信号；

生成双有源桥a6开关管的驱动脉冲信号的具体方法为：

将电解电容C_p1的电压v_dc1和C_b1的电压v_dc2的平均值的指令值V_dcref与平均值的实际值(V_dc1+V_dc2)/2求差，其差值经过比例积分控制器10得到电池端口电流参考值i_Bfef，将电池端口电流参考值i_Bref与电池端口电流实际值i_B求差，其差值经过比例积分控制器11得到双有源桥a6的调制波信号，该信号经过高频调制后得到双有源桥a6开关管的驱动脉冲信号。