[发明专利]一种氢燃料电池平抑光伏输出功率波动的控制方法

说明书

本发明公开了一种氢燃料电池平抑光伏输出功率波动的控制方法，将光伏发电系统和锂电池、超级电容器、氢燃料电池并联接入直流母线，再通过逆变器接入交流电网，光伏发电系统采用MPPT控制，锂电池、超级电容器和氢燃料电池通过控制DC‑DC变换器实现充换电转换，逆变器控制直流母线电压稳定。采用电流滞环控制锂电池的充放电、超级电容提供差值功率的能量管理方案，利用电容电压前馈环消除了由于负载电流大小及方向的改变对系统闭环极点变动的影响。本发明解决了光伏功率的随机性波动导致电网电压波动的问题，减少了光伏电站因减少功率波动造成的主动削减不可恢复的功率，避免了一定的能量损失，增加了可再生能源运行柔性。

技术领域

本发明涉及电力系统控制方法的领域，具体涉及一种基于锂电池和超级电容器的氢燃料电池平抑光伏输出功率波动控制方法的技术领域。

背景技术

光伏发电系统是将光能转换为电能并应用的过程，其中太阳光的一部分到达地球，经地球上的空气和云层的衰减后到达光伏电池板，完成光电转换后以电能形式输出到应用设备，其能量经多次衰减、反射、散射及热耗散后仅很小部分转换为电能。任一光伏发电系统均受确定性波动和随机性波动的共同作用，其输出功率因之表现为两种波动类型共同作用下的变化特性。光伏功率的随机性波动主要源自于移动云层，移动云层给光伏面板带来两个效应：总辐照度波动效应和不均匀光照效应，前者直接导致了光伏功率的波动，后者则可能加重光伏功率的波动。

功率缩减(powercurtailment)是在光伏电站的控制算法中按一定规则自动减少自身的输出功率以达到减少功率波动的目的，其作用是避免在光照较强时并网电压或逆变电压越限、提升分布性电网的可靠性、提高光伏在电网中的渗透率。根据其负载形式可分为硬缩减和软缩减两种。硬缩减主要由卸流负载(dumpload)实现，即通过专门设置的大功率负载(电阻、电加热器等)来吸收超出设定限值的光伏发电功率。在光伏独立系统中都需锂电池配置，为了防止锂电池过充，可在锂电池电压到高限时开启卸流负载以吸收多余光伏功率，此卸流负载可设计为电加热器，通过改变卸流负载上的电压以控制吸收功率。但卸流负载目前存在价格较高、能量损失不可弥补、平抑波动的能力也相对不足的缺点，造成其应用受限。

发明内容

本发明公开了氢燃料电池平抑光伏输出功率波动的控制方法，减少了光伏电站因减少功率波动造成的主动削减不可恢复的功率，避免了一定的能量损失，增加了可再生能源运行柔性。

一种基于锂电池和超级电容器的氢燃料电池平抑光伏输出功率波动的控制方法，将光伏发电系统和锂电池、超级电容器、氢燃料电池并联接入直流母线，光伏发电系统采用MPPT控制，锂电池、超级电容器和氢燃料电池通过控制DC-DC变换器实现充换电转换，逆变器控制直流母线电压稳定；具体包括如下步骤：

S1：建立光伏与锂电池、超级电容器、氢燃料电池混合系统拓扑结构；

S2：采用MPPT控制方法获取给定光照条件下光伏系统的输出功率；

S3：建立锂电池、超级电容器和氢燃料电池等效模型及控制电路模型；

S4：超级电容器采用用输入电压、负载电流前馈环平抑光伏系统输出功率的波动；

S5：锂电池与超级电容相结合，形成锂电池/超级电容混合储能系统(hybridenergystoragesystem，HESS)，配以相应的能量管理方案和控制策略，实现微网系统的稳定、经济运行；

S6：Buck/Boost双向功率变换器和超级电容控制选用互补PWM控制方法实现电感电流的平滑稳定，避免双向切换引起的瞬时冲击，实现软开关。

进一步，本发明的步骤S1中混合系统拓扑结构为光伏通过Boost变换器，锂电池、超级电容器和氢燃料电池通过双向DC-DC换流器，并连接到直流电网，再通过三相PWM逆变器和RL滤波电路，接入大电网。