Husholdnings PV-ESS energistyringssimulationsstudie

Felt: Elektriske standarder

China

Med den voksende globale energikrise og den alvorligere miljøforurening, styrker regeringer over hele verden deres støtte til forskning og udvikling i ny energiproduktion. Brugen af solcellebaseret decentral strømproduktion, en nøgleretning for næste fase i PV-industrien, har fået øget opmærksomhed. Problemer som fluktuationer i effekten fra PV-komponenterne og rationaliteten i integrationen af energilagringsenheder kan dog alvorligt påvirke husholdets elektricitetsforbrug. Derfor er der behov for en energistyringsstrategi, der kan koordinere stabil energiflow mellem systemenhederne og sikre glat drift, for at balancere udbud og efterspørgsel. Denne artikel undersøger energistyring baseret på husholdsbaserede PV-energilagringssystemer for at muliggøre stabil drift og give en teoretisk grundlag for praktiske anvendelser af ren energi.

1 Analyse af systemstruktur og energistyringsalgoritme

Topologien for det undersøgte husholdsbaserede PV-energilagringssystem (Figur 1) består af PV-moduler, lithium-ion-lagringsbatterier, effektomformere, nettet og brugerlast. Udbyttet fra PV-modulene dannes til en fælles DC-bus spænding via en Boost-omformer. Lithium-ion-batterier forbinder til denne bus gennem en Buck-Boost-omformer. DC-bussen leverer derefter strøm til det enefasede net eller leverer lasten uafhængigt via en fuldbro-omformer.

Systemet prioriterer "egenproduktion og selvforbrug". PV-moduludbyttet, som primær strømkilde, dækker først brugerlasten. Overskud/underskud i PV-effekt bliver balanceret af lithium-batterier (sekundær kilde); hvis både PV og batterier rammer grænser, sikrer nettet (tertiær kilde) stabil levering.

For PV-udbytte, batteri SOC, og opladnings/ladnings effekt: Hvis $P PV < P PV -min}$ , slukker Boost-omformeren (ingen effektudbytte); ellers fungerer den. Batterier stopper med opladning når SOC > 90% og ladning når SOC < 10%. $P bat$ justerer dynamisk med $P PV$ og $P load$ , variabel fra 0 til maksimal batterioladnings effekt. For at undgå hyppige opladnings/ladningsoscillationer, afhænger tilstanden i næste cyklus af det foregående cyklus' batteritilstand, hvilket undgår hyppige systemtilstandsvekslinger.

Baseret herpå foreslås en energistyringsalgoritme for husholdsbaserede PV-lagringssystemer, som vist i figur 2.

2 Analyse af systemdriftstillstande og energiflow

Ledet af energistyringsalgoritmen, deles systemets drift ind i uafhængig og net-integreret driftsmodi, hver især yderligere underopdelt som følger:

2.1 Uafhængig drift (ved hovedstrømkilde)

Der findes to undermodi, defineret af den strømkilde, der kontrollerer DC-bussen:

PV-drevet tilstand

PV som hovedstrømkilde; Boost kører i CV-tilstand for at stabilisere DC-bussen.
Omformer arbejder i uafhængig inversion for lastforsyning.
Hvis PV-effekt > last + batterioladnings effekt, bruger Buck-Boost Buck-tilstand for at oplade batteriet; ellers er Buck-Boost inaktiv.
Udløser: PV-udbytte > last, batteri ikke fuldt.
Logik:

Batteridrevet tilstand

Batteri som hovedstrømkilde; Buck-Boost kører i Boost-tilstand for at stabilisere DC-bussen.
Omformer bruger uafhængig inversion for lastforsyning.
Hvis PV har svagt udbytte, kører Boost i MPPT-tilstand; hvis intet PV-udbytte, er Boost inaktiv.
Udløser: PV-udbytte < last, batteri har restkapacitet.
Logik:

2. 2 Net-integreret drift (ved omformerstatus)

Opdelt efter om omformeren er i inversion eller rektifikation:

Net-integreret inversion

Omformer bruger net-integreret inversion for at stabilisere DC-bussen, sender overskudsenergi til nettet.
Boost kører i MPPT-tilstand for at maksimere effektudbytte.
Buck-Boost er inaktiv.
Udløser: PV-udbytte > last, batteri fuldt opladt.
Logik:

Net-integreret rektifikation

Omformer bruger net-integreret rektifikation for at stabilisere DC-bussen.
Buck-Boost kører i Buck-tilstand for at oplade batteriet indtil SOC > 90%.
Hvis PV har svagt udbytte, bruger Boost MPPT-tilstand; hvis intet PV-udbytte, er Boost inaktiv.
Udløser: PV-udbytte < last, batteri utilstrækkeligt (både primær/sekundær strømkilde rammer grænser).
Logik:

2.3 Tilstandsgrænser & koordination

Udløserbetingelserne for de 4 undermodi og koordinationen af udstyr er detaljeret i tabel 1 (skal tilføjes). Gennem dynamisk skift mellem "PV - batteri - net" effekt og adaptiv kontrol af Boost/Buck-Boost-omformere og omformer, muliggør systemet effektiv energiflow i "produktion - lagring - forbrug", der dækker alle husholdsstrømbehov (frakoblet, net-integreret, nødsituationer osv.).

Figur 3(a) viser bølgeformen for tilstand 1: PV-udbytte = 4,8 kW, last = 3 kW. PV-modulen producerer 240 Vdc; Boost-omformeren stabiliserer DC-bussen ved 480 Vdc. Omformeren kører i uafhængig inversion (220 Vac til last), og Buck-Boost arbejder i Buck-tilstand (1,8 kW til at oplade batteriet). Bølgeformer (fra top til bund): PV-udbytte strøm, DC-bus spænding, omformerens udgangsspænding, og batterioladningsstrøm.

Figur 3(b) svarer til tilstand 2: PV-udbytte = 5 kW (batteri fuldt, så Buck-Boost er slukket). Last = 3 kW; omformeren bruger net-integreret inversion for at holde DC-bussen ved 480 Vdc, sender overskudsenergi til nettet (9 A, synkroniseret med nettets spænding). Bølgeformer: PV-udbytte strøm, DC-bus spænding, omformerens udgangsspænding, og net-integreret strøm.

Figur 3(c) viser tilstand 3: PV-modulen rammes af grænser (intet udbytte, Boost slukket). Energilagringsenheden driver systemet; Buck-Boost kører i Boost-tilstand (DC-bus = 480 Vdc). Omformeren bruger uafhængig inversion (220 Vac til 3 kW last). Bølgeformer: Batteriudladningsstrøm, DC-bus spænding, og omformerens udgangsspænding. Figur 3(d) præsenterer tilstand 4: Både PV og energilagringsenhed rammes af grænser (intet udbytte). Nettet driver last (3 kW) og oplader batteriet; omformeren bruger net-integreret rektifikation (DC-bus = 480 Vdc).