Husholdnings PV-ESS energistyringssimuleringstudie

Felt: Elektriske standarder

China

Med det økende globale energikrisen og alvorligere miljøforurensning, styrker regjeringer over hele verden sin støtte til forskning og utvikling av ny energiproduksjon. Husholdningsbruk av solcellebasert fordelte generasjoner, en viktig retning for fotovoltaikkindustrien i fremtiden, har fått mer oppmerksomhet. Imidlertid kan problemer som variasjon i effektleveranse fra fotovoltaiske komponenter og rasjonalitet i integrasjon av energilagringsenheter påvirke husholdningsstrømforbruket alvorlig. Derfor er det nødvendig med en energistyringsstrategi for å koordinere stabil energiflyt mellom systemenheter og sikre glatt drift, for å balansere tilbud og etterspørsel. Denne artikkelen studerer, basert på husholdningsbaserede fotovoltaisk-energilagringssystemer, energistyring for å muliggjøre stabil drift og gi en teoretisk grunnlag for praktiske anvendelser av rene energikilder.

1 Analyse av systemstruktur og energistyringsalgoritme

Topologien til det studerte husholdningsbaserede fotovoltaisk-energilagringssystemet (Figur 1) består av fotovoltaiske moduler, litium-ion-lagringselementer, strømkonvertere, nettet og brukerbelastninger. Fotovoltaiske modulutdata danner en felles DC-buss spenning gjennom en Boost-konverter. Litium-ion-batterier kobles til denne bussen gjennom en Buck-Boost-konverter. DC-bussen sender deretter strøm til det enefase nettet eller leverer belastninger uavhengig gjennom en fullbrokonverter.

Systemet prioriterer "egenproduksjon og egenforbruk". Fotovoltaiske moduler, som primær kraftkilde, dekker først brukerbelastninger. Overflod/mangel på fotovoltaisk effekt balanseres av litiumbatterier (sekundær kilde); hvis både fotovoltaiske moduler og batterier når sine grenser, sikrer nettet (tertiær kilde) stabil leveranse.

For fotovoltaisk utdata, batteri SOC, og ladings-/slippespenning: Hvis $P PV < P PV_min$ , stopper Boost-konverteren (ingen effektutdata); ellers fungerer den. Batteriene stopper lading når SOC > 90% og slippelse når SOC < 10%. $P bat$ justeres dynamisk med $P PV$ og $P load$ , fra 0 til maksimal batteriladingskraft. For å unngå hyppige ladings-/slippesvingninger, avhenger neste syklus' tilstand av foregående syklus' batteritilstand, for å unngå hyppige systemmodusskift.

Basert på dette, foreslås en energistyringsalgoritme for husholdningsbaserede fotovoltaisk-energilagringssystemer, som vist i figur 2.

2 Analyse av systemdriftsmoduser og energiflyt

Styrt av energistyringsalgoritmen, deles systemets drift inn i uavhengige og nett forbundne moduser, hver av dem er videre inndelt som følger:

2.1 Uavhengig drift (Av hovedkraft)

Det finnes to undermoduser, definert av kraftkilden som kontrollerer DC-bussen:

Solcelledrevet modus

Solcelle som hovedkraft; Boost kjører i CV-modus for å stabilisere DC-bussen.
Inverter arbeider i uavhengig inversjon for belastningsforsyning.
Hvis solcelleeffekt > belastning + batteriladingskraft, bruker Buck-Boost Buck-modus for å lade batteriet; ellers er Buck-Boost inaktiv.
Utløser: Solcelleutdata > belastning, batteri ikke fullt.
Logikk:

Batteridrevet modus

Batteri som hovedkraft; Buck-Boost kjører i Boost-modus for å stabilisere DC-bussen.
Inverter bruker uavhengig inversjon for belastningsforsyning.
Hvis solcelle har svak utdata, opererer Boost i MPPT-modus; hvis ingen solcelleutdata, er Boost inaktiv.
Utløser: Solcelleutdata < belastning, batteri har gjenstående kapasitet.
Logikk:

2.2 Nett forbundet drift (Av inverterstatus)

Splittet etter om inverter er i inversjon eller rektifikasjon:

Nett forbundet inversjon

Inverter bruker nett forbundet inversjon for å stabilisere DC-bussen, og overfører overskuddsenergi til nettet.
Boost kjører i MPPT-modus for å maksimere effektutdata.
Buck-Boost er inaktiv.
Utløser: Solcelleutdata > belastning, batteri fullt ladd.
Logikk:

Nett forbundet rektifikasjon

Inverter bruker nett forbundet rektifikasjon for å stabilisere DC-bussen.
Buck-Boost kjører i Buck-modus for å lade batteriet til SOC > 90%.
Hvis solcelle har svak utdata, bruker Boost MPPT-modus; hvis ingen solcelleutdata, er Boost inaktiv.
Utløser: Solcelleutdata < belastning, batteri utilstrekkelig (både primær/sekundær kraft nådde grenser).
Logikk:

2.3 Modusgrenser & Koordinering

Utløserbetingelsene for de 4 undermoduser og koordinering av utstyr er detaljert i Tabell 1 (som skal legges til). Gjennom dynamisk skifting av "solcelle - batteri - nett" kraft og adaptiv kontroll av Boost/Buck-Boost konvertere og inverter, lar systemet effektiv energiflyt i "generasjon - lagring - forbruk", som dekker alle husholdningsstrømnedsbehov (frakoblet, nett forbundet, nødsituasjoner, etc.).

Figur 3(a) viser bølgeformen for Modus 1: Solcelleutdata = 4,8 kW, belastning = 3 kW. Solcellemodulen gir 240 Vdc; Boost-konverteren stabiliserer DC-bussen ved 480 Vdc. Inverteren kjører i uavhengig inversjon (220 Vac for belastninger), og Buck-Boost fungerer i Buck-modus (1,8 kW for å lade batteriet). Bølgeformer (fra topp til bunn): Solcelleutdatastrøm, DC-buss spenning, inverterens utdata spenning, og batteriladingsstrøm.

Figur 3(b) svarer til Modus 2: Solcelleutdata = 5 kW (batteri fullt, så Buck-Boost er av). Belastning = 3 kW; inverteren bruker nett forbundet inversjon for å holde DC-bussen ved 480 Vdc, og overfører overskuddsenergi til nettet (9 A, synkronisert med nettspenning). Bølgeformer: Solcelleutdatastrøm, DC-buss spenning, inverterens utdata spenning, og nett forbundet strøm.

Figur 3(c) viser Modus 3: Solcellemodulen treffer grenser (ingen utdata, Boost av). Energilagerenenergier powers systemet; Buck-Boost kjører i Boost-modus (DC-buss = 480 Vdc). Inverteren bruker uavhengig inversjon (220 Vac for 3 kW belastninger). Bølgeformer: Batterislippestrøm, DC-buss spenning, og inverterens utdata spenning. Figur 3(d) presenterer Modus 4: Både solcelle og energilager treffer grenser (ingen utdata). Nettet driver belastninger (3 kW) og lader batteriet; inverteren bruker nett forbundet rektifikasjon (DC-buss = 480 Vdc).