直流系统有个很大的特点,就是控制简单。交流系统有电压幅值、相位和频率三个量控制,直流系统只有幅值,因此控制相对简单。但是,直流系统的电压同样可以传递供需平衡的信息,这样就需要一套完整的规则来实现。对于一个典型的光储直柔系统,靠直流母线电压也可以实现控制。对电压调节按照时域分,可以分为瞬态调节、暂态调节和稳态调节三种,可通过各类限压限流装置以及电力电子变换设备实现电压上下限的设定和系统运行电压的调节,实现电压带控制。同交流相比,由于直流系统的“柔”性特点,直流配电系统的可调节性能和响应的快速性要好很多,电压带控制使得系统可以在一定电压偏差范围内合理运行。
我们通过调节直流母线电压(即AC/DC和DC/DC变换器电压)就可以轻松实现系统控制。大致分为两个方面:
(1)通过改变电压,改变来自电网、光伏和储能三个能源的利用
可以将来自交流电的AC/DC(或者来自高压直流的DC/DC)变换器电压、光伏电压DC/DC输出和储能DC/DC电压设置成不同的阈值,来实现三者之间的混合运行控制。比如,要实现光伏优先利用,余电存储储能,市电后备这一策略,可以将光伏的输出电压Upv、储能输出电压Ubat和市电输出电压Ug设置成如下关系即可。
图1 控制策略示意图
如图1所示,当正午光照充足时,光伏经MPPT控制,可以输出到较高的直流电压,供负载使用,当光照减弱时,光伏变换器输出电压随之下降。当下降到储能输出电压以下时,储能为负载提供电能。当储能系统放电后,电压下降到市电变换器输出电压时,系统由市电进行供电。储能系统的充放电可以利用电压电流的下垂控制策略进行电流限制,以保证电池安全。
(2)通过电压限制电流,达到限制功率或者控制负载
1)通过下垂控制策略,限制输出电流
下垂控制策略,可以让电流跟电压形成一定的比例关系,这个关系可以是正,也可以是负,取决于不同的应用场景。当电压发生改变时,同时变换器根据预设的比例控制电流的输出,从而实现对电流输出的限制。
2)通过变换器切除相应的负载支路
同样可以根据电压来传递系统的相关信息,比如电压下降了,可能是系统电源不足,这个时候可以采取限制负载的策略,将相应的负载切除,或者限制负载功率。
但是这个策略的前提是所有的变换器的电压都是可以调节且有较宽的调节能力并有一定的智能控制能力。尤其对于负载DCDC变换器,要有较宽的输入电压适应能力,才能保证输出端的电压稳定。对于长时间、大尺度的调度控制,需要获取系统更多的信息,经过复杂的运算(如预测算法等)得出相应的控制指令,然后来调节系统,此时既可以对电压进行调节,也可以对电流和功率直接进行调节。