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光伏发电技术 储能系统 深度学习 ★ 5.0

一种基于神经网络的集成光伏与储能系统交直流功率失配消除策略

A Neural Network-Based Power Mismatch Elimination Strategy for Integrated Solar and ESS AC/DC Systems (MARS)

作者 Qianxue Xia · Suman Debnath · Maryam Saeedifard
期刊 IEEE Transactions on Industrial Electronics
出版日期 2024年12月
技术分类 光伏发电技术
技术标签 储能系统 深度学习
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 多端口自主可重构太阳能电站 功率失配 神经网络策略 系统稳定性 系统效率
语言:

中文摘要

多端口自主可重构太阳能发电厂(MARS)是一种颇具前景的概念,用于将光伏(PV)和储能系统(ESS)集成到交流输电电网和高压直流(HVdc)链路中。MARS各桥臂中光伏和储能系统的存在,导致不同子模块(SM)之间有功功率分布不均,进而造成子模块电容电压不平衡,并有损系统稳定性。此外,在局部遮荫情况下,被遮荫的光伏子模块功率注入会减少,从而导致MARS系统出现功率不匹配问题。为解决这一问题,本文提出了一种基于神经网络的功率不匹配消除(NNPME)策略。所提出的NNPME策略优化了储能系统的使用,并利用直流和交流环流来促进MARS系统各子模块、桥臂和相之间的功率传输。仿真和控制硬件在环(cHIL)实验验证了所提出的NNPME策略的有效性。与传统方法相比,所提出的NNPME策略可显著提高系统效率,并确保MARS系统即使在功率分布不均的情况下也能稳定、持续运行。

English Abstract

The multiport autonomous reconfigurable solar power plant (MARS) is a promising concept for the integration of photovoltaic (PV) and energy storage system (ESS) to the transmission ac grid and a high-voltage direct current (HVdc) link. The presence of PV and ESS in each arm of the MARS results in uneven distribution of active power among different submodules (SMs), thereby leading to unbalanced SM capacitor voltages and potentially compromising the system stability. Moreover, in the case of partial shadings, shaded PV SMs will suffer from decreased power injections causing power mismatch in the MARS system. To address this issue, a neural-network-based power mismatch elimination (NNPME) strategy is proposed in this article. The proposed NNPME strategy optimizes ESS usage and leverages both dc and ac circulating currents to facilitate power transfer among the SMs, arms, and phases of the MARS system. Simulation and control hardware-in-the-loop (cHIL) experiments demonstrate the effectiveness of the proposed NNPME strategy. Compared with the traditional approaches, the proposed NNPME strategy can significantly enhance system efficiency and ensure stable and continuous operation, even in the presence of uneven power distribution within the MARS system.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于神经网络的功率失配消除技术对我们在光储一体化和柔性直流输电领域具有重要战略意义。MARS系统将光伏、储能与交直流电网深度融合的架构,与我们正在推进的"1+X"模块化逆变器和大型储能系统集成方案高度契合。

该技术的核心价值在于解决了光储系统中的关键痛点。在大型地面电站和"光伏+储能+柔直"送出场景中,组件遮挡、老化差异导致的功率不均衡问题长期制约系统效率。传统方案依赖过度配置储能容量或复杂的功率调度策略,成本高且响应慢。论文提出的神经网络优化策略,通过智能调控直流和交流环流实现子模块、桥臂、相间的功率动态平衡,这与我们在iSolarCloud平台积累的海量运行数据和AI算法能力形成天然协同。

从技术成熟度评估,该方案已完成仿真和控制硬件在环验证,距离工程化应用尚需解决几个关键问题:神经网络模型在极端工况下的鲁棒性、实时计算对控制器算力的要求、以及与现有电网调度系统的兼容性。但这恰好是阳光电源的优势领域——我们拥有完整的功率变换器产品线和丰富的电网适应性经验。

建议将此技术纳入下一代模块化多电平储能变流器(PCS)的预研方向,特别是针对沙戈荒大基地"光伏+储能"直流送出项目。通过在子模块级集成智能功率管理算法,可显著提升系统在非理想工况下的发电量和储能利用率,形成差异化竞争优势。同时需关注神经网络算法的可解释性和电网侧的认证要求。