《電子技術(shù)應(yīng)用》
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發(fā)明專利|一種微電網(wǎng)中儲能電池系統(tǒng)的控制方法

2017-11-20

  1 .一種微電網(wǎng)中儲能電池系統(tǒng)的控制方法,,其特征在于,,包括步驟:

  1)建立微電網(wǎng)系統(tǒng),,配置儲能電池和通過聯(lián)絡(luò)線連接的負荷的控制參數(shù);

  2)測量儲能電池的荷電電量SOC,,并計算負荷有功功率與間歇性電源最大發(fā)電有功功率之間的功率差;

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  3)如果負荷有功功率和間歇性電源最大發(fā)電有功功率之間的功率差大于零,則儲能電池工作在放電模式;如果負荷有功功率和間歇性電源最大發(fā)電有功功率之間的功率差小于零,,則儲能電池工作在充電模式,,并根據(jù)儲能電池荷電電量SOC選擇儲能電池的充電階段;

  4)根據(jù)儲能電池充放電狀態(tài)下的控制模式選擇間歇性電源的控制模式。

  2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電網(wǎng)中儲能電池系統(tǒng)的控制方法,,其特征在于:配置儲能電池和通過聯(lián)絡(luò)線連接的負荷的控制參數(shù),,包括將負荷分為重要負荷和可控負荷,負荷有功功率為重要負荷和可控負荷的功率之和,。

  3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微電網(wǎng)中儲能電池系統(tǒng)的控制方法,,其特征在于:儲能電池工作在放電模式,且儲能電池的荷電電量SOC<SOCMIN時,,切除可控負荷,,只為重要負荷供電,其中SOCMIN取值為0.5-0.6,。

  4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微電網(wǎng)中儲能電池系統(tǒng)的控制方法,,其特征在于:根據(jù)儲能電池荷電電量SOC選擇儲能電池的充電階段,包括將儲能電池的充電階段分為恒流快速充電階段,、恒壓充電階段和浮動充電階段;當SOCMIN<SOC<SOC1儲能電池處于恒流快速充電階段;當SOC1<SOC<SOC2時,,儲能電池處于恒壓充電階段,當SOC2<SOC<SOC3時,儲能電池處于浮動充電階段,;其中,,SOC1取值為0.6-0.7,SOC2取值為0.7-0.9,,SOC3取值為0.9-1.0,。

  5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微電網(wǎng)中儲能電池系統(tǒng)的控制方法,其特征在于:儲能電池的充電階段還包括儲能電池去極化階段,,采用定時去極化的方法,,在一天中的某一固定時段對儲能電池進行均衡充電,以消除儲能電池單體之間電壓,、容量的不均衡現(xiàn)象,。

  6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的微電網(wǎng)中儲能電池系統(tǒng)的控制方法,其特征在于:當儲能電池工作在放電模式時,,間歇性電源工作在最大功率跟蹤MPPT模式;當儲能電池工作在充電模式時,,間歇性電源工作在最大功率跟蹤MPPT模式或者恒功率控制模式。

  7 .根據(jù)權(quán)利要求6所述的微電網(wǎng)中儲能電池系統(tǒng)的控制方法,,其特征在于:當儲能電池工作在充電模式,且所述功率差小于儲能電池所需的充電功率時,,間歇性電源工作在最大功率跟蹤MPPT模式;當儲能電池工作在充電模式,,所述功率差大于儲能電池所需的充電功率時,間歇性電源工作在恒功率控制模式,。

  技術(shù)領(lǐng)域

  本發(fā)明涉及微電網(wǎng)領(lǐng)域,,具體的說,涉及了一種微電網(wǎng)中儲能電池系統(tǒng)的控制方法,。

  背景技術(shù)

  可再生能源的大量開發(fā)和使用,,是未來電網(wǎng)的必然趨勢,但是大多數(shù)可再生能源因為地理分散,、波動性較大,、電能質(zhì)量不高等因素不能大規(guī)模的及時并入電網(wǎng)。近些年研究發(fā)現(xiàn),,建立微電網(wǎng)是解決這些分布式能源接入電網(wǎng)的有效途徑之一,。微電網(wǎng)是一種由電源和負荷共同組成的系統(tǒng),為用戶提供電能和熱量,。微電網(wǎng)有兩種工作模式,,正常情況下和電網(wǎng)連接實現(xiàn)并網(wǎng)運行,在電網(wǎng)故障或電能波動過大時從電網(wǎng)斷開,,實現(xiàn)孤島運行,。孤島運行下,由于可再生能源輸出的波動性、隨機性,、微型燃氣輪機和燃料電池低速響應(yīng),,快速的負荷波動會給微電網(wǎng)帶來很大的問題。配備一定容量的儲能裝置可以增大系統(tǒng)慣性,,提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度,,改善電能質(zhì)量,保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行,。為了解決可再生能源波動性較大等問題,,并使分布式能源得到充分的利用,微電網(wǎng)中包含了相應(yīng)的儲能系統(tǒng),。儲能電池儲能,,例如常見的鉛酸電池、鋰電池等,,具有能量密度高,,性能穩(wěn)定、壽命長,,可以大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用等優(yōu)點,,在微電網(wǎng)系統(tǒng)中有廣泛應(yīng)用。

  在傳統(tǒng)的電池應(yīng)用領(lǐng)域,,例如電動汽車充電,,電池的放電功率是隨機變化的,但是其充電過程非常穩(wěn)定,,以保證其較長的使用壽命,。因為大電網(wǎng)的穩(wěn)定性,電池采用恒流快速充電,、恒壓充電,、和浮動充電的模式。然而,,在微電網(wǎng)中,,間歇性電源不能提供穩(wěn)定的能源,儲能電池要提供頻率電壓支撐,,其自身的充電功率是隨著間歇性電源的發(fā)電功率隨機變化的,,因此儲能電池的控制方法和微電網(wǎng)的控制方法需要協(xié)調(diào)一致,合理配合?,F(xiàn)在的間歇性可再生能源大多數(shù)時間都工作在MPPT工作模式,,儲能電池的充電電流和電壓毫無規(guī)律,嚴重影響儲能電池的使用壽命,。

  為了解決以上存在的問題,,人們一直在尋求一種理想的技術(shù)解決方案。

  發(fā)明內(nèi)容

  本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足,從而提供一種設(shè)計科學,、實用性強,、配合合理、穩(wěn)定性高,、利用率高的微電網(wǎng)中儲能電池系統(tǒng)的控制方法,。

  為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種微電網(wǎng)中儲能電池系統(tǒng)的控制方法,,包括步驟:1)建立微電網(wǎng)系統(tǒng),,配置儲能電池和通過聯(lián)絡(luò)線連接的負荷的控制參數(shù);2)測量儲能電池的荷電電量SOC,并計算負荷有功功率與間歇性電源最大發(fā)電有功功率之間的功率差;3)如果負荷有功功率和間歇性電源最大發(fā)電有功功率之間的功率差大于零,,則儲能電池工作在放電模式;如果負荷有功功率和間歇性電源最大發(fā)電有功功率之間的功率差小于零,,則儲能電池工作在充電模式,并根據(jù)儲能電池荷電電量SOC選擇儲能電池的充電階段;4)根據(jù)儲能電池充放電狀態(tài)下的控制模式選擇間歇性電源的控制模式,。

  基于上述,,配置儲能電池和通過聯(lián)絡(luò)線連接的負荷的控制參數(shù),包括將負荷分為重要負荷和可控負荷,,負荷有功功率為重要負荷和可控負荷的功率之和,。

  基于上述,儲能電池工作在放電模式,,且儲能電池的荷電電量SOC可控負荷,,只為重要負荷供電,其中SOCMIN取值為0.5-0.6,。

  基于上述,根據(jù)儲能電池荷電電量SOC選擇儲能電池的充電階段,,包括將儲能電池的充電階段分為恒流快速充電階段,、恒壓充電階段和浮動充電階段;當SOCMIN<SOC<SOC1儲能電池處于恒流快速充電階段;當SOC1<SOC<SOC2時,儲能電池處于恒壓充電階段,,當SOC2<SOC<SOC3時,,儲能電池處于浮動充電階段;其中,,SOC1取值為0.6-0.7,,SOC2取值為0.7-0.9,SOC3取值為0.9-1.0,。

  基于上述,,儲能電池的充電階段還包括儲能電池去極化階段,采用定時去極化的方法,,在一天中的某一固定時段對儲能電池進行均衡充電,,以消除儲能電池單體之間電壓、容量的不均衡現(xiàn)象。

  基于上述,,當儲能電池工作在放電模式時,,間歇性電源工作在最大功率跟蹤MPPT模式;當儲能電池工作在充電模式時,間歇性電源工作在最大功率跟蹤MPPT模式或者恒功率控制模式,。

  基于上述,,當儲能電池工作在充電模式,且所述功率差小于儲能電池所需的充電功率時,,間歇性電源工作在最大功率跟蹤MPPT模式;當儲能電池工作在充電模式,,所述功率差大于儲能電池所需的充電功率時,間歇性電源工作在恒功率控制模式,。

  本發(fā)明相對現(xiàn)有技術(shù)具有突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步,,具體的說,本發(fā)明通過合理設(shè)計逆變器容量,、聯(lián)絡(luò)線功率和負荷有功功率,,將儲能電池充電模式與微電網(wǎng)控制模式相配合,實現(xiàn)了對微電網(wǎng)內(nèi)電池的恒流,、恒壓,、浮動充電控制,保證了儲能電池充電的精確控制,,延長了儲能電池壽命,,提高了微電網(wǎng)內(nèi)的穩(wěn)定性,其具有設(shè)計科學,、實用性強,、配合合理、穩(wěn)定性高,、利用率高的優(yōu)點,。

  微電網(wǎng)控制的目的是在保證電網(wǎng)穩(wěn)定供電的前提下,提高可再生能源的利用率,,保證微電網(wǎng)與傳統(tǒng)配電網(wǎng)協(xié)調(diào)配合,,既可以利用分布式電源的可再生能源,又可以為電網(wǎng)內(nèi)部的負荷提供可靠的電能,,甚至在傳統(tǒng)大電網(wǎng)發(fā)生故障的情況下,,多個微電網(wǎng)之間、微電網(wǎng)內(nèi)部仍然可以可靠供電,,并為大電網(wǎng)的啟動提供必要的條件,。典型的微電網(wǎng)群結(jié)構(gòu)如圖1所示。然而,,微電網(wǎng)內(nèi)部元件眾多復(fù)雜,,常見的分布式電源如風力發(fā)電,、光伏發(fā)電、微型燃氣發(fā)電等,,其特性和運行方式各不相同,,控制方式和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)又多種多樣。例如微電網(wǎng)的類型包括直流匯流模式,、交流匯流模式,、集中控制模式、分散控制模式,,典型的微電網(wǎng)內(nèi)部控制結(jié)構(gòu)如圖2所示,。

  微電網(wǎng)與其他電網(wǎng)之間,以及微電網(wǎng)與其他微電網(wǎng)之間,,往往通過聯(lián)絡(luò)線連接,,他們之間是一種弱耦合的關(guān)系,往往通過控制聯(lián)絡(luò)線的開閉和聯(lián)絡(luò)線的功率流動來彼此支持,。

  微電網(wǎng)控制的核心在于儲能系統(tǒng)的控制,,儲能系統(tǒng)為電網(wǎng)提供可靠的頻率和電壓支撐,可以靈活根據(jù)系統(tǒng)的狀況調(diào)節(jié)功率平衡,,提高穩(wěn)定性和經(jīng)濟效益,。然而儲能電池本身的控制模式也受到其自身性能的影響和制約,本專利申請?zhí)峁┮环N微電網(wǎng)中儲能電池系統(tǒng)的控制方法,,包括步驟:1)建立微電網(wǎng)系統(tǒng),,配置儲能電池和通過聯(lián)絡(luò)線連接的負荷的控制參數(shù);2)測量儲能電池的荷電電量SOC,并計算負荷有功功率與間歇性電源最大發(fā)電有功功率之間的功率差;3)如果負荷有功功率和間歇性電源最大發(fā)電有功功率之間的功率差大于零,,則儲能電池工作在放電模式;如果負荷有功功率和間歇性電源最大發(fā)電有功功率之間

  的功率差小于零,,則儲能電池工作在充電模式,并根據(jù)儲能電池荷電電量SOC選擇儲能電池的充電階段;4)根據(jù)儲能電池充放電狀態(tài)下的控制模式選擇間歇性電源的控制模式,。

  具體的,,配置儲能電池和通過聯(lián)絡(luò)線連接的負荷的控制參數(shù),包括將負荷分為重要負荷和可控負荷,,負荷有功功率為重要負荷和可控負荷的功率之和,。

  當所述功率差大于零時,,則儲能電池工作在放電模式,,并且,當儲能電池容量SOC<SOCMIN時,,切除可控負荷,,只為重要負荷供電,其中SOCMIN取值為0.5-0.6

  當負荷有功功率和間歇性電源最大發(fā)電有功功率之間的功率差小于零時,,則儲能電池工作在充電模式,。在儲能電池充電過程中,,儲能電池的空載電壓不容易測量,儲能電池的內(nèi)阻也容易變化,,不同于傳統(tǒng)的根據(jù)充電電壓確定儲能電池充電階段的方法,,儲能電池荷電電量SOC可以通過電量積分法比較容易的測量,一般儲能電池電壓與儲能電池荷電量SOC具有相對穩(wěn)定的對應(yīng)關(guān)系,,因此,,可以根據(jù)儲能電池荷電電量SOC合理劃分充電階段。

  根據(jù)儲能電池荷電電量SOC選擇儲能電池的充電階段,,包括將儲能電池的充電階段分為恒流快速充電階段,、恒壓充電階段和浮動充電階段,當SOCMIN<SOC<SOC1儲能電池處于恒流快速充電階段;當SOC1<SOC<SOC2時,,儲能電池處于恒壓充電階段,,當SOC2<SOC<SOC3時,儲能電池處于浮動充電階段,;其中,,SOC1取值為0.6-0.7,SOC2取值為0.7-0.9,,SOC3取值為0.9-1.0,。

  實際中,儲能電池的充電階段還包括儲能電池去極化階段,,也即均衡充電階段,。采用定時去極化的方法,在一天中的某一固定時段對儲能電池進行均衡充電,,以消除儲能電池單體之間電壓,、容量的不均衡現(xiàn)象。儲能電池單體之間的不均衡隨著使用時間的延長逐級嚴重,,單體之間的不均衡影響儲能電池的充放電深度和測量準確度,,采用較大的電壓在某一時間段對電池進行均衡充電,將降低儲能電池單體之間的不均衡,,防止儲能電池極化,,本實施例中采用儲能電池額定電壓的1.3倍作為儲能電池均衡充電電壓。在均衡充電的模式下,,仍然可以通過與聯(lián)絡(luò)線之間的功率流動來補償間歇性電源充電時不穩(wěn)定的情況,,聯(lián)絡(luò)線功率PLEM滿足儲能電池穩(wěn)定的均衡充電模式下的功率,充電功率不再隨著間歇性電源的發(fā)電功率隨機變化,,并且并不影響間歇性可再生能源的利用效率,。

  當儲能電池工作在放電模式時,間歇性電源工作在最大功率跟蹤MPPT模式;當儲能電池工作在充電模式時,,間歇性電源工作在最大功率跟蹤MPPT模式或者恒功率控制模式,。

  具體地,,當儲能電池工作在充電模式,且所述功率差小于儲能電池所需的充電功率時,,間歇性電源工作在最大功率跟蹤MPPT模式;當儲能電池工作在充電模式,,且所述功率差大于儲能電池所需的充電功率時,間歇性電源工作在恒功率控制模式,。在充電模式下,,可能存在上述功率差大于儲能電池所需的充電功率的情況,甚至上述功率差大于儲能電池所需的充電功率與聯(lián)絡(luò)線最大功率之和,,這種情況下微電網(wǎng)系統(tǒng)存在嚴重的發(fā)電功率盈余,,對系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響,例如系統(tǒng)的頻率和電壓越上限,,此時間歇性電源工作在恒功率控制模式,,以降低其發(fā)電功率,保證系統(tǒng)的穩(wěn)定,。

  最后應(yīng)當說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制;盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明,,所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解:依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者對部分技術(shù)特征進行等同替換;而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神,其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請求保護的技術(shù)方案范圍當中,。


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