摘要：本發(fā)明提供了一種微電網(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(fù)荷的控制參數(shù);2)測量儲能電池的荷電電量SOC，并計(jì)算負(fù)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(fù)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(fù)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。該方法能夠有效延長儲能電池的充電壽命，提高了間歇性能源利用率和對電池充電的穩(wěn)定性。
發(fā)明人：彭勇 段文輝 王鵬 姜祖明 魏華勇 黃夢蘭 閆輝
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(fù)荷的控制參數(shù);
2)測量儲能電池的荷電電量SOC，并計(jì)算負(fù)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(fù)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(fù)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(fù)荷的控制參數(shù)，包括將負(fù)荷分為重要負(fù)荷和可控負(fù)荷，負(fù)荷有功功率為重要負(fù)荷和可控負(fù)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(shí)，切除可控負(fù)荷，只為重要負(fù)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(dòng)充電階段;當(dāng)SOCMIN<SOC<SOC1儲能電池處于恒流快速充電階段;當(dāng)SOC1<SOC<SOC2時(shí)，儲能電池處于恒壓充電階段，當(dāng)SOC2<SOC<SOC3時(shí)，儲能電池處于浮動(dòng)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(shí)去極化的方法，在一天中的某一固定時(shí)段對儲能電池進(jìn)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(xiàng)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(dāng)儲能電池工作在放電模式時(shí)，間歇性電源工作在最大功率跟蹤MPPT模式;當(dāng)儲能電池工作在充電模式時(shí)，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(dāng)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(shí)，間歇性電源工作在最大功率跟蹤MPPT模式;當(dāng)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(shí)，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?yàn)榈乩矸稚ⅰ⒉▌?dòng)性較大、電能質(zhì)量不高等因素不能大規(guī)模的及時(shí)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(fù)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(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行，在電網(wǎng)故障或電能波動(dòng)過大時(shí)從電網(wǎng)斷開，實(shí)現(xiàn)孤島運(yùn)行。孤島運(yùn)行下，由于可再生能源輸出的波動(dòng)性、隨機(jī)性、微型燃?xì)廨啓C(jī)和燃料電池低速響應(yīng)，快速的負(fù)荷波動(dòng)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(dòng)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(yùn)行。為了解決可再生能源波動(dòng)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(diǎn)，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(dòng)汽車充電，電池的放電功率是隨機(jī)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?yàn)榇箅娋W(wǎng)的穩(wěn)定性，電池采用恒流快速充電、恒壓充電、和浮動(dòng)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(jī)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(shí)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(yán)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(jì)科學(xué)、實(shí)用性強(qiáng)、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(shí)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(fù)荷的控制參數(shù);2)測量儲能電池的荷電電量SOC，并計(jì)算負(fù)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(fù)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(fù)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(fù)荷的控制參數(shù)，包括將負(fù)荷分為重要負(fù)荷和可控負(fù)荷，負(fù)荷有功功率為重要負(fù)荷和可控負(fù)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(fù)荷，只為重要負(fù)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(dòng)充電階段;當(dāng)SOCMIN<SOC<SOC1儲能電池處于恒流快速充電階段;當(dāng)SOC1<SOC<SOC2時(shí)，儲能電池處于恒壓充電階段，當(dāng)SOC2<SOC<SOC3時(shí)，儲能電池處于浮動(dòng)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(shí)去極化的方法，在一天中的某一固定時(shí)段對儲能電池進(jìn)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(dāng)儲能電池工作在放電模式時(shí)，間歇性電源工作在最大功率跟蹤MPPT模式;當(dāng)儲能電池工作在充電模式時(shí)，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(dāng)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(shí)，間歇性電源工作在最大功率跟蹤MPPT模式;當(dāng)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(shí)，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(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步，具體的說，本發(fā)明通過合理設(shè)計(jì)逆變器容量、聯(lián)絡(luò)線功率和負(fù)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(shí)現(xiàn)了對微電網(wǎng)內(nèi)電池的恒流、恒壓、浮動(dòng)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(jì)科學(xué)、實(shí)用性強(qiáng)、配合合理、穩(wěn)定性高、利用率高的優(yōu)點(diǎn)。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的動(dòng)力傳動(dòng)及控制結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明所述半成品的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面通過具體實(shí)施方式，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
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(fù)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(gè)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(dòng)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(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、微型燃?xì)獍l(fā)電等，其特性和運(yùn)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(dòng)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(jì)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(fù)荷的控制參數(shù);2)測量儲能電池的荷電電量SOC，并計(jì)算負(fù)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(fù)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(fù)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(fù)荷的控制參數(shù)，包括將負(fù)荷分為重要負(fù)荷和可控負(fù)荷，負(fù)荷有功功率為重要負(fù)荷和可控負(fù)荷的功率之和。
當(dāng)所述功率差大于零時(shí)，則儲能電池工作在放電模式，并且，當(dāng)儲能電池容量SOC<SOCMIN時(shí)，切除可控負(fù)荷，只為重要負(fù)荷供電，其中SOCMIN取值為0.5-0.6
當(dāng)負(fù)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(shí)，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(dòng)充電階段，當(dāng)SOCMIN<SOC<SOC1儲能電池處于恒流快速充電階段;當(dāng)SOC1<SOC<SOC2時(shí)，儲能電池處于恒壓充電階段，當(dāng)SOC2<SOC<SOC3時(shí)，儲能電池處于浮動(dòng)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(shí)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(shí)去極化的方法，在一天中的某一固定時(shí)段對儲能電池進(jìn)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(shí)間的延長逐級嚴(yán)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(zhǔn)確度，采用較大的電壓在某一時(shí)間段對電池進(jìn)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(shí)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(dòng)來補(bǔ)償間歇性電源充電時(shí)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(jī)變化，并且并不影響間歇性可再生能源的利用效率。
當(dāng)儲能電池工作在放電模式時(shí)，間歇性電源工作在最大功率跟蹤MPPT模式;當(dāng)儲能電池工作在充電模式時(shí)，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(dāng)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(shí)，間歇性電源工作在最大功率跟蹤MPPT模式;當(dāng)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(shí)，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(yán)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(shí)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(dāng)說明的是:以上實(shí)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(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者對部分技術(shù)特征進(jìn)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(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。
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