CN102882221B - 一种光伏并网发电的超级电容器和蓄电池混合储能能量管理电路 - Google Patents

一种光伏并网发电的超级电容器和蓄电池混合储能能量管理电路 Download PDF

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Abstract

一种光伏并网发电的超级电容器和蓄电池混合储能能量管理电路，涉及新能源控制与应用技术领域，其在蓄电池与直流母线之间接有第一检测控制电路；有超级电容器通过第二检测控制电路接在直流母线的正、负极之间，通过同时使用蓄电池和超级电容器作为光伏并网发电系统的储能装置，利用蓄电池储容量大、成本低和超级电容器功率密度高、寿命长的特点，对蓄电池和超级电容器进行有效的能量管理，从而大幅度减少蓄电池的充放电次数，延长蓄电池的使用寿命。

Description

一种光伏并网发电的超级电容器和蓄电池混合储能能量管理电路
技术领域
本发明涉及新能源控制与应用技术领域，特别涉及一种光伏并网发电的超级电容器和蓄电池混合储能能量管理电路。
背景技术
在光伏并网发电系统中，光伏阵列由于日照强度、环境温度等自然条件的变化而不能持续、稳定地输出电能，导致光伏发电系统存在稳定性问题，难以很好地跟踪负荷的变化。因而，在系统中配置一定容量的储能装置对光伏并网发电系统具有重要意义，储能装置能起到稳定光伏发电系统输出功率的作用，使得系统在发电功率或负荷功率波动较大时，仍然能够保持较好的稳定性，增加系统在信号扰动时的稳定性能。
现有技术中，通常使用蓄电池作为储能装置，当发电系统出现大信号扰动时，通过由蓄电池放电和对蓄电池充电来释放或者吸收短时峰值功率，从而确保系统的输出功率稳定。因此，配置适当容量蓄电池作为储能装置的光伏并网发电系统可以提高输出功率的稳定性，还能增加系统的可调度性，可以在特定的时间提供所需的电能，而不必考虑此时光伏阵列的发电功率，同时也是解决诸如电压脉冲、跌落、涌流和瞬时供电中断等动态电能质量问题的有效途径之一。
然而，由于蓄电池储能是通过化学反应实现，其老化速度与充放电敏感度，使用寿命与充放电次数有直接关系，而在光伏并网发电系统中，光伏阵列的输出功率会随日照强度、环境温度等自然条件而频繁变化，蓄电池会进行频繁的充放电，从而导致光伏并网发电系统中蓄电池存在老化速度快、寿命短和系统维护成本高等缺点。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种光伏并网发电的超级电容器和蓄电池混合储能能量管理电路，该光伏并网发电的超级电容器和蓄电池混合储能能量管理电路，通过同时使用蓄电池和超级电容器作为光伏并网发电系统的储能装置，通过对蓄电池和超级电容器有效的能量管理，从而大幅度减少蓄电池的充放电次数，延长蓄电池的使用寿命。
为此给出一种光伏并网发电的超级电容器和蓄电池混合储能能量管理电路，包括光伏阵列、蓄电池和并网逆变器，光伏阵列通过直流母线与并网逆变器连接，蓄电池接于直流母线的正、负极之间，在蓄电池与直流母线之间接有第一检测控制电路；有超级电容器通过第二检测控制电路接在直流母线的正、负极之间；
第一检测控制电路用于当检测到直流母线电压                                                相对于期望值的波动大于预设值时，启用蓄电池进行充放电以维持直流母线的电压稳定在期望值；第一检测控制电路用于当检测到直流母线电压相对于期望值的波动小于预设值时，不接通蓄电池和直流母线；
超级电容器由第二检测控制电路控制用于维持直流母线的电压稳定在期望值。
在直流母线的正、负极之间接有滤波电容。 
蓄电池为铅酸电池或者镍镉电池或者锂电池。
当时，第一检测控制电路的输出电流为，第二检测控制电路输出电流为；
当时第一检测控制电路输出电流为，第二检测控制电路输出电流为：
当时，第一检测控制电路的电流为，第二检测控制电路电流为；
当时，第一检测控制电路电流为，第二检测控制电路电流为；
其中，为第一检测控制电路的控制斜率，为第二检测控制电路的控制斜率，、为预设值。
本发明的一种光伏并网发电的超级电容器和蓄电池混合储能能量管理电路的有益效果是，通过同时使用蓄电池和超级电容器作为光伏并网发电系统的储能装置，利用蓄电池储容量大、成本低和超级电容器功率密度高、寿命长的特点，对蓄电池和超级电容器进行有效的能量管理，使超级电容器用于持续维持直流母线电压稳定在期望值，而只在直流母线电压相对于期望值的波动大于预设值时，才启用蓄电池进行充放电以维持直流母线的电压稳定在期望值，直流母线电压相对于期望值的波动小于预设值时不需接通蓄电池和直流母线，从而大幅度减少蓄电池的充放电次数，延长蓄电池的使用寿命。 
附图说明
图1是一种光伏并网发电的超级电容器和蓄电池混合储能能量管理电路的电路示意图。
图2是蓄电池和超级电容器能量管理控制曲线。
图3是期望值和预设值的生成示意图。
具体实施方式
本实施例的一种光伏并网发电的超级电容器和蓄电池混合储能能量管理电路如图1所示，包括光伏阵列、蓄电池和并网逆变器，光伏阵列通过直流母线与并网逆变器连接，蓄电池接于直流母线的正、负极之间，在蓄电池与直流母线之间接有第一检测控制电路；有超级电容器通过第二检测控制电路接在直流母线的正、负极之间； 
第一检测控制电路用于当检测到直流母线电压相对于期望值的波动大于预设值时，启用蓄电池进行充放电以维持直流母线的电压稳定在期望值；第一检测控制电路用于当检测到直流母线电压相对于期望值的波动小于预设值时，不接通蓄电池和直流母线；
超级电容器由第二检测控制电路控制用于维持直流母线的电压稳定在期望值。
本发明的一种光伏并网发电的超级电容器和蓄电池混合储能能量管理电路的有益效果是，通过同时使用蓄电池和超级电容器作为光伏并网发电系统的储能装置，利用蓄电池储容量大、成本低和超级电容器功率密度高、寿命长的特点，对蓄电池和超级电容器进行有效的能量管理，使超级电容器用于持续维持直流母线电压稳定在期望值，而只在直流母线电压相对于期望值的波动大于预设值时，才启用蓄电池进行充放电以维持直流母线的电压稳定在期望值，直流母线电压相对于期望值的波动小于预设值时不需接通蓄电池和直流母线，从而大幅度减少蓄电池的充放电次数，延长蓄电池的使用寿命。 
在直流母线的正、负极之间接有滤波电容C1。 
蓄电池为铅酸电池或者镍镉电池或者锂电池。成本较低。
光伏阵列把太阳能转换为直流电能，并网逆变器把直流电能转换为交流电能送入市电网。在并网发电过程中，为了抑制光伏阵列输出功率波动对并网功率的影响，系统的控制目标设定为维持直流母线的电压的稳定，即控制直流母线的电压等于期望值。当<时，储能装置释放能量使上升；当>时，储能装置吸收能量使下降。
现有技术中，通常使用蓄电池作为储能装置，当发电系统出现大信号扰动时，通过由蓄电池放电和对蓄电池充电来释放或者吸收短时峰值功率，从而确保系统的输出功率稳定，但是，由于蓄电池储能是通过化学反应实现，其老化速度与充放电敏感度，使用寿命与充放电次数有直接关系，而在光伏并网发电系统中，光伏阵列的输出功率会随日照强度、环境温度等自然条件而频繁变化，蓄电池会进行频繁的充放电，从而导致光伏并网发电系统中蓄电池存在老化速度快、寿命短和系统维护成本高等缺点。
本发明是通过同时使用蓄电池和超级电容器作为光伏并网发电系统的储能装置，利用蓄电池储容量大、成本低和超级电容器功率密度高、寿命长的特点，对蓄电池和超级电容器进行有效的能量管理，从而大幅度减少蓄电池的充放电次数，延长蓄电池的使用寿命。 
本发明的工作原理如下：
蓄电池和超级电容器能量管理控制曲线如图2所示，其中，为第一检测控制电路的控制斜率，为第二检测控制电路的控制斜率，为第一检测控制电路的输出电流，为第二检测控制电路的输出电流，其具体控制特性为：
（1）当时，蓄电池工作于放电状态，第一检测控制电路的输出电流为，超级电容器工作于放电状态，第二检测控制电路输出电流为。
（2）当，蓄电池不工作，第一检测控制电路输出电流为，超级电容器工作于放电状态，第二检测控制电路输出电流为。
（3）当时，蓄电池不工作，第一检测控制电路的电流为，超级电容器工作于充电状态，第二检测控制电路电流为。
（4）当时：蓄电池工作于充电状态，第一检测控制电路电流为，超级电容器工作于充电状态，第二检测控制电路电流为。
即当直流母线的电压相对于期望值的波动在预设值范围内时，只有超级电容器发挥储能或者释能作用，而当直流母线的电压相对于期望值的波动超过预设值范围时，蓄电池和超级电容器共同发挥储能或者释能的作用。因此预设值的大小与蓄电池的充放电有密切关系，如果值设置过小，蓄电池充放电会过于频繁，起不到保护蓄电池的作用，如果值设置过大，虽然会减少蓄电池的充放电次数，但是直流母线电压的波动会变大，影响系统性能。
如图3所示，直流母线的电压期望值和预设值由对光伏阵列输出功率的预测数据、逆变器的输出功率、蓄电池剩余容量以及超级电容器剩余容量共同决定。
最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (3)

1.一种光伏并网发电的超级电容器和蓄电池混合储能能量管理电路，包括光伏阵列、蓄电池和并网逆变器，光伏阵列通过直流母线与并网逆变器连接，蓄电池接于直流母线的正、负极之间，其特征是，在蓄电池与直流母线之间接有第一检测控制电路；有超级电容器通过第二检测控制电路接在直流母线的正、负极之间； 
第一检测控制电路用于当检测到直流母线电压Uc相对于期望值Ue的波动大于预设值δ时，启用蓄电池进行充放电以维持直流母线的电压稳定在期望值Ue；第一检测控制电路用于当检测到直流母线电压Uc相对于期望值Ue的波动小于预设值δ时，不接通蓄电池和直流母线； 
超级电容器由第二检测控制电路控制用于维持直流母线的电压稳定在期望值Ue； 
即当直流母线的电压Uc相对于期望值Ue的波动在预设值δ范围内时，只有超级电容器发挥储能或者释能作用，而当直流母线的电压Uc相对于期望值Ue的波动超过预设值δ范围时，蓄电池和超级电容器共同发挥储能或者释能的作用； 
当Uc＜Ue-δ时，第一检测控制电路的输出电流为 第二检测控制电路输出电流为
当Ue-δ≤Uc＜Ue时，第一检测控制电路输出电流为ilead＝0，第二检测控制电路输出电流为
当Ue＜Uc≤Ue+δ时，第一检测控制电路的输出电流为ilead＝0，第二检测控制电路输出电流为
当Uc＞Ue+δ时，第一检测控制电路的输出电流为 第二检测控制电路输出电流为
其中，k1为第一检测控制电路的控制斜率，k2为第二检测控制电路的控制斜率，k1、k2为预设值。 
2.根据权利要求1所述的一种光伏并网发电的超级电容器和蓄电池混合储能能量管理电路，其特征是，在直流母线的正、负极之间接有滤波电容。 
3.根据权利要求1所述的一种光伏并网发电的超级电容器和蓄电池混合储能能量管理电路，其特征是，蓄电池为铅酸电池或者镍镉电池或者锂电池。 
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