CN104158246B - 一种风电储能运行控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种风电储能运行控制方法，其主要技术特点包括以下步骤：1、将风电储能运行控制器连接到风力发电系统中；2、CPU单元通过分压电压采集模块和温度采集模块对蓄电池外接电压及蓄电池温度进行采样并输出PWM信号通过充电功率开关电路对蓄电池进行充电控制：3、CPU单元通过分压电压采集模块和温度采集模块对蓄电池外接电压及蓄电池温度进行采样并输出PWM信号通过放电功率开关电路对蓄电池进行放电控制。本发明实时对蓄电池温度、外接电压模拟量采样，并输出PWM信号来控制功率开关对蓄电池充放电；并且在运行过程中能够做到故障切除、异常信息报警等功能，保证蓄电池不过放不过充，同时能够快速充放电，提高蓄电池充放电效率和使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于风电储能运行控制技术领域，尤其是一种风电储能运行控制方法。
背景技术
随着常规能源的逐渐衰竭和环境污染的日益加重，世界各国日益关注分布式发电技术，使得分布式发电技术的不断创新。目前，分布式电源类型发展为主要包括微燃机、太阳能光伏电池、风力发电机、蓄电池、飞轮等。作为分布式发电的重要组成形式，微电网通常由分布式电源、储能装置、能量变换器、相关负荷、监控系统、保护系统、电力传输设备等汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。
采用储能装置可以更好的实现微电网能量管理，提高系统运行稳定性和可靠性。储能装置包括电池储能、机械能储能、超级电容储能、高能密度电容储能等类型，而储能电池的类型又分为铅酸蓄电池、锂电池、钠硫电池等。当对蓄电池过量充电、过量放电时，会影响蓄电池寿命，因此，如何对蓄电池的充放电进行储能控制以提高蓄电池的利用率和使用寿命是目前迫切需要解决的问题。蓄电池光伏充放电控制器因内已经有产品面世，大多数光伏充放电控制器产品是采用脉冲式电压的充电方式对蓄电池进行充电，控制器对蓄电池端电压指标分析与设计稍显不足。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、能够提高蓄电池充放电效率和使用寿命的风电储能运行控制方法。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种风电储能运行控制方法，包括以下步骤：
步骤1：将风电储能运行控制器连接到风力发电系统中：风电储能运行控制器通过通信单元与微电网控制器相连接，通过充电功率开关电路和放电功率开关电路分别连接到蓄电池的两端，通过分压电压采集模块和温度采集模块与蓄电池相连接；
步骤2：CPU单元通过分压电压采集模块和温度采集模块对蓄电池外接电压及蓄电池温度进行采样，判断蓄电池处于充电的哪个阶段并输出PMW信号通过充电功率开关电路对蓄电池进行充电控制：
步骤3：CPU单元通过分压电压采集模块和温度采集模块对蓄电池外接电压及蓄电池温度进行采样，判断蓄电池处于放电的哪个阶段并输出PMW信号通过放电功率开关电路对蓄电池进行放电控制。
而且，所述步骤2的具体控制过程为：CPU单元接到充电指令后，判断蓄电池电压，如果蓄电池电压小于10％UF，采用修复充电缓慢进行充电，储能控制器输出较小PWM波占空比、较小脉宽的波形；当蓄电池电压达到10％UF以上，进行快速充电，输出高电平使充电功率开关电路长开，此时输出PWM波占空比较大；当充电蓄电池电压达到80％UF时，测量蓄电池端电压频率提高一倍，输出较小PWM波占空比、较小脉宽波形控制充电功率开关电路。
而且，所述步骤3的具体控制过程为：CPU单元接到放电指令后，判断蓄电池电压，当蓄电池电压在20％UF以上后，进行快速放电，输出高电平使放电功率开关电路长开，此时输出PWM波占空比较大；当蓄电池电压达到20％UF以下，测量蓄电池端电压频率提高一倍。
而且，所述步骤2的充电控制过程中，如果CPU单元监测到蓄电池的温度过高，则立即发出异常信息报警，断开充电功率开关的导通，停止蓄电池充电。
而且，所述步骤3的放电控制过程中，如果CPU单元监测到蓄电池的温度过高，则立即发出异常信息报警，断开放电功率开关的导通，停止蓄电池放电。
而且，所述的充电功率开关电路采用大功率三极管作为开关器件并由CPU单元输出的PWM信号控制，所述的放电功率开关电路采用大功率三极管作为开关器件并由CPU单元输出的PWM信号控制。
本发明的优点和积极效果是：
本发明实时对蓄电池温度、外接电压模拟量采样，经过CPU单元逻辑判断蓄电池处于充放电的何种阶段，通过CPU单元输出PWM波的高低电平来控制功率开关，使用合理方式对蓄电池充放电；并且在运行过程中能够做到故障切除、异常信息报警等功能，保证蓄电池不过放不过充，同时能够快速充放电，提高蓄电池充放电效率和使用寿命。
2、本控制器的CPU单元采用ARM7芯片作为控制器的核心，其通过内部的A/D转换功能对数据采集单元采集的电压和温度进行转换，并有人机界面、RS232、RS485通信接口等，功能丰富、结构简单、成本低廉。
附图说明
图1是风力发电系统的连接示意图；
图2是风电储能运行控制器的电路方框图；
图3是风电储能运行控制器的充电功率开关电路图；
图4是风电储能运行控制器的放电功率开关电路图；
图5是风电储能运行控制器的充电逻辑框图；
图6是风电储能运行控制器的放电逻辑框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：
一种风电储能运行控制方法，包括以下步骤：
步骤1：将风电储能运行控制器连接到风力发电系统中：风电储能运行控制器通过通信单元与微电网控制器相连接，通过充电功率开关电路和放电功率开关电路分别连接到蓄电池的两端，通过分压电压采集模块和温度采集模块与蓄电池相连接。
如图1所示，在风电发电系统中，需要风电储能运行控制器对蓄电池进行充放电控制。该风电储能运行控制器通过通信与微电网控制器相连接，该风电储能运行控制器通过数据采集单元(分压电压采集模块和温度采集模块)、充电功率开关电路和放电功率开关电路与蓄电池相连接，该风力发电系统的整体工作流程是在微电网控制器控制下由风力发电机所发出经过DC-DC变换电路转换成蓄电池充电的适用电压，充入蓄电池；通过对蓄电池的电压、温度进行采样，经过储能控制器的逻辑运算，发控制信号给微电网控制器控制风力发电机发电，并通过控制信号控制功率开关，从而来决定蓄电池的充放电方式给负载供电。系统中的DC-DC变换电路目的是把风电机发电所产生的电压转换成适合蓄电池充电用的恒定电压，即是把风电机产生的6V～20V电压转换成12V电压给蓄电池充电，假设蓄电池充满电压为UF。
如图2所示，风电储能运行控制器包括CPU单元、电源单元、外部存储器、通信单元、人机界面单元、JTAG仿真接口单元、数据采集单元、充电功率开关电路和放电功率开关电路，CPU单元与电源单元、外部存储器、通信单元、人机界面单元、JTAG仿真接口单元、数据采集单元、充电功率开关电路和放电功率开关电路相连接。CPU单元使用LPC2214模块，LPC2214模块是一种具有实时仿真和跟踪功能的16/32位ARM7TDMI-STMCPU的微控制器，外部存储器使用512Kb的EEPROM存储电路用于存储数据、事件记录等。人机界面单元包括液晶显示屏、LED告警灯及按键输入实现人机交互功能。JTAG仿真接口单元作为一个仿真接口用于与外部计算机相连接实现软件调试及升级功能。通信单元采用RS232或RS485通信模块，CPU单元通过通信模块向微电网控制器发送控制信号以控制风电发电机发电。
数据采集单元包括采集蓄电池电压的电压采集模块和采集蓄电池温度的温度采集模块。对蓄电池电压采集是通过控制器在一定时间间隔断开蓄电池外接电压的方法进行电压采样。本电压采集模块使用电阻分压法，分压所得的电压信号接入CPU单元(LPC2214)的AIN0管脚，通过内部A/D转换，计算获得蓄电池的电压值。温度采集模块采用国Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS18820,蓄电池通过数字化温度传感器DS18820接入LPC2214的AIN1管脚，通过内部A/D转换，计算获得蓄电池的温度值。
充电功率开关电路如图3所示，该充电功率开关电路使用2N3773型大功率三极管M1作为开关器件，该大功率三极管的基极与CPU单元输出的PWM信号相连接，其集电极和发射极分别与DC-DC电路、蓄电池相连接。放电功率开关电路如图4所示，分别控制蓄电池充放电，该充电功率开关电路使用2N3773型大功率三极管M2作为开关器件，该大功率三极管的基极与CPU单元输出的PWM信号相连接，其集电极和发射极分别与蓄电池、用户负载相连接。功率开关电路的动作控制是在CPU单元的控制下进行的，CPU单元(LPC2214)对数据采集单元获得蓄电池电压和温度进行运算和逻辑判断，分别由I/O口输出两路PWM信号控制三极管2N3773的导通和截止。
步骤2：CPU单元通过分压电压采集模块和温度采集模块对蓄电池外接电压及蓄电池温度进行采样，判断蓄电池处于充电的哪个阶段并输出PMW信号通过充电功率开关电路对蓄电池进行充电控制。
如图5所示，CPU单元对蓄电池充电控制过程如下：CPU单元接到充电指令后，判断蓄电池电压，如果蓄电池电压小于10％UF，采用修复充电缓慢进行充电，储能控制器输出较小PWM波占空比、较小脉宽的波形；当蓄电池电压达到10％UF以上，进行快速充电，输出高电平使充电功率开关管M1长开，此时输出PWM波占空比较大；当充电蓄电池电压达到80％UF，即蓄电池超过警戒电压UCHW时，测量蓄电池端电压频率提高一倍，输出较小PWM波占空比、较小脉宽波形控制充电功率开关管M1，保证不过充。
步骤3：CPU单元通过分压电压采集模块和温度采集模块对蓄电池外接电压及蓄电池温度进行采样，判断蓄电池处于放电的哪个阶段并输出PMW信号通过放电功率开关电路对蓄电池进行放电控制。
如图6所示，CPU单元对蓄电池放电控制过程如下：CPU单元接到放电指令后，判断蓄电池电压，当蓄电池电压在20％UF以上后，进行快速放电，输出高电平使放电功率开关M2长开，此时输出PWM波占空比较大；当蓄电池电压达到20％UF以下，即当蓄电池超过警戒电压UDISW时，测量蓄电池端电压频率提高一倍，保证蓄电池不过放。
在蓄电池充放电过程中，实时监控蓄电池温度，一旦温度过高，立即发出异常信息报警，并能够做到故障切除，断开充放电功率开关的导通，并停止蓄电池充放电。
本发明的工作原理是：通过对蓄电池温度、外接电压模拟量采样，经过控制器逻辑判断蓄电池处于充放电的何种阶段，选择使用合理的充放电方式。在蓄电池充电循环中，判断蓄电池电压范围，从而选择不同占空比、频率的PWM波控制充电功率开关，来进行蓄电池不同阶段的充电；同样在放电循环中，判断蓄电池电压范围，从而选择不同占空比、频率的PWM波控制放电功率开关，进行有效合理的放电。并且，在运行过程中能够做到故障切除、异常信息报警等功能。通过对蓄电池的控制管理，提高储能装置充放电效率和使用寿命。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (3)
1.一种风电储能运行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将风电储能运行控制器连接到风力发电系统中：风电储能运行控制器通过通信单元与微电网控制器相连接，通过充电功率开关电路和放电功率开关电路分别连接到蓄电池的两端，通过分压电压采集模块和温度采集模块与蓄电池相连接；所述的充电功率开关电路采用大功率三极管作为开关器件并由CPU单元输出的PWM信号控制，所述的放电功率开关电路采用大功率三极管作为开关器件并由CPU单元输出的PWM信号控制；
步骤2：CPU单元通过分压电压采集模块和温度采集模块对蓄电池外接电压及蓄电池温度进行采样，判断蓄电池处于充电的哪个阶段并输出PWM信号通过充电功率开关电路对蓄电池进行充电控制；其具体控制过程为：CPU单元接到充电指令后，判断蓄电池电压，如果蓄电池电压小于10％UF，采用修复充电缓慢进行充电，储能控制器输出较小PWM波占空比、较小脉宽的波形；当蓄电池电压达到10％UF以上，进行快速充电，输出高电平使充电功率开关电路长开，此时输出PWM波占空比较大；当充电蓄电池电压达到80％UF时，测量蓄电池端电压频率提高一倍，输出较小PWM波占空比、较小脉宽波形控制充电功率开关电路；
步骤3：CPU单元通过分压电压采集模块和温度采集模块对蓄电池外接电压及蓄电池温度进行采样，判断蓄电池处于放电的哪个阶段并输出PWM信号通过放电功率开关电路对蓄电池进行放电控制；其具体控制过程为：CPU单元接到放电指令后，判断蓄电池电压，当蓄电池电压在20％UF以上后，进行快速放电，输出高电平使放电功率开关电路长开，此时输出PWM波占空比较大；当蓄电池电压达到20％UF以下，测量蓄电池端电压频率提高一倍；
所述UF为蓄电池充满电压。
2.根据权利要求1所述的一种风电储能运行控制方法，其特征在于：所述步骤2的充电控制过程中，如果CPU单元监测到蓄电池的温度过高，则立即发出异常信息报警，断开充电功率开关的导通，停止蓄电池充电。
3.根据权利要求1所述的一种风电储能运行控制方法，其特征在于：所述步骤3的放电控制过程中，如果CPU单元监测到蓄电池的温度过高，则立即发出异常信息报警，断开放电功率开关的导通，停止蓄电池放电。
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