CN104242362A - 发电系统及其储能控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电系统及其储能控制装置。该发电系统储能控制装置包括：蓄电池监控装置，连接至蓄电池，用于提供所述蓄电池的监控信息；以及储能装置控制电路，通过CAN总线与所述蓄电池监控装置相连接，用于通过所述CAN总线接收所述蓄电池的监控信息，并根据所述蓄电池的监控信息对所述蓄电池进行控制。通过本发明，通过采用蓄电池监控装置，能够使得发电系统中蓄电池的充放电得到合理控制，进而达到了延长蓄电池寿命和提高蓄电池充放电性能的效果。

Description

发电系统及其储能控制装置

技术领域

本发明涉及发电领域，具体而言，涉及一种发电系统及其储能控制装置。

背景技术

随着新能源利用效率的提高，风能和太阳能作为分布式电源在供电系统中被广泛采用。根据风光互补发电系统的特点，现有技术中该发电系统利用蓄电池作为系统储能装置。发电系统输出多余电能由蓄电池储存，当发电系统所发电能小于负载需求时，控制器储能装置控制电路使蓄电池放电供给负载。其中控制电路也具备防止过充过放的功能，合理的充放电控制有利于蓄电池寿命的延长和充放电性能的提高。蓄电池属于化学电源，其原理是将直流电能转变为化学能储存，在发电系统中，蓄电池对发电系统产生的电能起着储存和调节的作用。在离网工作模式下，蓄电池作为重要供电电源，其供电的可靠性直接影响到负载的正常稳定运行。实际工程中用到的蓄电池主要有：铅酸蓄电池、镍氢蓄电池、碱性蓄电池和锂离子蓄电池。锂离子蓄电池与其他电池相比，具备开路电压高，容量大、重量小，充放电迅速，自放电率低的优点。

实际应用的风光互补发电系统中，蓄电池的寿命主要是由充电方式及放电方式决定的。由于互补发电系统中蓄电池采用浮充方式充电，因此要延长蓄电池的使用寿命，首先在蓄电池充电时，要严格的控制蓄电池的浮充电压；其次在蓄电池放电时，不要使其过分放电。基于上述要求，发电系统主要包括供电设备（风机、太阳能电池板）、铅酸蓄电池、调压电路、防过充保护电路和防过放保护电路等组成。在太阳能或风能不充足时，蓄电池组就担负起给负载供电的责任。此时有可能蓄电池的端电压远远高于供电设备的电压，为了避免蓄电池向供电设备放电，在供电设备和蓄电池之间必须接入阻塞二极管。

风光互补发电系统输出多余电能由蓄电池储存，当系统所发电能小于负载需求时，控制器控制储能电路使蓄电池放电供给负载，控制电路也具备防止过充过放的功能，蓄电池合理的充放电控制电路有利于蓄电池寿命的延长和充放电性能的提高。

针对现有技术中蓄电池充放电控制不够合理的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种储能控制装置和发电系统，以解决现有技术中蓄电池充放电控制不够合理的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种发电系统储能控制装置。

根据本发明的发电系统储能控制装置包括：蓄电池监控装置，该蓄电池监控装置连接至蓄电池，用于提供蓄电池的监控信息；以及储能装置控制电路通过CAN总线与蓄电池监控装置相连接，用于通过CAN总线接收蓄电池的监控信息，并根据蓄电池的监控信息对蓄电池进行控制。

进一步地，储能装置控制电路包括：DSP处理器，该DSP处理器用于处理蓄电池的监控信息并输出控制信号；采样调理电路，与DSP处理器相连接，用于对蓄电池和电网的参数进行采样并向DSP处理器提供采样数据；输入输出电平转换电路，与DSP处理器相连接，用于对控制信号进行电平转换处理；以及驱动电路，与DSP处理器相连接，用于接收DSP处理器发出的驱动信号。

进一步地，储能装置控制电路还包括：故障保护电路，与DSP处理器相连接，用于检测发电系统的故障信号，并经过处理输出给DSP处理器。

进一步地，蓄电池监控装置为具有计算蓄电池剩余电量SOC的功能的装置。

进一步地，发电系统储能控制装置内设置有SOC的界限值包括：上限SOC，后备SOC和下限SOC。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种发电系统。

根据本发明的发电系统包括：发电设备，该发电设备用于产生电能；蓄电池，与发电设备相连接，用于存储产生的电能；以及发电系统储能控制装置，发电系统储能控制装置与蓄电池相连接，用于控制蓄电池。

进一步地，蓄电池为锂离子蓄电电池。

进一步地，发电系统储能控制装置内设置有蓄电池剩余电量SOC的界限值，包括：上限SOC，后备SOC和下限SOC。

进一步地，发电系统工作在并网模式时，发电系统储能控制装置用于：判断发电设备是否启动，包括：如果发电设备启动，则判断SOC是否小于上限SOC，其中，判断SOC是否小于上限SOC包括：如果SOC小于上限SOC，则控制发电设备向蓄电池充电；以及如果SOC大于或等于上限SOC，则控制发电设备停止向蓄电池充电；

如果发电设备未启动，则判断SOC是否大于后备SOC，其中判断SOC是否大于后备SOC包括：如果SOC大于后备SOC，则控制蓄电池对外供电；以及如果SOC小于或等于后备SOC，则控制蓄电池停止对外供电。

进一步地，发电系统工作在离网模式时，发电系统储能控制装置用于：判断发电设备可提供功率与负载所需输入功率的大小关系，包括：如果发电设备可提供功率大于负载所需输入功率，则判断SOC是否小于上限SOC，其中判断SOC是否小于上限SOC包括：如果SOC小于上限SOC，则控制发电设备向蓄电池充电；以及如果SOC大于或等于上限SOC，则控制发电设备停止向蓄电池充电，并控制供电设备降低功率；

如果发电设备可提供功率小于或等于负载所需输入功率，则判断SOC是否大于下限SOC，其中判断SOC是否小于上限SOC包括：如果SOC大于下限SOC，则控制蓄电池对负载供电；以及如果SOC小于或等于下限SOC，则切断与负载的连接，发电系统停止放电。

通过本发明，通过采用蓄电池监控装置，解决了现有技术中蓄电池充放电控制不够合理的问题，进而达到了延长蓄电池寿命和提高蓄电池充放电性能的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的储能装置控制电路示意图；

图2是根据本发明实施例的发电系统在并网模式下蓄电池充放电流程图；以及

图3是根据本发明实施例的发电系统在离网模式下蓄电池充放电流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

根据本发明实施例的发电系统储能控制装置包括：蓄电池监控装置和储能装置控制电路。蓄电池监控装置连接至蓄电池，该蓄电池监控装置可以用于提供蓄电池的监控信息，即蓄电池输入输出电压，输入输出电流，剩余电量SOC等信息；储能装置控制电路通过CAN总线与蓄电池监控装置相连接，该储能装置控制电路可以用于通过CAN总线接收蓄电池的提供的监控信息，并根据蓄电池的监控信息对蓄电池进行控制。

具体地，蓄电池监控装置通过检测蓄电池输入输出电压，输入输出电流，剩余电量SOC等监控信息，并将蓄电池监控信息通过CAN总线及时地传输给储能装置控制电路主控单元，该储能装置控制电路主控单元根据蓄电池的监控信息对蓄电池进行充电或者放电控制。当蓄电池电压超过预定的电压范围时，蓄电池监控装置向储能装置控制电路主控单元发出报警信息，必要时切断蓄电池与发电设备之间的主接触器，以达到保护蓄电池的目的。

优选地，本发明实施例中的蓄电池可以为包含多个蓄电池的蓄电池组，其中蓄电池采用锂离子蓄电池，锂离子蓄电池具备开路电压高、容量大、重量小、充放电迅速和自放电率低的优点。

本发明实施例的发电系统储能控制装置通过采用蓄电池监控装置，将蓄电池监控信息通过CAN总线及时地传输给储能装置控制电路进行处理并控制蓄电池的充放电，解决了蓄电池充放电控制不够合理的问题，进而达到了延长蓄电池寿命和提高蓄电池充放电性能的效果。

图1是根据本发明实施例的储能装置控制电路示意图。如图1所示，储能装置控制电路（图中右侧部分）包括：DSP处理器，采样调理电路，电平转换电路和驱动电路。DSP处理器即为储能装置控制电路的主控单元，可以用于处理蓄电池的监控信息并输出控制信号，该控制信号用于控制蓄电池的充放电。采样调理电路与DSP处理器相连接，可以用于对蓄电池和电网的参数（例如蓄电池侧输入的电压和电流，逆变器输出的电压和电流，发电侧输出的电压和电流等）进行采样并经过AD转换后向DSP处理器提供采样数据，其中蓄电池和电网的参数采样的采样信号通过传感器电路来获取；电平转换电路与DSP处理器相连接，可以用于对控制信号进行电平转换处理，处理后的控制信号用于控制图接触器及辅助触点电路，该接触器及辅助触点电路主要用于：当蓄电池电压超过预定的电压范围时，蓄电池监控装置向储能装置控制电路主控单元DSP处理器发出报警信息，必要时切断蓄电池与发电设备之间的主接触器，以停止对蓄电池的充电，实现对蓄电池的过充保护。驱动电路与DSP处理器相连接，用于接收DSP处理器发出的驱动信号，并将该处理信号处理后输出驱动IGBT电路，该IGBT电路为逆变器主电路，主要用于将蓄电池的电能逆变成交流电输出。

优选地，DSP处理器采用TMS320F2812芯片，该芯片足以满足发电系统储能控制装置的要求。

优选地，储能装置控制电路还包括：故障保护电路，该故障保护电路与DSP处理器相连接，可以用于检测发电系统的故障信号，并经过处理输出给DSP处理器，其中故障信号也是通过传感器电路获取。故障保护电路可以实现出现故障（如电路短路）时对蓄电池进行保护的作用，避免了因电路短路等故障对蓄电池的损害。

优选地，蓄电池监控装置为具有计算蓄电池剩余电量SOC的功能的系统。通过计算出蓄电池SOC，并将该SOC信息通过CAN总线通讯发送给DSP处理器，DSP处理器根据SOC信息实现对蓄电池的充放电控制。同时，蓄电池监控装置还可以向DSP处理器提供蓄电池组串总电流，单体电池电压，温度等信息。蓄电池监控装置还具有蓄电池电压、电流、温度检测及保护功能。

发电系统储能控制装置内设置有SOC的界限值，包括：上限SOC，后备SOC和下限SOC。当蓄电池SOC小于上限SOC时，可以控制发电设备向蓄电池充电，当蓄电池SOC等于上限SOC时，停止向蓄电池充电。并网模式下，蓄电池对外供电至SOC等于后备SOC时，蓄电池停止放电，如果蓄电池SOC小于后备SOC时，发电设备向蓄电池充电。离网工作模式下，当蓄电池SOC大于下限SOC时，可以控制蓄电池对外接负载供电，当蓄电池SOC小于等于下限SOC时，蓄电池停止向外接负载供电。

根据本发明实施例的提供的发电系统包括：发电设备，蓄电池和发电系统储能控制装置。发电设备可以利用太阳能或者风能等天然能源进行发电产生电能。蓄电池与发电设备相连接，可以用于存储发电设备通过发电产生的电能。发电系统储能控制装置与蓄电池相连接，用于控制蓄电池的充电和放电。

优选地，蓄电池可以为包含多个蓄电池的蓄电池组，其中蓄电池为锂离子蓄电电池。锂离子蓄电池具备开路电压高、容量大、重量小、充放电迅速和自放电率低的优点。

本发明实施例的发电系统的发电系统储能控制装置通过采用蓄电池监控装置，将蓄电池监控信息通过CAN总线及时地传输给储能装置控制电路进行处理并控制蓄电池的充放电，解决了蓄电池充放电控制不够合理的问题，进而达到了延长蓄电池寿命和提高蓄电池充放电性能的效果。

发电系统储能控制装置内设置有蓄电池剩余电量SOC的界限值，包括：上限SOC，后备SOC和下限SOC。当蓄电池SOC小于上限SOC时，可以控制发电设备向蓄电池充电，当蓄电池SOC等于上限SOC时，停止向蓄电池充电。并网模式下，蓄电池对外供电至SOC等于后备SOC时，蓄电池停止放电，如果蓄电池SOC小于后备SOC时，发电设备向蓄电池充电。离网工作模式下，当蓄电池SOC大于下限SOC时，可以控制蓄电池对外接负载供电，当蓄电池SOC小于等于下限SOC时，蓄电池停止向外接负载供电。

本发明实施例采用太阳能发电系统进行详细说明。

本实施例中的发电系统能够在并网模式和离网模式两种状态下工作，其中并网模式下发电系统能够与电网共同给负载供电；在电网发生故障时，发电系统能够在离网模式下，独立地对负载安全、稳定地供电。在并网模式和离网模式两种工作状态下，发电设备对蓄电池的充放电均由双向DC/DC电路实现。

图2是根据本发明实施例的发电系统在并网模式下蓄电池充放电流程图。如图2所示，当太阳能发电系统工作在并网模式时，发电系统储能控制装置用于判断发电设备（即太阳能电池板）是否启动，包括：

如果发电设备太阳能电池板启动且达到系统设定的电压后，则根据蓄电池监控系统提供的蓄电池SOC数据判断SOC是否小于上限SOC值，其中判断SOC是否小于上限SOC包括：如果SOC小于上限SOC，则控制发电设备太阳能电池板通过双向DC/DC电路向蓄电池充电，充电至上限SOC值时停止充电；如果SOC大于或等于上限SOC，则控制发电设备停止向蓄电池充电。

如果发电设备太阳能电池板未启动或者启动后太阳能电池板输出电压低于对外接负载供电的电压而停止输出功率时，则根据蓄电池监控系统提供的蓄电池SOC数据判断SOC是否大于后备SOC值，其中判断SOC是否大于后备SOC包括：如果蓄电池SOC大于后备SOC，则控制蓄电池对外接负载供电，也即是蓄电池处于放电状态，蓄电池SOC放电至后备SOC值时，停止放电；如果SOC小于或等于后备SOC，则控制蓄电池停止对外接负载供电，此时发电系统对蓄电池进行充电控制。太阳能发电系统控制蓄电池的充电电流为0.3A，放电电流为0.4A。

图3是根据本发明实施例的发电系统在离网模式下蓄电池充放电流程图。如图3所示，太阳能发电系统工作在离网模式时，发电系统储能控制装置用于判断发电设备可提供功率P_pv与负载所需输入功率P_load的大小关系，并决定蓄电池是否对外接负载供电，包括：

如果发电设备可提供功率P_pv大于负载所需输入功率P_load，则判断蓄电池SOC是否小于上限SOC，其中判断蓄电池SOC是否小于上限SOC值包括：如果蓄电池SOC小于上限SOC值，则根据蓄电池监控系统提供的蓄电池SOC数据控制发电设备太阳能电池板向蓄电池充电，其中向蓄电池充电电能为太阳能电池板提供能外接用电负载所需功率后剩余功率的电能；如果蓄电池SOC大于或等于上限SOC值，则控制发电设备太阳能电池板停止向蓄电池充电，并控制太阳能电池板光伏阵列降低功率。

如果发电设备可提供功率P_pv小于或等于负载所需输入功率P_load，则判断蓄电池SOC是否大于下限SOC值，其中判断SOC是否小于上限SOC值包括：如果蓄电池SOC大于下限SOC值，则控制蓄电池对外接负载供电；如果SOC小于或等于下限SOC，则切断与负载的连接，太阳能发电系统待机并停止放电。

从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：

本发明实施例的发电系统及其储能控制装置通过采用蓄电池监控装置，将蓄电池监控信息通过CAN总线及时地传输给储能装置控制电路进行处理并控制蓄电池的充放电，解决了蓄电池充放电控制不够合理的问题，进而达到了延长蓄电池寿命的和提高蓄电池充放电性能的效果。

需要说明的是，本发明的发电系统可以是太阳能发电系统，风能发电系统，或者风光互补发电系统等，本实施例选取的的太阳能发电系统并不对本发明有不当限定。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发电系统储能控制装置，其特征在于，包括：

蓄电池监控装置，连接至蓄电池，用于提供所述蓄电池的监控信息；以及

储能装置控制电路，通过CAN总线与所述蓄电池监控装置相连接，用于通过所述CAN总线接收所述蓄电池的监控信息，并根据所述蓄电池的监控信息对所述蓄电池进行控制。

2.根据权利要求1所述的发电系统储能控制装置，其特征在于，所述储能装置控制电路包括：

DSP处理器，用于处理所述蓄电池的监控信息并输出控制信号；

采样调理电路，与DSP处理器相连接，用于对所述蓄电池和电网的参数进行采样并向所述DSP处理器提供采样数据；

输入输出电平转换电路，与所述DSP处理器相连接，用于对所述控制信号进行电平转换处理；以及

驱动电路，与所述DSP处理器相连接，用于接收所述DSP处理器发出的驱动信号。

3.根据权利要求2所述的发电系统储能控制装置，其特征在于，所述储能装置控制电路还包括：

故障保护电路，与所述DSP处理器相连接，用于检测发电系统的故障信号，并经过处理输出给所述DSP处理器。

4.根据权利要求1所述的发电系统储能控制装置，其特征在于，所述蓄电池监控装置为具有计算蓄电池剩余电量SOC的功能的装置。

5.根据权利要求4所述的发电系统储能控制装置，其特征在于，所述发电系统储能控制装置内设置有所述SOC的界限值，包括：上限SOC，后备SOC和下限SOC。

6.一种发电系统，其特征在于，包括：

发电设备，用于产生电能；

蓄电池，与所述发电设备相连接，用于存储产生的电能；以及

权利要求1至5任一项所述发电系统储能控制装置，所述发电系统储能控制装置与所述蓄电池相连接，用于控制所述蓄电池。

7.根据权利要求6所述的发电系统，其特征在于，所述蓄电池为锂离子蓄电电池。

8.根据权利要求6所述的发电系统，其特征在于，所述发电系统储能控制装置内设置有蓄电池剩余电量SOC的界限值，包括：上限SOC，后备SOC和下限SOC。

9.根据权利要求8所述的发电系统，其特征在于，所述发电系统工作在并网模式时，所述发电系统储能控制装置用于：

判断所述发电设备是否启动，包括：

如果所述发电设备启动，则判断所述SOC是否小于所述上限SOC，其中，判断所述SOC是否小于所述上限SOC包括：

如果所述SOC小于所述上限SOC，则控制所述发电设备向所述蓄电池充电；以及

如果所述SOC大于或等于所述上限SOC，则控制所述发电设备停止向所述蓄电池充电；

如果发电设备未启动，则判断所述SOC是否大于所述后备SOC，其中判断所述SOC是否大于所述后备SOC包括：

如果所述SOC大于所述后备SOC，则控制所述蓄电池对外供电；以及

如果所述SOC小于或等于所述后备SOC，则控制所述蓄电池停止对外供电。

10.根据权利要求8所述的发电系统，其特征在于，所述发电系统工作在离网模式时，所述发电系统储能控制装置用于：

判断所述发电设备可提供功率与负载所需输入功率的大小关系，包括：

如果所述发电设备可提供功率大于所述负载所需输入功率，则判断所述SOC是否小于上限SOC，其中判断所述SOC是否小于上限SOC包括：

如果所述SOC小于所述上限SOC，则控制所述发电设备向所述蓄电池充电；以及

如果所述SOC大于或等于所述上限SOC，则控制所述发电设备停止向所述蓄电池充电，并控制供电设备降低功率；

如果所述发电设备可提供功率小于或等于所述负载所需输入功率，则判断所述SOC是否大于所述下限SOC，其中判断所述SOC是否小于上限SOC包括：

如果所述SOC大于所述下限SOC，则控制所述蓄电池对所述负载供电；以及

如果所述SOC小于或等于所述下限SOC，则切断与所述负载的连接，所述发电系统停止放电。