CN106208117A - 一种孤立微网中储能电池的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种孤立微网中储能电池的控制方法，采用在蓄电池工作在充电状态时，在不超过蓄电池最大充电功率限制的条件下，尽可能地利用可再生能源为蓄电池充电；当蓄电池工作在放电状态时，一旦其达到蓄电池荷电状态(SOC)的充电上限即转入放电状态，此时蓄电池一旦进入放电状态，则保证持续放电。本发明能够有效节约柴油发电机组油耗，提高了经济性能，在保证柴油发电机组经济运行的同时，最大限度地降低了蓄电池充放电的循环次数，保证了蓄电池的寿命，进一步提高了经济性。

Description

一种孤立微网中储能电池的控制方法

技术领域

本发明涉及孤立微网技术领域，特别涉及到一种孤立微网中储能电池的改进硬充电的控制方法。

背景技术

孤立微网中包括风力发电、储能电池、光伏和常规发电机组(例如，柴油发电机、微型燃机轮机等)，还有可再生能源发电机组(例如，光伏和风力发电系统等)。当可再生能源发电机组容量较大时，常需安装储能系统(例如，蓄电池)用于稳定系统运行电压和频率。然而，电池储能系统投资较大，而且使用寿命短(例如，铅酸电池的满充放电循环次数仅为600～1000次)。合理利用储能电池以保证其使用寿命是微网运行控制方法选择的关键。

现有的控制模式可以归纳为两大类，一类是柴油发电机主要扮演净负荷跟随的角色，柴油机组需要一直保持运行，耗油量较大。另一类是蓄电池主要发挥净负荷跟随作用，即循环充放，主要包括：柴油机最短运行时间策略、软充电策略和硬充电策略。对于这三种策略，柴油机组在任何情况下都应满足其自身的最小运行时间和最小运行功率限制。

柴油机最短运行时间策略控制原则：蓄电池主要用于满足净负荷需求，若净负荷超过蓄电池最大放电功率限制或者蓄电池SOC低于放电下限时，柴油机开启，在满足净负荷需求的同时以柴油机所能提供的最大充电功率给蓄电池充电；若净负荷为负，即可再生能源输出功率大于系统内负荷功率时，利用可再生能源为蓄电池充电；若充电功率超过蓄电池最大充电功率限制，则需弃掉部分可再生能源功率，这部分功率对应的能量可计为系统浪费能量，并作为策略优劣的评价指标之一。而后两者和前者主要区别为柴油机退出运行的条件不同，实际上是针对不同情况做出的改进策略。

软充电策略目的是尽量减少柴油机的启停次数，一般适用于配置容量较大蓄电池组的系统，但是有可能引起蓄电池接近满充而净负荷又较小时，柴油机组较长时间工作在不经济的低负载状态。

硬充电策略可以避免在蓄电池充满且净负荷较低条件下，柴油发电机组较长时间地运行在低负载状态。

第二类控制模式中，柴油发电机与蓄电池可轮流做主电源满足净负荷需求，经济性高。然而，此类控制模式中蓄电池的充放电频繁，蓄电池的充放电循环次数多，导致蓄电池的使用寿命较短，使蓄电池的投资大，大大降低了整个孤立微网系统的经济性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种孤立微网中储能电池的控制方法，以解决上述问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种孤立微网中储能电池的控制方法，当蓄电池进入充电状态，可再生能源或柴油发电机组使其一直保持充电，先利用可再生能源对其充电，当不能满足充电要求时，再启动柴油发电机组使蓄电池继续保持充电，直到达到设定的蓄电池荷电状态(SOC)的充电上限；当蓄电池进入放电状态，确保其处于持续放电状态，直到达到设定的蓄电池荷电状态(SOC)的放电下限的限制，在放电期间当净负荷P_net小于零，可再生能源有多余能量时，投入可控负载或舍弃多余部分能量；具体控制方法如下：

(1)判断蓄电池的充放电状态，当蓄电池荷电状态(SOC)小于放电下限时，蓄电池进入充电状态，否则进入放电状态；在不超过蓄电池最大充电功率限制的条件下，根据蓄电池的充电功率需求，确定可再生能源的投入容量为蓄电池充电；

当可再生能源的功率小于微网负荷，使微网负荷减去可再生能源的功率所得的净负荷P_net>0时，启动柴油发电机组为微网负荷供电，同时给蓄电池充电；否则柴油发电机组不开启，并重新进入可再生能源的投入的循环中；

设定柴油发电机组的最大输出功率阈值和最小输出功率阈值，当柴油发电机组的功率P小于其最小输出功率阈值时，根据柴油发电机组的最小输出功率阈值的要求，切除相对应量的可再生能源；当柴油发电机组的功率大于其最大输出功率阈值时，则投入可再生能源；

然后，重新判断柴油发电机组的功率P是否超过其最大输出功率阈值，当未超过其最大输出功率阈值时，判断蓄电池的充电是否结束；否则，先将柴油发电机组的功率P设定为其最大输出功率阈值，并减小蓄电池的充电功率，而后判断蓄电池的充电是否结束；

当判定蓄电池的充电已经结束，则蓄电池进入放电状态；否则重新进入启动柴油发电机组为微网负荷供电的循环中；

(2)判断蓄电池的充放电状态，当蓄电池荷电状态(SOC)达到充电上限时，蓄电池进入放电状态，当此前柴油发电机组处于启动状态，且满足了其最小运行时间限制，则柴油发电机组应停止工作，若未满足最小运行时间限制，则继续运行，直到满足最小运行时间后停止；

当净负荷P_net＜0时，切除剩余可再生能源；否则，当净负荷P_net＞0且净负荷P_net大于设定的可再生能源投入阈值P1时，则投入可再生能源；

然后判断蓄电池的放电功率是否超过蓄电池最大放电功率的限制，如果蓄电池的放电功率超过了蓄电池最大放电功率仍无法满足微网负荷的需求，则先切除未满足蓄电池的放电功率对应的微网负荷，再重新进入判断蓄电池的充放电状态的循环；否则直接重新进入判断蓄电池的充放电状态的循环。

进一步的，所述可再生能源为风机发电机组，可再生能源投入阈值P1不小于单台风机的额定功率。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明在蓄电池主要发挥净负荷跟随作用控制模式的基础上，采用当蓄电池工作在充电状态时，在不超过蓄电池最大充电功率限制的条件下，尽可能地利用可再生能源为蓄电池充电；当蓄电池工作在放电状态时，无论是通过可再生能源还是柴油发电机组为蓄电池充电，一旦其达到蓄电池荷电状态(SOC)的充电上限，即转入放电状态，此时蓄电池一旦进入放电状态，则需保证持续放电。本发明能够降低柴油机运行时间，节约了柴油发电机组油耗，提高了经济性能，在保证柴油发电机组经济运行的同时，充分地考虑了蓄电池投资成本对运行经济性的影响，最大限度地降低了蓄电池充放电的循环次数，保证了蓄电池的寿命，节约了成本，进一步提高了经济性。

附图说明

图1为本发明所述的孤立微网中储能电池的控制方法的蓄电池充电环节的结构示意图。

图2为本发明所述的孤立微网中储能电池的控制方法的蓄电池放电环节结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参见图1和图2，本发明所述的一种孤立微网中储能电池的控制方法，当蓄电池进入充电状态，可再生能源或柴油发电机组使其一直保持充电。先利用可再生能源对其充电，当不能满足充电要求时，再启动柴油发电机组使蓄电池继续保持充电，直到达到设定的蓄电池荷电状态(SOC)的充电上限。当蓄电池进入放电状态，确保其处于持续放电状态，直到达到设定的蓄电池荷电状态

(SOC)的放电下限的限制。在放电期间当净负荷P_net小于零，可再生能源有多余能量时，投入可控负载或舍弃多余部分能量。

本发明包括蓄电池充电环节和蓄电池放电环节两部分，具体控制方法如下：

(1)蓄电池充电环节：判断蓄电池的充放电状态，当蓄电池荷电状态(SOC)小于放电下限时，蓄电池进入充电状态，否则进入放电状态。在不超过蓄电池最大充电功率限制的条件下，应尽可能的利用可再生能源为蓄电池充电，此时可以依据蓄电池的充电功率需求，适当决定可再生能源的投入容量。

当可再生能源的功率小于微网负荷，即净负荷P_net>0，且此前蓄电池一直处于充电状态，则应启动柴油发电机组为微网负荷供电，同时给蓄电池充电。此时，应保证柴油发电机组满足净负荷P_net(即指由实际微网负荷减去可再生能源的功率的负荷值，可看作是柴油发电机组和蓄电池共同需要满足的净负荷)需求的条件下，尽可能以蓄电池允许的最大功率为蓄电池充电，柴油发电机组的功率P可设定为：

P＝P_net+MaxP_charge (公式一)

其中，MaxP_charge为蓄电池允许的最大功率。

当可再生能源的功率大于微网负荷时，柴油发电机组不开启，并重新进入可再生能源的投入的循环中。

在蓄电池未达到设定的蓄电池荷电状态(SOC)的充电上限时，一旦柴油发电机组启动，即使净负荷P_net为负值，柴油发电机组也不退出运行，而是继续为蓄电池充电。设定柴油发电机组的最大输出功率阈值和最小输出功率阈值。当净负荷P_net比较小(甚至小于零)时，可能会出现柴油发电机组的功率P小于其最小输出功率阈值，为保证柴油发电机组工作在允许的功率输出范围内，需要切除部分可再生能源。反之，如果出现柴油发电机组的功率大于其最大输出功率阈值时，则投入可再生能源。如果由于系统净负荷P_net比较大而使柴油发电机组的充电功率不能满足公式一中柴油发电机组的功率P要求，则可调整蓄电池的充电功率如下式：

P_charge＝P_Max-P_net (公式二)

其中，P_Max为柴油发电机组的功率P的最大输出功率。

然后，重新判断柴油发电机组的功率P是否超过其最大输出功率阈值。当未超过其最大输出功率阈值时，判断蓄电池的充电是否结束。否则，先将柴油发电机组的功率P设定为其最大输出功率阈值，并减小蓄电池的充电功率，而后判断蓄电池的充电是否结束。

当判定蓄电池的充电已经结束，则蓄电池进入放电状态。否则重新进入启动柴油发电机组为微网负荷供电的循环中。

(2)蓄电池放电环节：当蓄电池工作在放电状态时，无论是通过可再生能源还是柴油发电机组为蓄电池充电，一旦其达到蓄电池荷电状态(SOC)的充电上限，蓄电池即转入放电状态。此时，蓄电池将作为系统主电源用于满足微网负荷需求。若前柴油发电机组处于启动状态，且满足了其最小运行时间限制，则柴油发电机组应停止工作，若未满足最小运行时间限制，则继续运行，直到满足最小运行时间后停止。蓄电池一旦进入放电状态，则需保证持续放电。

当净负荷P_net＜0时，即存在多余可再生能源，则切除剩余可再生能源。当净负荷P_net＞0时，蓄电池给微网负荷供电，为尽量利用可再生能源，设置可再生能源投入阈值P1，如果净负荷P_net大于设定的可再生能源投入阈值P1时，则投入可再生能源，以减小蓄电池的放电功率。

然后判断蓄电池的放电功率是否超过蓄电池最大放电功率的限制。如果蓄电池的放电功率超过了蓄电池最大放电功率仍无法满足微网负荷的需求，则应先切除部分微网负荷，亦即微网负荷不满足量，再重新进入判断蓄电池的充放电状态的循环。否则直接重新进入判断蓄电池的充放电状态的循环。

可再生能源为风机发电机组，当然在实际使用的过程中还可以采用光伏发电机组。为了防止可再生能源投入阈值P1设置较低而造成风机的频繁投切，可设置可再生能源投入阈值P1大于等于单台风机的额定功率。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种孤立微网中储能电池的控制方法，其特征在于：当蓄电池进入充电状态，可再生能源或柴油发电机组使其一直保持充电，先利用可再生能源对其充电，当不能满足充电要求时，再启动柴油发电机组使蓄电池继续保持充电，直到达到设定的蓄电池荷电状态(SOC)的充电上限；当蓄电池进入放电状态，确保其处于持续放电状态，直到达到设定的蓄电池荷电状态(SOC)的放电下限的限制，在放电期间当净负荷P_net小于零，可再生能源有多余能量时，投入可控负载或舍弃多余部分能量；具体控制方法如下：

(1)判断蓄电池的充放电状态，当蓄电池荷电状态(SOC)小于放电下限时，蓄电池进入充电状态，否则进入放电状态；在不超过蓄电池最大充电功率限制的条件下，根据蓄电池的充电功率需求，确定可再生能源的投入容量为蓄电池充电；

当可再生能源的功率小于微网负荷，使微网负荷减去可再生能源的功率所得的净负荷P_net>0时，启动柴油发电机组为微网负荷供电，同时给蓄电池充电；否则柴油发电机组不开启，并重新进入可再生能源的投入的循环中；

设定柴油发电机组的最大输出功率阈值和最小输出功率阈值，当柴油发电机组的功率P小于其最小输出功率阈值时，根据柴油发电机组的最小输出功率阈值的要求，切除相对应量的可再生能源；当柴油发电机组的功率大于其最大输出功率阈值时，则投入可再生能源；

然后，重新判断柴油发电机组的功率P是否超过其最大输出功率阈值，当未超过其最大输出功率阈值时，判断蓄电池的充电是否结束；否则，先将柴油发电机组的功率P设定为其最大输出功率阈值，并减小蓄电池的充电功率，而后判断蓄电池的充电是否结束；

当判定蓄电池的充电已经结束，则蓄电池进入放电状态；否则重新进入启动柴油发电机组为微网负荷供电的循环中；

(2)判断蓄电池的充放电状态，当蓄电池荷电状态(SOC)达到充电上限时，蓄电池进入放电状态，当此前柴油发电机组处于启动状态，且满足了其最小运行时间限制，则柴油发电机组应停止工作，若未满足最小运行时间限制，则继续运行，直到满足最小运行时间后停止；

当净负荷P_net＜0时，切除剩余可再生能源；否则，当净负荷P_net＞0且净负荷P_net大于设定的可再生能源投入阈值P1时，则投入可再生能源；

然后判断蓄电池的放电功率是否超过蓄电池最大放电功率的限制，如果蓄电池的放电功率超过了蓄电池最大放电功率仍无法满足微网负荷的需求，则先切除未满足蓄电池的放电功率对应的微网负荷，再重新进入判断蓄电池的充放电状态的循环；否则直接重新进入判断蓄电池的充放电状态的循环。

2.根据权利要求1所述的孤立微网中储能电池的控制方法，其特征在于：所述可再生能源为风机发电机组，可再生能源投入阈值P1不小于单台风机的额定功率。