CN107240925B - 一种微电网中储能电池系统的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微电网中储能电池系统的控制方法，包括步骤：1）建立微电网系统，配置储能电池和通过联络线连接的负荷的控制参数；2）测量储能电池的荷电电量SOC，并计算负荷有功功率与间歇性电源最大发电有功功率之间的功率差；3）如果负荷有功功率和间歇性电源最大发电有功功率之间的功率差大于零，则储能电池工作在放电模式；如果负荷有功功率和间歇性电源最大发电有功功率之间的功率差小于零，则储能电池工作在充电模式，并根据储能电池荷电电量SOC选择储能电池的充电阶段；4）根据储能电池充放电状态下的控制模式选择间歇性电源的控制模式。该方法能够有效延长储能电池的充电寿命，提高了间歇性能源利用率和对电池充电的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及微电网领域，具体的说，涉及了一种微电网中储能电池系统的控制方法。
背景技术
可再生能源的大量开发和使用，是未来电网的必然趋势，但是大多数可再生能源因为地理分散、波动性较大、电能质量不高等因素不能大规模的及时并入电网。近些年研究发现，建立微电网是解决这些分布式能源接入电网的有效途径之一。微电网是一种由电源和负荷共同组成的系统，为用户提供电能和热量。微电网有两种工作模式，正常情况下和电网连接实现并网运行，在电网故障或电能波动过大时从电网断开，实现孤岛运行。孤岛运行下，由于可再生能源输出的波动性、随机性、微型燃气轮机和燃料电池低速响应，快速的负荷波动会给微电网带来很大的问题。配备一定容量的储能装置可以增大系统惯性，提高系统的动态响应速度，改善电能质量，保障系统的安全稳定运行。为了解决可再生能源波动性较大等问题，并使分布式能源得到充分的利用，微电网中包含了相应的储能系统。储能电池储能，例如常见的铅酸电池、锂电池等，具有能量密度高，性能稳定、寿命长，可以大规模生产和应用等优点，在微电网系统中有广泛应用。
在传统的电池应用领域，例如电动汽车充电，电池的放电功率是随机变化的，但是其充电过程非常稳定，以保证其较长的使用寿命。因为大电网的稳定性，电池采用恒流快速充电、恒压充电、和浮动充电的模式。然而，在微电网中，间歇性电源不能提供稳定的能源，储能电池要提供频率电压支撑，其自身的充电功率是随着间歇性电源的发电功率随机变化的，因此储能电池的控制方法和微电网的控制方法需要协调一致，合理配合。现在的间歇性可再生能源大多数时间都工作在MPPT工作模式，储能电池的充电电流和电压毫无规律，严重影响储能电池的使用寿命。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种设计科学、实用性强、配合合理、稳定性高、利用率高的微电网中储能电池系统的控制方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种微电网中储能电池系统的控制方法，包括步骤：1）建立微电网系统，配置储能电池和通过联络线连接的负荷的控制参数；2）测量储能电池的荷电电量SOC，并计算负荷有功功率与间歇性电源最大发电有功功率之间的功率差；3）如果负荷有功功率和间歇性电源最大发电有功功率之间的功率差大于零，则储能电池工作在放电模式；如果负荷有功功率和间歇性电源最大发电有功功率之间的功率差小于零，则储能电池工作在充电模式，并根据储能电池荷电电量SOC选择储能电池的充电阶段；4）根据储能电池充放电状态下的控制模式选择间歇性电源的控制模式。
基于上述，配置储能电池和通过联络线连接的负荷的控制参数，包括将负荷分为重要负荷和可控负荷，负荷有功功率为重要负荷和可控负荷的功率之和。
基于上述，储能电池工作在放电模式，且储能电池的荷电电量SOC<SOCMIN时，切除可控负荷，只为重要负荷供电，其中SOCMIN取值为0.5-0.6。
基于上述，根据储能电池荷电电量SOC选择储能电池的充电阶段，包括将储能电池的充电阶段分为恒流快速充电阶段、恒压充电阶段和浮动充电阶段；当SOCMIN<SOC<SOC1时，储能电池处于恒流快速充电阶段；当SOC1<SOC<SOC2时，储能电池处于恒压充电阶段；当SOC2<SOC<SOC3时，储能电池处于浮动充电阶段；其中，SOC1取值为0.6-0.7，SOC2取值为0.7-0.9，SOC3取值为0.9-1.0。
基于上述，储能电池的充电阶段还包括储能电池去极化阶段，采用定时去极化的方法，在一天中的某一固定时段对储能电池进行均衡充电，以消除储能电池单体之间电压、容量的不均衡现象。
基于上述，当储能电池工作在放电模式时，间歇性电源工作在最大功率跟踪MPPT模式；当储能电池工作在充电模式时，间歇性电源工作在最大功率跟踪MPPT模式或者恒功率控制模式。
基于上述，当储能电池工作在充电模式，且所述功率差小于储能电池所需的充电功率时，间歇性电源工作在最大功率跟踪MPPT模式；当储能电池工作在充电模式，所述功率差大于储能电池所需的充电功率时，间歇性电源工作在恒功率控制模式。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明通过合理设计逆变器容量、联络线功率和负荷有功功率，将储能电池充电模式与微电网控制模式相配合，实现了对微电网内电池的恒流、恒压、浮动充电控制，保证了储能电池充电的精确控制，延长了储能电池寿命，提高了微电网内的稳定性，其具有设计科学、实用性强、配合合理、稳定性高、利用率高的优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的动力传动及控制结构示意图。
图3是本发明所述半成品的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
微电网控制的目的是在保证电网稳定供电的前提下，提高可再生能源的利用率，保证微电网与传统配电网协调配合，既可以利用分布式电源的可再生能源，又可以为电网内部的负荷提供可靠的电能，甚至在传统大电网发生故障的情况下，多个微电网之间、微电网内部仍然可以可靠供电，并为大电网的启动提供必要的条件。典型的微电网群结构如图1所示。然而，微电网内部元件众多复杂，常见的分布式电源如风力发电、光伏发电、微型燃气发电等，其特性和运行方式各不相同，控制方式和电网结构又多种多样。例如微电网的类型包括直流汇流模式、交流汇流模式、集中控制模式、分散控制模式，典型的微电网内部控制结构如图2所示。
微电网与其他电网之间，以及微电网与其他微电网之间，往往通过联络线连接，他们之间是一种弱耦合的关系，往往通过控制联络线的开闭和联络线的功率流动来彼此支持。
微电网控制的核心在于储能系统的控制，储能系统为电网提供可靠的频率和电压支撑，可以灵活根据系统的状况调节功率平衡，提高稳定性和经济效益。然而储能电池本身的控制模式也受到其自身性能的影响和制约，本专利申请提供一种微电网中储能电池系统的控制方法，包括步骤：1）建立微电网系统，配置储能电池和通过联络线连接的负荷的控制参数；2）测量储能电池的荷电电量SOC，并计算负荷有功功率与间歇性电源最大发电有功功率之间的功率差；3）如果负荷有功功率和间歇性电源最大发电有功功率之间的功率差大于零，则储能电池工作在放电模式；如果负荷有功功率和间歇性电源最大发电有功功率之间的功率差小于零，则储能电池工作在充电模式，并根据储能电池荷电电量SOC选择储能电池的充电阶段；4）根据储能电池充放电状态下的控制模式选择间歇性电源的控制模式。
具体的，配置储能电池和通过联络线连接的负荷的控制参数，包括将负荷分为重要负荷和可控负荷，负荷有功功率为重要负荷和可控负荷的功率之和。
当所述功率差大于零时，则储能电池工作在放电模式，并且，当储能电池容量SOC<SOCMIN时，切除可控负荷，只为重要负荷供电，其中SOCMIN取值为0.5-0.6。
当负荷有功功率和间歇性电源最大发电有功功率之间的功率差小于零时，则储能电池工作在充电模式。在储能电池充电过程中，储能电池的空载电压不容易测量，储能电池的内阻也容易变化，不同于传统的根据充电电压确定储能电池充电阶段的方法，储能电池荷电电量SOC可以通过电量积分法比较容易的测量，一般储能电池电压与储能电池荷电量SOC具有相对稳定的对应关系，因此，可以根据储能电池荷电电量SOC合理划分充电阶段。
根据储能电池荷电电量SOC选择储能电池的充电阶段，包括将储能电池的充电阶段分为恒流快速充电阶段、恒压充电阶段和浮动充电阶段，当SOCMIN<SOC<SOC1时，储能电池处于恒流快速充电阶段，SOC1<SOC<SOC2时，储能电池处于恒压充电阶段，SOC2<SOC<SOC3时，储能电池处于浮动充电阶段；其中，SOC1取值为0.6-0.7，SOC2取值为0.7-0.9，SOC3取值为0.9-1.0。
实际中，储能电池的充电阶段还包括储能电池去极化阶段，也即均衡充电阶段。采用定时去极化的方法，在一天中的某一固定时段对储能电池进行均衡充电，以消除储能电池单体之间电压、容量的不均衡现象。储能电池单体之间的不均衡随着使用时间的延长逐级严重，单体之间的不均衡影响储能电池的充放电深度和测量准确度，采用较大的电压在某一时间段对电池进行均衡充电，将降低储能电池单体之间的不均衡，防止储能电池极化，本实施例中采用储能电池额定电压的1.3倍作为储能电池均衡充电电压。在均衡充电的模式下，仍然可以通过与联络线之间的功率流动来补偿间歇性电源充电时不稳定的情况，联络线功率PLEM满足储能电池稳定的均衡充电模式下的功率，充电功率不再随着间歇性电源的发电功率随机变化，并且并不影响间歇性可再生能源的利用效率。
当储能电池工作在放电模式时，间歇性电源工作在最大功率跟踪MPPT模式；当储能电池工作在充电模式时，间歇性电源工作在最大功率跟踪MPPT模式或者恒功率控制模式。
具体地，当储能电池工作在充电模式，且所述功率差小于储能电池所需的充电功率时，间歇性电源工作在最大功率跟踪MPPT模式；当储能电池工作在充电模式，且所述功率差大于储能电池所需的充电功率时，间歇性电源工作在恒功率控制模式。在充电模式下，可能存在上述功率差大于储能电池所需的充电功率的情况，甚至上述功率差大于储能电池所需的充电功率与联络线最大功率之和，这种情况下微电网系统存在严重的发电功率盈余，对系统的稳定性产生影响，例如系统的频率和电压越上限，此时间歇性电源工作在恒功率控制模式，以降低其发电功率，保证系统的稳定。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (2)
1.一种微电网中储能电池系统的控制方法，其特征在于，包括步骤：
1）建立微电网系统，配置储能电池和通过联络线连接的负荷的控制参数；
2）测量储能电池的荷电电量SOC，并计算负荷有功功率与间歇性电源最大发电有功功率之间的功率差；
3）如果负荷有功功率和间歇性电源最大发电有功功率之间的功率差大于零，则储能电池工作在放电模式；如果负荷有功功率和间歇性电源最大发电有功功率之间的功率差小于零，则储能电池工作在充电模式，并根据储能电池荷电电量SOC选择储能电池的充电阶段；
4）根据储能电池充放电状态下的控制模式选择间歇性电源的控制模式；
当储能电池工作在放电模式时，间歇性电源工作在最大功率跟踪MPPT模式；当储能电池工作在充电模式时，间歇性电源工作在最大功率跟踪MPPT模式或者恒功率控制模式；
当储能电池工作在充电模式，且所述功率差小于储能电池所需的充电功率时，间歇性电源工作在最大功率跟踪MPPT模式；当储能电池工作在充电模式，且所述功率差大于储能电池所需的充电功率时，间歇性电源工作在恒功率控制模式；
配置储能电池和通过联络线连接的负荷的控制参数，包括将负荷分为重要负荷和可控负荷，负荷有功功率为重要负荷和可控负荷的功率之和；
如果负荷有功功率和间歇性电源最大发电有功功率之间的功率差大于零，且储能电池的荷电电量SOC<SOCMIN时，切除可控负荷，只为重要负荷供电，其中SOCMIN取值为0.5-0.6；
如果负荷有功功率和间歇性电源最大发电有功功率之间的功率差小于零，则根据储能电池荷电电量SOC选择储能电池的充电阶段，包括将储能电池的充电阶段分为恒流快速充电阶段、恒压充电阶段和浮动充电阶段；当SOCMIN<SOC<SOC1时，储能电池处于恒流快速充电阶段；当SOC1<SOC<SOC2时，储能电池处于恒压充电阶段；当SOC2<SOC<SOC3时，储能电池处于浮动充电阶段；其中，SOC1取值为0.6-0.7，SOC2取值为0.7-0.9，SOC3取值为0.9-1.0。
2.根据权利要求1所述的微电网中储能电池系统的控制方法，其特征在于：储能电池的充电阶段还包括储能电池去极化阶段，采用定时去极化的方法，在一天中的某一固定时段对储能电池进行均衡充电，以消除储能电池单体之间电压、容量的不均衡现象。
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