CN109301914A - 一种具有soc优化的光伏微网储能控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有SOC优化的光伏微网储能控制方法，具体步骤如下：构建光伏微网储能控制系统；中央监控单元监控光伏微网的运行状况；采用信息收集器收集直流母线的电流电压数据，并将采集的电流电压数据传递给中央处理单元，中央处理单元通过计算生成控制策略并区分控制层区对电池及超级电容进行控制；能量控制器计算出电池及超级电容的荷电状态SOC值，并与最优SOC范围进行比较判断，SOC优化模块采用基于滤波时间常数的模糊自调整策略，最终完成对电池及超级电容的SOC值的修正。本发明先使用分层区控制策略对储能系统进行控制，再进一步使用SOC优化模块对储能系统进行优化直至储能系统的SOC达到最佳SOC范围，最终使光伏微网系统达到最佳稳定和经济状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有SOC优化的光伏微网储能控制方法，属于电能控制领域。
背景技术
微网储能系统是通过储能系统快速的吸收剩余能量或补充功率缺额来使整个光伏微网系统达到功率平衡的效果。综合考虑微网系统的稳定性和经济性，在保证系统功率输出稳定的同时延长储能系统的使用寿命是储能系统进行控制的目标。延长储能系统的使用寿命关键在于制定合理的控制策略且将储能系统的SOC维持在最佳范围内，避免过充或者过放。因此本专利提出一种具有SOC优化的光伏微网储能控制方法。该方法基于光伏直流微电网，并且引入包括电池和超级电容的混合储能，在此基础上，对储能进行分层区控制并且进一步优化储能系统的SOC使得储能系统的SOC始终处于正常范围之内，实现光伏储能微网的稳定性与经济性。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种具有SOC优化的光伏微网储能控制方法，通过对光伏微电网储能系统进行分层区控制并且进一步优化储能系统的SOC，能够对微电网储能系统的实时检测与控制，实现了光伏微电网储能系统的稳定性和经济性。
本发明中主要采用的技术方案为：
一种具有SOC优化的光伏微网储能控制方法，具体步骤如下：
步骤一：构建光伏微网储能控制系统，包括中央监控单元、中央处理单元、充电控制器、光伏发电单元、负载、逆变器、平衡变换器、能量控制器、电池、超级电容、SOC计算优化模块、直流母线；其中，所述光伏发电单元连接充电控制器并连接到直流母线上；所述平衡变换器直接与直流母线相连，所述逆变器与负载相连并连接到直流母线上；所述电池和超级电容并联，构成电池-超级电容混合储能系统，所述能量控制器分别与电池和超级电容连接，所述电池-超级电容混合储能系统与SOC优化模块串联，且通过DC-DC变换器连接至直流母线，上述所有器件状态信息均传输至中央监控单元和中央处理单元；
步骤二：中央监控单元监控光伏微网的运行状况，包括负载消耗，直流母线的电流电压以及电池-超级电容混合储能系统的荷电状态，转到步骤三；
步骤三：采用信息收集器收集直流母线的电流电压数据，并将采集的电流电压数据传递给中央处理单元，中央处理单元通过计算生成控制策略并区分控制层区对电池-超级电容混合储能系统进行控制；
步骤四：能量控制器分别检测电池及超级电容的工作状态并计算出电池及超级电容的荷电状态SOC值，并将计算值传递至SOC优化模块，转至步骤五；
步骤五：SOC优化模块根据光伏发电单元的预测功率计算出电池-超级电容混合储能系统的最优SOC范围，然后将步骤四计算所得电池-超级电容混合储能系统的荷电状态SOC值与最优SOC范围进行比较判断，若步骤四计算所得SOC值低于或高于最优SOC范围，转至步骤六，否则转至步骤一；
步骤六：所述SOC优化模块采用基于滤波时间常数的模糊自调整策略，其中， 滤波时间常数根据实时SOC值与最优SOC范围的关系确定，当SOC值超过最优SOC范围的上限值时，增加电池及超级电容的放电功率或减小其充电功率，当SOC值低于最优SOC范围的下限值时，减小电池及超级电容的放电功率或增加其充电功率，使得步骤四计算所得SOC值逐渐靠近最优SOC范围的中值，最终步骤四计算所得SOC值为最优SOC范围的中值±1%；
步骤七：能量控制器再次对电池及超级电容的荷电状态SOC值进行计算，将实时SOC值保存同时传输至中央监控单元，完成对电池及超级电容的SOC值的修正。
优选地，步骤三中所述控制层区包括五个：第一层区，光伏单元处于MPPT控制模式，蓄电池及超级电容处于不工作区；第二层区，光伏发电单元继续处于MPPT控制模式，蓄电池及超级电容处于工作状态；第三层区，光伏发电单元调整为恒压控制模式；第四层区，光伏发电单元处于MPPT控制，电池-超级电容混合储能系统投入工作通过放电补充系统所需功率；第五层区，进行减负载操作；中央处理单元根据这五个控制层区的控制策略通过平衡变换器调整直流母线电压，确保系统的功率平衡，并且设定系统开始运行时，电池及超级电容均处于良性工作区。
优选地，步骤四中所述的电池及超级电容的荷电状态SOC的计算方法为电量积累法，通过电池及超级电容在充电和放电时的电量来计算电池的SOC值，并根据电池及超级电容的温度和放电率对SOC进行补偿，计算公式为：,式中为初始SOC值，为电池额定容量；I为充放电流，充电时取负，放电时取正，为充放电效率。
优选地，步骤五中所述的SOC优化模块包括最优SOC计算模块、SOC实时控制模块和双向逆变器，所述最优SOC计算模块根据未来一段时间光伏发电单元预测功率计算电池-超级电容混合储能系统的最优SOC范围，并将该最优SOC范围作为实时控制模块的输入信息，确定最优SOC范围后，SOC实时控制模块根据步骤四计算得到的实时SOC值，进一步对电池及超级电容进行充放电控制，并将电池-超级电容混合储能系统的预设功率发送给双向逆变器，完成充放电控制动作。
有益效果：本发明提供一种具有SOC优化的光伏微网储能控制方法，先使用分层区控制策略对储能系统进行控制，再进一步使用SOC优化模块对储能系统进行优化直至储能系统的SOC达到最佳SOC范围，最终使光伏微网系统达到最佳稳定和经济状态。
附图说明
图1为本发明的控制方法流程图；
图2为本发明的光伏微网储能控制系统结构图；
图3 为储能SOC优化模块基本结构图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
下面结合附图对本发明的技术方案做了进一步的详细说明：
如图1-3所示，一种具有SOC优化的光伏微网储能控制方法，具体步骤如下：
步骤一：构建光伏微网储能控制系统，包括中央监控单元、中央处理单元、充电控制器、光伏发电单元、负载、逆变器、平衡变换器、能量控制器、电池、超级电容、SOC计算优化模块、直流母线；其中，所述光伏发电单元连接充电控制器并连接到直流母线上；所述平衡变换器直接与直流母线相连，所述逆变器与负载相连并连接到直流母线上；所述电池和超级电容并联，构成电池-超级电容混合储能系统，所述能量控制器分别与电池和超级电容连接，所述电池-超级电容混合储能系统与SOC优化模块串联，且通过DC-DC变换器连接至直流母线，上述所有器件状态信息均传输至中央监控单元和中央处理单元；
步骤二：中央监控单元监控光伏微网的运行状况，包括负载消耗，直流母线的电流电压以及电池和超级电容的荷电状态，转到步骤三；
步骤三：采用信息收集器收集直流母线的电流电压数据，并将采集的电流电压数据传递给中央处理单元，中央处理单元通过计算生成控制策略并区分控制层区对电池及超级电容进行控制；
步骤四：能量控制器分别检测电池及超级电容的工作状态并计算出电池及超级电容的荷电状态SOC值，并将计算值传递至SOC优化模块，转至步骤五；
步骤五：SOC优化模块根据光伏发电单元的预测功率计算出电池及超级电容的最优SOC范围，然后将步骤四计算所得电池及超级电容的荷电状态SOC值与最优SOC范围进行比较判断，若步骤四计算所得SOC值低于或高于最优SOC范围，转至步骤六，否则转至步骤一；
步骤六：所述SOC优化模块采用基于滤波时间常数的模糊自调整策略（模糊自调整策略是属于比较常规的手段，即通过控制参数的偏差，偏差变化率以及参数间的模糊关系来调整控制参数），其中， 滤波时间常数根据实时SOC值与最优SOC范围的关系确定，当SOC值超过最优SOC范围的上限值时，增加电池及超级电容的放电功率或减小其充电功率，当SOC值低于最优SOC范围的下限值时，减小电池及超级电容的放电功率或增加其充电功率，使得步骤四计算所得SOC值逐渐靠近最优SOC范围的中值，最终步骤四计算所得SOC值为最优SOC范围的中值±1%；
步骤七：能量控制器再次对电池及超级电容的荷电状态SOC值进行计算，将实时SOC值保存同时传输至中央监控单元，完成对电池及超级电容的SOC值的修正。
优选地，步骤三中所述控制层区包括五个：第一层区，光伏单元处于MPPT控制模式，蓄电池及超级电容处于不工作区；第二层区，光伏发电单元继续处于MPPT控制模式，蓄电池及超级电容处于工作状态；第三层区，光伏发电单元调整为恒压控制模式；第四层区，光伏发电单元处于MPPT控制，电池-超级电容混合储能系统投入工作通过放电补充系统所需功率；第五层区，进行减负载操作；中央处理单元根据这五个控制层区的控制策略通过平衡变换器调整直流母线电压，确保系统的功率平衡，并且设定系统开始运行时，电池及超级电容均处于良性工作区。
优选地，步骤四中所述的电池及超级电容的荷电状态SOC的计算方法为电量积累法，通过电池及超级电容在充电和放电时的电量来计算电池的SOC值，并根据电池及超级电容的温度和放电率对SOC进行补偿，计算公式为：,式中为初始SOC值，为电池额定容量；I为充放电流，充电时取负，放电时取正，为充放电效率。
优选地，步骤五中所述的SOC优化模块包括最优SOC计算模块、SOC实时控制模块和双向逆变器，所述最优SOC计算模块根据未来一段时间光伏发电单元预测功率计算电池-超级电容混合储能系统的最优SOC范围，并将该最优SOC范围作为实时控制模块的输入信息，确定最优SOC范围后，SOC实时控制模块根据步骤四计算得到的实时SOC值，进一步对电池及超级电容进行充放电控制，并将储能系统设定功率发送给双向逆变器，完成充放电控制动作。
本发明方法步骤三中所述的五个控制层区中，假设为直流母线实际电压与参考电压的差值，为直流母线电压额定值，假设、、、为运行模式的判断系数。当时，系统处于第一层区，光伏发电单元处于MPPT控制模式，该层区电池-超级电容混合储能系统不进行工作；当时，母线电压逐渐升高，系统进入第二层区，光伏发电单元继续进行MPPT控制，电池-超级电容混合储能系统也投入工作，随着超级电容不断进行充电，当端电压达到阈值时，电池也进行工作；当时，系统进入第三层区，此时光伏发电单元输出功率大于负荷消耗功率，光伏发电单元由MPPT控制模式转化为恒压控制，减少功率输出使系统稳定；当，系统为第四层，光伏发电单元处于MPPT控制模式，此时直流母线电压偏低，电池和超级电容放电对直流母线电压进行补偿；当时，进入第五层区，光伏发电单元输出功率小于负荷输出功率，进行减载操作。
优选地，步骤四中所述的蓄电池及超级电容的荷电状态SOC的计算方法为电量积累法，通过蓄电池及超级电容在充电和放电时的电量来计算电池的SOC，并根据蓄电池及超级电容的温度和放电率对SOC进行补偿，计算公式为：,式中为初始SOC值，为蓄电池模块额定容量；I为充放电流，充电时取负，放电时取正，为充放电效率。
优选地，步骤五中所述的SOC优化模块包括最优SOC计算模块、SOC实时控制模块、双向逆变器，最优SOC计算模块根据未来一段时间光伏发电单元预测功率计算储能系统的最优SOC范围，并将该最优SOC范围作为实时控制模块的输入信息，确定最优SOC范围后，SOC实时控制模块根据步骤四计算得到的实时SOC，进一步对电池及超级电容进行充放电控制，并将储能系统设定功率发给双向逆变器，完成充放电控制动作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种具有SOC优化的光伏微网储能控制方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一：构建光伏微网储能控制系统，包括中央监控单元、中央处理单元、充电控制器、光伏发电单元、负载、逆变器、平衡变换器、能量控制器、电池、超级电容、SOC计算优化模块、直流母线；其中，所述光伏发电单元连接充电控制器并连接到直流母线上；所述平衡变换器直接与直流母线相连，所述逆变器与负载相连并连接到直流母线上；所述电池和超级电容并联，构成电池-超级电容混合储能系统，所述能量控制器分别与电池和超级电容连接，所述电池-超级电容混合储能系统与SOC优化模块串联，且通过DC-DC变换器连接至直流母线，上述所有器件状态信息均传输至中央监控单元和中央处理单元；
步骤二：中央监控单元监控光伏微网的运行状况，包括负载消耗，直流母线的电流电压以及电池-超级电容混合储能系统的荷电状态，转到步骤三；
步骤三：采用信息收集器收集直流母线的电流电压数据，并将采集的电流电压数据传递给中央处理单元，中央处理单元通过计算生成控制策略并区分控制层区对电池-超级电容混合储能系统进行控制；
步骤四：能量控制器分别检测电池及超级电容的工作状态并计算出电池及超级电容的荷电状态SOC值，并将计算值传递至SOC优化模块，转至步骤五；
步骤五：SOC优化模块根据光伏发电单元的预测功率计算出电池-超级电容混合储能系统的最优SOC范围，然后将步骤四计算所得电池-超级电容混合储能系统的荷电状态SOC值与最优SOC范围进行比较判断，若步骤四计算所得SOC值低于或高于最优SOC范围，转至步骤六，否则转至步骤一；
步骤六：所述SOC优化模块采用基于滤波时间常数的模糊自调整策略，其中， 滤波时间常数根据实时SOC值与最优SOC范围的关系确定，当SOC值超过最优SOC范围的上限值时，增加电池及超级电容的放电功率或减小其充电功率，当SOC值低于最优SOC范围的下限值时，减小电池及超级电容的放电功率或增加其充电功率，使得步骤四计算所得SOC值逐渐靠近最优SOC范围的中值，最终步骤四计算所得SOC值为最优SOC范围的中值±1%；
步骤七：能量控制器再次对电池及超级电容的荷电状态SOC值进行计算，将实时SOC值保存同时传输至中央监控单元，完成对电池及超级电容的SOC值的修正。
2.根据权利要求1所述的一种具有SOC优化的光伏微网储能控制方法，其特征在于，步骤三中所述控制层区包括五个：第一层区，光伏单元处于MPPT控制模式，蓄电池及超级电容处于不工作区；第二层区，光伏发电单元继续处于MPPT控制模式，蓄电池及超级电容处于工作状态；第三层区，光伏发电单元调整为恒压控制模式；第四层区，光伏发电单元处于MPPT控制，电池-超级电容混合储能系统投入工作通过放电补充系统所需功率；第五层区，进行减负载操作；中央处理单元根据这五个控制层区的控制策略通过平衡变换器调整直流母线电压，确保系统的功率平衡，并且设定系统开始运行时，电池及超级电容均处于良性工作区。
3.根据权利要求1所述的一种具有SOC优化的光伏微网储能控制方法，其特征在于，步骤四中所述的电池及超级电容的荷电状态SOC的计算方法为电量积累法，通过电池及超级电容在充电和放电时的电量来计算电池的SOC值，并根据电池及超级电容的温度和放电率对SOC进行补偿，计算公式为：,式中为初始SOC值，为电池额定容量；I为充放电流，充电时取负，放电时取正，为充放电效率。
4.根据权利要求1所述的一种具有SOC优化的光伏微网储能控制方法，其特征在于，步骤五中所述的SOC优化模块包括最优SOC计算模块、SOC实时控制模块和双向逆变器，所述最优SOC计算模块根据未来一段时间光伏发电单元预测功率计算电池-超级电容混合储能系统的最优SOC范围，并将该最优SOC范围作为实时控制模块的输入信息，确定最优SOC范围后，SOC实时控制模块根据步骤四计算得到的实时SOC值，进一步对电池及超级电容进行充放电控制，并将电池-超级电容混合储能系统的预设功率发送给双向逆变器，完成充放电控制动作。
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Application publication date: 20190201 Assignee: JIANGSU ZHENGHUI SOLAR POWER CO.,LTD. Assignor: CHANGZHOU CAMPUS OF HOHAI University Contract record no.: X2023980034303 Denomination of invention: A Photovoltaic Microgrid Energy Storage Control Method with SOC Optimization Granted publication date: 20220422 License type: Common License Record date: 20230404 |
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