CN110190625A - 一种双蓄电池混合储能系统优化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及混合储能系统优化控制技术领域，提供一种双蓄电池混合储能系统优化控制方法。首先将两组蓄电池、超级电容均接入到光伏阵列直流母线，形成双蓄电池混合储能系统；然后将系统中的变换器均与控制器连接；接着功率分配控制单元通过两级低通数字滤波器，对光伏阵列的输出功率进行分配，得到光伏阵列输出参考功率、蓄电池总参考功率、超级电容参考功率；最后双蓄电池协调控制单元将蓄电池总参考功率按正负分割为两部分并分别分配给两组蓄电池使其分别工作在充放电状态，当两组蓄电池的电池荷电状态达到极限阈值时互换其工作状态。本发明能够减少蓄电池的充放电转换次数从而延长其使用寿命，且能够避免蓄电池过放导致混合储能系统停止工作。

Description

一种双蓄电池混合储能系统优化控制方法

技术领域

本发明涉及混合储能系统优化控制技术领域，特别是涉及一种双蓄电池混合储能系统优化控制方法。

背景技术

大力发展可再生能源是应对化石能源危机与环境问题的有效途径之一，其中，光伏发电以其资源丰富、受地理位置影响小等优点在近几年得到快速发展。受自然环境波动的影响，采用最大功率点跟踪控制方式的光伏发电其输出功率总是随机波动的。大规模的光伏并网对电网的实际运行带来了诸多不利影响，严重限制了光伏的推广与发展。

混合储能系统由能量型蓄电池和功率型超级电容组成，其具有响应速度快、功率密度高等特点。近年来，越来越多的混合储能系统被应用到光伏并网发电中，用来平抑光伏输出功率波动，提高光伏发电消纳率。因此混合储能系统被认为是改善间歇式电源可控性、提高其并网能力的有效手段之一。

然而，光伏输出功率的随机性导致混合储能输出功率也存在随机性，这就导致混合储能中蓄电池工作状态的不确定性，使得蓄电池在短时间内连续改变其充电放电状态，影响其使用寿命。此外，蓄电池在不受控制的情况下可能会连续放电达到其最大放电深度，这不仅会造成蓄电池停止工作，影响光伏并网发电，而且会缩短电池使用寿命。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种双蓄电池混合储能系统优化控制方法，能够减少蓄电池的充放电转换次数从而延长蓄电池的使用寿命，且能够避免蓄电池过放导致混合储能系统停止工作的状况出现。

本发明的技术方案为：

一种双蓄电池混合储能系统优化控制方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：将两组蓄电池、超级电容均通过双向DC/DC变换器接入到光伏阵列的直流母线，形成双蓄电池混合储能系统；所述两组蓄电池包括第一组蓄电池、第二组蓄电池；

步骤2：将所述光伏阵列、第一组蓄电池、第二组蓄电池、超级电容的双向DC/DC变换器、所述光伏阵列的双向DC/AC变换器均与控制器电连接；所述控制器包括功率分配控制单元、双蓄电池协调控制单元；

步骤3：所述功率分配控制单元通过两级低通数字滤波器方法，对光伏阵列的输出功率进行分配，得到光伏阵列输出参考功率、蓄电池总参考功率、超级电容参考功率；

步骤4：所述双蓄电池协调控制单元将蓄电池总参考功率按正负分割为两部分，将该两部分分别分配给第一组蓄电池、第二组蓄电池，使第一组蓄电池、第二组蓄电池分别工作在充电状态、放电状态，当第一组蓄电池或第二组蓄电池的电池荷电状态达到极限阈值时，互换第一组蓄电池和第二组蓄电池的工作状态后，继续运行所述双蓄电池混合储能系统。

所述步骤3包括下述步骤：

步骤3.1：功率分配控制单元通过一级数字低通滤波器对光伏阵列的输出功率P_PV进行处理，得到光伏阵列输出参考功率P_PVref，将光伏阵列输出参考功率P_PVref分配给光伏阵列的双向DC/AC变换器；

步骤3.2：将光伏阵列的输出功率P_PV与光伏阵列输出参考功率P_PVref做差，将差值通过二级数字低通滤波器后取反，得到蓄电池总参考功率P_Bref，将蓄电池总参考功率P_Bref传输给双蓄电池协调控制单元；

步骤3.3：将蓄电池总参考功率P_Bref与二级数字低通滤波器的输入值做和后取反，得到超级电容参考功率P_SCref，将超级电容参考功率P_SCref分配给超级电容的双向DC/DC变换器。

所述步骤4包括下述步骤：

步骤4.1：所述双蓄电池协调控制单元将蓄电池总参考功率P_Bref按正负分割为两部分，所述两部分包括第一蓄电池参考功率P_B1ref、第二蓄电池参考功率P_B2ref，将第一蓄电池参考功率P_B1ref、第二蓄电池参考功率P_B2ref分别分配给第一组蓄电池的双向DC/DC变换器、第二组蓄电池的双向DC/DC变换器，控制第一组蓄电池、第二组蓄电池分别工作在充电状态、放电状态；

步骤4.2：判断处于充电状态的蓄电池的电池荷电状态SOC_charge是否达到上限安全阈值SOC_max、处于放电状态的蓄电池的电池荷电状态SOC_discharge是否达到下限安全阈值SOC_min：若SOC_charge＞SOC_max或SOC_discharge＜SOC_min，则双蓄电池协调控制单元将第一蓄电池参考功率P_B1ref、第二蓄电池参考功率P_B2ref的正负号互换，从而互换第一组蓄电池和第二组蓄电池的工作状态，之后继续运行所述双蓄电池混合储能系统。

本发明的有益效果为：

(1)本发明采用双蓄电池混合储能系统，通过两级低通数字滤波器方法确定光伏阵列输出参考功率、蓄电池总参考功率、超级电容参考功率，通过双蓄电池协调控制单元对蓄电池总参考功率按正负分割并分配给两组蓄电池，使两组蓄电池分别工作在充电状态、放电状态，当两组蓄电池的电池荷电状态达到极限阈值时，互换两组蓄电池的工作状态，能够避免单蓄电池混合储能系统中一组蓄电池频繁切换充放电状态而损害电池寿命的状况，减少了蓄电池的充放电转换次数，使蓄电池按照设定的较小的放电深度进行充放电循环，提高了蓄电池的使用寿命和经济效益。

(2)本发明能够使混合储能系统连续工作，避免蓄电池过放导致混合储能系统停止工作的状况出现。

附图说明

图1为本发明双蓄电池混合储能系统优化控制方法中双蓄电池混合储能系统的电路结构示意图；

图2为本发明双蓄电池混合储能系统优化控制方法中功率分配控制单元与双蓄电池协调控制单元的关系示意图；

图3为本发明双蓄电池混合储能系统优化控制方法中功率分配控制单元的功率分配过程示意图；

图4为实施例中本发明双蓄电池混合储能系统优化控制方法中双蓄电池协调控制单元控制两组蓄电池工作的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步描述。

本发明的双蓄电池混合储能系统优化控制方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：将两组蓄电池、超级电容均通过双向DC/DC变换器接入到光伏阵列的直流母线，形成双蓄电池混合储能系统；所述两组蓄电池包括第一组蓄电池、第二组蓄电池。

如图1所示，本发明的双蓄电池混合储能系统的电路结构示意图。由图1可见，光伏阵列依次与双向DC/DC变换器、双向DC/AC变换器电连接，第一组蓄电池、第二组蓄电池、超级电容均通过各自的双向DC/DC变换器接入到光伏阵列的直流母线，形成双蓄电池混合储能系统，由此构成了光伏—双蓄电池混合储能系统联合运行主电路结构。其中，蓄电池承担低频光伏波动功率的平抑，超级电容负责高频光伏波动功率的平抑。

步骤2：将所述光伏阵列、第一组蓄电池、第二组蓄电池、超级电容的双向DC/DC变换器、所述光伏阵列的双向DC/AC变换器均与控制器电连接；所述控制器包括功率分配控制单元、双蓄电池协调控制单元。

本实施例中，控制器为DSP(digital singnalprocessor，数字信号处理器)，功率分配控制单元与双蓄电池协调控制单元之间的关系如图2所示。

步骤3：所述功率分配控制单元通过两级低通数字滤波器方法，对光伏阵列的输出功率进行分配，得到光伏阵列输出参考功率、蓄电池总参考功率、超级电容参考功率。

功率分配控制单元的功率分配过如图3所示，具体如下：

步骤3.1：功率分配控制单元通过一级数字低通滤波器对光伏阵列的输出功率P_PV进行处理，得到光伏阵列输出参考功率P_PVref，将光伏阵列输出参考功率P_PVref分配给光伏阵列的双向DC/AC变换器；

步骤3.2：将光伏阵列的输出功率P_PV与光伏阵列输出参考功率P_PVref做差，将差值通过二级数字低通滤波器后取反，得到蓄电池总参考功率P_Bref，将蓄电池总参考功率P_Bref传输给双蓄电池协调控制单元；

步骤3.3：将蓄电池总参考功率P_Bref与二级数字低通滤波器的输入值做和后取反，得到超级电容参考功率P_SCref，将超级电容参考功率P_SCref分配给超级电容的双向DC/DC变换器，从而控制超级电容的输入输出功率。

步骤4：所述双蓄电池协调控制单元将蓄电池总参考功率按正负分割为两部分，将该两部分分别分配给第一组蓄电池、第二组蓄电池，使第一组蓄电池、第二组蓄电池分别工作在充电状态、放电状态，当第一组蓄电池或第二组蓄电池的电池荷电状态达到极限阈值时，互换第一组蓄电池和第二组蓄电池的工作状态后，继续运行所述双蓄电池混合储能系统。

双蓄电池协调控制单元控制两组蓄电池工作的流程如图4所示，具体如下：

步骤4.1：所述双蓄电池协调控制单元将蓄电池总参考功率P_Bref按正负分割为两部分，所述两部分包括第一蓄电池参考功率P_B1ref、第二蓄电池参考功率P_B2ref，将第一蓄电池参考功率P_B1ref、第二蓄电池参考功率P_B2ref分别分配给第一组蓄电池的双向DC/DC变换器、第二组蓄电池的双向DC/DC变换器，控制第一组蓄电池、第二组蓄电池分别工作在充电状态、放电状态；

其中，蓄电池参考功率为正功率时，蓄电池工作在放电状态，反之则工作在充电状态。双蓄电池协调控制单元按照设定好的协调控制原则将功率分别分配给两组蓄电池的双向DC/DC变换器即双向直流变换器，从而控制两组蓄电池的输入输出功率。

步骤4.2：判断处于充电状态的蓄电池的电池荷电状态SOC_charge是否达到上限安全阈值SOC_max、处于放电状态的蓄电池的电池荷电状态SOC_discharge是否达到下限安全阈值SOC_min：若SOC_charge＞SOC_max或SOC_discharge＜SOC_min，则双蓄电池协调控制单元将第一蓄电池参考功率P_B1ref、第二蓄电池参考功率P_B2ref的正负号互换，从而互换第一组蓄电池和第二组蓄电池的工作状态，之后继续运行所述双蓄电池混合储能系统。由此，一段时间内一组蓄电池一直运行在充电状态、另一组蓄电池一直工作在放电状态，只有当其中一组蓄电池的电池荷电状态达到上限或下限安全阈值时，两组蓄电池的运行状态才会改变，这样就避免了单蓄电池混合储能中一组蓄电池频繁切换充放电状态而损害电池寿命的状况，减少了蓄电池的充放电次数，从而达到延长蓄电池使用寿命的目的，也避免了蓄电池过放导致混合储能系统停止工作的状况出现。

本实施例中，蓄电池电池荷电状态的上限安全阈值SOC_max＝95％、下限安全阈值SOC_min＝40％。其中，电池荷电状态即为SOC(State ofCharge)，也即剩余电量。

显然，上述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。上述实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。基于上述实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，也即凡在本申请的精神和原理之内所作的所有修改、等同替换和改进等，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种双蓄电池混合储能系统优化控制方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：将两组蓄电池、超级电容均通过双向DC/DC变换器接入到光伏阵列的直流母线，形成双蓄电池混合储能系统；所述两组蓄电池包括第一组蓄电池、第二组蓄电池；

步骤2：将所述光伏阵列、第一组蓄电池、第二组蓄电池、超级电容的双向DC/DC变换器、所述光伏阵列的双向DC/AC变换器均与控制器电连接；所述控制器包括功率分配控制单元、双蓄电池协调控制单元；

步骤3：所述功率分配控制单元通过两级低通数字滤波器方法，对光伏阵列的输出功率进行分配，得到光伏阵列输出参考功率、蓄电池总参考功率、超级电容参考功率；

步骤4：所述双蓄电池协调控制单元将蓄电池总参考功率按正负分割为两部分，将该两部分分别分配给第一组蓄电池、第二组蓄电池，使第一组蓄电池、第二组蓄电池分别工作在充电状态、放电状态，当第一组蓄电池或第二组蓄电池的电池荷电状态达到极限阈值时，互换第一组蓄电池和第二组蓄电池的工作状态后，继续运行所述双蓄电池混合储能系统。

2.根据权利要求1所述的双蓄电池混合储能系统优化控制方法，其特征在于，所述步骤3包括下述步骤：

步骤3.1：功率分配控制单元通过一级数字低通滤波器对光伏阵列的输出功率P_PV进行处理，得到光伏阵列输出参考功率P_PVref，将光伏阵列输出参考功率P_PVref分配给光伏阵列的双向DC/AC变换器；

步骤3.2：将光伏阵列的输出功率P_PV与光伏阵列输出参考功率P_PVref做差，将差值通过二级数字低通滤波器后取反，得到蓄电池总参考功率P_Bref，将蓄电池总参考功率P_Bref传输给双蓄电池协调控制单元；

步骤3.3：将蓄电池总参考功率P_Bref与二级数字低通滤波器的输入值做和后取反，得到超级电容参考功率P_SCref，将超级电容参考功率P_SCref分配给超级电容的双向DC/DC变换器。

3.根据权利要求2所述的双蓄电池混合储能系统优化控制方法，其特征在于，所述步骤4包括下述步骤：

步骤4.1：所述双蓄电池协调控制单元将蓄电池总参考功率P_Bref按正负分割为两部分，所述两部分包括第一蓄电池参考功率P_B1ref、第二蓄电池参考功率P_B2ref，将第一蓄电池参考功率P_B1ref、第二蓄电池参考功率P_B2ref分别分配给第一组蓄电池的双向DC/DC变换器、第二组蓄电池的双向DC/DC变换器，控制第一组蓄电池、第二组蓄电池分别工作在充电状态、放电状态；

步骤4.2：判断处于充电状态的蓄电池的电池荷电状态SOC_charge是否达到上限安全阈值SOC_max、处于放电状态的蓄电池的电池荷电状态SOC_discharge是否达到下限安全阈值SOC_min：若SOC_charge＞SOC_max或SOC_discharge＜SOC_min，则双蓄电池协调控制单元将第一蓄电池参考功率P_B1ref、第二蓄电池参考功率P_B2ref的正负号互换，从而互换第一组蓄电池和第二组蓄电池的工作状态，之后继续运行所述双蓄电池混合储能系统。