CN110649676B - 一种储能电池的充放电控制方法、装置、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种储能电池的充放电控制方法、装置、设备及介质，应用于基于串级PID控制的目标储能电池的充放电控制系统，其外环控制结构中设置有限幅控制器、正向PI调节器和反向PI调节器，包括：检测目标储能电池在当前时刻的目标电流；判断目标电流是否在预设范围之内；若否，则导通反向PI调节器，将外环控制结构的输出电流通过限幅控制器作用至反向PI调节器，并将反向PI调节器的输出信号反馈至正向PI调节器，以对目标储能电池的直流侧输出电流进行调整，直至目标储能电池的输出电流处于预设范围之内，关断反向PI调节器。这样就可以避免目标储能电池直流侧输出电流所出现的跳变现象，并提高目标储能电池直流侧输出电流的质量。

Description

一种储能电池的充放电控制方法、装置、设备及介质

技术领域

本发明涉及储能电池技术领域，特别涉及一种储能电池的充放电控制方法、装置、设备及介质。

背景技术

在现有技术当中，储能电池的充放电控制系统大多为串级PID控制系统，请参见图1，图1为现有储能电池的充放电控制系统的结构图。为了保证储能电池的直流侧能够输出稳定的电流，储能电池通常需要时刻调整自身的运行工况，也即，储能电池需要实时对自身的充放电状态和充放电速度进行调整。在此过程中，为了响应储能电池运行工况的变化，处于储能电池充放电控制系统的外环控制结构中的限幅控制器会对储能电池的直流侧输出电流进行限幅跳变控制。

请参见图2，图2为限幅控制器的结构图。其中，限幅控制器的输出值id^*为参考指令电流，由储能电池充放电控制系统中的内环控制结构完成跟踪参考指令电流，当限幅控制器接收到的电流值由大变小时，输出值id^*立刻变为限幅值输出，在内环控制结构的作用下，目标储能电池的输出值id会跟踪限幅控制器的输出值id^*，由于内环控制结构的控制速度很快，在外环控制结构中可以忽略不计，因此，网侧电流会迅速变为参考指令电流对应下的电流值，出现跳变，同时，SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制)控制输出脉宽控制信号会立刻对网侧电流进行转换，在此情况下，储能电池的直流侧输出电流也会出现跳变，这样就会严重影响储能电池的直流侧输出电流的质量。目前，针对这一技术问题，还没有较为有效的解决办法。

由此可见，如何提高储能电池的直流侧输出电流的质量，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种储能电池的充放电控制方法、装置、设备及介质，以提高储能电池的直流侧输出电流的质量。其具体方案如下：

一种储能电池的充放电控制方法，应用于基于串级PID控制的目标储能电池的充放电控制系统，所述目标储能电池的充放电控制系统的外环控制结构中设置有限幅控制器、正向PI调节器和反向PI调节器，包括：

检测所述目标储能电池在当前时刻的目标电流；

判断所述目标电流是否在预设范围之内；

若否，则导通所述反向PI调节器，将所述外环控制结构的输出电流通过所述限幅控制器作用至所述反向PI调节器，并将所述反向PI调节器的输出信号反馈至所述正向PI调节器，以对所述目标储能电池的直流侧输出电流进行调整，直至所述目标储能电池的输出电流处于所述预设范围之内时，关断所述反向PI调节器；其中，所述限幅控制器的限幅值为根据所述预设范围所预先设定的幅值。

优选的，所述检测所述目标储能电池在当前时刻的目标电流的过程，包括：

利用霍尔电流传感器检测所述目标储能电池在当前时刻的目标电流。

优选的，所述限幅控制器具体为KSL6018。

优选的，所述检测所述目标储能电池在当前时刻的目标电流的过程之后，还包括：

判断所述目标电流是否满足预设条件；其中，所述预设条件为基于所述目标储能电池的安全运行标准所设定的条件；

若否，则提示预警信息。

优选的，还包括：

根据目标模型设定所述预设范围；

其中，所述目标模型的表达式为：

式中，

为所述预设范围的上限值，

为所述预设范围的下限值，P_mmax为所述目标储能电池的储能控制系统允许通过的最大功率，e_gd为电动势在d轴上的分量，I_m为网侧最大需求值。

相应的，本发明还公开了一种储能电池的充放电控制装置，应用于基于串级PID控制的目标储能电池的充放电控制系统，所述目标储能电池的充放电控制系统的外环控制结构中设置有限幅控制器、正向PI调节器和反向PI调节器，包括：

电流检测模块，用于检测所述目标储能电池在当前时刻的目标电流；

电流判断模块，用于判断所述目标电流是否在预设范围之内；若否，则执行电流调整模块；

所述电流调整模块，用于导通所述反向PI调节器，将所述外环控制结构的输出电流通过所述限幅控制器作用至所述反向PI调节器，并将所述反向PI调节器的输出信号反馈至所述正向PI调节器，以对所述目标储能电池的直流侧输出电流进行调整，直至所述目标储能电池的输出电流处于所述预设范围之内时，关断所述反向PI调节器；其中，所述限幅控制器的限幅值为根据所述预设范围所预先设定的幅值。

相应的，本发明还公开了一种储能电池的充放电控制设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如前述公开的一种储能电池的充放电控制方法的步骤。

相应的，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述公开的一种储能电池的充放电控制方法的步骤。

本发明所提供的储能电池的充放电控制方法，是应用于基于串级PID控制的目标储能电池的充放电控制系统中，并且，在目标储能电池的充放电控制系统的外环结构中包括正向PI调节器、限幅控制器以及反向PI调节器；在该充放电控制方法中，先是检测目标储能电池在当前时刻的目标电流，并判断目标电流是否处于预设范围之内，若否，则导通反向PI调节器，将外环控制结构的输出电流通过限幅控制器作用至反向PI调节器，并将反向PI调节器的输出信号反馈至正向PI调节器，以对目标储能电池的直流侧输出电流进行调整。这就相当于是在外环控制结构中添加了一个负反馈，也即，当目标储能电池在当前时刻的目标电流不在预设范围之内时，外环控制结构的输出电流与限幅控制器的限幅值之间的差值会经过反向PI调节器作用后作为负反馈叠加到正向PI调节器，并以此来调整目标储能电池的直流侧输出电流，直至目标储能电池的输出电流处于预设范围之内时，关断反向PI调节器。显然，通过这样方式就可以避免目标储能电池直流侧输出电流所出现的跳变现象，由此就可以相对提高目标储能电池直流侧输出电流的质量。相应的，本发明所公开的一种储能电池的充放电控制装置、设备及介质，同样具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有储能电池的充放电控制系统的结构图；

图2为限幅控制器的结构图；

图3为本发明实施例所提供的一种储能电池的充放电控制方法的流程图；

图4为本发明实施例所提供的储能电池的充放电控制系统的结构图；

图5为储能电池的充放电控制系统使用本发明所提供的控制方法前后储能电池的直流侧输出电流的示意图；

图6为本发明实施例所提供的一种储能电池的充放电控制装置的结构图；

图7为本发明实施例所提供的一种储能电池的充放电控制设备的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参照图3，图3为本发明实施例所提供的一种储能电池的充放电控制方法的流程图，该储能电池的充放电控制方法包括：

步骤S11：检测目标储能电池在当前时刻的目标电流；

步骤S12：判断目标电流是否处于预设范围之内；若否，则执行步骤S13；

步骤S13：导通反向PI调节器，将外环控制结构的输出电流通过限幅控制器作用至反向PI调节器，并将反向PI调节器的输出信号反馈至正向PI调节器，以对目标储能电池的直流侧输出电流进行调整，直至目标储能电池的输出电流处于预设范围之内时，关断反向PI调节器；

其中，限幅控制器的限幅值为根据预设范围所预先设定的幅值。

需要说明的是，本实施例所提供的一种储能电池的充放电控制方法是应用在基于串级PID控制的目标储能电池的充放电控制系统中，并且，在目标储能电池的充放电控制系统的外环控制结构中设置有正向PI调节器、限幅控制器和反向PI调节器。具体请参见图4，图4为本发明实施例所提供的一种储能电池的充放电控制系统的结构图。

在本实施例中，为了保证目标储能电池的充放电控制系统中目标储能电池的直流侧能够输出稳定的电流，首先是检测目标储能电池在当前时刻的目标电流，此处，目标储能电池在当前时刻下的目标电流既可以是目标储能电池在充电状态下的充电电流，也可以是目标储能电池在放电状态下的放电电流。

当检测到了目标储能电池在当前时刻下的目标电流时，则判断目标电流是否在预设范围之内，如果目标电流是在预设范围之内，则说明目标储能电池的直流侧输出电流比较稳定，没有发生跳变现象；如果目标电流不在预设范围之内，则说明目标储能电池的直流侧输出电流不是很稳定，可能存在跳变现象，此时为了避免目标储能电池的直流侧一直持续此种状态，则将外环控制结构中的反向PI调节器导通。

当外环控制结构中的反向PI调节器导通以后，外环控制结构的输出电流会通过限幅控制器作用至反向PI调节器上，并且，会将反向PI调节器的输出信号反馈至正向PI调节器，以对目标储能电池的直流侧输出电流进行调整。在对目标储能电池直流侧输出电流进行调整的过程中，当目标储能电池的输出电流处于预设范围之内时，则将反向PI调节器关断。此时，目标储能电池的充放电控制系统中的外环控制结构就相当于是一个普通的PI控制器，来对目标储能电池的充放电控制系统进行控制。

具体的，在本实施例中，假设外环控制结构的输出电流为C，预设范围为[C_min,C_max]，也即，限幅控制器的最大限幅值和最小限幅值分别为C_max和C_min时，目标储能电池的充放电控制系统会有以下三种工作状态，也即：

1)当外环控制结构的输出电流C满足C_min＜C＜C_max时，反向PI调节器处于关断状态，此时，外环控制结构就相当于一个普通的PI调节器；

2)当外环控制结构的输出电流C满足C＞C_max时，外环控制结构的输出电流C与限幅控制器的最大限幅值C_max之间的差值e₁会经过反向PI调节器作用后作为负反馈叠加到正向PI调节器的输出上面，以对目标储能电池的直流侧输出电流进行调整，直到目标储能电池的输出电流处于[C_min,C_max]时，关断反向PI调节器；

3)当外环控制结构的输出电流C满足C＜C_min时，外环控制结构的输出电流C与限幅控制器的最小限幅值C_min之间的差值e₂会经过反向PI调节器作用后作为负反馈叠加到正向PI调节器的输出上面，以对目标储能电池的直流侧输出电流进行调整，直到目标储能电池的输出电流处于[C_min,C_max]时，关断反向PI调节器。

请参见图5，图5为储能电池的充放电控制系统使用本发明所提供的控制方法前后储能电池的直流侧输出电流的示意图。显然，通过本实施例所提供的对目标储能电池直流侧输出电流进行调整的方式，可以避免目标储能电池直流侧输出电流所出现的跳变现象，也即，通过本实施例所提供的方法可以使得目标储能电池的直流侧输出电流达到柔性输出的效果，由此就可以显著提高目标储能电池直流侧输出电流的电流质量。

本实施例所提供的储能电池的充放电控制方法，是应用于基于串级PID控制的目标储能电池的充放电控制系统中，并且，在目标储能电池的充放电控制系统的外环结构中包括正向PI调节器、限幅控制器以及反向PI调节器；在该充放电控制方法中，先是检测目标储能电池在当前时刻的目标电流，并判断目标电流是否处于预设范围之内，若否，则导通反向PI调节器，将外环控制结构的输出电流通过限幅控制器作用至反向PI调节器，并将反向PI调节器的输出信号反馈至正向PI调节器，以对目标储能电池的直流侧输出电流进行调整。这就相当于是在外环控制结构中添加了一个负反馈，也即，当目标储能电池在当前时刻的目标电流不在预设范围之内时，外环控制结构的输出电流与限幅控制器的限幅值之间的差值会经过反向PI调节器作用后作为负反馈叠加到正向PI调节器，并以此来调整目标储能电池的直流侧输出电流，直至目标储能电池的输出电流处于预设范围之内时，关断反向PI调节器。显然，通过这样方式就可以避免目标储能电池直流侧输出电流所出现的跳变现象，由此就可以相对提高目标储能电池直流侧输出电流的质量。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，具体的，检测目标储能电池在当前时刻的目标电流的过程，包括：

利用霍尔电流传感器检测目标储能电池在当前时刻的目标电流。

在本实施例中，是利用霍尔电流传感器来检测目标储能电池在当前时刻的目标电流，因为霍尔电流传感器不仅具有精度高、线性好、频带宽和响应速度快的优点，而且，霍尔电流传感器还可以在较为复杂、极端的应用场景下进行稳定工作，由此就可以相对提高目标储能电池充放电控制系统在工作过程中的稳定性以及可靠性。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，作为一种优选的实施方式，限幅器具体为KSL6018。

具体的，可以将限幅控制器设置为KSL6018，因为KSL6018不仅具有较为稳定的工作性能，而且，KSL6018还可以在-55℃到90℃的极端温度范围内进行工作，由此就可以使得本申请所提供的目标储能电池的充放电控制系统可以应用在更为复杂的应用场景中。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，具体的，检测目标储能电池在当前时刻的目标电流的过程之后，还包括：

判断目标电流是否满足预设条件；

其中，预设条件为基于目标储能电池的安全运行标准所设定的条件；

若否，则提示预警信息。

可以理解的是，为了保证目标储能电池充放电控制系统的安全、稳定运行，还会预先对目标储能电池设定相应的安全运行标准，所以，在此情况下，就可以为目标储能电池设定能够保证目标储能电池安全运行的预设条件。

那么，当检测到目标储能电池在当前时刻的目标电流时，还可以通过判断目标电流是否满足预设条件来判断目标储能电池是否处于安全运行状态，如果目标储能电池在当前时刻下的目标电流不满足预设条件，则说明目标储能电池处于非安全运行状态。此时，就可以提示预警信息以使得工作人员能够及时知悉到目标储能电池的当前运行状态，以避免安全事故的发生。可见，通过本实施例所提供的技术方案，可以进一步保证目标储能电池在运行过程中的安全性。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，具体的，上述储能电池的充放电控制方法还包括：

根据目标模型设定预设范围；

其中，目标模型的表达式为：

式中，

为预设范围的上限值，

为预设范围的下限值，P_{m max}为目标储能电池的充放电控制系统允许通过的最大功率，e_gd为电动势在d轴上的分量，I_m为网侧最大需求值。

可以理解的是，在实际应用中，在通过判断目标储能电池在当前时刻的目标电流是否处于预设范围来判断目标储能电池的直流侧输出电流是否处于跳变状态时，不仅要考虑到目标储能电池在当前时刻的目标电流、目标储能电池的充放电控制系统允许通过的最大功率，而且，还要考虑到目标储能电池的直流侧需求等因素。

所以，在本实施例中，为了避免通过人工经验设定预设范围所引起的误差，是提供了一种利用数学模块设定预设范围的具体方法，也即，可以利用目标模型来设定预设范围。显然，通过数学模型来设定预设范围，能够使得预设范围的设定结果更为准确与可靠。

请参见图6，图6为本发明实施例所提供的一种储能电池的充放电控制装置的结构图，该充放电控制装置应用于基于串级PID控制的目标储能电池的充放电控制系统，目标储能电池的充放电控制系统的外环控制结构中设置有限幅控制器、正向PI调节器和反向PI调节器，包括：

电流检测模块21，用于检测目标储能电池在当前时刻的目标电流；

电流判断模块22，用于判断目标电流是否在预设范围之内；若否，则执行电流调整模块；

电流调整模块23，用于导通反向PI调节器，将外环控制结构的输出电流通过限幅控制器作用至反向PI调节器，并将反向PI调节器的输出信号反馈至正向PI调节器，以对目标储能电池的直流侧输出电流进行调整，直至目标储能电池的输出电流处于预设范围之内时，关断反向PI调节器；其中，限幅控制器的限幅值为根据预设范围所预先设定的幅值。

本发明实施例所提供的一种储能电池的充放电控制装置，具有前述所公开的一种储能电池的充放电控制方法所具有的有益效果。

请参见图7，图7为本发明实施例所提供的一种储能电池的充放电控制设备的结构图，该充放电控制设备包括：

存储器31，用于存储计算机程序；

处理器32，用于执行计算机程序时实现如前述所公开的一种储能电池的充放电控制方法的步骤。

本发明实施例所提供的一种储能电池的充放电控制设备，具有前述所公开的一种储能电池的充放电控制方法所具有的有益效果。

相应的，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如前述所公开的一种储能电池的充放电控制方法的步骤。

本发明实施例所提供的一种计算机可读存储介质，具有前述所公开的一种储能电池的充放电控制方法所具有的有益效果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种储能电池的充放电控制方法、装置、设备及介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种储能电池的充放电控制方法，其特征在于，应用于基于串级PID控制的目标储能电池的充放电控制系统，所述目标储能电池的充放电控制系统的外环控制结构中设置有限幅控制器、正向PI调节器和反向PI调节器，包括：

检测所述目标储能电池在当前时刻的目标电流；

判断所述目标电流是否在预设范围之内；

若否，则导通所述反向PI调节器，将所述外环控制结构的输出电流通过所述限幅控制器作用至所述反向PI调节器，并将所述反向PI调节器的输出信号反馈至所述正向PI调节器，以对所述目标储能电池的直流侧输出电流进行调整，直至所述目标储能电池的输出电流处于所述预设范围之内时，关断所述反向PI调节器；其中，所述限幅控制器的限幅值为根据所述预设范围所预先设定的幅值；

还包括：

根据目标模型设定所述预设范围；

其中，所述目标模型的表达式为：

式中，

为所述预设范围的上限值，

为所述预设范围的下限值，P_mmax为所述目标储能电池的储能控制系统允许通过的最大功率，e_gd为电动势在d轴上的分量，I_m为网侧最大需求值。

2.根据权利要求1所述的充放电控制方法，其特征在于，所述检测所述目标储能电池在当前时刻的目标电流的过程，包括：

利用霍尔电流传感器检测所述目标储能电池在当前时刻的目标电流。

3.根据权利要求1所述的充放电控制方法，其特征在于，所述限幅控制器具体为KSL6018。

4.根据权利要求1所述的充放电控制方法，其特征在于，所述检测所述目标储能电池在当前时刻的目标电流的过程之后，还包括：

判断所述目标电流是否满足预设条件；其中，所述预设条件为基于所述目标储能电池的安全运行标准所设定的条件；

若否，则提示预警信息。

5.一种储能电池的充放电控制装置，其特征在于，应用于基于串级PID控制的目标储能电池的充放电控制系统，所述目标储能电池的充放电控制系统的外环控制结构中设置有限幅控制器、正向PI调节器和反向PI调节器，包括：

电流检测模块，用于检测所述目标储能电池在当前时刻的目标电流；

电流判断模块，用于判断所述目标电流是否在预设范围之内；若否，则执行电流调整模块；

所述电流调整模块，用于导通所述反向PI调节器，将所述外环控制结构的输出电流通过所述限幅控制器作用至所述反向PI调节器，并将所述反向PI调节器的输出信号反馈至所述正向PI调节器，以对所述目标储能电池的直流侧输出电流进行调整，直至所述目标储能电池的输出电流处于所述预设范围之内时，关断所述反向PI调节器；其中，所述限幅控制器的限幅值为根据所述预设范围所预先设定的幅值；

还包括：

根据目标模型设定所述预设范围；

其中，所述目标模型的表达式为：

式中，

为所述预设范围的上限值，

为所述预设范围的下限值，P_mmax为所述目标储能电池的储能控制系统允许通过的最大功率，e_gd为电动势在d轴上的分量，I_m为网侧最大需求值。

6.一种储能电池的充放电控制设备，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述的一种储能电池的充放电控制方法的步骤。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述的一种储能电池的充放电控制方法的步骤。

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