CN112242709A - 一种具有微电网系统负荷可靠供电的混合储能容量确定方法 - Google Patents

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CN112242709A CN202011120288.8A CN202011120288A CN112242709A CN 112242709 A CN112242709 A CN 112242709A CN 202011120288 A CN202011120288 A CN 202011120288A CN 112242709 A CN112242709 A CN 112242709A
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谭金辉
莫益
周智
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Abstract

本发明属于微电网调度技术领域，尤其涉及一种具有微电网系统负荷可靠供电的混合储能容量确定方法，包括供电单元和多级耗电负载，供电单元包括发电机、蓄电池和超级电容，多级耗电负载包括一级负载、二级负载和三级负载，所述一级负载设在线路1上，二级负载设在线路2上，三级负载设在线路3上。其中通过对蓄电池和超级电容的容量计算以及电网容量的了解，确定电网的可靠性供电的混合储能容量。

Description

一种具有微电网系统负荷可靠供电的混合储能容量确定方法
技术领域
本发明属于电池管理系统技术领域，具体为一种具有微电网系统负荷可靠供电的混合储能容量确定方法。
背景技术
微电网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。微电网的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用，解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题。开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入，实现对负荷多种能源形式的高可靠供给，是实现主动式配电网的一种有效方式，使传统电网向智能电网过渡。
微电网作为分布式发电典型代表的新能源，其发电的随机性、波动性影响负荷持续稳定供电。然而微电网功能的有效发挥需要配置相应能量调节功能较强的装置，该装置储能的能量吞吐也能缓解新能源并网发电对公用电网的冲击影响，可以实现多种能源形式的高可靠供电，微电网的储能供电单元对电网容量的满足情况，实现分布式新能源高效应用，从而解决各种形式分布式电源并网问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有微电网系统负荷可靠供电的混合储能容量确定方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种具有微电网系统负荷可靠供电的混合储能容量确定方法，包括供电单元和多级耗电负载，所述供电单元包括发电机、蓄电池和超级电容，所述多级耗电负载包括一级负载、二级负载和三级负载，所述一级负载设在线路1上，所述二级负载设在线路2上，所述三级负载设在线路3上，所述线路1、线路2和线路3的输入端均设有一个输入功率控制器。
优选的，所述蓄电池和超级电容的电荷容量采用SOC定义估计电池和超级电容SOC方法计算，所述一级负载、二级负载和三级负载的总耗电功率为电网容量。
优选的，所述SOC定义估计电池和超级电容SOC方法的计算公式为：
Figure BDA0002731767330000021
其中，Z(t)表示t时刻下的动力电池SOC估计值，Z(t0)表示动力电池SOC初始值，ηi表示动力电池充放电库仑效率，il(τ)为τ时刻下动力电池充放电电量，Cmax表示当前条件下电池的最大可用容量。
优选的，所述电网容量的计算公式为：
P0＝P1+P2+P3；
其中，P0为电网容量，P1为电网中一级负载的耗电功率，P2为电网中二级负载的耗电功率，P3为电网中三级负载的耗电功率。
优选的，所述电网容量的确定方法步骤为：
步骤S1：关闭发电机、蓄电池和超级电容，微电网接入大电网供电；
步骤S2：打开一级负载、二级负载和三级负载，使一级负载、二级负载和三级负载正常功率工作；
步骤S3：测量微电网主干路电流，计算微电网的电网容量。
优选的，所述电网容量的计算公式为：
P0＝U·I；
其中，P0为微电网的电网容量，U为微电网的输入电压，I为微电网的主干路电流。
优选的，所述超级电容采用恒流充电，所述恒流充电的充电效率ρ计算公式为：
Figure BDA0002731767330000022
其中，T为充电时间，R为超级电容的电极与电解质之间的等效电阻，C为超级电容理想电容值。
优选的，所述超级电容的充电时间T的计算公式为：
Figure BDA0002731767330000023
其中，Uc为超级电容的额定电压值，i为恒流充电电流值。
优选的，所述超级电容可靠系数Q计算公式为：
Figure BDA0002731767330000031
其中，H为超级电容正常使用时间，T为单位温度变化对超级电容的影响，C是单位耗电损耗对温度的变化。
优选的，所述供电单元中的混合储能容量的确定方法步骤为：
步骤S10：确定电网系统的电网容量P0；
步骤S20：确定超级电容的供电可靠性；
步骤S30：确定蓄电池和超级电容的电荷容量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过对电网容量的计算，确定微电网的储能容量，微电网的容量确定对大电网的接入缓冲进行缓解，对蓄电池和超级电容的使用情况和可靠系数的计算，确定电网系统的可靠性供电的混合容量确定方法，可以实现多种能源形式的高可靠供电，微电网的储能供电单元对电网容量的满足情况，实现分布式新能源高效应用。
附图说明
图1为本发明微电网可靠性供电示意图；
图2为本发明超级电容等效结构示意图；
图3为本发明电网容量计算方式示意图；
图4为本发明电网储能容量计算过程。
图中：1发电机、2蓄电池、3超级电容、4一级负载、5二级负载、6三级负载、7输入功率控制器。
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。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：
一种具有微电网系统负荷可靠供电的混合储能容量确定方法，包括供电单元和多级耗电负载，其特征在于：供电单元包括发电机1、蓄电池2和超级电容3，所述多级耗电负载包括一级负载4、二级负载5和三级负载6，所述一级负载4设在线路1上，所述二级负载5设在线路2上，所述三级负载6设在线路3上，所述线路1、线路2和线路3的输入端分别设有一个输入功率控制器7。蓄电池2和超级电容3的电荷容量采用SOC定义估计电池和超级电容SOC方法计算，所述一级负载4、二级负载5和三级负载6的总耗电功率为电网容量。SOC定义估计电池和超级电容SOC方法的计算公式为：
Figure BDA0002731767330000041
其中，Z(t)表示t时刻下的动力电池SOC估计值，Z(t0)表示动力电池SOC初始值，ηi表示动力电池充放电库仑效率，il(τ)为τ时刻下动力电池充放电电量，Cmax表示当前条件下电池的最大可用容量。通过估计计算电池当前的电荷量，了解电池组的状态，通过了解电池的电荷容量状态，监测电池的工作，保障微电网的符合可靠性供电，在蓄电池和超级电容的电荷存储量低于百分之二十时，对蓄电池及超级电容进行充电，确保蓄电池和超级电容的使用，充电量达到百分之八十五结束充电。
其中，电网容量的计算公式为：
P0＝P1+P2+P3；
其中，P0为电网容量，P1为电网中一级负载4的耗电功率，P2为电网中二级负载5的耗电功率，P3为电网中三级负载6的耗电功率。微电网的电网容量通过计算电网的总耗电功率进行计算，将微电网中的多级耗电负载正常功率开启工作，统计所有负载的耗电功率，所有负载的耗电功率之和就为电网容量。
电网容量的确定方法步骤为：
步骤S1：关闭发电机1、蓄电池2和超级电容3，微电网接入大电网供电；
步骤S2：打开一级负载4、二级负载5和三级负载6，使一级负载4、二级负载5和三级负载6正常功率工作；
步骤S3：测量微电网主干路电流，计算微电网的电网容量。
电网容量的计算公式为：
P0＝U·I；
其中，P0为微电网的电网容量，U为微电网的输入电压，I为微电网的主干路电流。利用微电网输入端的电压电流乘积计算电网的总功率获取电网容量，该过程需要微电网中的所有负载同时稳定工作，在侧得有效的电流值，电压值一般为微电网系统确定的微电网输入端电压。
超级电容3采用恒流充电，所述恒流充电的充电效率ρ计算公式为：
Figure BDA0002731767330000051
其中，T为充电时间，R为超级电容3的电极与电解质之间的等效电阻，C为超级电容3理想电容值。
超级电容3的充电时间T的计算公式为：
Figure BDA0002731767330000052
其中，Uc(T)为超级电容3的额定电压值，i为恒流充电电流值。
超级电容3可靠系数Q计算公式为：
Figure BDA0002731767330000053
其中，H为超级电容3正常使用时间，T为单位温度变化对超级电容3的影响，C是单位耗电损耗对温度的变化。通过对超级电容3的容量、充放电时间和可靠系数的计算了解微电网的可靠供电程度。超级电容器的高能量密度、长寿命(常温下10年,高于蓄电池)、极长的充放电循环寿命(50-100万次，远高于蓄电池)、高能量密等优异性能而得到越来越多地应用。在实际应用中可能会出现明显低于datasheet给出的数据。特别是超级电容器串联后组成电容器模块后，会由于超级电容器各单体在应用后会出现参数发散的现象。从而加速了电容量落后的单体电容量的衰减，最终造成超级电容器模块的寿命缩短。在实际应用时需要清楚影响超级电容器的各种因素,并采取措施来避免不利于超级电容器寿命的因素出现。影响超级电容器的因素主要有高温环境和施加电压。
供电单元中的混合储能容量的确定方法步骤为：
步骤S10：确定电网系统的电网容量P0；
步骤S20：确定超级电容3的供电可靠性；
步骤S30：确定蓄电池2和超级电容3的电荷容量。
通过确定微电网中蓄电池和超级电容的电荷容量，以及在确定储能容量的情况下确定超级电容供电可靠性以及电网系统的电网容量来确定负荷可靠供电的混合储能容量
本发明的具体工作流程为：先通过确定电网的电网容量，获取电网所需的供电情况，再根据电网容量来确定电网的供电可靠性，根据电网供电单元的供电功率对比确定，然后对供电单元的滋生可靠性进行了解，计算超级电容3的可靠系数，了解蓄电池的使用情况，最后在以上基础上计算了解电网的混合储能单元的储能容量。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种具有微电网系统负荷可靠供电的混合储能容量确定方法，包括供电单元和多级耗电负载，其特征在于：所述供电单元包括发电机(1)、蓄电池(2)和超级电容(3)，所述多级耗电负载包括一级负载(4)、二级负载(5)和三级负载(6)，所述一级负载(4)设在线路1上，所述二级负载(5)设在线路2上，所述三级负载(6)设在线路3上，所述线路1、线路2和线路3的输入端均设有一个输入功率控制器(7)。
2.根据权利要求1所述的具有微电网系统负荷可靠供电的混合储能容量确定方法，其特征在于：所述蓄电池(2)和超级电容(3)的电荷容量采用SOC定义估计电池和超级电容SOC方法计算，所述一级负载(4)、二级负载(5)和三级负载(6)的总耗电功率为电网容量。
3.根据权利要求2所述的具有微电网系统负荷可靠供电的混合储能容量确定方法，其特征在于：所述SOC定义估计电池和超级电容SOC方法的计算公式为：
Figure FDA0002731767320000011
其中，Z(t)表示t时刻下的动力电池SOC估计值，Z(t0)表示动力电池SOC初始值，ηi表示动力电池充放电库仑效率，il(τ)为τ时刻下动力电池充放电电量，Cmax表示当前条件下电池的最大可用容量。
4.根据权利要求2所述的具有微电网系统负荷可靠供电的混合储能容量确定方法，其特征在于：所述电网容量的计算公式为：
P0＝P1+P2+P3；
其中，P0为电网容量，P1为电网中一级负载(4)的耗电功率，P2为电网中二级负载(5)的耗电功率，P3为电网中三级负载(6)的耗电功率。
5.根据权利要求3所述的具有微电网系统负荷可靠供电的混合储能容量确定方法，其特征在于：所述电网容量的确定方法步骤为：
步骤S1：关闭发电机(1)、蓄电池(2)和超级电容(3)，微电网接入大电网供电；
步骤S2：打开一级负载(4)、二级负载(5)和三级负载(6)，使一级负载(4)、二级负载(5)和三级负载(6)正常功率工作；
步骤S3：测量微电网主干路电流，计算微电网的电网容量。
6.根据权利要求5所述的具有微电网系统负荷可靠供电的混合储能容量确定方法，其特征在于：所述电网容量的计算公式为：
P0＝U·I；
其中，P0为微电网的电网容量，U为微电网的输入电压，I为微电网的主干路电流。
7.根据权利要求1所述的具有微电网系统负荷可靠供电的混合储能容量确定方法，其特征在于：所述超级电容(3)采用恒流充电，所述恒流充电的充电效率ρ计算公式为：
Figure FDA0002731767320000021
其中，T为充电时间，R为超级电容(3)的电极与电解质之间的等效电阻，C为超级电容(3)理想电容值。
8.根据权利要求7所述的具有微电网系统负荷可靠供电的混合储能容量确定方法，其特征在于：所述超级电容(3)的充电时间T的计算公式为：
Figure FDA0002731767320000022
其中，Uc(T)为超级电容(3)的额定电压值，i为恒流充电电流值。
9.根据权利要求1所述的具有微电网系统负荷可靠供电的混合储能容量确定方法，其特征在于：所述超级电容(3)可靠系数Q计算公式为：
Figure FDA0002731767320000023
其中，H为超级电容(3)正常使用时间，T为单位温度变化对超级电容(3)的影响，C是单位耗电损耗对温度的变化。
10.根据权利要求1所述的具有微电网系统负荷可靠供电的混合储能容量确定方法，其特征在于：所述供电单元中的混合储能容量的确定方法步骤为：
步骤S10：确定电网系统的电网容量P0；
步骤S20：确定超级电容(3)的供电可靠性；
步骤S30：确定蓄电池(2)和超级电容(3)的电荷容量。
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