CN114784914A - 一种功率可主动调节的直流充放电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种功率可主动调节的直流充放电系统及方法，其特征在于，包括交流‑直流变换器、直流母线和直流充放电装置，其中，直流充放电装置包括直流‑直流变换器和控制电路；交流‑直流变换器用于将交流电网接入的交流电转换为直流电；直流‑直流变换器用于获取直流母线电压和可储能设备的储能能力参数，以及采用恒电流控制模式或恒功率控制模式，根据控制电路生成的PWM波，控制可储能设备的充电或放电；控制电路用于根据直流母线的电压、可储能设备的储能能力参数和可储能设备的实际运行电流或功率，确定指令充电/放电电流或功率并生成PWM波，本发明可广泛用于直流微网能量调度与运行控制领域中。

Description

一种功率可主动调节的直流充放电系统及方法

技术领域

本发明涉及直流微网能量调度与运行控制技术领域，特别是关于一种功率可主动调节的直流充放电系统及方法。

背景技术

由于风电、光电等可再生能源的发电量具有间歇性和随机性的特征，电力需求响应的重要性日益凸显，能够为未来零碳电力系统的安全稳定运行提供保障。目前，中国已将需求响应纳入区域电力规划，以期最大程度地挖掘用户侧负载的用电柔性调节资源。

用户侧大量的负载具有相当的储能能力，可支撑其进行柔性用电，例如：与充电桩连接的电动汽车或电动自行车和各类带有储能电池的消费电子产品(笔记本电脑、手机等)等。有数据显示，2021年全球锂电池生产量的90％以上进入了上述两大类可储能设备中。由于储能电池的作用，上述可储能设备本质上具有直流电属性；同时，随着分布式光伏以及低压直流配电技术的不断发展，用户侧逐渐形成大量的直流微网，通过各类电力电子设备将上述源、储、荷连接。如何在直流微网中实现对上述可储能设备进行柔性用能调节，对于挖掘用户侧的电力需求响应潜力具有重大意义。

相对于交流微网多采用的集中控制方式，直流微网可基于变化的直流母线的电压便捷地实现各类直流设备的分布式能量调度管理，具有较好的系统可扩展性和快速响应能力。基于此，大量现有技术均提出了直流微网中负载的功率主动调节控制方法，但是，直流微网中大量的可储能设备目前尚未得到充分关注，该类设备通常采用与一般设备相同的功率主动调节控制方法。然而，这些方法往往忽略了直流微网中众多可储能设备的状态差异，即其自身储能能力参数对于参与需求响应能力的影响，例如：设备当前的剩余电量、设备允许的指令充电/放电功率等。因此，该类可储能设备所具有的大量储能能力尚未得到优化的调度，用户侧的柔性用能潜力有待进一步挖掘。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种功率可主动调节的直流充放电系统及方法，能够对直流微网中各可储能设备的充电或放电过程进行功率主动调节。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一方面，提供一种功率可主动调节的直流充放电系统，包括交流-直流变换器、直流母线和直流充放电装置，其中，所述直流充放电装置包括直流-直流变换器和控制电路；

所述交流-直流变换器用于将交流电网接入的交流电转换为直流电，并控制所述直流母线的电压在预设范围内；

所述直流-直流变换器用于获取所述直流母线的电压和可储能设备的储能能力参数，以及采用恒电流控制模式或恒功率控制模式，根据所述控制电路生成的PWM波，控制所述可储能设备的充电或放电；

所述控制电路用于根据所述直流母线的电压、所述可储能设备的储能能力参数和所述可储能设备的实际运行电流或功率，确定指令充电/放电电流或功率并生成PWM波。

进一步地，所述可储能设备的储能能力参数包括设备荷电状态、设备允许的最大充电电流或最大充电功率和设备允许的最大放电电流或最大放电功率。

进一步地，所述控制电路包括：

指令函数计算模块，用于根据所述直流-直流变换器读取的直流母线的电压和从所述可储能设备获取的荷电状态以及所述直流充放电装置的额定充电电流或功率和额定放电电流或功率，计算指令充电/放电电流或功率；

第一限幅模块，用于根据从所述可储能设备获取的设备允许的最大充电电流或功率和设备允许的最大放电电流或功率，对指令充电/放电电流或功率进行限幅；

减法运算模块，用于对限幅后的指令充电/放电电流或功率与对应的所述可储能设备的实际运行电流或功率作差，得到电流差值或功率差值；

比例积分控制模块，用于对得到的电流差值或功率差值进行比例积分计算；

第二限幅模块，用于对比例积分计算结果进行限幅；

PWM波调制模块，用于对限幅后的信号进行脉冲宽度调制，得到所述直流-直流变换器的PWM波输入，以使所述直流-直流变换器根据得到的PWM波输入，控制所述可储能设备进行充电或放电。

进一步地，若所述可储能设备无法给出设备允许的最大充电电流或功率和设备允许的最大放电电流或功率，则所述控制电路不设置所述第一限幅模块。

另一方面，提供一种功率可主动调节的直流充放电方法，包括：

控制电路获取可储能设备的储能能力参数，并从直流-直流变换器获取直流母线的电压；

控制电路根据直流母线的电压、可储能设备的储能能力参数以及直流充放电装置的额定充电电流或功率和额定放电电流或功率，计算指令充电/放电电流或功率；

控制电路根据可储能设备的储能能力参数、计算的指令充电/放电电流或功率和可储能设备的实际运行电流或功率，生成PWM波；

直流-直流变换器采用恒电流控制模式或恒功率控制模式，根据得到的PWM波输入，控制可储能设备按照指令充电/放电电流或功率进行充电或放电。

进一步地，所述控制电路根据可储能设备的储能能力参数、计算的指令充电/放电电流或功率和可储能设备的实际运行电流或功率，生成PWM波，包括：

控制电路根据可储能设备允许的最大充电电流或功率和允许的最大放电电流或功率，对指令充电/放电电流或功率进行限幅；

控制电路根据限幅后的指令充电/放电电流或功率和可储能设备的实际运行电流或功率，生成PWM波。

进一步地，若可储能设备无法给出设备允许的最大充电电流或功率和设备允许的最大放电电流或功率，则跳过对指令充电/放电电流或功率进行限幅的步骤；

若可储能设备无法给出荷电状态或无法将荷电状态传输至控制电路，则将指令充电/放电电流或功率计算所需的输入荷电状态设为常数。

进一步地，所述控制电路根据限幅后的指令充电/放电电流或功率和可储能设备的实际运行电流或功率，生成PWM波，包括：

直流-直流变换器获取可储能设备的实际运行电流或功率，减法运算模块对限幅后的指令充电/放电电流或功率与可储能设备的实际运行电流或功率作差，得到电流差值或功率差值；

比例积分控制模块对得到的电流差值进行比例积分计算；

第二限幅模块对比例积分计算结果进行限幅；

PWM波调制模块对限幅后的信号进行脉冲宽度调制，得到直流-直流变换器的PWM波输入。

进一步地，所述控制电路根据直流母线的电压、可储能设备的储能能力参数以及直流充放电装置的额定充电电流或功率和额定放电电流或功率，计算指令充电/放电电流或功率，包括：

在指令充电/放电电流或功率函数中，充电电流或功率表示为正值，放电电流或功率表示为负值；

直流母线的电压越大，则指令充电/放电电流或功率越大；

荷电状态越大，则指令充电/放电电流或功率越小；

指令充电/放电电流或功率的变化限制在直流充放电装置的额定充电电流或功率和额定放电电流或功率之间。

进一步地，所述指令充电/放电电流或功率函数为：

I^*＝f(U,SOC,I_c,rated,I_d,rated)或P^*＝f(U,SOC,P_c,rated,P_d,rated)

其中，U为直流母线的电压，SOC为可储能设备的荷电状态，I_c,rated为直流充放电装置的额定充电电流，I_d,rated为直流充放电装置的额定放电电流；P_c,rated为直流充放电装置的额定充电功率，P_drated为直流充放电装置的额定放电功率。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明能够将各类可储能设备接入电压可变化的直流母线，实现对该类设备充电/放电功率的主动调节。

2、本发明将直流微网的电力供需状况和可储能设备各自的储能能力纳入考虑，可以实现便捷、有效地调度直流微网中大量该类设备的储能能力，从而参与电力需求响应。

3、本发明引入了直流微网变化的母线电压，调用可储能设备参与直流微网的电力供需平衡调节，从而保障直流微网的稳定运行。

4、本发明引入了可储能设备的荷电状态、允许的最大充电/放电电流或功率，能够充分考虑可储能设备自身的使用需求，最大程度避免对用户使用造成的不利影响。

5、本发明的方法为分布式控制方法，相对于通常采用的集中式能量调度方法，本发明具有快速响应、覆盖面广、系统成本低等优点。

综上，本发明可以广泛应用于各类直流微网中，充分调用电动汽车、电动自行车、消费电子品、蓄能空调系统和分布式蓄电池等各类设备的储能能力，促进实现覆盖直流微网连接用户的电力需求响应。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明一实施例提供的直流充放电系统在直流微网中连接的结构示意图；

图2是本发明一实施例提供的直流-直流变换器采用恒电流控制模式时的方法示意图；

图3是本发明一实施例提供的方法中在可储能设备仅可充电情况下的一种指令充电电流函数示意图；

图4是本发明一实施例提供的直流-直流变换器采用恒功率控制模式时的方法示意图；

图5是本发明一实施例提供的方法中在可储能设备可充电可放电情况下的一种指令充电/放电功率函数示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

本发明实施例提供的功率可主动调节的直流充放电系统及方法，由于设置有交流-直流变换器、直流母线和直流充放电装置，能够适用于对直流微网中各种可储能设备的充电或放电过程进行功率主动调节，能够将直流微网的电力供需状况和该类设备自身的储能能力纳入考虑，从而便捷、有效地调度该类设备参与电力需求响应。

实施例1

如图1、图2和图4所示，本实施例提供一种功率可主动调节的直流充放电系统，包括交流-直流变换器1、直流母线2和直流充放电装置3，其中，直流充放电装置3包括直流-直流变换器31和控制电路32，直流充放电装置3可用作单向充电桩、双向充电桩、电源适配器和/或配电装置。

交流-直流变换器1的输入端连接交流电网4，交流-直流变换器1的输出端连接直流母线2的输入端。直流母线2的输出端分别连接直流-直流变换器31的第一输入端和控制电路32的第一输入端，直流-直流变换器31的第二输入端连接控制电路32的输出端，直流-直流变换器31的第三输入端连接可储能设备5的第一输出端，可储能设备5的第二输出端连接控制电路32的第二输入端，控制电路32的第三输入端连接直流-直流变换器31的第一输出端，直流-直流变换器31的第二输出端连接可储能设备5的输入端。

交流-直流变换器1用于将交流电网接入的交流电转换为直流电，并控制直流母线2的电压在一定的范围内变化。

直流-直流变换器31用于获取直流母线2的电压和可储能设备5的储能能力参数，以及采用恒电流控制模式或恒功率控制模式，根据控制电路32生成的PWM波，控制可储能设备5的充电或放电。

控制电路32用于根据直流母线2的电压、可储能设备5的储能能力参数和可储能设备5的实际运行电流或功率，确定指令充电/放电电流或功率并生成PWM波。

在一个优选的实施例中，具体地，可储能设备5是指以电力作为输入或输出、具有储能能力的设备，例如：电动汽车、电动自行车、各类消费电子品和蓄能空调系统等。其对应的直流充电装置可以用作单向充电桩、双向充电桩、电源适配器和配电装置等。更具体地，直流充电装置和对应的可储能设备5构成组合，该类组合可以各种多个或同种多个与直流母线2连接。

在一个优选的实施例中，可储能设备5的储能能力参数包括设备荷电状态SOC、设备允许的最大充电电流I_c,max或最大充电功率P_c,max和设备允许的最大放电电流I_d,max或最大放电功率P_d,max。

在一个优选的实施例中，控制电路32包括指令函数计算模块321、第一限幅模块322、减法运算模块323、比例积分控制模块324、第二限幅模块325和PWM波调制模块326。

指令函数计算模块321用于根据直流-直流变换器31读取的直流母线2电压和从可储能设备5获取的荷电状态以及直流充放电装置3的额定充电电流或功率和额定放电电流或功率，计算指令充电/放电电流或功率。

第一限幅模块322用于根据从可储能设备5获取的设备允许的最大充电电流或功率和设备允许的最大放电电流或功率，对指令充电/放电电流或功率进行限幅。

减法运算模块323用于对限幅后的指令充电/放电电流或功率与对应的可储能设备5的实际运行电流或功率作差，得到电流差值或功率差值。

比例积分控制模块324用于对得到的电流差值或功率差值进行比例积分计算。

第二限幅模块325用于对比例积分计算结果进行限幅。

PWM波调制模块326用于对限幅后的信号进行脉冲宽度调制，得到直流-直流变换器31的PWM波输入，以使直流-直流变换器31根据得到的PWM波输入，控制可储能设备5进行充电或放电。

在一个优选的实施例中，若可储能设备5无法给出设备允许的最大充电电流或功率和设备允许的最大放电电流或功率，则控制电路32不设置第一限幅模块322。

在一个优选的实施例中，若可储能设备5无法给出荷电状态SOC或无法将荷电状态SOC传输至控制电路32，则根据实际应用场景将指令充电/放电电流或功率计算所需的输入荷电状态SOC设为常数，例如50％。

在一个优选的实施例中，可储能设备5的输出端通过电动汽车直流充电桩接口及线缆、电力消费品数据线缆及接口、设备通信电缆及接口等标准通讯方式连接控制电路32，以进行电力和信息的同时传输。

实施例2

如图2所示，本实施例提供一种功率可主动调节的直流充放电方法，包括以下步骤：

1)控制电路32获取可储能设备5的储能能力参数，并从直流-直流变换器31获取直流母线2的电压U。

具体地，可储能设备5的储能能力参数包括可储能设备5的荷电状态SOC、设备允许的最大充电电流I_c,max和设备允许的最大放电电流I_d,max。

进一步地，若可储能设备5或直流充放电装置3只允许充电不允许放电，例如电动汽车单向充电桩、一般只能充电的手机等，则将设备允许的最大放电电流I_d,max取为0。

具体地，荷电状态表示可储能设备5当前的剩余储能量，取值为0至1之间。进一步地，对于储存冷、热等其他形式能量的可储能设备5，根据可储能设备5的能量转化效率将其他形式能量折算成电能，计算等效的荷电状态SOC。

具体地，可储能设备5的储能能力参数基于通讯标准传输至控制电路32中，例如电动汽车直流充电桩接口及线缆、手机数据线缆及接口等。

在本实施例中，直流-直流变换器31采用恒电流控制模式。直流母线2的电压U为375V，直流母线2的电压U可变化范围为320V至400V。可储能设备5为电动汽车。

2)控制电路32的指令电流函数计算模块根据直流母线2的电压U和荷电状态SOC以及直流充放电装置3的额定充电电流I_c,rated和额定放电电流I_d,rated，计算指令充电/放电电流I^*＝f(U,SOC,I_c,rated,I_d,rated)。

具体地，在指令充电/放电电流函数中，充电电流表示为正值，放电电流表示为负值。

具体地，直流母线2的电压U越大，则指令充电/放电电流I^*越大，即充电电流越大或放电电流越小；在指令充电/放电电流I^*随直流母线2的电压U的变化过程中，将函数跨零点处U±ΔU范围设置为死区，即指令充电/放电电流I^*均为0，以避免因直流母线2的电压U波动造成的充放电状态频繁切换，其中，ΔU为电压死区宽度的一半。

荷电状态SOC越大，则指令充电/放电电流I^*越小，即充电电流越小或放电电流越大。

直流充放电装置3的额定充电电流I_c,rated和额定放电电流I_d,rated为直流充放电装置3自身的设备性能参数，指令充电/放电电流I^*的变化限制在I_c,rated和I_d,rated之间。

在本实施例中，直流充放电装置3用作电动汽车单向充电桩，其额定充电电流I_c,rated为20A。如图3所示，为适用于图2实施例的指令充电/放电电流函数，其中，U₁₁为可以开始充电的最低直流母线2的电压(取为340V)，U₁₂为初始中心点直流母线2的电压(取为360V)，U₁₃为开始以直流充放电装置3的额定充电电流I_c,rated充电的直流母线2的电压(取为380V)，电压死区宽度的一半ΔU取0。参数k₁和k₂分别控制荷电状态SOC影响函数中心点电压U_mid和曲线弧度参数n_c，参数k₁和k₂可依据用户需求在0至1之间取值，取值越大荷电状态SOC的影响程度越大。上述函数的表达式为：

①荷电状态SOC影响参数计算：

U_mid＝(1–k₁)·U₁₂+k₁·(SOC·(U₁₃–U₁₁)+U₁₁)

n_c＝(1–k₂)+k₂·SOC/(1–SOC)

②根据直流母线2的电压U分段计算指令充电/放电电流I^*：

若U<U_mid，则不充电，即I^*＝0；

若U_mid+ΔU≤U<U₁₃，则以小电流充电，即I^*＝I_c,rated·((–U_mid)/(U₁₃–U_mid))n_c；

若U>U₁₃，则以额定电流充电，即I^*＝I_c,rated。

3)控制电路32的第一限幅模块322根据设备允许的最大充电电流I_c,max和设备允许的最大放电电流I_d,max，对指令充电/放电电流I^*进行限幅，以将指令充电/放电电流I^*控制在I_c,max和I_d,max之间。

具体地，若可储能设备5无法给出设备允许的最大充电电流I_c,max和设备允许的最大放电电流I_d,max，则本步骤跳过。

本实施例中，控制电路32从可储能设备5获取设备允许的最大充电电流I_c,max，对指令充电/放电电流I^*进行限幅，将指令充电/放电电流I^*控制在I_c,max和0之间。

4)控制电路32根据限幅后的指令充电/放电电流I^*和可储能设备5的实际运行电流I，生成PWM波，以控制可储能设备5的充电或放电，具体为：

4.1)直流-直流变换器31获取可储能设备5的实际运行电流I，控制电路32的减法运算模块323对限幅后的指令充电/放电电流I^*与可储能设备5的实际运行电流I作差，得到电流差值。

4.2)控制电路32的比例积分控制模块324对得到的电流差值进行比例积分计算。

4.3)控制电路32的第二限幅模块325对比例积分计算结果进行限幅。

4.4)PWM波调制模块326对限幅后的信号进行脉冲宽度调制，得到直流-直流变换器31的PWM波输入。

5)直流-直流变换器31采用恒电流控制模式，根据得到的PWM波输入，控制可储能设备5按照指令充电/放电电流I^*进行充电或放电。

在本实施例中，考虑多辆电动汽车(即可储能设备5)各自连接单向充电桩(即直流充电装置)，均接入直流微网，进而根据图3进行举例说明：

当k₁＝0、k₂＝0、直流母线2的电压U为额定电压时(375V)，所有电动汽车的充电电流均为15A；当k₁＝1、k₂＝1、直流母线2的电压U为额定电压时(375V)，荷电状态SOC为90％的电动汽车不充电不放电荷电状态SOC为70％的电动汽车以5.7A充电，荷电状态SOC为50％的电动汽车以15A充电，荷电状态SOC为30％的电动汽车以18.4A充电；当k₁＝1、k₂＝1、直流母线2的电压U为360V时，荷电状态SOC为90％的电动汽车不充电不放电，荷电状态SOC为70％的电动汽车不充电不放电，荷电状态SOC为50％的电动汽车不充电不放电，荷电状态SOC为30％的电动汽车以11.7A充电；当k₁＝1、k₂＝1、直流母线2的电压U为400V时，电动汽车的充电电流均为20A。

进一步地，经过样机实验测试，本实施例可将功率(在电流的基础上乘以电动汽车的电压)实际值与指令值的偏差控制在1％以内。

实施例3

若将直流-直流变换器31采用恒功率控制模式，则将上述实施例2的各步骤中所有的电流参数替换为对应的功率参数，方法的原理不变。因此，如图4所示，本实施例提供一种功率可主动调节的直流充放电方法，包括以下步骤：

1)控制电路32获取可储能设备5的储能能力参数，并从直流-直流变换器31获取直流母线2的电压U。

在本实施例中，直流-直流变换器31采用恒功率控制模式。直流母线2的电压U为375V，直流母线2的电压U可变化范围为320V至400V。可储能设备5为支持充电和放电的电动汽车。

2)控制电路32的指令电流函数计算模块根据直流母线2的电压U和荷电状态SOC以及直流充放电装置3的额定充电功率P_c,rated和额定放电功率P_d,rated，计算指令充电/放电功率P^*＝f(U,SOC,P_c,rated,P_d,rated)。

在本实施例中，直流充放电装置3用作双向充电桩，其额定充电功率P_c,rated为20kW，额定放电功率P_d,rated为-20kW。如图5所示，为适用于图4实施例的指令充电/放电功率函数，其中，U₂₁为开始以额定放电功率P_d,rated放电的直流母线2的电压(取为340V)，U₂₂为初始中心点直流母线2的电压(取为360V)，U₂₃为开始以额定充电功率P_c,rated充电的直流母线2的电压(取为380V)，将U₂₂±ΔU范围设置为死区(ΔU取为5V)。参数k₁和k₂分别控制荷电状态SOC影响函数中心点电压U_mid以及曲线弧度参数n_c和n_d，参数k₁和k₂可依据用户需求在0至1之间取值，取值越大荷电状态SOC的影响程度越大。上述函数的表达式为：

①荷电状态SOC影响参数计算：

U_mid＝(1–k₁)·U₂₂+k₁·(SOC·(U₂₃–U₂₁–2ΔU)+U₂₁+ΔU)

n_c＝(1–k₂)+k₂·SOC/(1–SOC)

n_d＝(1–k₂)+k₂·(1–SOC)/SOC

②根据直流母线2的电压U分段计算指令充电/放电功率P^*：

若U<U₂₁，则以额定功率放电，即P^*＝_d,rated；

若U₂₁≤U<U_mid-ΔU，则以小功率放电，即P^*＝P_d,rated·((U_mid–ΔU–U)/(U_mid–ΔU–U₂₁))n_d；

若U_mid-ΔU≤U<U_mid+ΔU，则不充电不放电(死区)，即P^*＝0；

若U_mid+ΔU≤U<U₂₃，则以小功率充电，即P^*＝P_d,rated·((U–U_mid–ΔU)/(U₂₃–U_mid–ΔU))n_c；

若U>U₂₃，则以额定功率充电，即P^*＝P_c,rated。

3)控制电路32的第一限幅模块322根据设备允许的最大充电功率P_c,max和设备允许的最大放电功率P_d,max，对指令充电/放电电流I^*进行限幅，以将指令充电/放电电流I^*控制在P_c,max和P_d,max之间。

具体地，若可储能设备5无法给出设备允许的最大充电功率P_c,max和设备允许的最大放电功率P_d,max，则本步骤跳过。

4)控制电路32根据限幅后的指令充电/放电功率P^*和可储能设备5的实际运行功率P，生成PWM波，以控制可储能设备5的充电或放电，具体为：

4.1)直流-直流变换器31获取可储能设备5的实际运行功率P，减法运算模块323对限幅后的指令充电/放电功率P^*与可储能设备5的实际运行功率P作差，得到功率差值。

4.2)比例积分控制模块324对得到的功率差值进行比例积分计算。

4.3)第二限幅模块325对比例积分计算结果进行限幅。

4.4)PWM波调制模块326对限幅后的信号进行脉冲宽度调制，得到直流-直流变换器31的PWM波输入。

5)直流-直流变换器31采用恒功率控制模式，根据得到的PWM波输入，控制可储能设备5按照指令充电/放电功率P^*进行充电或放电。

在本实施例中，考虑多辆电动汽车(即可储能设备5)各自连接双向充电桩(即直流充放电装置3)，均接入直流微网，进而根据图5进行举例说明：

当k₁＝0、k₂＝0、直流母线2的电压U为额定电压时(375V)，电动汽车的充电功率均为13.3kW；当k₁＝1、k₂＝1、直流母线2的电压U为额定电压时(375V)，荷电状态SOC为90％的电动汽车不充电不放电，荷电状态SOC为70％的电动汽车以3.0kW充电，荷电状态SOC为50％的电动汽车以13.3kW充电，荷电状态SOC为30％的电动汽车以17.8kW充电；当k₁＝1、k₂＝1、直流母线2的电压U为350V时，荷电状态SOC为90％的电动汽车以-19.0kW放电，荷电状态SOC为70％的电动汽车以-15.2kW放电，荷电状态SOC为50％的电动汽车以-6.7kW放电，荷电状态SOC为30％的电动汽车不放电不充电；当k₁＝1、k₂＝1、直流母线2的电压U为400V时，电动汽车的充电功率均为20kW。

进一步地，本发明主要针对功率可主动调节的直流充放电系统在稳态运行情况下的直流充放电方法，其中直流充放电装置3的预充电过程、保护措施、工况切换方法等可采用有现有的技术方案，在此不多做赘述。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种功率可主动调节的直流充放电系统，其特征在于，包括交流-直流变换器、直流母线和直流充放电装置，其中，所述直流充放电装置包括直流-直流变换器和控制电路；

所述交流-直流变换器用于将交流电网接入的交流电转换为直流电，并控制所述直流母线的电压在预设范围内；

所述直流-直流变换器用于获取所述直流母线的电压和可储能设备的储能能力参数，以及采用恒电流控制模式或恒功率控制模式，根据所述控制电路生成的PWM波，控制所述可储能设备的充电或放电；

所述控制电路用于根据所述直流母线的电压、所述可储能设备的储能能力参数和所述可储能设备的实际运行电流或功率，确定指令充电/放电电流或功率并生成PWM波。

2.如权利要求1所述的一种功率可主动调节的直流充放电系统，其特征在于，所述可储能设备的储能能力参数包括设备荷电状态、设备允许的最大充电电流或最大充电功率和设备允许的最大放电电流或最大放电功率。

3.如权利要求2所述的一种功率可主动调节的直流充放电系统，其特征在于，所述控制电路包括：

指令函数计算模块，用于根据所述直流-直流变换器读取的直流母线的电压和从所述可储能设备获取的荷电状态以及所述直流充放电装置的额定充电电流或功率和额定放电电流或功率，计算指令充电/放电电流或功率；

第一限幅模块，用于根据从所述可储能设备获取的设备允许的最大充电电流或功率和设备允许的最大放电电流或功率，对指令充电/放电电流或功率进行限幅；

减法运算模块，用于对限幅后的指令充电/放电电流或功率与对应的所述可储能设备的实际运行电流或功率作差，得到电流差值或功率差值；

比例积分控制模块，用于对得到的电流差值或功率差值进行比例积分计算；

第二限幅模块，用于对比例积分计算结果进行限幅；

PWM波调制模块，用于对限幅后的信号进行脉冲宽度调制，得到所述直流-直流变换器的PWM波输入，以使所述直流-直流变换器根据得到的PWM波输入，控制所述可储能设备进行充电或放电。

4.如权利要求1所述的一种功率可主动调节的直流充放电系统，其特征在于，若所述可储能设备无法给出设备允许的最大充电电流或功率和设备允许的最大放电电流或功率，则所述控制电路不设置所述第一限幅模块。

5.一种功率可主动调节的直流充放电方法，其特征在于，包括：

控制电路获取可储能设备的储能能力参数，并从直流-直流变换器获取直流母线的电压和可储能设备的实际运行电流或功率；

控制电路根据直流母线的电压、可储能设备的储能能力参数以及直流充放电装置的额定充电电流或功率和额定放电电流或功率，计算指令充电/放电电流或功率；

控制电路根据可储能设备的储能能力参数、计算的指令充电/放电电流或功率和可储能设备的实际运行电流或功率，生成PWM波；

直流-直流变换器采用恒电流控制模式或恒功率控制模式，根据得到的PWM波输入，控制可储能设备按照指令充电/放电电流或功率进行充电或放电。

6.如权利要求5所述的一种功率可主动调节的直流充放电方法，其特征在于，所述控制电路根据可储能设备的储能能力参数、计算的指令充电/放电电流或功率和可储能设备的实际运行电流或功率，生成PWM波，包括：

控制电路根据可储能设备允许的最大充电电流或功率和允许的最大放电电流或功率，对指令充电/放电电流或功率进行限幅；

控制电路根据限幅后的指令充电/放电电流或功率和可储能设备的实际运行电流或功率，生成PWM波。

7.如权利要求6所述的一种功率可主动调节的直流充放电方法，其特征在于，若可储能设备无法给出设备允许的最大充电电流或功率和设备允许的最大放电电流或功率，则跳过对指令充电/放电电流或功率进行限幅的步骤；

若可储能设备无法给出荷电状态或无法将荷电状态传输至控制电路，则将指令充电/放电电流或功率计算所需的输入荷电状态设为常数。

8.如权利要求6所述的一种功率可主动调节的直流充放电方法，其特征在于，所述控制电路根据限幅后的指令充电/放电电流或功率和可储能设备的实际运行电流或功率，生成PWM波，包括：

直流-直流变换器获取可储能设备的实际运行电流或功率，减法运算模块对限幅后的指令充电/放电电流或功率与可储能设备的实际运行电流或功率作差，得到电流差值或功率差值；

比例积分控制模块对得到的电流差值进行比例积分计算；

第二限幅模块对比例积分计算结果进行限幅；

PWM波调制模块对限幅后的信号进行脉冲宽度调制，得到直流-直流变换器的PWM波输入。

9.如权利要求5所述的一种功率可主动调节的直流充放电方法，其特征在于，所述控制电路根据直流母线的电压、可储能设备的储能能力参数以及直流充放电装置的额定充电电流或功率和额定放电电流或功率，计算指令充电/放电电流或功率，包括：

在指令充电/放电电流或功率函数中，充电电流或功率表示为正值，放电电流或功率表示为负值；

直流母线的电压越大，则指令充电/放电电流或功率越大；

荷电状态越大，则指令充电/放电电流或功率越小；

指令充电/放电电流或功率的变化限制在直流充放电装置的额定充电电流或功率和额定放电电流或功率之间。

10.如权利要求9所述的一种功率可主动调节的直流充放电方法，其特征在于，所述指令充电/放电电流或功率函数为：

I^*＝f(U,SOC,I_c,rated,I_d,rated)或P^*＝f(U,SOC,P_c,rated,P_d,rated)

其中，U为直流母线的电压，SOC为可储能设备的荷电状态，I_c,rated为直流充放电装置的额定充电电流，I_d,rated为直流充放电装置的额定放电电流；P_c,rated为直流充放电装置的额定充电功率，P_d,rated为直流充放电装置的额定放电功率。

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