CN114844030A - 直流微网母线管理方法及能源供给系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直流微网母线管理方法及能源供给系统，包括以下步骤：当交流电源通过能量转换模块给直流母线正常供电时，能量转换模块控制母线电压稳定在第一电压值，双向储能直流转换单元处于正常充放电状态、充电状态或放电状态；当交流电源无法通过能量转换模块给直流母线正常供电，且母线电压低于第二电压值时，双向储能直流转换单元切换到特殊输出状态，此时电池单元通过双向储能直流转换单元与直流母线进行能量交换，母线电压达到第三电压值；当交流电源重新通过能量转换模块给直流母线正常供电，且母线电压高于第四电压值时，则双向储能直流转换单元从特殊输出状态转换成正常充放电状态。本发明稳定性高、成本低、且电池单元使用寿命长。

Description

直流微网母线管理方法及能源供给系统

技术领域

本发明属于电力供应领域，特别是涉及一种直流微网母线管理方法及能源供给系统。

背景技术

随着电力电子技术的飞速发展，直流母线配电以其线损小、可靠性高、无需相频控制、接纳分布式电源能力强等优点在数据中心以及通讯基站得到了广泛的应用。在储能电池通过直流母线给分布式基站和空调供电的过程中，储能电池既要能满足电网需求侧响应，又要在电网断电的时候维持基站和空调的供能需求，随着储能电池长期的充放电，以及短时的大电流放电，储能电池本身的寿命以及可靠性变成了一个关键问题，往往不能同时兼顾电网需求、负载稳定以及电池的健康管理。

因此，如何在储能电池兼顾电网需求时，管理直流母线及电池SOC(即荷电状态，是用来反映电池的剩余容量的，其数值上定义为剩余容量占电池容量的比值，常用百分数表示)已经成为本领域人员亟待解决的问题之一。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种直流微网母线管理方法及能源供给系统，用于解决现有技术中的储能电池不能同时兼顾电网需求、负载稳定以及电池的健康管理的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种直流微网母线管理方法，以给负载供电，所述储能电源装置包括电池单元、双向储能直流转换单元、直流母线及能量转换模块；所述双向储能直流转换单元的第一输入输出端连接所述电池单元，第二输入输出端连接所述直流母线，所述电池单元通过所述双向储能直流转换单元与所述直流母线进行能量交换；所述能量转换模块连接所述直流母线，将交流电源转换成母线电压；所述直流微网母线管理方法包括以下步骤：

当所述交流电源通过所述能量转换模块给所述直流母线正常供电时，所述能量转换模块控制所述母线电压稳定在第一电压值，所述双向储能直流转换单元处于正常充放电状态、充电状态或放电状态；其中，

在所述双向储能直流转换单元处于正常充放电状态时，若所述电池单元的电量低于第一设定值，则所述双向储能直流转换单元从所述正常充放电状态转换成充电状态；若所述电池单元的电量高于第二设定值，则所述双向储能直流转换单元从所述正常充放电状态转换成放电状态；

在所述双向储能直流转换单元处于充电状态时，若所述电池单元的电量上升至第三设定值，则所述双向储能直流转换单元从所述充电状态转换成所述正常充放电状态；

在所述双向储能直流转换单元处于放电状态时，若所述电池单元的电量下降至第四设定值，则所述双向储能直流转换单元从所述放电状态转换成所述正常充放电状态；

当所述交流电源无法通过所述能量转换模块给所述直流母线正常供电，且所述母线电压低于第二电压值时，所述双向储能直流转换单元切换到特殊输出状态，此时所述电池单元通过所述双向储能直流转换单元与所述直流母线进行能量交换，所述母线电压达到第三电压值；

当所述交流电源重新通过所述能量转换模块给所述直流母线正常供电，且所述母线电压高于第四电压值时，则所述双向储能直流转换单元从所述特殊输出状态转换成所述正常充放电状态；

其中，所述第一电压值、所述第四电压值、所述第三电压值、所述第二电压值依次递减；所述第二设定值、第四设定值、所述第三设定值、所述第一设定值依次递减。

可选地，在所述正常充放电状态时，所述双向储能直流转换单元控制所述电池单元进行充放电；在所述充电状态时，所述双向储能直流转换单元通过所述直流母线给所述电池单元充电；在所述放电状态时，所述电池单元通过所述双向储能直流转换单元放电给所述直流母线。

可选地，所述电池单元的数量为m，通过m个所述双向储能直流转换单元，各所述电池单元分别通过一一对应的所述双向储能直流转换单元连接至所述直流母线上；当所述双向储能直流转换单元为所述特殊输出状态时，所述双向储能直流转换单元中的任意一个作为电压源工作，其余的所述双向储能直流转换单元作为电流源工作；其中，m为正整数且大于等于2。

更可选地，电量最高的所述电池单元对应的所述双向储能直流转换单元作为电压源工作；其余的所述双向储能直流转换单元作为电流源工作。

更可选地，所述储能电源装置还包括控制器，基于所述控制器与各所述双向储能直流转换单元之间的数据通讯，由所述控制器指定某一所述双向储能直流转换单元作为电压源工作，指定其余的所述双向储能直流转换单元作为电流源工作；或基于所述双向储能直流转换单元之间的数据通讯，由各所述双向储能直流转换单元指定自己作为电压源或电流源工作。

更可选地，根据数据通讯的预设间隔时间，重新指定作为电压源工作的所述双向储能直流转换单元，以及作为电流源工作的所述双向储能直流转换单元。

更可选地，计算各电流源的电流调整系数，基于所述电流调整系数控制各所述双向储能直流转换单元输出相应电流，满足公式(1)：

IB_x＝K_soc(x)*IB_pre(x) (1)

其中，IB_x表示第x个所述双向储能直流转换单元与对应所述电池单元之间的电流，x为整数且大于等于1小于等于m；K_soc(x)表示第x个所述双向储能直流转换单元与对应所述电池单元之间的电流的电流调整系数；所述电流调整系数与所述电池单元的电量成正比；IB_pre(x)表示第x个所述双向储能直流转换单元与对应所述电池单元之间的电流的初设值。

更可选地，所述电流调整系数满足公式(2)：

其中，soc_x表示第x个所述电池单元的SOC。

更可选地，第x个所述双向储能直流转换单元与对应所述电池单元之间的电流的初设值满足公式(3)：

其中，I_sum表示所述直流母线的负载侧总电流；V_bus表示母线电压；V_bat(x)表示第x个所述电池单元的电压。

更可选地，所述储能电源装置还包括控制器，基于所述控制器与各所述双向储能直流转换单元之间的数据通讯，由所述控制器控制各所述双向储能直流转换单元进行电流分配；或基于各所述双向储能直流转换单元之间的数据通讯，由各所述双向储能直流转换单元计算自己的电流调整系数。

更可选地，根据数据通讯的预设间隔时间，各所述双向储能直流转换单元调整自己的电流调整系数。

可选地，在所述双向储能直流转换单元处于特殊输出状态时，所述双向储能直流转换单元短接，所述电池单元直接馈能给所述直流母线，所述母线电压达到第三电压值；其中，所述第三电压值跟随所述电池单元的电压进行变化。

可选地，在所述双向储能直流转换单元处于特殊输出状态时，所述双向储能直流转换单元控制所述母线电压达到第三电压值；其中，所述第三电压值为一定值。

更可选地，在所述双向储能直流转换单元处于特殊输出状态时，若所述电池单元的电量下降至第五设定值，则对应所述双向储能直流转换单元停止向所述直流母线馈能；其中，所述第五设定值小于所述第一设定值。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种能源供给系统，所述能源供给系统包括所述储能电源装置及新能源模块；

所述储能电源装置包括所述电池单元、所述双向储能直流转换单元、所述直流母线及所述能量转换模块；

所述能量转换模块连接所述直流母线，将交流电源转换成所述母线电压；

所述双向储能直流转换单元的第一输入输出端连接所述电池单元，第二输入输出端连接所述直流母线，所述电池单元通过所述双向储能直流转换单元与所述直流母线进行能量交换；

所述新能源模块连接所述直流母线或所述双向储能直流转换单元的第一输入输出端，通过所述新能源模块给所述直流母线补给能量或给所述电池单元输送电能。

可选地，所述新能源模块包括新能源产生装置及新能源控制器；所述新能源控制器的输入端连接所述新能源产生装置，输出端连接所述直流母线或所述双向储能直流转换单元的第一输入输出端。

更可选地，所述直流母线上还并联第一负载及第二负载；其中，所述第一负载不间断工作，所述第二负载间断工作；

当所述新能源模块连接所述直流母线时，若所述能量转换模块不提供交流电源，将所述第二负载关停，则所述电池单元及所述新能源模块给所述第一负载供能；若所述能量转换模块提供交流电源，则所述能量转换模块、所述电池单元及所述新能源模块给所述第一负载及所述第二负载供能。

如上所述，本发明提供的直流微网母线管理方法及能源供给系统，具有以下有益效果：

1，本发明的直流微网母线管理方法中，通过能量转换模块和双向储能直流转换单元共同来控制母线电压，从而使得母线电压的稳定性更高，适用范围更广。

2，本发明的直流微网母线管理方法中，基于双向储能直流转换单元对电池单元进行SOC优化，提高了电池单元的使用寿命，实现了电池的健康管理。

3，本发明的直流微网母线管理方法中，通过能量转换模块和双向储能直流转换单元之间的通讯，在不增加任何成本的情况下，解决了功率分配的难题。

4，本发明的直流微网母线管理方法中，当控制器不工作时，各双向储能直流转换单元之间通过互相通讯的方式获取数据并指定自己作为电压源或电流源工作，从而避免了因控制器单一故障而引起整个系统崩溃的情况，提升了直流微网系统的稳定性。

附图说明

图1显示为本发明的直流微网母线管理方法的原理示意图。

图2显示为本发明的能源供给系统的结构示意图。

图3显示为本发明的能源供给系统的另一结构示意图。

元件标号说明

1 电池单元

2 双向储能直流转换单元

3 直流母线

4 能量转换模块

5 控制器

6 新能源模块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图3，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

实施例一

本实施例提供一种直流微网母线管理方法，基于储能电源装置实现，以给负载供电，所述储能电源装置包括电池单元1、双向储能直流转换单元2、直流母线3及能量转换模块4；所述双向储能直流转换单元2的第一输入输出端连接所述电池单元1，第二输入输出端连接所述直流母线3，所述电池单元1通过所述双向储能直流转换单元2与所述直流母线3进行能量交换；所述能量转换模块4连接所述直流母线3，将交流电源转换成母线电压。如图1所示，所述直流微网母线管理方法包括以下步骤：

1)当所述交流电源通过所述能量转换模块4给所述直流母线3正常供电时，所述能量转换模块4控制所述母线电压稳定在第一电压值，所述双向储能直流转换单元2处于正常充放电状态、充电状态或放电状态。

具体地，在本实施例中，所述交流电源为电网电源，电网电压为380V±20％，需要说明的是电网电压也可为其他值，如日本200V、美国110V，在此不做限定。当所述交流电源通过所述能量转换模块4给所述直流母线3正常供电时，所述母线电压由所述能量转换模块4来控制，并且所述能量转换模块4将所述母线电压稳定在所述第一电压值，用以给所述负载供电；作为示例，所述第一电压值为57V，所述第一电压值也可根据实际需求进行调整，在此不做限定。作为示例，所述能量转换模块4为交流转直流变换器，所述交流转直流变换器将电网的交流电源转换成所述母线电压，所述交流转直流变换器也可以将柴油发电机组产生的交流电源转换成所述母线电压；也可以将多个能提供交流电源的器件通过选择开关连接所述交流转直流变换器，如将电网与柴油发电机组通过ATS(Automatic TransferSwitch，自动转换开关)连接所述交流转直流变换器；当电网无法提供交流电源时，通过柴油发电机提供交流电源，进而满足直流微网不间断运行的需要。所述能量转换模块4也可以为其他将交流电源转换成所述母线电压的电路结构及器件，在本实施例中不做限制。

具体地，作为示例，在所述双向储能直流转换单元2处于正常充放电状态时，所述双向储能直流转换单元2根据需求侧响应(例如交流电网削峰填谷)控制所述电池单元1进行充电或放电。在本实施例中，在所述电网电源正常供电的高峰时间段，由所述电池单元1放电给所述直流母线3；在所述电网电源正常供电的低谷时间段，由所述直流母线3给所述电池单元1充电。

具体地，在所述双向储能直流转换单元2处于正常充放电状态时，若所述电池单元1放电使得电量低于第一设定值，则所述双向储能直流转换单元2从所述正常充放电状态转换成所述充电状态；若所述电池单元1充电使得电量高于第二设定值，则所述双向储能直流转换单元2从所述正常充放电状态转换成放电状态。

具体地，在所述双向储能直流转换单元2处于充电状态时，所述双向储能直流转换单元2通过所述直流母线3给所述电池单元充电，此时所述电池单元1电量上升，若所述电池单元1的电量上升至第三设定值，则所述双向储能直流转换单元2从所述充电状态转换成所述正常充放电状态。

具体地，在所述双向储能直流转换单元2处于放电状态时，所述电池单元1通过所述双向储能直流转换单元2放电给所述直流母线3，此时所述电池单元1电量下降，若所述电池单元1的电量下降至第四设定值，则所述双向储能直流转换单元2从所述放电状态转换成所述正常充放电状态。

作为示例，所述第一设定值、所述第二设定值、所述第三设定值及所述第四设定值表示当前所述电池单元的电量占额定容量的百分比。本实施例中，所述第一设定值为60％，所述第二设定值为95％，所述第三设定值为80％，所述第四设定值为90％，所述第一设定值、所述第二设定值、所述第三设定值及所述第四设定值也可以有其他划分标准，在此不一一赘述，只要满足：所述第二设定值、第四设定值、所述第三设定值、所述第一设定值依次递减，即可。

2)当所述交流电源无法通过所述能量转换模块4给所述直流母线3正常供电，且所述母线电压低于第二电压值时，所述双向储能直流转换单元2切换到特殊输出状态，此时所述电池单元1通过所述双向储能直流转换单元2与所述直流母线3进行能量交换，所述母线电压达到第三电压值。

具体地，作为一示例，当所述交流电源无法通过所述能量转换模块4给所述直流母线3正常供电时，所述能量转换模块4失去对所述直流母线3的控制，此时所述母线电压从所述第一电压值(即57V)下降到第二电压值时，所述双向储能直流转换单元2切换到特殊输出状态，此时所述母线电压由所述双向储能直流转换单元2来控制，并且所述双向储能直流转换单元2将所述母线电压稳定在第三电压值。在本实施例中，所述第二电压值为48V，所述第三电压值为51V；在其他实施例中，所述第二电压值、所述第三电压值可以根据实际需要调整，不以本实施例为限。需要说明的是，所述交流电源无法通过所述能量转换模块4给所述直流母线3正常供电，有可能是交流电源无法提供或者交流电源未达需求，也有可能所述能量转换模块故障(无法正常工作)。

具体地，作为另一示例，在所述双向储能直流转换单元2处于特殊输出状态时，所述双向储能直流转换单元2短接，所述电池单元1直接馈能给所述直流母线3，此时所述母线电压(即所述第三电压值，所述第三电压值为变化的)跟随所述电池单元1的电压进行变化。本实施例中，所述双向储能直流转换单元2为BUCK电路结构，当上管一直开通时，所述双向储能直流转换单元2相当于一根导线(即短接)，所述电池单元1直接馈能给所述直流母线3。

具体地，在所述双向储能直流转换单元2处于特殊输出状态时，所述电池单元1通过所述双向储能直流转换单元2馈能给所述直流母线3，所述电池单元1放电，若所述电池单元1的电量下降至第五设定值，则对应所述双向储能直流转换单元2停止向所述直流母线3馈能；其中，所述第五设定值小于所述第一设定值。作为示例，所述第五设定值为35％，所述第五设定值小于所述第一设定值即可，在此不做限定。

3)当所述交流电源重新通过所述能量转换模块4给所述直流母线3正常供电，基于所述交流电源，所述能量转换模块4重新控制所述母线电压，所述能量转换模块4将所述母线电压稳定在所述第一电压值；所述母线电压上升的过程中，当所述母线电压高于第四电压值时，则所述双向储能直流转换单元2从所述特殊输出状态转换成所述正常充放电状态。

作为示例，所述第四电压值为55V，所述第四电压值小于所述第一电压值并大于所述第三电压值，所述第四电压值也可以根据实际需要设定，不以本实施例为限。

作为示例，所述电池单元1为磷酸铁锂电池，根据实际需要，也可以为其他类型的电池，在此不一一赘述。

作为本实施例的一种实现方式，所述电池单元1的数量为m，各所述电池单元1分别通过一一对应的所述双向储能直流转换单元2连接至所述直流母线3上(此时，所述双向储能直流转换单元2为m个)；当所述双向储能直流转换单元2为正常充放电状态、充电状态或放电状态时，所述双向储能直流转换单元2均作为电流源工作；当所述双向储能直流转换单元2为所述特殊输出状态时，所述双向储能直流转换单元2中的任意一个作为电压源工作，其余的所述双向储能直流转换单元2作为电流源工作；其中，m为正整数且大于等于2。进一步的，所述双向储能直流转换单元2作为电压源或电流源的条件包括但不限于电池电量。作为示例，当所述双向储能直流转换单元2为所述特殊输出状态时，电量最高的所述电池单元1对应的所述双向储能直流转换单元2作为电压源工作；其余的所述双向储能直流转换单元2作为电流源工作。

具体的，作为一示例，各所述双向储能直流转换单元2之间进行数据通讯来获取彼此的数据信息，并当所述双向储能直流转换单元2为所述特殊输出状态时，由各所述双向储能直流转换单元2指定自己作为电压源还是电流源工作；进一步的，在本实施例中，各所述双向储能直流转换单元2之间通过CAN通讯获取彼此数据，当所述双向储能直流转换单元2为所述特殊输出状态时，电量最高的所述电池单元1对应的所述双向储能直流转换单元2将自己设定为以电压源方式工作，其余的所述双向储能直流转换单元2分别将自己设定为以电流源方式工作。

具体地，作为另一示例，如图2所示，所述储能电源装置还包括控制器5，所述控制器5与各所述双向储能直流转换单元2之间进行数据通讯，当所述双向储能直流转换单元2为所述特殊输出状态时，由所述控制器5指定某一所述双向储能直流转换单元2作为电压源工作，指定其余的所述双向储能直流转换单元2作为电流源工作；进一步的，所述控制器5获取各所述双向储能直流转换单元2的数据信息，当所述双向储能直流转换单元2为所述特殊输出状态时，由控制器5指定电量最高的所述电池单元1对应的所述双向储能直流转换单元2作为电压源工作，其余的所述双向储能直流转换单元2作为电流源工作。在本实施例中，所述控制器5通过CAN通讯获取各所述双向储能直流转换单元2的数据信息，进而控制各所述双向储能直流转换单元2作为电压源或电流源工作。

更具体地，当所述双向储能直流转换单元2处于所述特殊输出状态时，可以通过预设间隔时间，重新指定作为电压源或者作为电流源工作的所述双向储能直流转换单元2。需要说明的是，可以基于数据通讯(例如根据CAN通讯)来设置更新数据时间间隔为500ms、1s或2s，在此不做限定，可以根据实际需要设置。

需要说明的是，所述数据通讯方式包括但不限于RS485或CAN等，所述数据信息包括但不限于所述电池单元1的电压、SOC、电流等。任意能实现控制器5与双向储能直流转换单元2通讯的方式均适用于本发明，任意能用于确定各双向储能直流转换单元2工作状态的数据信息均适用于本发明，在此不一一赘述。

具体地，计算各电流源的电流调整系数，并基于所述电流调整系数控制各所述双向储能直流转换单元2输出相应电流，在本实施例中，满足公式(1)：

IB_x＝K_soc(x)*IB_pre(x) (1)

其中，IB_x表示第x个所述双向储能直流转换单元2与对应所述电池单元1之间的电流，x为整数且大于等于1小于等于m；K_soc(x)表示第x个所述双向储能直流转换单元2与对应所述电池单元1之间的电流的电流调整系数；所述电流调整系数与所述电池单元1的电量成正比；IB_pre(x)表示第x个所述双向储能直流转换单元2与对应所述电池单元1之间的电流的初设值。

更具体地，所述电流调整系数满足公式(2)：

其中，soc_x表示第x个所述电池单元1的SOC。

更具体地，第x个所述双向储能直流转换单元2与对应所述电池单元1之间的电流的初设值满足公式(3)：

其中，I_sum表示所述直流母线3的负载侧总电流；V_bus表示母线电压；V_bat(x)表示第x个所述电池单元1的电压。

基于以上实施方案，列举一个实例分析：两组所述双向储能直流转换单元2处于电流源且处于特殊输出状态时，第1组所述电池单元1的电池电压为53V，SOC为0.9；第2组所述电池单元1的电池电压为46V，SOC为0.4；

若负载侧总电流为250A(I_sum＝250A)，则根据公式(3)，第1组所述电池单元1对应的第1个所述双向储能直流转换单元2与所述电池单元1之间的电流的初设值为：

根据公式(2)，第1个所述电池单元1的电流调整系数为：

根据公式(1)，第1个所述双向储能直流转换单元2与对应所述电池单元1之间的电流为：IB₁＝K_soc(1)*IB_pre(1)＝1.3846*134.43A＝186.13A。第2组所述电池单元1对应的第2个所述双向储能直流转换单元2与所述电池单元1之间的电流的初设值为：

根据公式(2)，第2个所述电池单元1的电流调整系数为：

根据公式(1)，第2个所述双向储能直流转换单元2与对应所述电池单元1之间的电流为：IB₂＝K_soc(2)*IB_pre(2)＝0.6154*154.89A＝95.3A。需要说明的是，所述电流调整系数及所述第x个所述双向储能直流转换单元2与对应所述电池单元1之间的电流的初设值的小数点的位数，根据实际需要的控制精度设置，在此不做限定。当有多组所述双向储能直流转换单元2作为电流源时，通过计算各的电流调整系数，并基于所述电流调整系数控制任意一组所述双向储能直流转换单元2输出相应电流。

具体地，所述储能电源装置还包括控制器5，基于所述控制器5与各所述双向储能直流转换单元2之间的数据通讯，由所述控制器5计算各电流源的电流调整系数，并控制各所述双向储能直流转换单元2进行电流分配；或基于各所述双向储能直流转换单元2之间的数据通讯，由各所述双向储能直流转换单元2计算自己的电流调整系数。

更具体地，可以通过预设间隔时间，例如可以基于数据通讯(例如根据CAN通讯)来设置更新数据时间间隔，重新调整各所述双向储能直流转换单元2的电流调整系数。

具体的，特殊输出状态中，多个所述电池单元1馈能给所述直流母线3，当某个所述电池单元1的电池电压大于所述母线电压时，对应的所述双向储能直流转换单元2短接。本实施例中，在所述电网电源无法通过所述交流转直流变换器给所述直流母线3正常供电时，此时由各所述电池单元1通过对应的所述双向储能直流转换单元2给所述直流母线3供能；在向所述直流母线3馈能的过程中，如有所述电池单元1的电量低于所述第五设定值，则对应所述双向储能直流转换单元2停止向所述直流母线3馈能，此时所述双向储能直流转换单元2可以从所述直流母线获取能量给对应的所述电池单元充电，使得电池电量升高，从而防止了所述电池单元1深度放电，提高了所述电池单元1的使用寿命。

本发明的直流微网母线管理方法中，通过能量转换模块和双向储能直流转换单元共同来控制母线电压，从而使得母线电压的稳定性更高，适用范围更广。

本发明的直流微网母线管理方法中，基于双向储能直流转换单元对电池单元进行SOC优化，提高了电池单元的使用寿命，实现了电池的健康管理。

本发明的直流微网母线管理方法中，通过能量转换模块和双向储能直流转换单元之间的通讯，在不增加任何成本的情况下，解决了功率分配的难题。

本发明的直流微网母线管理方法中，当控制器不工作时，各双向储能直流转换单元之间通过通讯方式指定自己作为电压源或电流源工作，从而避免了因控制器单一故障而引起整个系统崩溃的情况，提升了直流微网系统的稳定性。

实施例二

本实施例提供一种能源供给系统，用于执行实施例一中所述的直流微网母线管理方法。所述能源供给系统包括：所述储能电源装置及新能源模块6。

如图2及图3所示，所述储能电源装置包括所述电池单元1、所述双向储能直流转换单元2、所述直流母线3及所述能量转换模块4。

具体地，所述能量转换模块4连接所述直流母线3，将交流电源转换成所述母线电压；所述双向储能直流转换单元2的第一输入输出端连接所述电池单元1，第二输入输出端连接所述直流母线3，所述电池单元1通过所述双向储能直流转换单元2与所述直流母线3进行能量交换。作为一示例，如图2所示，所述新能源模块6连接所述直流母线3，通过所述新能源模块6给所述直流母线补给能量；作为另一示例，如图3所示，所述新能源模块6连接所述双向储能直流转换单元2的第一输入输出端，通过所述新能源模块6给所述直流母线补给能量，使得所述母线电压稳定在所述第一电压值，此时将多余的能量存储到所述电池单元1中。

具体地，所述新能源模块6包括新能源产生装置及新能源控制器。所述新能源控制器的输入端连接所述新能源产生装置，输出端连接所述直流母线3或所述双向储能直流转换单元2的第一输入输出端。

作为示例，所述新能源产生装置为光伏电池组件，所述新能源控制器为光伏控制器；所述光伏控制器的输入端连接所述光伏电池组件，输出端连接所述直流母线3或所述双向储能直流转换单元2的第一输入输出端。所述新能源模块6也可以为燃料电池发电、潮汐能发电、风力发电等，在此不做限定。

如图2或图3所示，所述能源供给系统还包括控制器5，所述控制器5连接所述能量转换模块4及所述双向储能直流转换单元2，用于控制所述能量转换模块4、所述双向储能直流转换单元2及所述新能源模块6。本实施例中，所述能量转换模块4为交流转直流变换器，任意能将交流电转换为直流电的电路结构及器件均适用于本发明，在此不一一赘述。

作为示例，所述直流母线3上还并联第一负载及第二负载；其中，所述第一负载不间断工作，所述第二负载间断工作。当所述新能源模块6连接所述直流母线3时，若所述能量转换模块4不提供交流电源，将所述第二负载关停，则所述电池单元1及所述新能源模块6给所述第一负载供能，从而满足24小时不间断运行。若所述能量转换模块4提供交流电源，则所述能量转换模块4、所述电池单元1及所述新能源模块6给所述第一负载及所述第二负载供能。

综上所述，本发明提供一种直流微网母线管理方法，基于储能电源装置实现，以给负载供电，所述储能电源装置包括电池单元、双向储能直流转换单元、直流母线及能量转换模块；所述双向储能直流转换单元的第一输入输出端连接所述电池单元，第二输入输出端连接所述直流母线，所述电池单元通过所述双向储能直流转换单元与所述直流母线进行能量交换；所述能量转换模块连接所述直流母线，将交流电源转换成母线电压；其特征在于，至少包括以下步骤：当所述交流电源通过所述能量转换模块给所述直流母线正常供电时，所述能量转换模块控制所述母线电压稳定在第一电压值，所述双向储能直流转换单元处于正常充放电状态、充电状态或放电状态；其中，在所述双向储能直流转换单元处于正常充放电状态时，若所述电池单元的电量低于第一设定值，则所述双向储能直流转换单元从所述正常充放电状态转换成充电状态；若所述电池单元的电量高于第二设定值，则所述双向储能直流转换单元从所述正常充放电状态转换成放电状态；在所述双向储能直流转换单元处于充电状态时，若所述电池单元的电量上升至第三设定值，则所述双向储能直流转换单元从所述充电状态转换成所述正常充放电状态；在所述双向储能直流转换单元处于放电状态时，若所述电池单元的电量下降至第四设定值，则所述双向储能直流转换单元从所述放电状态转换成所述正常充放电状态；当所述交流电源无法通过所述能量转换模块给所述直流母线正常供电，且所述母线电压低于第二电压值时，所述双向储能直流转换单元切换到特殊输出状态，此时所述电池单元通过所述双向储能直流转换单元与所述直流母线进行能量交换，所述母线电压达到第三电压值；当所述交流电源重新通过所述能量转换模块给所述直流母线正常供电，且所述母线电压高于第四电压值时，则所述双向储能直流转换单元从所述特殊输出状态转换成所述正常充放电状态；其中，所述第一电压值、所述第四电压值、所述第三电压值、所述第二电压值依次递减；所述第二设定值、第四设定值、所述第三设定值、所述第一设定值依次递减。本发明的直流微网母线管理方法中，通过能量转换模块和双向储能直流转换单元共同来控制母线电压，从而使得母线电压的稳定性更高，适用范围更广；基于双向储能直流转换单元对电池单元进行SOC优化，提高了电池单元的使用寿命，实现了电池的健康管理；通过能量转换模块和双向储能直流转换单元之间的通讯，在不增加任何成本的情况下，解决了功率分配的难题；当控制器不工作时，各双向储能直流转换单元之间通过互相通讯的方式获取数据并指定自己作为电压源或电流源工作，从而避免了因控制器单一故障而引起整个系统崩溃的情况，提升了直流微网系统的稳定性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (17)

1.一种直流微网母线管理方法，基于储能电源装置实现，以给负载供电，所述储能电源装置包括电池单元、双向储能直流转换单元、直流母线及能量转换模块；所述双向储能直流转换单元的第一输入输出端连接所述电池单元，第二输入输出端连接所述直流母线，所述电池单元通过所述双向储能直流转换单元与所述直流母线进行能量交换；所述能量转换模块连接所述直流母线，将交流电源转换成母线电压；其特征在于，至少包括以下步骤：

当所述交流电源通过所述能量转换模块给所述直流母线正常供电时，所述能量转换模块控制所述母线电压稳定在第一电压值，所述双向储能直流转换单元处于正常充放电状态、充电状态或放电状态；其中，

在所述双向储能直流转换单元处于正常充放电状态时，若所述电池单元的电量低于第一设定值，则所述双向储能直流转换单元从所述正常充放电状态转换成充电状态；若所述电池单元的电量高于第二设定值，则所述双向储能直流转换单元从所述正常充放电状态转换成放电状态；

在所述双向储能直流转换单元处于充电状态时，若所述电池单元的电量上升至第三设定值，则所述双向储能直流转换单元从所述充电状态转换成所述正常充放电状态；

在所述双向储能直流转换单元处于放电状态时，若所述电池单元的电量下降至第四设定值，则所述双向储能直流转换单元从所述放电状态转换成所述正常充放电状态；

当所述交流电源无法通过所述能量转换模块给所述直流母线正常供电，且所述母线电压低于第二电压值时，所述双向储能直流转换单元切换到特殊输出状态，此时所述电池单元通过所述双向储能直流转换单元与所述直流母线进行能量交换，所述母线电压达到第三电压值；

当所述交流电源重新通过所述能量转换模块给所述直流母线正常供电，且所述母线电压高于第四电压值时，则所述双向储能直流转换单元从所述特殊输出状态转换成所述正常充放电状态；

其中，所述第一电压值、所述第四电压值、所述第三电压值、所述第二电压值依次递减；所述第二设定值、第四设定值、所述第三设定值、所述第一设定值依次递减。

2.根据权利要求1所述的直流微网母线管理方法，其特征在于：在所述正常充放电状态时，所述双向储能直流转换单元控制所述电池单元进行充放电；在所述充电状态时，所述双向储能直流转换单元通过所述直流母线给所述电池单元充电；在所述放电状态时，所述电池单元通过所述双向储能直流转换单元放电给所述直流母线。

3.根据权利要求1所述的直流微网母线管理方法，其特征在于：所述电池单元的数量为m，通过m个所述双向储能直流转换单元，各所述电池单元分别通过一一对应的所述双向储能直流转换单元连接至所述直流母线上；当所述双向储能直流转换单元为所述特殊输出状态时，所述双向储能直流转换单元中的任意一个作为电压源工作，其余的所述双向储能直流转换单元作为电流源工作；其中，m为正整数且大于等于2。

4.根据权利要求3所述的直流微网母线管理方法，其特征在于：电量最高的所述电池单元对应的所述双向储能直流转换单元作为电压源工作；其余的所述双向储能直流转换单元作为电流源工作。

5.根据权利要求3或4所述的直流微网母线管理方法，其特征在于：所述储能电源装置还包括控制器，基于所述控制器与各所述双向储能直流转换单元之间的数据通讯，由所述控制器指定某一所述双向储能直流转换单元作为电压源工作，指定其余的所述双向储能直流转换单元作为电流源工作；或基于所述双向储能直流转换单元之间的数据通讯，由各所述双向储能直流转换单元指定自己作为电压源或电流源工作。

6.根据权利要求5所述的直流微网母线管理方法，其特征在于：根据数据通讯的预设间隔时间，重新指定作为电压源工作的所述双向储能直流转换单元，以及作为电流源工作的所述双向储能直流转换单元。

7.根据权利要求3所述的直流微网母线管理方法，其特征在于：计算各电流源的电流调整系数，基于所述电流调整系数控制各所述双向储能直流转换单元输出相应电流，满足公式(1)：

IB_x＝K_soc(x)*IB_pre(x) (1)

其中，IB_x表示第x个所述双向储能直流转换单元与对应所述电池单元之间的电流，x为整数且大于等于1小于等于m；K_soc(x)表示第x个所述双向储能直流转换单元与对应所述电池单元之间的电流的电流调整系数；所述电流调整系数与所述电池单元的电量成正比；IB_pre(x)表示第x个所述双向储能直流转换单元与对应所述电池单元之间的电流的初设值。

8.根据权利要求7所述的直流微网母线管理方法，其特征在于：所述电流调整系数满足公式(2)：

其中，soc_x表示第x个所述电池单元的SOC。

9.根据权利要求8所述的直流微网母线管理方法，其特征在于：第x个所述双向储能直流转换单元与对应所述电池单元之间的电流的初设值满足公式(3)：

其中，I_sum表示所述直流母线的负载侧总电流；V_bus表示母线电压；V_bat(x)表示第x个所述电池单元的电压。

10.根据权利要求7～9任意一项所述的直流微网母线管理方法，其特征在于：所述储能电源装置还包括控制器，基于所述控制器与各所述双向储能直流转换单元之间的数据通讯，由所述控制器控制各所述双向储能直流转换单元进行电流分配；或基于各所述双向储能直流转换单元之间的数据通讯，由各所述双向储能直流转换单元计算自己的电流调整系数。

11.根据权利要求10所述的直流微网母线管理方法，其特征在于：根据数据通讯的预设间隔时间，各所述双向储能直流转换单元调整自己的电流调整系数。

12.根据权利要求1～3任意一项所述的直流微网母线管理方法，其特征在于：在所述双向储能直流转换单元处于特殊输出状态时，所述双向储能直流转换单元短接，所述电池单元直接馈能给所述直流母线，所述母线电压达到第三电压值；其中，所述第三电压值跟随所述电池单元的电压进行变化。

13.根据权利要求1～3任意一项所述的直流微网母线管理方法，其特征在于：在所述双向储能直流转换单元处于特殊输出状态时，所述双向储能直流转换单元控制所述母线电压达到第三电压值；其中，所述第三电压值为一定值。

14.根据权利要求12或13所述的直流微网母线管理方法，其特征在于：在所述双向储能直流转换单元处于特殊输出状态时，若所述电池单元的电量下降至第五设定值，则对应所述双向储能直流转换单元停止向所述直流母线馈能；其中，所述第五设定值小于所述第一设定值。

15.一种能源供给系统，执行如权利要求1-14任意一项所述的直流微网母线管理方法，其特征在于：所述能源供给系统包括所述储能电源装置及新能源模块；

所述储能电源装置包括所述电池单元、所述双向储能直流转换单元、所述直流母线及所述能量转换模块；

所述能量转换模块连接所述直流母线，将交流电源转换成所述母线电压；

所述双向储能直流转换单元的第一输入输出端连接所述电池单元，第二输入输出端连接所述直流母线，所述电池单元通过所述双向储能直流转换单元与所述直流母线进行能量交换；

所述新能源模块连接所述直流母线或所述双向储能直流转换单元的第一输入输出端，通过所述新能源模块给所述直流母线补给能量或给所述电池单元输送电能。

16.根据权利要求15所述的能源供给系统，其特征在于：所述新能源模块包括新能源产生装置及新能源控制器；所述新能源控制器的输入端连接所述新能源产生装置，输出端连接所述直流母线或所述双向储能直流转换单元的第一输入输出端。

17.根据权利要求15所述的能源供给系统，其特征在于：所述直流母线上还并联第一负载及第二负载；其中，所述第一负载不间断工作，所述第二负载间断工作；

当所述新能源模块连接所述直流母线时，若所述能量转换模块不提供交流电源，将所述第二负载关停，则所述电池单元及所述新能源模块给所述第一负载供能；若所述能量转换模块提供交流电源，则所述能量转换模块、所述电池单元及所述新能源模块给所述第一负载及所述第二负载供能。

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