WO2023226095A1 - 一种混合储能逆变器离网模式下电池充放电电流控制方法 - Google Patents

一种混合储能逆变器离网模式下电池充放电电流控制方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2023226095A1
WO2023226095A1 PCT/CN2022/098122 CN2022098122W WO2023226095A1 WO 2023226095 A1 WO2023226095 A1 WO 2023226095A1 CN 2022098122 W CN2022098122 W CN 2022098122W WO 2023226095 A1 WO2023226095 A1 WO 2023226095A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
control loop
value
photovoltaic
bus voltage
Prior art date
Application number
PCT/CN2022/098122
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
刘超厚
关海超
安天宏
魏琪康
Original Assignee
浙江艾罗网络能源技术股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 浙江艾罗网络能源技术股份有限公司 filed Critical 浙江艾罗网络能源技术股份有限公司
Publication of WO2023226095A1 publication Critical patent/WO2023226095A1/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/388—Islanding, i.e. disconnection of local power supply from the network
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00302—Overcharge protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00308—Overvoltage protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/0031—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using battery or load disconnect circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • H02J2300/26—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin involving maximum power point tracking control for photovoltaic sources
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Definitions

  • the invention belongs to the field of circuit control technology, and in particular relates to a method for controlling battery charge and discharge current in the off-grid mode of a hybrid energy storage inverter.
  • the hybrid energy storage inverter works in grid-connected mode.
  • the photovoltaic energy is sufficient, in addition to supplying household loads, the excess energy will be stored in the battery.
  • the photovoltaic energy is insufficient to maintain power supply to the load, the battery is discharged to maintain power supply. Load power supply.
  • the hybrid energy storage inverter works in off-grid mode to provide stable AC power to household appliances. At this time, if the photovoltaic energy is sufficient, the excess energy will be stored in the battery, but there is a problem here. If at this time The battery is already full. If excess photovoltaic energy continues to be stored in the battery, it will cause overvoltage or even damage to the battery. Therefore, how to prevent overcharging of lithium batteries in the off-grid mode of the hybrid energy storage inverter has become a problem that must be solved.
  • the purpose of this invention is to provide a method for controlling the battery charge and discharge current in the off-grid mode of a hybrid energy storage inverter.
  • the maximum power output control of the photovoltaic module is achieved.
  • the maximum power output of the photovoltaic module is controlled when the load is satisfied. It provides stable AC power while solving the technical problem of battery overcharging.
  • a battery charge and discharge current control method in off-grid mode of a hybrid energy storage inverter based on photovoltaics and lithium batteries including the following steps:
  • Step 1 Set the bus voltage reference value
  • Step 2 PV side control and battery side control
  • Step 3 Set specific control methods in each state
  • Step 3.1 The hybrid energy storage inverter works in off-grid mode. When the photovoltaic energy is sufficient and the battery is not fully charged, the photovoltaic energy is supplied to the load, the excess energy is charged to the battery, and the output power of the photovoltaic module achieves maximum power tracking;
  • Step 3.2 The hybrid energy storage inverter works in off-grid mode. When the photovoltaic energy is sufficient and the battery is fully charged, the photovoltaic energy is supplied to the load and excess photovoltaic energy is prohibited from charging the battery;
  • Step 3.4 The hybrid energy storage inverter works in off-grid mode. When photovoltaic energy is not available, battery energy is supplied to the load.
  • step 1 includes the following specific steps: when the hybrid energy storage inverter works in off-grid mode, provide the load side with an effective value of 220V AC power, set the standard DC bus voltage reference value to StandardBusRef, and set the PV side to The bus voltage reference value is PvBusRef, the battery side bus voltage reference value is BatBusRef, and the battery side bus overvoltage reference value is BatOvBusRef.
  • Step 2.1 PV side control
  • PV side control includes control loop 1, control loop 2 and control loop 3.
  • the maximum power of the photovoltaic module tracks and outputs the MPPT target value UpvRef.
  • UpvRef is related to the current photovoltaic module.
  • the difference in the output voltage Upv passes through the PI controller and outputs IpvRef1; as shown in the control loop 2, the difference between PvBusRef and the bus voltage Ubus passes through the PI controller and outputs IpvRef2.
  • the difference between IpvRef and the photovoltaic module output current Ipv is converted into a switching signal through the PI controller output PV side DC/DC converter duty cycle control signal duty1, duty1 Control the opening and closing of S1.
  • Ichargelimit represents the maximum allowable charging current value of the battery
  • Idischargelimit represents the maximum allowable discharge current value of the battery. It is defined here that the battery charging current is in the positive direction and the battery discharging current is in the negative direction. Therefore, Ichargelimit is a value greater than or equal to zero, and Idischargelimit is a value less than or equal to zero.
  • the control loop 6 is the difference between IbatRef and battery current Ibat, which outputs the battery side DC/DC converter duty cycle control signal duty2 through the PI controller. Duty2 is converted into a switch signal to control the opening and closing of S2 and S3.
  • Step 3 Set specific control methods in each state
  • Step 3.1 The hybrid energy storage inverter works in off-grid mode. When the photovoltaic energy is sufficient and the battery is not fully charged, the photovoltaic energy is supplied to the load, the excess energy is charged to the battery, and the output power of the photovoltaic module achieves maximum power tracking;
  • IpvRef2 reaches the saturation value, IpvRef is equal to IpvRef1, so the reference value of the control loop 3 is directly It is obtained from the control loop 1, and the reference value UpvRef of the control loop 1 is the target value of MPPT, so the maximum output power tracking control of the photovoltaic module can be realized at this time.
  • Step 3.2 The hybrid energy storage inverter works in off-grid mode. When the photovoltaic energy is sufficient and the battery is fully charged, the photovoltaic energy is supplied to the load, and excess photovoltaic energy is prohibited from charging the battery to prevent overcharging of the lithium battery;
  • IchargeLimit is set to zero, which means that the battery is not allowed to be charged.
  • the actual current may be positive or negative.
  • IbatRef1 is set according to the error range of the sampling circuit to protect the battery from a partial discharge state.
  • Step 3.3 The hybrid energy storage inverter works in off-grid mode. When the photovoltaic energy is insufficient, photovoltaic energy and battery energy jointly supply the load, and the output power of the photovoltaic module realizes maximum power tracking;
  • the photovoltaic energy is insufficient to maintain the load, and the bus voltage Ubus decreases.
  • the bus voltage Ubus is less than BatBusRef, according to the control loop 4, the difference between BatBusRef and Ubus passes through the PI controller, and its output value decreases until it is less than A value of zero indicates that battery discharge is required to maintain the bus voltage. Because BatBusRef is equal to PvBusRef-5, the bus voltage is maintained at PvBusRef-5 at this time.
  • Step 3.4 The hybrid energy storage inverter works in off-grid mode. When photovoltaic energy is not available, battery energy is supplied to the load.
  • the difference between BatBusRef and Ubus passes through the PI controller, and its output value is negative, indicating that the battery needs to be discharged to maintain the bus voltage. Finally, the battery is discharged and the bus voltage is maintained at BatBusRef, and then through DC/AC inversion The circuit generates AC voltage on the output side to provide energy to the load.

Abstract

本发明属于电路控制技术领域，公开了一种基于光伏与锂电池的混合储能逆变器离网模式下的电池充放电电流控制方法，混合储能逆变器工作在离网模式下，当光伏能量充足且电池没有充满时，光伏能量供给负载，多余能量给电池充电，光伏组件输出功率实现最大功率追踪；当光伏能量充足且电池已经充满，光伏能量供给负载，禁止光伏多余能量能给电池充电，防止锂电池过充；当光伏能量不足时，光伏能量和电池能量共同供给负载，光伏组件输出功率实现最大功率追踪；当光伏能量没有时，电池能量供给负载。本发明可以实现电池有充电能力时对光伏组件输出功率的最大功率追踪，电池充满时，防止电池过充问题，避免了电池因过压而损坏，提高了电池的使用寿命。

Description

一种混合储能逆变器离网模式下电池充放电电流控制方法 技术领域
本发明属于电路控制技术领域，尤其涉及一种混合储能逆变器离网模式下电池充放电电流控制方法。
背景技术
近年来光伏发电受到国家政策的扶持得到很快的发展，光伏装机容量逐年提高，但是光伏发电受环境因素影响较大，并且在晚上不能提供能源，因此为了实现稳定的新能源供给以及减少光伏能源对传统电网系统的冲击，搭配蓄电池或者锂电池的储能系统得到推广，尤其是在市电不稳定的偏远地区，户用储能逆变器可以在市电丢失的情况下为用户提供稳定的交流电源，保证了用户家用电器的不间断供电，越来越多的用户选择安装混合储能逆变器。
当市电稳定时，混合储能逆变器工作在并网模式，当光伏能量充足时，除了供给家用负载，多余的能量会存储在电池，等到光伏能量不足以维持负载供电时，电池放电维持负载供电。
当市电丢失时，混合储能逆变器工作在离网模式，给家庭电器提供稳定交流电源，此时如果光伏能量充足，多余的能量会存储到电池，但是这里存在一个问题，如果此时电池已经充满，如果多余的光伏能量持续往电池存储会造成电池过压甚至损坏，因此如何解决混合储能逆变器离网模式下防止锂电池过充问题成为必须解决的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种混合储能逆变器离网模式下电池充放电电流控制方法,当电池有足够充电能力时，实现光伏组件的最大功率输出控制，当电池充满时，在满足为负载提供稳定交流电源的同时解决电池过充的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的一种混合储能逆变器离网模式下电池充放电电流控制方法的具体技术方案如下：
一种基于光伏与锂电池的混合储能逆变器离网模式下的电池充放电电流控制方法，包括如下步骤：
步骤1：设定母线电压参考值；
步骤2：PV侧控制和电池侧控制；
步骤3：设定各状态下具体控制方法；
步骤3.1：混合储能逆变器工作在离网模式下，当光伏能量充足且电池没有充满时，光伏能量供给负载，多余能量给电池充电，光伏组件输出功率实现最大功率追踪；
步骤3.2：混合储能逆变器工作在离网模式下，当光伏能量充足且电池已经充满，光伏能量供给负载，禁止光伏多余能量给电池充电；
步骤3.3：混合储能逆变器工作在离网模式下，当光伏能量不足时，光伏能量和电池能量共同供给负载，光伏组件输出功率实现最大功率追踪；
步骤3.4：混合储能逆变器工作在离网模式下，当光伏能量没有时，电池能量供给负载。
进一步地，所述步骤1包括如下具体步骤：当混合储能逆变器工作在离网模式下，给负载侧提供有效值为220V交流电源，设定标准直流母线电压参考值为StandardBusRef，PV侧母线电压参考值为PvBusRef，电池侧母线电压参考值为BatBusRef，电池侧母线过压参考值为BatOvBusRef，为了DC/AC逆变电路满足交流电压输出条件，设定标准直流母线电压参考值StandardBusRef＝Urms*1.414+35，Urms为电压的有效值；
当MPPT算法输出电压参考值UpvRef小于StandardBusRef时，PV侧DC/DC控制电路工作在升压模式，此时PvBusRef＝StandardBusRef；
当MPPT算法输出电压参考值UpvRef大于等于StandardBusRef时，PV侧DC/DC控制电路工作在旁路模式，此时PvBusRef＝UpvRef+5；
BatBusRef＝PvBusRef-5；
BatOvBusRef＝PvBusRef+20。
进一步地，所述步骤2包括如下具体步骤：
步骤2.1：PV侧控制；
PV侧控制包括控制环路①、控制环路②和控制环路③，控制环路①为光伏组件最大功率追踪输出MPPT目标值UpvRef，UpvRef与当前光伏组件的输出电压Upv的差值经过PI控制器输出IpvRef1；控制环路②为PvBusRef与母线电压Ubus的差值经过PI控制器输出IpvRef2；IpvRef1与IpvRef2取小值得到控制环路③的参考值IpvRef，控制环路③为IpvRef与光伏组件输出电流Ipv的差值经过PI控制器输出PV侧DC/DC变换器占空比控制信号duty1，duty1转换为开关信号控制S1的开通与关断；
步骤2.2：电池侧控制；
电池侧控制包括控制环路④、控制环路⑤、控制环路⑥，控制环路④为BatBusRef与母线电压Ubus的差值经过PI控制器，其输出值和Ichargelimit取小值，再和Idischargelimit取大值，得到电池电流第一参考值IbatRef1；其中Ichargelimit表示电池最大允许充电电流值， Idischargelimit表示电池最大允许放电电流值，定义电池充电电流为正方向，电池放电电流为负方向，因此Ichargelimit为大于等于零的值，Idischargelimit为小于等于零的值；
控制环路⑤为BatOvBusRef与母线电压Ubus的差值经过PI控制器，输出值为电池电流第二参考值IbatRef2，IbatRef1和IbatRef2取大值得到控制环路⑥的电池电流参考值IbatRef；控制环路⑥为IbatRef与电池电流Ibat的差值经过PI控制器输出电池侧DC/DC变换器占空比控制信号duty2,duty2转换为开关信号控制S2和S3的开通与关断。
进一步地，所述步骤3.1包括如下具体步骤：
根据控制环路④，其参考值BatBusRef为PvBusRef-5，因此当母线电压Ubus大于PvBusRef-5，控制环路④的输出大于零，表示给电池充电，如果电池未充满并且控制环路④的输出小于充电流限制IchargeLimit，表示充电电流没有达到限制值，那么母线电压Ubus会维持在PvBusRef-5；此时根据控制环路②，PvBusRef与母线电压Ubus的差值经过PI控制器输出IpvRef2，由于Ubus维持在PvBusRef-5，因此IpvRef2达到饱和值；IpvRef1和IpvRef2取小值得到PV电流的参考值IpvRef，因为IpvRef2达到饱和值，所以IpvRef等于IpvRef1，所以此时控制环路③的参考值直接从控制环路①得到，而控制环路①的参考值UpvRef为MPPT的目标值，所以此时可以实现光伏组件的最大输出功率追踪控制。
进一步地，所述步骤3.2包括如下具体步骤：
电池充满，电池soc达到100％，IchargeLimit设置为零，表示不允许给电池充电，关闭控制环④，把IbatRef1设置为-0.5A，让电池处在偏放电状态，此时因为光伏能量充足，足以供给负载，电池又处在偏放电状态，母线电压Ubus会升高，当母线电压升高大于PvBusRef时，则根据控制环路②，PvBusRef与Ubus的差值经过PI控制器输出IpvRef2，IpvRef2减小，又IpvRef1和IpvRef2取小值得到PV电流的参考值IpvRef，所以IpvRef也会减小，最终降低光伏组件的输出功率，如果此时负载为空载，光伏组件的输出功率降到零时，母线电压仍然在升高，当母线电压升高大于BatOvBusRef时，则根据控制环路⑤，BatOvBusRef与Ubus的差值，经过PI控制器输出IbatRef2，IbatRef2增大，又IbatRef1和IbatRef2取大值得到电池电流的参考值IbatRef，所以IbatRef也会增大，减小电池放电电流，维持母线电压Ubus在BatOvBusRef。
进一步地，步骤3.3包括如下具体步骤：光伏能量不足，不足以维持负载，母线电压Ubus减小，当母线电压Ubus小于BatBusRef，根据控制环路④，BatBusRef与Ubus的差值经过PI控制器，其输出值减小，直至为小于零的值，表示需要电池放电来维持母线电压，因为BatBusRef等于PvBusRef-5，所以此时母线电压维持在PvBusRef–5；
根据控制环路②，PvBusRef与母线电压Ubus的差值经过PI控制器输出IpvRef2，由于Ubus维持在PvBusRef-5，因此IpvRef2达到饱和值；IpvRef1和IpvRef2取小值得到PV电流的参考值IpvRef，因为IpvRef2达到饱和值，所以IpvRef等于IpvRef1，所以此时控制环路③的参考值直接从控制环路①得到，而控制环路①的参考值UpvRef为MPPT的目标值，所以此时可以实现光伏组件的最大输出功率追踪控制。
进一步地，步骤3.4包括如下具体步骤：光伏组件因为光照太弱，没有输出，此时PV侧DC/DC升压电路为关闭状态，控制环路①②③关闭；
根据控制环路④，BatBusRef与Ubus的差值经过PI控制器，其输出值为负值，表示需要电池放电来维持母线电压，最终电池放电，母线电压维持在BatBusRef，然后通过DC/AC逆变电路在输出侧产生交流电压，为负载提供能量。
本发明的一种混合储能逆变器离网模式下电池充放电电流控制方法具有以下优点：本发明可以实现电池有充电能力时对光伏组件输出功率的最大功率追踪，电池充满时，防止电池过充问题，避免了电池因过压而损坏，提高了电池的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的光伏与锂电池的混合储能逆变器的电路原理图；
图2为本发明的PV侧控制框图；
图3为本发明的电池侧控制框图。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种混合储能逆变器离网模式下电池充放电电流控制方法做进一步详细的描述。
如图1所示是光伏与锂电池的混合储能逆变器的电路原理图，本发明是一种基于光伏与锂电池的混合储能逆变器离网模式下的电池充放电电流控制方法，包括如下步骤：
步骤1：设定母线电压参考值；
当混合储能逆变器工作在离网模式下，给负载侧提供有效值为220V交流电源，设定标准直流母线电压参考值为StandardBusRef，PV侧母线电压参考值为PvBusRef，电池侧母线电压参考值为BatBusRef，电池侧母线过压参考值为BatOvBusRef，
为了DC/AC逆变电路满足交流电压输出条件，设定标准直流母线电压参考值StandardBusRef＝Urms*1.414+35，Urms为电压的有效值；
当MPPT算法输出电压参考值UpvRef小于StandardBusRef时，PV侧DC/DC控制电路工作在升压模式，此时PvBusRef＝StandardBusRef；
当MPPT算法输出电压参考值UpvRef大于等于StandardBusRef时，PV侧DC/DC控制电路工作在旁路模式，此时PvBusRef＝UpvRef+5；
BatBusRef＝PvBusRef-5；
BatOvBusRef＝PvBusRef+20；
步骤2：PV侧控制和电池侧控制；
步骤2.1：PV侧控制；
如图2所示，PV侧控制包括控制环路①、控制环路②和控制环路③，光伏组件最大功率追踪输出MPPT目标值UpvRef，如控制环路①所示，UpvRef与当前光伏组件的输出电压Upv的差值经过PI控制器输出IpvRef1；如控制环路②所示，PvBusRef与母线电压Ubus的差值经过PI控制器输出IpvRef2。IpvRef1与IpvRef2取小值得到控制环路③的参考值IpvRef，IpvRef与光伏组件输出电流Ipv的差值经过PI控制器输出PV侧DC/DC变换器占空比控制信号duty1,duty1转换为开关信号控制S1的开通与关断。
步骤2.2：电池侧控制；
如图3所示，电池侧控制包括控制环路④、控制环路⑤、控制环路⑥，如控制环路④所示，BatBusRef与母线电压Ubus的差值经过PI控制器，其输出值和Ichargelimit取小值，再和Idischargelimit取大值，得到电池电流第一参考值IbatRef1；
其中Ichargelimit表示电池最大允许充电电流值，Idischargelimit表示电池最大允许放电电流值，这里定义电池充电电流为正方向，电池放电电流为负方向，因此Ichargelimit为大于等于零的值，Idischargelimit为小于等于零的值。
如控制环路⑤所示，BatOvBusRef与母线电压Ubus的差值经过PI控制器，输出值为电池电流第二参考值IbatRef2，IbatRef1和IbatRef2取大值得到控制环路⑥的电池电流参考值IbatRef；
控制环路⑥为IbatRef与电池电流Ibat的差值经过PI控制器输出电池侧DC/DC变换器占空比控制信号duty2，duty2转换为开关信号控制S2和S3的开通与关断。
步骤3：设定各状态下具体控制方法；
步骤3.1：混合储能逆变器工作在离网模式下，当光伏能量充足且电池没有充满时，光伏能量供给负载，多余能量给电池充电，光伏组件输出功率实现最大功率追踪；
此时根据控制环路④，其参考值BatBusRef为PvBusRef-5，因此当母线电压Ubus大于PvBusRef-5，控制环路④的输出大于零，表示给电池充电，如果电池未充满并且控制环路④的输出小于充电流限制IchargeLimit，表示充电电流没有达到限制值，那么母线电压Ubus 会维持在PvBusRef-5；此时根据控制环路②，PvBusRef与母线电压Ubus的差值经过PI控制器输出IpvRef2，由于Ubus维持在PvBusRef-5，因此IpvRef2达到饱和值；IpvRef1和IpvRef2取小值得到PV电流的参考值IpvRef，因为IpvRef2达到饱和值，所以IpvRef等于IpvRef1，所以此时控制环路③的参考值直接从控制环路①得到，而控制环路①的参考值UpvRef为MPPT的目标值，所以此时可以实现光伏组件的最大输出功率追踪控制。
步骤3.2：混合储能逆变器工作在离网模式下，当光伏能量充足且电池已经充满，光伏能量供给负载，禁止光伏多余能量能给电池充电，防止锂电池过充；
此时电池充满，电池soc达到100％，IchargeLimit设置为零，表示不允许给电池充电，但是实际中，因为采样误差原因，即使限制电池充电电流为零，实际电流可能是正值或负值，当实际电流为正值时，表示电池在充电，这种情况下会造成电池充过压或者损坏。为了防止电池在偏充电状态，此时关闭控制环④，把IbatRef1设置为-0.5A(此处-0.5A是根据采样电路误差范围设置，目的是保护电池为偏放电状态)。此时因为光伏能量充足，足以供给负载，电池又处在偏放电状态，那么母线电压Ubus会升高，当母线电压升高大于PvBusRef时，则根据控制环路②，PvBusRef与Ubus的差值经过PI控制器输出IpvRef2，IpvRef2减小，又IpvRef1和IpvRef2取小值得到PV电流的参考值IpvRef，所以IpvRef也会减小，最终降低光伏组件的输出功率，如果此时负载为空载，光伏组件的输出功率降到零时，母线电压仍然在升高，当母线电压升高大于BatOvBusRef时，则根据控制环路⑤，BatOvBusRef与Ubus的差值，经过PI控制器输出IbatRef2，IbatRef2增大，又IbatRef1和IbatRef2取大值得到电池电流的参考值IbatRef,所以IbatRef也会增大，减小电池放电电流，维持母线电压Ubus在BatOvBusRef。所以当混合储能逆变器工作在离网模式下，光伏能量充足且电池已经充满时，在任意负载条件下，可以防止电池持续充电至过压。
步骤3.3：混合储能逆变器工作在离网模式下，当光伏能量不足时，光伏能量和电池能量共同供给负载，光伏组件输出功率实现最大功率追踪；
此时光伏能量不足，不足以维持负载，母线电压Ubus减小，当母线电压Ubus小于BatBusRef，根据控制环路④，BatBusRef与Ubus的差值经过PI控制器，其输出值减小，直至为小于零的值，表示需要电池放电来维持母线电压，因为BatBusRef等于PvBusRef-5，所以此时母线电压维持在PvBusRef-5。
根据控制环路②，PvBusRef与母线电压Ubus的差值经过PI控制器输出IpvRef2，由于Ubus维持在PvBusRef-5，因此IpvRef2达到饱和值；IpvRef1和IpvRef2取小值得到PV电流的参考值IpvRef，因为IpvRef2达到饱和值，所以IpvRef等于IpvRef1，所以此时控制 环路③的参考值直接从控制环路①得到，而控制环路①的参考值UpvRef为MPPT的目标值，所以此时可以实现光伏组件的最大输出功率追踪控制。
步骤3.4：混合储能逆变器工作在离网模式下，当光伏能量没有时，电池能量供给负载。
此时光伏组件因为光照太弱，没有输出，此时PV侧DC/DC升压电路为关闭状态，控制环路①②③关闭。
根据控制环路④，BatBusRef与Ubus的差值经过PI控制器，其输出值为负值，表示需要电池放电来维持母线电压，最终电池放电，母线电压维持在BatBusRef，然后通过DC/AC逆变电路在输出侧产生交流电压，为负载提供能量。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (7)

  1. 一种基于光伏与锂电池的混合储能逆变器离网模式下的电池充放电电流控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
    步骤1：设定母线电压参考值；
    步骤2：PV侧控制和电池侧控制；
    步骤3：设定各状态下具体控制方法；
    步骤3.1：混合储能逆变器工作在离网模式下，当光伏能量充足且电池没有充满时，光伏能量供给负载，多余能量给电池充电，光伏组件输出功率实现最大功率追踪；
    步骤3.2：混合储能逆变器工作在离网模式下，当光伏能量充足且电池已经充满，光伏能量供给负载，禁止光伏多余能量能给电池充电；
    步骤3.3：混合储能逆变器工作在离网模式下，当光伏能量不足时，光伏能量和电池能量共同供给负载，光伏组件输出功率实现最大功率追踪；
    步骤3.4：混合储能逆变器工作在离网模式下，当光伏能量没有时，电池能量供给负载。
  2. 根据权利要求1所述的基于光伏与锂电池的混合储能逆变器离网模式下的电池充放电电流控制方法，其特征在于，所述步骤1包括如下具体步骤：当混合储能逆变器工作在离网模式下，给负载侧提供有效值为220V交流电源，设定标准直流母线电压参考值为StandardBusRef，PV侧母线电压参考值为PvBusRef，电池侧母线电压参考值为BatBusRef，电池侧母线过压参考值为BatOvBusRef，为了DC/AC逆变电路满足交流电压输出条件，设定标准直流母线电压参考值StandardBusRef＝Urms*1.414+35， Urms为电压的有效值；
    当MPPT算法输出电压参考值UpvRef小于StandardBusRef时，PV侧DC/DC控制电路工作在升压模式，此时PvBusRef＝StandardBusRef；
    当MPPT算法输出电压参考值UpvRef大于等于StandardBusRef时，PV侧DC/DC控制电路工作在旁路模式，此时PvBusRef＝UpvRef+5；
    BatBusRef＝PvBusRef-5；
    BatOvBusRef＝PvBusRef+20。
  3. 根据权利要求2所述的基于光伏与锂电池的混合储能逆变器离网模式下的电池充放电电流控制方法，其特征在于，所述步骤2包括如下具体步骤：
    步骤2.1：PV侧控制；
    PV侧控制包括控制环路①、控制环路②和控制环路③，控制环路①为光伏组件最大功率追踪输出MPPT目标值UpvRef，UpvRef与当前光伏组件的输出电压Upv的差值经过PI控制器输出IpvRef1；控制环路②为PvBusRef与母线电压Ubus的差值经过PI控制器输出IpvRef2；IpvRef1与IpvRef2取小值得到控制环路③的参考值IpvRef，控制环路③为IpvRef与光伏组件输出电流Ipv的差值经过PI控制器输出PV侧DC/DC变换器占空比控制信号duty1，duty1转换为开关信号控制S1的开通与关断；
    步骤2.2：电池侧控制；
    电池侧控制包括控制环路④、控制环路⑤、控制环路⑥，控制环路④为BatBusRef与母线电压Ubus的差值经过PI控制器，其输出值和Ichargelimit取小值，再和Idischargelimit取大值，得 到电池电流第一参考值IbatRef1；其中Ichargelimit表示电池最大允许充电电流值，Idischargelimit表示电池最大允许放电电流值，定义电池充电电流为正方向，电池放电电流为负方向，因此Ichargelimit为大于等于零的值，Idischargelimit为小于等于零的值；
    控制环路⑤为BatOvBusRef与母线电压Ubus的差值经过PI控制器，输出值为电池电流第二参考值IbatRef2，IbatRef1和IbatRef2取大值得到控制环路⑥的电池电流参考值IbatRef；控制环路⑥为IbatRef与电池电流Ibat的差值经过PI控制器输出电池侧DC/DC变换器占空比控制信号duty2,duty2转换为开关信号控制S2和S3的开通与关断。
  4. 根据权利要求3所述的基于光伏与锂电池的混合储能逆变器离网模式下的电池充放电电流控制方法，其特征在于，所述步骤3.1包括如下具体步骤：
    根据控制环路④，其参考值BatBusRef为PvBusRef-5，因此当母线电压Ubus大于PvBusRef-5，控制环路④的输出大于零，表示给电池充电，如果电池未充满并且控制环路④的输出小于充电流限制IchargeLimit，表示充电电流没有达到限制值，那么母线电压Ubus会维持在PvBusRef-5；此时根据控制环路②，PvBusRef与母线电压Ubus的差值经过PI控制器输出IpvRef2，由于Ubus维持在PvBusRef-5，因此IpvRef2达到饱和值；IpvRef1和IpvRef2取小值得到PV电流的参考值IpvRef，因为IpvRef2达到饱和值，所以IpvRef等于IpvRef1，所以此时控制环路③的参考值直接从控制环路①得到，而控制环路①的参考值UpvRef为MPPT的目标值，所以此时可以实现光伏组件的最大输出功率追踪 控制。
  5. 根据权利要求3所述的基于光伏与锂电池的混合储能逆变器离网模式下的电池充放电电流控制方法，其特征在于，所述步骤3.2包括如下具体步骤：
    电池充满，电池soc达到100％，IchargeLimit设置为零，表示不允许给电池充电，关闭控制环④，把IbatRef1设置为-0.5A，让电池处在偏放电状态，此时因为光伏能量充足，足以供给负载，电池又处在偏放电状态，母线电压Ubus会升高，当母线电压升高大于PvBusRef时，则根据控制环路②，PvBusRef与Ubus的差值经过PI控制器输出IpvRef2，IpvRef2减小，又IpvRef1和IpvRef2取小值得到PV电流的参考值IpvRef，所以IpvRef也会减小，最终降低光伏组件的输出功率，如果此时负载为空载，光伏组件的输出功率降到零时，母线电压仍然在升高，当母线电压升高大于BatOvBusRef时，则根据控制环路⑤，BatOvBusRef与Ubus的差值，经过PI控制器输出IbatRef2，IbatRef2增大，又IbatRef1和IbatRef2取大值得到电池电流的参考值IbatRef，所以IbatRef也会增大，减小电池放电电流，维持母线电压Ubus在BatOvBusRef。
  6. 根据权利要求3所述的基于光伏与锂电池的混合储能逆变器离网模式下的电池充放电电流控制方法，其特征在于，步骤3.3包括如下具体步骤：光伏能量不足，不足以维持负载，母线电压Ubus减小，当母线电压Ubus小于BatBusRef，根据控制环路④，BatBusRef与Ubus的差值经过PI控制器，其输出值减小，直至为小于零的值，表示需要电池放电来维持母线电压，因为BatBusRef等于PvBusRef-5，所以此时母线电压维持在 PvBusRef–5；
    根据控制环路②，PvBusRef与母线电压Ubus的差值经过PI控制器输出IpvRef2，由于Ubus维持在PvBusRef-5，因此IpvRef2达到饱和值；IpvRef1和IpvRef2取小值得到PV电流的参考值IpvRef，因为IpvRef2达到饱和值，所以IpvRef等于IpvRef1，所以此时控制环路③的参考值直接从控制环路①得到，而控制环路①的参考值UpvRef为MPPT的目标值，所以此时可以实现光伏组件的最大输出功率追踪控制。
  7. 根据权利要求3所述的基于光伏与锂电池的混合储能逆变器离网模式下的电池充放电电流控制方法，其特征在于，步骤3.4包括如下具体步骤：光伏组件因为光照太弱，没有输出，此时PV侧DC/DC升压电路为关闭状态，控制环路①②③关闭；
    根据控制环路④，BatBusRef与Ubus的差值经过PI控制器，其输出值为负值，表示需要电池放电来维持母线电压，最终电池放电，母线电压维持在BatBusRef，然后通过DC/AC逆变电路在输出侧产生交流电压，为负载提供能量。
PCT/CN2022/098122 2022-05-23 2022-06-10 一种混合储能逆变器离网模式下电池充放电电流控制方法 WO2023226095A1 (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210560323.0 2022-05-23
CN202210560323.0A CN114899913B (zh) 2022-05-23 2022-05-23 一种混合储能逆变器离网模式下电池充放电电流控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023226095A1 true WO2023226095A1 (zh) 2023-11-30

Family

ID=82723031

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CN2022/098122 WO2023226095A1 (zh) 2022-05-23 2022-06-10 一种混合储能逆变器离网模式下电池充放电电流控制方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN114899913B (zh)
WO (1) WO2023226095A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116054237A (zh) * 2022-11-30 2023-05-02 江苏为恒智能科技有限公司 一种基于光储共直流母线系统的功率限制方法
CN116418024A (zh) * 2023-03-29 2023-07-11 江苏阿诗特能源科技股份有限公司 一种用于光伏逆变储能系统的离网能量管理方法
CN117155103A (zh) * 2023-08-28 2023-12-01 浙江艾罗网络能源技术股份有限公司 逆变器功率控制方法及其相关设备
CN116960526A (zh) * 2023-09-18 2023-10-27 浙江艾罗网络能源技术股份有限公司 电池加热方法、装置及系统、电池包

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11214735A (ja) * 1998-01-27 1999-08-06 Fuji Electric Co Ltd 太陽光発電システムにおける蓄電池保護方式
CN111130430A (zh) * 2020-01-15 2020-05-08 北京林业大学 一种光储发电单元协调控制的方法
CN111756046A (zh) * 2020-07-29 2020-10-09 阳光电源股份有限公司 一种母线电压控制方法、控制器及光伏储能变换系统
CN112952909A (zh) * 2021-04-07 2021-06-11 爱士惟新能源技术(江苏)有限公司 一种光伏储能系统的能量调度系统及方法
CN113162112A (zh) * 2021-04-01 2021-07-23 科华数据股份有限公司 光伏并离网系统的母线电压控制方法及光伏并离网系统
CN113964868A (zh) * 2021-11-03 2022-01-21 中国科学院电工研究所 一种适用于多模式宽范围的光伏多端口功率协调控制方法
CN114123449A (zh) * 2021-11-26 2022-03-01 华能清能通榆电力有限公司 一种独立光伏发电储能系统及能量管理方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9065277B1 (en) * 2012-02-29 2015-06-23 Google Inc. Battery backup system for uninterrupted power supply
CN105871324B (zh) * 2016-04-11 2017-12-15 厦门科华恒盛股份有限公司 一种多路输入光伏逆变系统的独立mppt跟踪方法
CN205724930U (zh) * 2016-04-22 2016-11-23 深圳中电长城能源有限公司 一种混合逆变器系统
CN207234421U (zh) * 2017-08-24 2018-04-13 深圳市沃特玛电池有限公司 分布式光伏离网供电系统
CN108521140A (zh) * 2018-04-03 2018-09-11 深圳电丰电子有限公司 一种分布式光伏并离储能逆变系统
CN111293717B (zh) * 2020-02-24 2021-11-02 阳光电源股份有限公司 一种光储直流耦合系统的控制方法及系统
CN111725865B (zh) * 2020-06-11 2022-08-02 深圳硕日新能源科技有限公司 一种宽电压逆控一体机及其控制方法
CN112531771B (zh) * 2020-11-25 2023-07-21 江苏为恒智能科技有限公司 混合储能逆变器离网mppt控制装置及方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11214735A (ja) * 1998-01-27 1999-08-06 Fuji Electric Co Ltd 太陽光発電システムにおける蓄電池保護方式
CN111130430A (zh) * 2020-01-15 2020-05-08 北京林业大学 一种光储发电单元协调控制的方法
CN111756046A (zh) * 2020-07-29 2020-10-09 阳光电源股份有限公司 一种母线电压控制方法、控制器及光伏储能变换系统
CN113162112A (zh) * 2021-04-01 2021-07-23 科华数据股份有限公司 光伏并离网系统的母线电压控制方法及光伏并离网系统
CN112952909A (zh) * 2021-04-07 2021-06-11 爱士惟新能源技术(江苏)有限公司 一种光伏储能系统的能量调度系统及方法
CN113964868A (zh) * 2021-11-03 2022-01-21 中国科学院电工研究所 一种适用于多模式宽范围的光伏多端口功率协调控制方法
CN114123449A (zh) * 2021-11-26 2022-03-01 华能清能通榆电力有限公司 一种独立光伏发电储能系统及能量管理方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114899913B (zh) 2023-12-12
CN114899913A (zh) 2022-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2023226095A1 (zh) 一种混合储能逆变器离网模式下电池充放电电流控制方法
KR101174891B1 (ko) 전력 저장 시스템 및 그 제어방법
KR101084215B1 (ko) 에너지 저장 시스템 및 이의 제어 방법
CN102111018A (zh) 储能系统及其控制方法
CN111953016B (zh) 一种移动式多能源微电网控制方法及系统
CN102593956A (zh) 储能系统及其控制方法
CN111864852A (zh) 一种光伏发电系统锂电池充放电控制方法及系统
CN114465291A (zh) 基于能源云互联的大型分布式柔性风光储充放市电交直流混用系统及控制系统
CN110120679B (zh) 一种与光伏逆变器直流侧耦合的户用光伏储能变换器
CN109888845B (zh) 一种交直流混合微电网
KR20150106694A (ko) 에너지 저장 시스템과 그의 구동방법
CN116247778A (zh) 供电电路的控制方法及储能设备
Zhang et al. Voltage-based segmented control of superconducting magnetic energy storage for transient power fluctuation suppression in island DC microgrid
Jin et al. A new control strategy of dc microgrid with photovoltaic generation and hybrid energy storage
CN114928102B (zh) 一种分布式储能光伏智能发电系统
CN110661299B (zh) 一种光伏系统的功率控制方法及应用该方法的光伏系统
JP6795082B2 (ja) 直流給電システム
CN116565964B (zh) 一种户用光储系统全工况下直流母线控制系统
CN219611358U (zh) 家庭光伏储能混合并网系统
Liu et al. Research on a low cost charging scheme for wind-solar-diesel hybrid energy generations
CN209767221U (zh) 一种用超级电容储能的光伏系统
Qiao et al. Research on Control Strategy of SMES-BESS Hybrid Energy Storage System in DC Microgrid
Di et al. Research on pre-judgment coordinated control strategy of stand-alone DC microgrid
Nouri et al. A Comparison Between CCCV and VC Strategy for the Control of Battery Storage System in PV installation
CN116799933A (zh) 一种风光互补电能供应装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22943291

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1