基于变下垂控制的电池储能系统充放电控制方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于涉及储能系统并网技术领域，尤其涉及一种基于变下垂控制的电池储 能系统充放电控制方法及系统。
【背景技术】
[0002] 储能系统多应用于新能源发电或者是微电网调峰调频等领域，常用的储能元件主 要包括蓄电池和超级电容等。电力储能系统领域以阀控式铅酸电池（VRLA)的使用最为广 泛，铅酸蓄电池具有成本低、放电效率高以及易维护等诸多优点；缺点是能量和功率相比于 锂电池等较低，循环寿命有限。虽然铅酸电池具有较低的能量和功率密度，但与其它种类 蓄电池相比，其性价比较高，技术也较为成熟，使其在电力储能和备用电源领域占有主导地 位。
[0003] 电池充放电过程是一个受充放电倍率、温度、循环次数等多个因素影响的非线性 动态过程，而电池工作特性不仅受诸多因素的影响，而且还存在不同因素之间的相互影响。 在充分考虑电池储能系统的充放电特性以及衰减特性的基础上，优化储能系统的控制管 理，才能够充分的发挥储能系统在整个并网系统中的作用。
[0004] 为保证电池系统具有良好的性能及较长的使用寿命，需要对电池系统进行有效地 管理与控制。充放电中所要极力避免的就是过充过放现象的发生，过充过放对蓄电池寿命 的损害巨大。因此在对蓄电池的充放电控制中应当充分的考虑蓄电池的容量，对蓄电池充 放电进行优化控制。
[0005] 总而言之，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题是：如何能够得到 一种有效的避免蓄电池过充过放的充放电优化控制方法。
【发明内容】
[0006] 本发明就是为了解决上述问题，提供一种基于变下垂控制的电池储能系统充放电 控制方法及系统，其中，电池储能系统通过逆变器连接至电网系统中，本发明的电池储能系 统在虚拟同步发电机（VSG)传统功频下垂控制器的基础上，加入电池储能系统的实时荷电 状态（SOC)控制输入，构成一种动态变下垂系数的功频控制器，此方法能够有效的抑制电 池储能系统过冲过放的发生，并能够有效的增长电池储能系统的使用寿命，提高电池储能 系统的运行经济性。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0008] 一种基于变下垂控制的电池储能系统充放电控制系统的控制方法，包括：
[0009] 步骤一：划分电池储能系统的电荷状态SOC值成若干个SOC区间，并确定每个SOC 区间充电和放电工况下的下垂系数计算函数；
[0010] 步骤二：检测当前时刻的电池储能系统的荷电状态S0C，并确定其所处的SOC区 间；
[0011] 步骤三：根据确定的SOC区间，判断电池储能系统的当前运行工况，进而选取相应 的下垂系数计算函数得到修正的下垂系数；
[0012] 步骤四：利用步骤三计算得到的修正下垂系数，作为此运行工况下电池储能系统 的下垂系数，并输入至虚拟同步发电机的功频控制器中得到修正虚拟同步发电机的输出功 率；
[0013] 步骤五：修正后虚拟同步发电机的输出功率调节逆变器的有功出力，进而对电池 储能系统的充放电深度进行控制和修正。
[0014] 所述步骤一中的SOC区间充电和放电工况，包括只充不放、充电优先、正常充放电 区间、放电优先和只放不充工况。
[0015] 所述步骤一中的电池储能系统的电荷状态SOC值处于只充不放工况下的下垂系 数计算函数为：
[0016] kpld=0
[0017] kplc= k4*(a-S0C)+kplc；soc = a
[0018] 其中，kpld为放电工况的下垂系数，kpl。为充电工况的下垂系数，SOC为电池储能系 统的当前的电荷状态SOC值；a为电池储能系统处于只充不放工况的电荷状态SOC最大值； 匕为系数；k plc;，_ = a为当SOC = a时的充电工况的下垂系数。
[0019] 所述电池储能系统的电荷状态SOC值处于充电优先工况下的下垂系数计算函数 为：
[0020] kpld= k (b-SOC)+kpld0
[0021] kplc= k 3* (b-SOC)+kplc0
[0022] 其中，kpld为放电工况的下垂系数，kpl。为充电工况的下垂系数，SOC为电池储能系 统的当前的电荷状态SOC值；b为电池储能系统处于放电优先工况的电荷状态SOC最大值； 匕和k 3均为系数；kplc;(l和kpld(l分别是正常充放电区间的下垂系数的初始值。
[0023] 所述电池储能系统的电荷状态SOC值处于正常放电区间工况下的下垂系数计算 函数为：
[0024] kpld=kpld0
[0025] kplc=kplc0
[0026] 其中，kpld为放电工况的下垂系数，kpl。为充电工况的下垂系数；k pl JPkpldAIl^ 正常充放电区间的下垂系数的初始值。
[0027] 所述电池储能系统的电荷状态SOC值处于放电优先工况下的下垂系数计算函数 为：
[0028] kpld= k 3* (S0C- (1-b)) +kpld0
[0029] kplc= k 3 (S0C-(1-b)) +kplc0
[0030] 其中，kpld为放电工况的下垂系数，kpl。为充电工况的下垂系数，SOC为电池储能系 统的当前的电荷状态SOC值；b为电池储能系统处于放电优先工况的电荷状态SOC最大值； 匕和k 3均为系数；kplc;(l和kpld(l分别是正常充放电区间的下垂系数的初始值。
[0031] 所述电池储能系统的电荷状态SOC值处于只放不充工况下的下垂系数计算函数 为：
[0032] kpld= k 4* (S0C- (1-a)) +kpld； soc =
[0033] kplc= 0
[0034] 其中，kpld为放电工况的下垂系数，kpl。为充电工况的下垂系数，SOC为电池储能系 统的当前的电荷状态SOC值；a为电池储能系统处于只充不放工况的电荷状态SOC最大值； 匕为系数；1^。，_ = 1_3为当5(^=1-&时的充电工况的下垂系数。
[0035] 所述步骤三中的电池储能系统的当前运行工况的判断由电网额定频率与当前电 网的实际运行频率的差值Δ f确定，Λ f > 0选择放电工况下垂系数，Λ f < 0选择充电工 况下垂系数。
[0036] 所述步骤四中的修正后的虚拟同步发电机的输出功率的表达式为：
[0037] Pe_VSG = Δ f/kp_VSG+Pn_VSG
[0038] 其中，PJSG代表虚拟同步发电机的输出电磁功率；Pn_VSG为电池储能系统有功 功率给定值，此值由电网调度给定；k p_VSG为功频控制器下垂系数的值。
[0039] 一种基于变下垂控制的电池储能系统充放电控制系统，包括：
[0040] 电池储能系统、数据采集单元和虚拟同步发电机的功频控制器，所述电池储能系 统通过逆变器连接至电网系统中，数据采集单元实时采集电池储能系统的荷电状态SOC 值，根据荷电状态SOC值选取相应的下垂系数计算函数，得到修正下垂系数，并把得到的修 正下垂系数输入至虚拟同步发电机的功频控制器，所述虚拟同步发电机的功频控制器的输 出量调节逆变器的有功出力，进而对电池储能系统的充放电深度进行控制和修正。
[0041] 本发明的有益效果为：
[0042] (1)本发明采用的是在传统的功频下垂控制的基础上，通过动态的调整下垂系数 值，对电池储能系统充放电进行调控，最终的结果就是能够有效的避免电池储能系统的过 充过放事件的发生，有效的保护电池，增电池储能系统的使用寿命。
[0043] (2)本发明控制原理简单，便于工程实现，是一种易于在储能并网系统上实现的控 制策略。
[0044] (3)本发明适应于在线控制的实现，在线实现的方法能够保证控制的快速响应。
[0045] (4)控制参数可调，适应于使用不同类型电池储能系统，例如锂电池，镉镍电池等。
【附图说明】
[0046] 图1为基于变下垂控制的电池储能系统充放电控制系统结构示意图。
[0047] 图2为原始虚拟同步发电机的功频控制器框图。
[0048] 图3为改进后变下垂系数功频控制器框图。
[0049] 图4为各个SOC区间充放电下垂系数的计算公式和充放电优先级说明。
[0050] 图5为充放电工况的下垂系数随SOC变化的曲线。
[0051] 图6为取某地微电网24小时的负荷数据的负荷波动情况。
[0052] 图7为某地微电网的功频下垂系数为0. 000075Hz/kW下的频率波动情况。
[0053] 图8为运用传统虚拟同步发电机的功频控制器并网补偿得到VSG逆变器的有功出 力曲线。<