专利名称：一种含dc/dc变换器的全钒液流电池安全充放电控制方法
技术领域：
本发明属于电池储能充放电控制技术领域，特别涉及ー种含DC/DC变换器的全钒液流电池安全充放电的控制方法，具体包括考虑全钒液流电池荷电状态及端电压限值约束条件时的安全充放电切换模式的控制方法。
背景技术：
随着大規模间歇式能源并网，其特有的波动性和随机性对电网的安全稳定运行带来了影响，而储能技术是解决这些问题的有效手段之一。其中电化学储能方式应用较为广泛，但是在实际运行中，电池与负荷之间通过变换器进行能量交換，其控制方式直接影响电池性能和使用寿命，这就要求变换器不仅具有传统充放电控制功能，而且还需要满足电池安全稳定运行、快速充放电响应和瞬时大功率输出的要求。全钒液流电池储能以其结构简单，重复充放电过程不会造成电池容量下降等优势正被逐步应用，但现有对其充放电的研究大都局限于VRB本体角度的情况，而在实际应用中，电池与负荷之间通过变换器进行能量交換，但目前大多数充放电控制方法中并没有考虑含变换器的电池安全充放电控制模式。对如何考虑VRB本身安全可靠运行约束下的控制策略研究涉及较少。一旦电池荷电状态或外部端电压超出所能承受的限值将会严重影响电池的使用寿命或造成永久性损坏，从而危及整个储能系统的安全稳定运行。因此，如何考虑含DC/DC变换器的全钒液流电池安全充放电控制具有重要的现实意义
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供ー种含DC/DC变换器的全钒液流电池安全充放电的控制方法，可以避免电池的过充、过放现象发生，并且防止充电电压过高或过低而造成电池的损坏，提高电池的安全可靠性。本发明的目的是这样实现的本发明提供的ー种含DC/DC变换器的全钒液流电池安全充放电的控制方法，包括以下步骤S1:检测VRB外部端实际电压信号Ub’ VRB侧电感的实际电流信号Il ；S2 :将检测到的VRB外部端实际电压信号Ub与VRB侧电感实际电流信号込相乗，获得VRB实际电功率信号
Pbattery S3 :将功率设定值PMf、电流设定值Iref、电压设定值Uref分别与VRB实际电功率信号Pbattoy、实际电流信号し实际电压信号Ub进行作差，将差值输入到充放电切换模块中，并根据切换命令选择不同的充放电模式，当需要充电时，进入步骤S4进行充电；当需要放电时，进入步骤S5进行放电；S4 :当充电时，检测VRB端电压Ub值处于放电电压下限Ulow和充电电压上限Uhigh之间时，以功率设定值PMf等于充电功率设定值Pctoge向VRB进行恒功率快速充电；此刻，检测VRB实时的荷电状态SOC信号及VRB的外部端实际充放电压信号Ub,当检测到VRB外部端实际充放电压信号Ub超出限值时且SOC值没有超出限值时，转为电压设定值Uref等于电压上限Uhigh进行充电，此时SOC信号将继续上升，直到其值越限吋，转为电流设定值IMf等于充电涓流Imin进行充电，完成安全充电控制；S5 :当放电时，检测VRB端电压Ub值处于放电电压下限U1ot和充电电压上限Uhigh之间时，以功率设定值PMf等于放电功率设定值Pdisdiaw向VRB进行恒功率快速放电；此时，检测VRB实时的荷电状态SOC信号及VRB的外部端实际充放电压信号Ub，若SOC信号未越限,而VRB外部端实际充放电压信号Ub低于放电电压下限时,转为电压设定值Uref等于电压下限值U1ot进行放电，此时SOC信号将继续降低，直到其值越限时，转为电流设定值IMf等于放电涓流Imin进行放电，完成安全放电控制；S6 :按照选择的功率充放电模式将功率设定值P,ef与VRB实际电功率信号Pbattwy作差，或按照选择的涓流充放电模式将电流设定值IMf与VRB侧电感实际电流信号IJ乍差，或按照选择的电压充电模式将电压设定值Uref与VRB外部端实际电压信号Ub作差，通过处理该差值获得电流给定信号，再与VRB侧电感的实际电流信号ら作差，并通过再次得出的差值获取控制电压信号，所述控制电压信号经过处理后控制DC/DC变换器中IGBT电路的导通与关断；S7 :重复循环步骤S1-S6。进ー步，步骤S3中充放电切换模式的切換条件为当VRB端电压信号Ub大于等于其充电上限电压Uhigh值时，电池VRB切换为恒压充电，小于其放电下限电压Ulow值时，电池VRB转为恒压放电；当VRB的荷电状态SOC值大于等于0. 8吋，转为涓流充电，小于等于0. 2时，转为涓流放电。进ー步，步骤S4中所述的安全充电控制给定值表达式为
权利要求
1.一种含DC/DC变换器的全I凡液流电池安全充放电的控制方法,其特征在于包括以下步骤51:检测VRB外部端实际电压信号Ub, VRB侧电感的实际电流信号込；52:将检测到的VRB外部端实际电压信号Ub与VRB侧电感实际电流信号L相乘，获得 VRB实际电功率信号Pbattery 53:将功率设定值PMf、电流设定值IMf、电压设定值Uref分别与VRB实际电功率信号 Pbattey、实际电流信号I实际电压信号Ub进行作差，将差值输入到充放电切换模块中，并根据切换命令选择不同的充放电模式，当需要充电时，进入步骤S4进行充电；当需要放电时， 进入步骤S5进行放电；54:当充电时，检测VRB端电压Ub值处于放电电压下限Ular和充电电压上限Uhigh之间时，以功率设定值PMf等于充电功率设定值Pctoge向VRB进行恒功率快速充电；此刻，检测VRB实时的荷电状态SOC信号及VRB的外部端实际充放电压信号Ub,当检测到VRB外部端实际充放电压信号Ub超出限值时且SOC值没有超出限值时，则转为电压设定值Uref等于电压上限Uhigh进行充电，此时SOC信号将继续上升，直到其值越限时，转为电流设定值IMf等于充电涓流Imin进行充电，完成安全充电控制；55:当放电时，检测VRB端电压Ub值处于放电电压下限Ulow和充电电压上限Uhigh之间时，以功率设定值PMf等于放电功率设定值Pd1-向VRB进行恒功率快速放电；此时，检测VRB实时的荷电状态SOC信号及VRB的外部端实际充放电压信号Ub，若SOC 信号未越限，而VRB外部端实际充放电压信号Ub低于放电电压下限时,转为电压设定值Uref 等于电压下限值Ulw进行放电，此时SOC信号将继续降低，直到其值越限时，转为电流设定值IMf等于放电涓流Imin进行放电，完成安全放电控制；56:按照选择的功率充放电模式将功率设定值Pftf与VRB实际电功率信号Pbattoy作差， 或按照选择的涓流充放电模式将电流设定值Iref与VRB侧电感实际电流信号k作差，或按照选择的电压充放电模式将电压设定值Uref与VRB外部端实际电压信号Ub作差，通过处理该差值获得电流给定信号，再与VRB侧电感的实际电流信号IJ乍差，并通过再次得出的差值获取控制电压信号，所述控制电压信号经过处理后控制DC/DC变换器中IGBT电路的导通与关断；57:重复循环步骤S1-S6。
2.如权利要求1所述含DC/DC变换器的全钒液流电池安全充放电的控制方法，其特征在于步骤S3中充放电切换模式的切换条件为当VRB端电压信号Ub大于等于其充电上限电压Uhigh值时，电池VRB切换为恒压充电，小于其放电下限电压U1ot值时，电池VRB转为恒压放电；当VRB的荷电状态SOC值大于等于O. 8时，转为涓流充电，小于等于O. 2时，转为涓流放电。
3.如权利要求1所述含DC/DC变换器的全钒液流电池安全充放电的控制方法，其特征在于步骤S4中所述的安全充电控制给定值表达式为
4.如权利要求1所述含DC/DC变换器的全钒液流电池安全充放电的控制方法，其特征在于步骤S5中所述的安全放电控制给定值表达式为
5.如权利要求1所述含DC/DC变换器的全钒液流电池安全充放电的控制方法，其特征在于所述步骤S6中的通过差值来获得电流给定信号是通过比例积分器PI来进行的；所述通过再次得出的差值来获取控制电压信号是通过比例积分PI器来进行的；所述控制电压信号经过处理后得到控制电压信号是经过PWM调制形成的。
全文摘要
本发明提供一种含DC/DC变换器的全钒液流电池(VRB)安全充放电的控制方法。该控制方法采用VRB组级联双向DC/DC变换器作为充放电接口，其中DC/DC变换器的内环为VRB侧电感平均电流控制，外环为恒功率、恒压、涓流切换控制的双闭环策略，以VRB荷电状态(SOC)及端电压限值为约束条件，提出对应的三阶段安全充放电控制模式。该方法考虑了含变换器的电池安全充放电控制模式，通过控制DC/DC变换器可以实现灵活的安全充放电模式切换；采用阶段式充放电控制方法可有效地防止电池过充和过放现象，防止由于充电电压过高或放电电压过低而造成电池损坏。
文档编号H02J7/00GK103036286SQ20121052416
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月7日 优先权日2012年12月7日
发明者李辉, 付博, 杨超, 秦星, 陈耀君, 季海婷, 何蓓 申请人:重庆大学