一种新型光伏微网储能控制方法
【专利摘要】一种新型光伏微网储能控制方法，其电路包括光伏阵列、蓄电池及其充放电模块、逆变器和负载。控制器包括直流侧电流电压采样、交流侧电流电压采样、电池侧电流电压采样、充放电功率控制器、电池充放电控制器。在系统稳定运行后，接入充放电模块和蓄电池，将采集的数据输入功率计算器进行计算可得出电池充放电状态及电流理论值I，再通过充放电控制模块得出充放电模块工作时占空比D的大小，使电池放电电流Ib逼近I，从而实现光伏微网功率的管理与调配。
【专利说明】一种新型光伏微网储能控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光伏微网能量管理领域，具体涉及在光伏微网能量管理中蓄电池组的充放电控制方法。
【背景技术】
[0002]伴随着世界石油煤炭等资源的枯竭及其带来的环境污染，目前我们正极力的发展新能源，太阳能作为其中最具有战略意义、可长期持续利用的理想清洁可再生能源，具有很大的优越性。充分开发利用太阳能成为研究热点，光伏发电是其主要的利用方式。光伏发电以光伏电池板作为媒介，将太阳光直接转化为电能。为了提高光伏发电系统的利用效率，近年来国内外市场一直都在研究性能更好的用于光伏系统的充/放电控制器。
[0003]光伏发电是规模化、集成化利用太阳能的主要方式，但是光伏发电存在利用率低、发电功率不稳定等一系列的问题。由于天气阴晴变化和昼夜交替，阴雨天和夜间光伏发电装置要停机，这种间歇性的运作使得能量的利用率过低，造成了很大的浪费，提高了发电成本，还会造成对整个光伏系统的危害。
[0004]为了提高光伏发电系统的发电效率，提出了能量管理系统(Energy ManagementSystem)这个概念。光伏能量管理系统，即将光伏电池发出的能量供于负载，当光伏电池发出的功率大于负载侧所需功率时，将多余能量储存起来；在负载所需功率大于光伏电池发出功率时，将储存的能量供于负载使其正常运行，使光伏系统的能量利用达到最大化。在目前的能量管理系统中，大多使用蓄电池对能量进行存储，但是由于蓄电池存在的一些固有的特性，使得其充放电功率常会不受控制，容易对整个系统造成危害，而且其充放电电压也较为不稳定且变化较大。为使系统稳定，而且能够控制充放电功率，就必须对电池的充放电控制进行严格的设计。
【发明内容】
[0005]为了更加有效的对微网能量进行管理与调配，本发明提供了一种新型光伏微网储能控制方法，有效地对光伏微网中储能电池部分的充放电状态进行控制，提高光伏微网系统的能量利用率。
[0006]本设计是通过如下技术方案实现的。一种新型光伏微网储能控制方法，其特征在于:设置一个控制器，包括直流侧电流电压采样、交流侧负载功率采样、电池侧电流电压采样、充放电功率控制器、电池充放电控制器。光伏微网能量管理系统包括:光伏电池模块、逆变器模块、负载模块、电池充放电模块等部分。此发明可以在保证光伏微网系统稳定的条件下实现系统能量的管理与调配。
[0007]在光伏微网储能控制中，电池充放电模块主要工作状态为充电状态、放电状态和浮充状态。
[0008]在充电状态时，本发明采取了先进行恒流充电再进行恒压充电的方式。恒流充电时电流可控，且根据计算可得出充电电流预设值，通过改变充放电模块占空比，实际电流会快速的在电流预设值附近稳定。系统将会根据直流侧和负载侧功率变化时，用不同的电流进行恒流充电，且充电电流可控。在恒流充电过程中，当蓄电池电量较多时继续采取恒流充电会使线端电压过大，此时应采取恒压充电方式保证系统安全运行，充电电流会有所降低。
[0009]在电池处于放电状态时，本发明采用了恒流放电的控制方法，放电时电流值可控，且根据计算可得出放电电流预设值，通过改变充放电模块占空比，实际电流会快速的在电流预设值附近稳定。
[0010]充放电控制中，主要是通过以下控制进行实现的:需要采集电池端电压、光伏直流侧电压、电池充放电电流，需要由计算后得出的值有电池放电电流预设值、直流侧电压给定值、充电电池电压预设最大值、充电时预设电压阶跃、放电时预设电压阶跃。
[0011]采样后首先通过功率控制器判断电池的充放电状态，若电池应处于充电状态，则需要判断电池侧电压是否达到充电电池电压预设最大值，若达到充电电池电压预设最大值则此时采用恒压充电避免电压过高，若未达到充电电池电压预设最大值则采取恒流充电。在恒压充电过程中，通过比较电池端电压和充电电池电压预设最大值的大小关系和实际占空比与预设占空比的关系来调节电池充电模块的占空比来实现恒压充电。在恒流充电时，通过比较电池充电电流与电池充电电流预设值的大小关系来决定充电时预设电压阶跃的大小，通过比较充电时预设电压阶跃与电池端电压的关系来改变占空比，从而达到恒流充电。
[0012]当电池处于放电状态时，比较电池放电电流与电池放电电流预设值的大小关系来决定放电时预设电压阶跃的大小，通过比较放电时预设电压阶跃与电池端电压的关系来改变占空比，从而可以实现放电。
[0013]若电池处于浮充状态，则保证电池端电压略大于电池本身电压即可。
[0014]由于通过功率控制器后给出了相应的电池放电电流预设值，且电池放电电流可控，所以电池放电功率可控。
[0015]本发明引入了充放电预设电压阶跃的概念，其可以根据不同的电池类型和电压值预设出相应的电压阶跃值。使用此概念可以使电池充放电电流较稳定，不会产生较大误差，电压也不会产生很大的阶跃变化，在充放电状态发生改变时系统响应速度会变快，对整个系统的稳定性和快速性有较大的提高。
[0016]本发明的有益效果是:在充放电时接入电池充放电模块或充放电模块状态改变时，直流侧电压不会较大波动；在充放电状态改变时系统响应快；充放电电流电压可控；充电时采用了恒流恒压结合的充电方法，避免电流电压过大，使系统较为稳定；放电采取阶梯式放电，电流控制较好，不会产生突变；在光伏阵列运行有阴影时，系统响应较快不会产生较大扰动。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明一种新型光伏微网储能控制方法的原理图。
[0018]图2为本发明一种新型光伏微网储能控制方法的逻辑控制图。
[0019]附图的符号及标号说明:1-能量管理系统主电路；2_能量管理控制器；Ud—光伏直流侧电压；Id—光伏直流侧电流；ub—电池两端电压；Ib—电池充放电电流；P—交流侧负载总功率；ud。一光伏直流侧给定电压；Umax—电池充电最大电压给定值；1 一电池充放电电流预设值；uy—电池充电电压阶跃值；uz—电池放电电压阶跃值山一充放电模块在充放电时的占空比。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本发明的具体实施进行详细描述。
[0021]本实施例的一种新型光伏微网储能控制方法电路。如图1所示，包括光伏阵列、蓄电池及其充放电模块、逆变器和负载。光伏阵列向整个系统供电，由于光伏阵列供电功率具有不稳定性，受外界影响较大，为了保证负载侧能正常工作，加入了电池充放电模块。采集光伏阵列侧的电流Id和电压ud、电池侧的电流Ib和电压ub、交流侧负载总功率P。在系统稳定后，即Ud稳定在Udc附近，接入充放电模块和蓄电池，然后采集的数据输入功率计算器进行计算可得出电池充放电状态及电流理论值I，再通过相应算法使Ib逼近I。
[0022]当光伏阵列侧功率大于负载侧功率，电池为充电状态,充电功率由功率计算器得出，满足此式:Ub*I = Ud*Id — Po
[0023]当光伏阵列侧功率小于负载侧功率，电池为放电状态，放电功率由功率计算器得出，
满足此式:Ub*I =P- Ud*Id。
[0024]当光伏阵列功率等于负载侧功率时，电池侧断开。满足此式:Ud*Id = P。
[0025]当光伏阵列无法工作时，由电池直接为负载供电，电池功率等于负载侧功率，满足此式:Ub*I = Po
[0026]当电池电量充满时，由于功率平衡，光伏阵列功率会与负载侧功率平衡，此时电池处于浮充状态。
[0027]图2所示为图1中充放电控制器的控制方法逻辑图。首先由功率计算器得出的电池电流预设值I来判断电池的充放电状态，I的方向是从电池正极流出则电池处于放电状态，I的方向是从电池正极流入则电池为充电状态。
[0028]若电池处于充电状态，则需要先判断Ub与Umax的大小关系。若Ub≥ Umax,则电池处于恒压充电模式。当Ub > Umax时，减小充电模块的占空比D，使Ub下降。当Ub = Umax时，此时保证D不变，即使电池的充电电压不变。此为恒压充电时的控制方法。
[0029]若Ub < Umax,则电池处于恒流充电模式。首先比较Ib与I的大小关系，若Ib > I贝U电池充放电电流较大，此时比较Uy与Ub的瞬时变化率，若Uy >Λ Ub > 0，此时增大D可以使Ub增大Ib减小；若无法满足Uy >Λ Ub > 0，此时令D减小，也可令Ib最终维持在I附近。当Ib≤I时，首先应适量增加Uy为Uyl，此时判断Uyl >Λ Ub > O是否满足，若满足此条件，则D应减小，若无法满足Uyl >Λ Ub > 0，则判断Λ Ub > 0，若成立则令D减小，若不成立则令D增大。
[0030]当电池处于放电状态时，先判断Ib与I的关系，若Ib > I则继续判断Uz <AUb< O是否成立，若成立则说明电池放电电流较大应适当减小D，若不满足Uz <Λ Ub < O则应增大D。若Ib> I不成立，应先适量减小UzSUzl，再判断Uzl <Λ Ub < 0，若成立则使D减小，若不成立则增大D。
[0031] 当电池处于浮充状态时，只需保证Ub = Ufflax即可。此时电池电量充满，只需保证电池两端电压略大于其本身放电电压即可使电池电量不流失。
【权利要求】
1.一种新型光伏微网储能控制方法，其特征在于:它是由光伏微网系统的直流侧通过导线与充放电模块相连，充放电模块与蓄电池相连，这些部分组成了光伏微网能量管理系统。
2.根据权利要求1所述的充放电模块，其特征在于:充放电模块由功率计算器和充放电控制器共同控制。
3.根据权利要求2所述的功率计算器，其特征在于:采集系统各数据进行功率计算，再将计算出的结果输入到充放电控制器。
4.根据权利要求3所述的充放电控制器，其特征在于:充放电控制器得到功率计算器计算出的结果后，通过改变输出的占空比信号对充放电模块进行控制。
5.根据权利要求2所述的充放电控制器，其特征在于:蓄电池在充电过程采用了恒流限压的充电方法，在控制充电电流的同时对电池侧电压设置上限。
6.根据权利要求1所述的充放电模块，其特征在于:系统在实际工作时，通过对蓄电池充放电电流的控制可以实现对充放电功率的控制，功率可以根据实际负载和光伏发电状况进行自调节。
7.根据权利要求2所述的充放电控制器，其特征在于:在控制电池充放电功率时采用了电池电压阶跃变化的控制方法。
【文档编号】H02J7/35GK103915883SQ201410132453
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月3日 优先权日:2014年4月3日
【发明者】耿乙文, 段然, 李小强, 王凯, 张翀, 张雪, 吴琼, 鲍宇, 胡骢 申请人:中国矿业大学