用于储能双向变换器的充放电控制方法与流程

本发明具体涉及一种用于储能双向变换器的充放电控制方法。

背景技术：

随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。同时，为了应对资源短缺和环境污染对电力系统发展提出的严峻挑战，分布式发电技术得到了各国电力行业的广泛关注。但大量分布式电源如太阳能电池、燃料电池、风力机和小型燃气轮机等直接并网将会对公共电网调峰和系统安全运行造成显著影响。为充分发挥分布式电源的价值和效益，分布式电源采用微网形式并入主网。传统的电力系统属于交流系统，因此对于微电网的研究大多集中在交流微电网方面。而许多新能源单元具有直流输出形式，且直流系统不存在相位同步、谐波和无功功率损耗等方面的问题，因此近年来直流微电网和适应新能源接入的能量路由器装置等一系列技术逐渐得到人们的重视。

直流微电网和能量路由器装置的研究重点和难点在于如何在直流微电网系统运行中维持系统母线电压稳定，保证系统功率平衡。而多数可再生能源由于其能量本身具有不均匀性和不可控性，输出的电能可能随时发生变化。当外界的光照、温度、风力等发生变化时，微源相应的输出能量就会发生变化，这将导致系统内功率不平衡，进而造成直流母线电压大范围波动。为平抑母线电压波动，解决能量供给波动性，提升系统可靠性，直流微电网系统和能量路由器中通常需要增加储能装置。因此，直流微网和能量路由器系统中储能系统充放电的控制方法成为研究热点之一。

但现有针对储能系统充放电的控制技术存在一些问题，如在实际系统中，即使系统的功率已经平衡，直流母线电压一般仍会存在波动，并不会稳定于某一个额定值。由于蓄电池充放电模式的选择取决于直流母线电压，通过直流母线电压瞬时电压与额定值的偏差来选择蓄电池buck/boost变换器的工作模式。由于直流母线电压的小范围波动，蓄电池双向变换器会在boost与buck模式间来回切换。可能会减少开关器件的寿命并且造成一些不必要的开关损耗。不利于系统的稳定运行。同时系统在给储能电池发出充放电指令时，并不会考虑储能系统的荷电状态参数检测值soc。在储能电池工作时经常造成储能电池的过负荷工作或过度充电。这对于储能电池的稳定运行十分不利，甚至发生电池烧毁情况。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可靠性高且安全、稳定的用于储能双向变换器的充放电控制方法。

本发明提供的这种用于储能双向变换器的充放电控制方法，包括如下步骤：

s1.获取系统的直流母线电压、储能装置的充放电电流和储能装置的荷电状态参数；

s2.根据获取的直流母线电压和系统的直流母线电压参考值，确定系统的充放电状态；

s3.根据获取的储能装置的荷电状态参数和事先设定的阈值，确定储能装置的荷电状态；

s4.根据步骤s2确定的系统的充放电状态和步骤s3确定的储能装置的荷电状态，确定储能装置的控制电流，从而实现对储能双向变换器的充放电控制。

步骤s2所述的根据获取的直流母线电压和系统的直流母线电压参考值，确定系统的充放电状态，具体为采用如下步骤确认系统的充放电状态：

a.计算获取的直流母线电压和系统的直流母线电压参考值的差值δu：

δu＝|ubus-un|

式中ubus为获取的直流母线电压，un为系统的直流母线电压参考值；

b.采用如下规则确认系统的充放电状态：

若δu＜-uh，则系统为放电模式；

若-uh≤δu≤uh，则系统为空闲模式；

若δu＞uh，则系统为充电模式；

式中，uh为储能系统的空闲电压滞环环宽。

步骤s3所述的根据获取的储能装置的荷电状态参数和事先设定的阈值，确定储能装置的荷电状态，具体为采用如下规则确定储能装置的荷电状态：

若soc＜socd，则确定储能装置为欠荷状态；

若socd≤soc≤socu，则确定储能装置为正常状态；

若soc＞socu，则确定储能装置为过荷状态；

式中socd为设定的第一荷电状态参考值，socu为设定的第二荷电状态参考值。

步骤s4所述的根据步骤s2确定的系统的充放电状态和步骤s3确定的储能装置的荷电状态，确定储能装置的控制电流，具体为采用如下规则确定储能装置的控制电流：

r1.若储能装置为欠荷状态：

储能装置不以放电模式的方式参与系统功率平衡的调节；

若储能装置工作为充电模式，则储能装置的控制电流为储能装置的充电上限电流；

r2.若储能装置为过荷状态：

储能装置不以充电模式的方式参与系统功率平衡的调节；

若储能装置工作为放电模式，则储能装置的控制电流为储能装置的放电上限电流；

r3.若储能装置为正常状态：

若系统需要储能装置工作为放电状态，则储能装置的控制电流id-ref为：

式中un为系统的直流母线电压参考值，ubus为获取的直流母线电压，uumax为正向电压偏差最大值，iddc-max为储能装置的放电上限电流；

若系统需要储能装置工作为充电状态，则储能装置的控制电流ic-ref为：

式中un为系统的直流母线电压参考值，ubus为获取的直流母线电压，udmax为反向电压偏差最大值，icdc-max为储能装置的充电上限电流。

本发明提供的这种用于储能双向变换器的充放电控制方法，通过检测储能电池不同荷电状态和此时的直流母线电压，综合考虑了直流母线电压的波动情况和储能电池的soc情况，实现了储能系统在充电、放电及空闲模式间自由选择，并且控制不同荷电状态下的储能充电速度，从而避免了不合理的充电电流指令对储能电池造成伤害，提高储能电池的稳定性和工作寿命，有利于直流微网系统和能量路由器系统的稳定运行也避免了开关管频繁开关造成的损耗。

附图说明

图1为本发明的方法流程示意图。

图2为本发明的储能系统充放电整体结构框图。

具体实施方式

如图1所示为本发明方法的方法流程示意图：本发明提供的这种用于储能双向变换器的充放电控制方法，包括如下步骤：

s1.获取系统的直流母线电压、储能装置的充放电电流和储能装置的荷电状态参数；

s2.根据获取的直流母线电压和系统的直流母线电压参考值，确定系统的充放电状态；具体为采用如下步骤确认系统的充放电状态：

a.计算获取的直流母线电压和系统的直流母线电压参考值的差值δu：

δu＝|ubus-un|

式中ubus为获取的直流母线电压，un为系统的直流母线电压参考值；

b.采用如下规则确认系统的充放电状态：

若δu＜-uh，则系统为放电模式；

若-uh≤δu≤uh，则系统为空闲模式；

若δu＞uh，则系统为充电模式；

式中，uh为储能系统的空闲电压滞环环宽；

s3.根据获取的储能装置的荷电状态参数和事先设定的阈值，确定储能装置的荷电状态；具体为采用如下规则确定储能装置的荷电状态：

若soc＜socd，则确定储能装置为欠荷状态；

若socd≤soc≤socu，则确定储能装置为正常状态；

若soc＞socu，则确定储能装置为过荷状态；

式中socd为设定的第一荷电状态参考值，socu为设定的第二荷电状态参考值；

s4.根据步骤s2确定的系统的充放电状态和步骤s3确定的储能装置的荷电状态，确定储能装置的控制电流，从而实现对储能双向变换器的充放电控制；具体为采用如下规则确定储能装置的控制电流：

r1.若储能装置为欠荷状态：

储能装置不以放电模式的方式参与系统功率平衡的调节；

若储能装置工作为充电模式，则储能装置的控制电流为储能装置的充电上限电流；

r2.若储能装置为过荷状态：

储能装置不以充电模式的方式参与系统功率平衡的调节；

若储能装置工作为放电模式，则储能装置的控制电流为储能装置的放电上限电流；

r3.若储能装置为正常状态：

若系统需要储能装置工作为放电状态，则储能装置的控制电流id-ref为：

式中un为系统的直流母线电压参考值，ubus为获取的直流母线电压，uumax为正向电压偏差最大值，iddc-max为储能装置的放电上限电流；

若系统需要储能装置工作为充电状态，则储能装置的控制电流ic-ref为：

式中un为系统的直流母线电压参考值，ubus为获取的直流母线电压，udmax为反向电压偏差最大值，icdc-max为储能装置的充电上限电流；

实现本发明方法的储能系统充放电整体结构框图如图2所示：双向变换器由两个绝缘栅双极晶体管串联组成，每个晶体管都带有反并联的二极管，上晶体管的集电极和下晶体管的发射极组成了连接直流母线的直流端口，下晶体管的集电极通过电感连接电池的阳极，下晶体管的发射极连接电池的负极；其中图中所述的非线性控制策略即为本发明提供的控制方法。