一种光伏储能充电站能量管理系统及控制方法与流程

本发明属于光伏和储能，具体涉及一种光伏储能充电站能量管理系统及控制方法。

背景技术：

1、随着新能源汽车销量快速增长，对充电装置设施的需求迅猛增加，光伏和储能充电系统可充分利用绿色电力和夜间谷段低价电力，综合效率较高，越来越受到业界重视。

2、目前，市面上现有的光伏储能充电一体化充电站，储能系统基本使用全新储能电池，造价高、回收周期长，为了降低储能系统造价，行业内尝试将电动汽车上退役下来的动力电池包重新梯次利用，应用到储能系统，大部分做法是对梯次电池包进行拆解，将电池模组与电池管理单元分拆，进行单独测试、筛选、匹配，再将电池状态参数相近的电池模组重新组成电池堆，这种做法增加了劳动力和成本。

3、如果将健康的梯次电池包整包使用到储能系统中，不拆解和组合，将会节省大量的工程时间，是一种理想的梯次电池包应用方法。但由于每个电池包之间的电量和电压平台不一样，有些是a00级汽车电池包，电压100v左右，电量在15度左右，soc(荷电状态值)90％；有些a级汽车电池包，电压300v左右，电量在30度左右，soc60％；有些是高端电动车电池包，电压800v左右，电量在70度以上，soc30％；如何对参数差异较大的梯次电池储能系统进行合理控制，以实现充放电过程的高效和安全，是目前行业需要解决的问题之一。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种光伏储能充电站能量管理系统及控制方法，可实现梯次电池的不同soc的能量管理，提升soc存在较大差异的梯次电池储能系统的运行效率及寿命，还能通过光伏和外部电网的接入调配，有效减少充电站用电成本，同时起到削峰填谷、节能减排的作用。

2、为实现上述目的，本发明一种光伏储能充电站能量管理系统，包括能量管理系统控制的光储管理模块、开关管理模块和充电桩管理模块；光储管理系统控制对象包括电池组管理模块、mppt(最大功率点跟踪)模块和逆变器管理模块；电池组管理模块分别控制各储能模块中的电池管理模块和dc/dc(电压转换模块)；逆变器管理模块控制各个逆变器；所有控制模块均通过高速can总线进行连接；

3、储能模块包括梯次利用电池组、电池管理模块和dc/dc，梯次利用电池组与dc/dc串联，电池管理模块可对梯次利用电池组和dc/dc进行控制，dc/dc将与其串联的梯次利用电池组的电压转换成预设电压，所有串联支路的预设电压相同，多个储能模块并联；

4、光伏系统与mppt模块串联后，与n个储能模块并联，然后通过直流总线与m个逆变器连接；

5、开关柜分别与逆变器的输出和电网电源连接，向充电桩提供电源。

6、作为本发明进一步的方案：能量管理系统采用分布式soc、soh、温度和系统参数信息采集，进行集中智能计算管控、动态电量分配，并设定监控周期。

7、作为本发明进一步的方案：每个支路梯次利用电池组的电池管理模块的内部设置有soc、soh(健康度)和温度采集单元，每个监控周期实时采集后通过通讯网络发送电池组管理模块及其他控制模块，电池组管理模块根据soc、soh和温度，计算各个储能模块的充放电能力，通过光储管理系统发送至其他控制模块；

8、每个充电桩的内部设置有充电状态采集单元，当充电桩连接电动车时，各充电桩可将每个车辆需要的电量的大小，发送给充电桩管理模块及其他控制模块；

9、光伏系统中的mppt模块，可将光伏可用电量发送给光储管理系统及其他控制模块；

10、能量管理系统根据充电桩每个充电周期需要的充电功率，光伏系统的放电功率，以及储能模块的即时总功率，实时控制各控制模块的开关状态；根据各储能模块的soc、soh和温度，确定出储能模块优先级，优先级从大到小，从n个储能模块中选定被激活参与充电的储能模块，使储能模块输出的功率，与光伏系统和外部电网一起，满足充电桩的功率需求；根据充电桩需求功率和电量，以及储能模块优先级顺序，从n个储能模块中选定参与的储能模块；根据充电功率需求，并考虑充电桩和逆变器工作效率，从m个逆变器中选定参与工作的逆变器。

11、为实现上述目的，本发明另一方面提供一种光伏储能充电站能量管理控制方法，包括以下步骤：

12、1)判断是否有车辆需要充电，如果充电桩连接车辆且该车辆电池的soc小于一预设值，表明需要充电，反之说明不需要；如果没有车辆需要充电，判断储能模块的各梯次利用电池组是否需要充电，就是判断储能电池的soc小于一预设值；如果有储能电池需要充电，光伏系统经过mppt模块和dc/dc，为储能电池进行充电，如果储能电池不需要充电，闭合开关柜中的左端和右端开关，光伏系统产生的电能经mppt模块和逆变器电路转换成交流电输送至电网；程序跳转至10；

13、2)如果检测到车辆需要充电，每个储能模块中电池管理模块，采集梯次利用电池组的soc、soh、温度ta、电压和电流，选择温度ta、soc在规定范围内，soh大于一预定值的梯次利用电池组，进入放电行列；根据采集参数，并参照电芯倍率特性、电池组电量和额定容量，考虑dc/dc效率，计算各梯次利用电池组当前可用电量pa1、pa2、……pan，功率总和，即储能功率是p1；

14、3)根据光伏系统的性能参数，考虑光伏系统到mppt模块输出端的效率，计算光伏发电功率p2；

15、4)光储管理系统获取光伏发电功率p2、储能功率p1，发送给能量管理系统；

16、5)充电桩管理模块根据每个充电桩的电压和请求电流，计算每个充电桩车辆充电功率需求pc，考虑逆变器效率后，充电需求总功率为p3，并发送给能量管理系统；

17、6)能量管理系统根据储能功率p1、光伏发电功率p2和充电需求总功率p3，计算△p1＝p1+p2-p3，△p2＝p2-p3；

18、7)判断△p1＜0，如果是，储能和光伏不能满足充电需求，需要电网补充△p1，执行策略一：开关柜左端和右端均闭合，各储能模块和光储系统均输出最大功率，剩余由电网补充，联合为车辆充电；程序跳转至10；

19、8)如果△p1＜0判断为否，判断△p2＜0，如果否，光伏单独可以满足充电需求，执行策略二：开关柜左端闭合、右端断开，光储系统通过mppt模块和逆变器，为充电桩提供电能，剩余电能，如果有储能模块的梯次利用电池组的soc小于一预设值，表明梯次利用电池组可以充电，将剩余电能给储能模块进行充电；程序跳转至10；

20、9)如果△p2＜0判断为是，光伏和储能联合为车辆充电，执行策略三：开关柜左端闭合、右端断开，执行子系统的控制流程：光伏系统处于最大放电状态，剩余电量由储能模块提供，获取△p2差值；电池组管理模块进入放电模式，将前面计算得到的pa1、pa2、……pan，按照电池管理模块对应soc大小，进行优先级排序，优先级高的模块优先输出充电功率；电池组管理模块周期性判断放电支路，根据电量差值△p2，依据放电优先级开启1路或几路储能模块支路进行放电，关闭容量过低的储能模块；dc/dc将接收到的与其串联的梯次利用电池组的直流输出电压转换成预设电压，所有dc/dc输出端的目标设置电压均相同，控制梯次利用电池组在安全范围内进行放电；逆变器管理模块根据储能模块和光伏系统联合输出功率之和，开启一路或几路逆变器，满足功率需求，逆变器输出端为充电桩充电；电池组管理模块核算储能模块当前放电电量，并监控各支路电池管理模块，获取各放电支路储能模块当前soc、soh、放电温度及其他安全性参数，及时停止不满足安全放电要求的储能模块支路，周期性调整储能模块支路的放电排序；

21、10)判断程序关闭，如果是，整个流程结束，如果否，返回1。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

23、采用分布式参数采集、集中智能计算、动态能量分配的方法，在光伏和储能模块共同放电模块中，根据soc、soh、温度、电压和电流，确定参与充放电的梯次利用电池组的范围，并按照soc优先级进行排序，确保车辆充电功率需求，同时提升系统的效率和安全保障；通过对储能模块、光伏系统和电网的动态优化调节，不仅可实现梯次电池的不同soc和soh时的能量管理，提升参数存在较大差异的梯次电池储能系统的运行效率及寿命，还能通过光伏和外部电网的接入调配，最大限度使用光伏绿色能源和储能模块中低价谷电，有效减少充电站用电成本，同时起到削峰填谷、节能减排的作用。