一種微電網中儲能電池系統的控制方法與流程

本發明涉及微電網領域，具體的說，涉及了一種微電網中儲能電池系統的控制方法。

背景技術：

可再生能源的大量開發和使用，是未來電網的必然趨勢，但是大多數可再生能源因為地理分散、波動性較大、電能質量不高等因素不能大規模的及時并入電網。近些年研究發現，建立微電網是解決這些分布式能源接入電網的有效途徑之一。微電網是一種由電源和負荷共同組成的系統，為用戶提供電能和熱量。微電網有兩種工作模式，正常情況下和電網連接實現并網運行，在電網故障或電能波動過大時從電網斷開，實現孤島運行。孤島運行下，由于可再生能源輸出的波動性、隨機性、微型燃氣輪機和燃料電池低速響應，快速的負荷波動會給微電網帶來很大的問題。配備一定容量的儲能裝置可以增大系統慣性，提高系統的動態響應速度，改善電能質量，保障系統的安全穩定運行。為了解決可再生能源波動性較大等問題，并使分布式能源得到充分的利用，微電網中包含了相應的儲能系統。儲能電池儲能，例如常見的鉛酸電池、鋰電池等，具有能量密度高，性能穩定、壽命長，可以大規模生產和應用等優點，在微電網系統中有廣泛應用。

在傳統的電池應用領域，例如電動汽車充電，電池的放電功率是隨機變化的，但是其充電過程非常穩定，以保證其較長的使用壽命。因為大電網的穩定性，電池采用恒流快速充電、恒壓充電、和浮動充電的模式。然而，在微電網中，間歇性電源不能提供穩定的能源，儲能電池要提供頻率電壓支撐，其自身的充電功率是隨著間歇性電源的發電功率隨機變化的，因此儲能電池的控制方法和微電網的控制方法需要協調一致，合理配合。現在的間歇性可再生能源大多數時間都工作在mppt工作模式，儲能電池的充電電流和電壓毫無規律，嚴重影響儲能電池的使用壽命。

為了解決以上存在的問題，人們一直在尋求一種理想的技術解決方案。

技術實現要素：

本發明的目的是針對現有技術的不足，從而提供一種設計科學、實用性強、配合合理、穩定性高、利用率高的微電網中儲能電池系統的控制方法。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種微電網中儲能電池系統的控制方法，包括步驟：1）建立微電網系統，配置儲能電池和通過聯絡線連接的負荷的控制參數；2）測量儲能電池的荷電電量soc，并計算負荷有功功率與間歇性電源最大發電有功功率之間的功率差；3）如果負荷有功功率和間歇性電源最大發電有功功率之間的功率差大于零，則儲能電池工作在放電模式；如果負荷有功功率和間歇性電源最大發電有功功率之間的功率差小于零，則儲能電池工作在充電模式，并根據儲能電池荷電電量soc選擇儲能電池的充電階段；4）根據儲能電池充放電狀態下的控制模式選擇間歇性電源的控制模式。

基于上述，配置儲能電池和通過聯絡線連接的負荷的控制參數，包括將負荷分為重要負荷和可控負荷，負荷有功功率為重要負荷和可控負荷的功率之和。

基于上述，儲能電池工作在放電模式，且儲能電池的荷電電量soc<socmin時，切除可控負荷，只為重要負荷供電，其中socmin取值為0.5-0.6。

基于上述，根據儲能電池荷電電量soc選擇儲能電池的充電階段，包括將儲能電池的充電階段分為恒流快速充電階段、恒壓充電階段和浮動充電階段；當socmin<soc<soc1時，儲能電池處于恒流快速充電階段；當soc1<soc<soc2時，儲能電池處于恒壓充電階段；當soc2<soc<soc3時，儲能電池處于浮動充電階段；其中，soc1取值為0.6-0.7，soc2取值為0.7-0.9，soc3取值為0.9-1.0。

基于上述，儲能電池的充電階段還包括儲能電池去極化階段，采用定時去極化的方法，在一天中的某一固定時段對儲能電池進行均衡充電，以消除儲能電池單體之間電壓、容量的不均衡現象。

基于上述，當儲能電池工作在放電模式時，間歇性電源工作在最大功率跟蹤mppt模式；當儲能電池工作在充電模式時，間歇性電源工作在最大功率跟蹤mppt模式或者恒功率控制模式。

基于上述，當儲能電池工作在充電模式，且所述功率差小于儲能電池所需的充電功率時，間歇性電源工作在最大功率跟蹤mppt模式；當儲能電池工作在充電模式，所述功率差大于儲能電池所需的充電功率時，間歇性電源工作在恒功率控制模式。

本發明相對現有技術具有突出的實質性特點和顯著的進步，具體的說，本發明通過合理設計逆變器容量、聯絡線功率和負荷有功功率，將儲能電池充電模式與微電網控制模式相配合，實現了對微電網內電池的恒流、恒壓、浮動充電控制，保證了儲能電池充電的精確控制，延長了儲能電池壽命，提高了微電網內的穩定性，其具有設計科學、實用性強、配合合理、穩定性高、利用率高的優點。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2是本發明的動力傳動及控制結構示意圖。

圖3是本發明所述半成品的結構示意圖。

具體實施方式

下面通過具體實施方式，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。

微電網控制的目的是在保證電網穩定供電的前提下，提高可再生能源的利用率，保證微電網與傳統配電網協調配合，既可以利用分布式電源的可再生能源，又可以為電網內部的負荷提供可靠的電能，甚至在傳統大電網發生故障的情況下，多個微電網之間、微電網內部仍然可以可靠供電，并為大電網的啟動提供必要的條件。典型的微電網群結構如圖1所示。然而，微電網內部元件眾多復雜，常見的分布式電源如風力發電、光伏發電、微型燃氣發電等，其特性和運行方式各不相同，控制方式和電網結構又多種多樣。例如微電網的類型包括直流匯流模式、交流匯流模式、集中控制模式、分散控制模式，典型的微電網內部控制結構如圖2所示。

微電網與其他電網之間，以及微電網與其他微電網之間，往往通過聯絡線連接，他們之間是一種弱耦合的關系，往往通過控制聯絡線的開閉和聯絡線的功率流動來彼此支持。

微電網控制的核心在于儲能系統的控制，儲能系統為電網提供可靠的頻率和電壓支撐，可以靈活根據系統的狀況調節功率平衡，提高穩定性和經濟效益。然而儲能電池本身的控制模式也受到其自身性能的影響和制約，本專利申請提供一種微電網中儲能電池系統的控制方法，包括步驟：1）建立微電網系統，配置儲能電池和通過聯絡線連接的負荷的控制參數；2）測量儲能電池的荷電電量soc，并計算負荷有功功率與間歇性電源最大發電有功功率之間的功率差；3）如果負荷有功功率和間歇性電源最大發電有功功率之間的功率差大于零，則儲能電池工作在放電模式；如果負荷有功功率和間歇性電源最大發電有功功率之間的功率差小于零，則儲能電池工作在充電模式，并根據儲能電池荷電電量soc選擇儲能電池的充電階段；4）根據儲能電池充放電狀態下的控制模式選擇間歇性電源的控制模式。

具體的，配置儲能電池和通過聯絡線連接的負荷的控制參數，包括將負荷分為重要負荷和可控負荷，負荷有功功率為重要負荷和可控負荷的功率之和。

當所述功率差大于零時，則儲能電池工作在放電模式，并且，當儲能電池容量soc<socmin時，切除可控負荷，只為重要負荷供電，其中socmin取值為0.5-0.6。

當負荷有功功率和間歇性電源最大發電有功功率之間的功率差小于零時，則儲能電池工作在充電模式。在儲能電池充電過程中，儲能電池的空載電壓不容易測量，儲能電池的內阻也容易變化，不同于傳統的根據充電電壓確定儲能電池充電階段的方法，儲能電池荷電電量soc可以通過電量積分法比較容易的測量，一般儲能電池電壓與儲能電池荷電量soc具有相對穩定的對應關系，因此，可以根據儲能電池荷電電量soc合理劃分充電階段。

根據儲能電池荷電電量soc選擇儲能電池的充電階段，包括將儲能電池的充電階段分為恒流快速充電階段、恒壓充電階段和浮動充電階段，當socmin<soc<soc1時，儲能電池處于恒流快速充電階段，soc1<soc<soc2時，儲能電池處于恒壓充電階段，soc2<soc<soc3時，儲能電池處于浮動充電階段；其中，soc1取值為0.6-0.7，soc2取值為0.7-0.9，soc3取值為0.9-1.0。

實際中，儲能電池的充電階段還包括儲能電池去極化階段，也即均衡充電階段。采用定時去極化的方法，在一天中的某一固定時段對儲能電池進行均衡充電，以消除儲能電池單體之間電壓、容量的不均衡現象。儲能電池單體之間的不均衡隨著使用時間的延長逐級嚴重，單體之間的不均衡影響儲能電池的充放電深度和測量準確度，采用較大的電壓在某一時間段對電池進行均衡充電，將降低儲能電池單體之間的不均衡，防止儲能電池極化，本實施例中采用儲能電池額定電壓的1.3倍作為儲能電池均衡充電電壓。在均衡充電的模式下，仍然可以通過與聯絡線之間的功率流動來補償間歇性電源充電時不穩定的情況，聯絡線功率plem滿足儲能電池穩定的均衡充電模式下的功率，充電功率不再隨著間歇性電源的發電功率隨機變化，并且并不影響間歇性可再生能源的利用效率。

當儲能電池工作在放電模式時，間歇性電源工作在最大功率跟蹤mppt模式；當儲能電池工作在充電模式時，間歇性電源工作在最大功率跟蹤mppt模式或者恒功率控制模式。

具體地，當儲能電池工作在充電模式，且所述功率差小于儲能電池所需的充電功率時，間歇性電源工作在最大功率跟蹤mppt模式；當儲能電池工作在充電模式，且所述功率差大于儲能電池所需的充電功率時，間歇性電源工作在恒功率控制模式。在充電模式下，可能存在上述功率差大于儲能電池所需的充電功率的情況，甚至上述功率差大于儲能電池所需的充電功率與聯絡線最大功率之和，這種情況下微電網系統存在嚴重的發電功率盈余，對系統的穩定性產生影響，例如系統的頻率和電壓越上限，此時間歇性電源工作在恒功率控制模式，以降低其發電功率，保證系統的穩定。

最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制；盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解：依然可以對本發明的具體實施方式進行修改或者對部分技術特征進行等同替換；而不脫離本發明技術方案的精神，其均應涵蓋在本發明請求保護的技術方案范圍當中。