1 .一種微電網(wǎng)中儲能電池系統(tǒng)的控制方法,其特征在于,包括步驟:
1)建立微電網(wǎng)系統(tǒng),配置儲能電池和通過聯(lián)絡(luò)線連接的負(fù)荷的控制參數(shù);
2)測量儲能電池的荷電電量SOC,并計算負(fù)荷有功功率與間歇性電源最大發(fā)電有功功率之間的功率差;
3)如果負(fù)荷有功功率和間歇性電源最大發(fā)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(fù)荷有功功率和間歇性電源最大發(fā)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(jù)儲能電池荷電電量SOC選擇儲能電池的充電階段;
4)根據(jù)儲能電池充放電狀態(tài)下的控制模式選擇間歇性電源的控制模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電網(wǎng)中儲能電池系統(tǒng)的控制方法,其特征在于:配置儲能電池和通過聯(lián)絡(luò)線連接的負(fù)荷的控制參數(shù),包括將負(fù)荷分為重要負(fù)荷和可控負(fù)荷,負(fù)荷有功功率為重要負(fù)荷和可控負(fù)荷的功率之和。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微電網(wǎng)中儲能電池系統(tǒng)的控制方法,其特征在于: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(fù)荷,只為重要負(fù)荷供電,其中SOCMIN取值為0.5-0.6。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微電網(wǎng)中儲能電池系統(tǒng)的控制方法,其特征在于:根據(jù)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(dāng)SOCMIN<SOC<SOC1儲能電池處于恒流快速充電階段;當(dāng)SOC1<SOC<SOC2時,儲能電池處于恒壓充電階段,當(dāng)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。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微電網(wǎng)中儲能電池系統(tǒng)的控制方法,其特征在于: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(jìn)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(xiàn)象。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的微電網(wǎng)中儲能電池系統(tǒng)的控制方法,其特征在于:當(dāng)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(dāng)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。
7 .根據(jù)權(quán)利要求6所述的微電網(wǎng)中儲能電池系統(tǒng)的控制方法,其特征在于:當(dāng)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(dāng)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。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及微電網(wǎng)領(lǐng)域,具體的說,涉及了一種微電網(wǎng)中儲能電池系統(tǒng)的控制方法。
背景技術(shù)
可再生能源的大量開發(fā)和使用,是未來電網(wǎng)的必然趨勢,但是大多數(shù)可再生能源因為地理分散、波動性較大、電能質(zhì)量不高等因素不能大規(guī)模的及時并入電網(wǎng)。近些年研究發(fā)現(xiàn),建立微電網(wǎng)是解決這些分布式能源接入電網(wǎng)的有效途徑之一。微電網(wǎng)是一種由電源和負(fù)荷共同組成的系統(tǒng),為用戶提供電能和熱量。微電網(wǎng)有兩種工作模式,正常情況下和電網(wǎng)連接實現(xiàn)并網(wǎng)運行,在電網(wǎng)故障或電能波動過大時從電網(wǎng)斷開,實現(xiàn)孤島運行。孤島運行下,由于可再生能源輸出的波動性、隨機(jī)性、微型燃?xì)廨啓C(jī)和燃料電池低速響應(yīng),快速的負(fù)荷波動會給微電網(wǎng)帶來很大的問題。配備一定容量的儲能裝置可以增大系統(tǒng)慣性,提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度,改善電能質(zhì)量,保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)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(wǎng)中包含了相應(yīng)的儲能系統(tǒng)。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(wěn)定、壽命長,可以大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用等優(yōu)點,在微電網(wǎng)系統(tǒng)中有廣泛應(yīng)用。
在傳統(tǒng)的電池應(yīng)用領(lǐng)域,例如電動汽車充電,電池的放電功率是隨機(jī)變化的,但是其充電過程非常穩(wěn)定,以保證其較長的使用壽命。因為大電網(wǎng)的穩(wěn)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(wǎng)中,間歇性電源不能提供穩(wěn)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(fā)電功率隨機(jī)變化的,因此儲能電池的控制方法和微電網(wǎng)的控制方法需要協(xié)調(diào)一致,合理配合?,F(xiàn)在的間歇性可再生能源大多數(shù)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(guī)律,嚴(yán)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(shù)解決方案。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足,從而提供一種設(shè)計科學(xué)、實用性強(qiáng)、配合合理、穩(wěn)定性高、利用率高的微電網(wǎng)中儲能電池系統(tǒng)的控制方法。
為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種微電網(wǎng)中儲能電池系統(tǒng)的控制方法,包括步驟:1)建立微電網(wǎng)系統(tǒng),配置儲能電池和通過聯(lián)絡(luò)線連接的負(fù)荷的控制參數(shù);2)測量儲能電池的荷電電量SOC,并計算負(fù)荷有功功率與間歇性電源最大發(fā)電有功功率之間的功率差;3)如果負(fù)荷有功功率和間歇性電源最大發(fā)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(fù)荷有功功率和間歇性電源最大發(fā)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(jù)儲能電池荷電電量SOC選擇儲能電池的充電階段;4)根據(jù)儲能電池充放電狀態(tài)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(lián)絡(luò)線連接的負(fù)荷的控制參數(shù),包括將負(fù)荷分為重要負(fù)荷和可控負(fù)荷,負(fù)荷有功功率為重要負(fù)荷和可控負(fù)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可控負(fù)荷,只為重要負(fù)荷供電,其中SOCMIN取值為0.5-0.6。
基于上述,根據(jù)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(dāng)SOCMIN<SOC<SOC1儲能電池處于恒流快速充電階段;當(dāng)SOC1<SOC<SOC2時,儲能電池處于恒壓充電階段,當(dāng)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(jìn)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(xiàn)象。
基于上述,當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(fā)明相對現(xiàn)有技術(shù)具有突出的實質(zhì)性特點和顯著的進(jìn)步,具體的說,本發(fā)明通過合理設(shè)計逆變器容量、聯(lián)絡(luò)線功率和負(fù)荷有功功率,將儲能電池充電模式與微電網(wǎng)控制模式相配合,實現(xiàn)了對微電網(wǎng)內(nèi)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(wǎng)內(nèi)的穩(wěn)定性,其具有設(shè)計科學(xué)、實用性強(qiáng)、配合合理、穩(wěn)定性高、利用率高的優(yōu)點。
微電網(wǎng)控制的目的是在保證電網(wǎng)穩(wěn)定供電的前提下,提高可再生能源的利用率,保證微電網(wǎng)與傳統(tǒng)配電網(wǎng)協(xié)調(diào)配合,既可以利用分布式電源的可再生能源,又可以為電網(wǎng)內(nèi)部的負(fù)荷提供可靠的電能,甚至在傳統(tǒng)大電網(wǎng)發(fā)生故障的情況下,多個微電網(wǎng)之間、微電網(wǎng)內(nèi)部仍然可以可靠供電,并為大電網(wǎng)的啟動提供必要的條件。典型的微電網(wǎng)群結(jié)構(gòu)如圖1所示。然而,微電網(wǎng)內(nèi)部元件眾多復(fù)雜,常見的分布式電源如風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、微型燃?xì)獍l(fā)電等,其特性和運行方式各不相同,控制方式和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)又多種多樣。例如微電網(wǎng)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(wǎng)內(nèi)部控制結(jié)構(gòu)如圖2所示。
微電網(wǎng)與其他電網(wǎng)之間,以及微電網(wǎng)與其他微電網(wǎng)之間,往往通過聯(lián)絡(luò)線連接,他們之間是一種弱耦合的關(guān)系,往往通過控制聯(lián)絡(luò)線的開閉和聯(lián)絡(luò)線的功率流動來彼此支持。
微電網(wǎng)控制的核心在于儲能系統(tǒng)的控制,儲能系統(tǒng)為電網(wǎng)提供可靠的頻率和電壓支撐,可以靈活根據(jù)系統(tǒng)的狀況調(diào)節(jié)功率平衡,提高穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)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?zhí)峁┮环N微電網(wǎng)中儲能電池系統(tǒng)的控制方法,包括步驟:1)建立微電網(wǎng)系統(tǒng),配置儲能電池和通過聯(lián)絡(luò)線連接的負(fù)荷的控制參數(shù);2)測量儲能電池的荷電電量SOC,并計算負(fù)荷有功功率與間歇性電源最大發(fā)電有功功率之間的功率差;3)如果負(fù)荷有功功率和間歇性電源最大發(fā)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(fù)荷有功功率和間歇性電源最大發(fā)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(jù)儲能電池荷電電量SOC選擇儲能電池的充電階段;4)根據(jù)儲能電池充放電狀態(tài)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(lián)絡(luò)線連接的負(fù)荷的控制參數(shù),包括將負(fù)荷分為重要負(fù)荷和可控負(fù)荷,負(fù)荷有功功率為重要負(fù)荷和可控負(fù)荷的功率之和。
當(dāng)所述功率差大于零時,則儲能電池工作在放電模式,并且,當(dāng)儲能電池容量SOC<SOCMIN時,切除可控負(fù)荷,只為重要負(fù)荷供電,其中SOCMIN取值為0.5-0.6
當(dāng)負(fù)荷有功功率和間歇性電源最大發(fā)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(nèi)阻也容易變化,不同于傳統(tǒng)的根據(jù)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(wěn)定的對應(yīng)關(guān)系,因此,可以根據(jù)儲能電池荷電電量SOC合理劃分充電階段。
根據(jù)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(dāng)SOCMIN<SOC<SOC1儲能電池處于恒流快速充電階段;當(dāng)SOC1<SOC<SOC2時,儲能電池處于恒壓充電階段,當(dāng)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(jìn)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(xiàn)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(yán)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(zhǔn)確度,采用較大的電壓在某一時間段對電池進(jìn)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(lián)絡(luò)線之間的功率流動來補(bǔ)償間歇性電源充電時不穩(wěn)定的情況,聯(lián)絡(luò)線功率PLEM滿足儲能電池穩(wěn)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(fā)電功率隨機(jī)變化,并且并不影響間歇性可再生能源的利用效率。
當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(lián)絡(luò)線最大功率之和,這種情況下微電網(wǎng)系統(tǒng)存在嚴(yán)重的發(fā)電功率盈余,對系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響,例如系統(tǒng)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(fā)電功率,保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。
最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制;盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明,所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行修改或者對部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換;而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神,其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。