一种有效利用光伏发电混合储能容量的控制方法技术

一种有效利用光伏发电混合储能容量的控制方法，涉及光伏发电技术领域，它包括下述内容：（1）充电时，先给超级电容充电，后对蓄电池进行充电，蓄电池进入充电状态后，超级电容退出充电；（2）放电时，先给超级电容放电，后对蓄电池进行放电，蓄电池进入放电状态后，超级电容退出放电；所述超级电容充电或放电采用母线电压外环和超级电容电压内环的双闭环控制；蓄电池充电或放电采用直流母线电压外环和蓄电池电压电流内环的三闭环控制。本发明专利技术可提高蓄电池和超级电容容量的利用率，降低成本，增强光伏产业竞争力。

【技术实现步骤摘要】
一种有效利用光伏发电混合储能容量的控制方法
本专利技术涉及光伏发电
，具体的涉及有效利用光伏发电混合储能容量的控制方法。
技术介绍
随着世界能源短缺问题的日益严重，太阳能作为公认的可替代能源得到了越来越广泛的应用，其中太阳能光伏发电成为主流。作为环境友好型可再生能源光伏产业要保持快速发展，就要提高转换效率、降低成本，增强全产业链竞争力。光伏系统中电源由气候、温度、时间、经纬度等因素影响的不稳定性，使其储能装置具有不同于其他系统的特殊性与重要性。蓄电池充放电速度慢，时间长，循环使用寿命短，能量密度高；超级电容充放电速度快，时间短，循环使用寿命长，能量密度低。两者互补，作为光伏系统的储能装置最合适不过了。蓄电池充电存在过充、析气、充电速度慢、充电时间长及使用寿命短等问题，尽管超级电容可以互补蓄电池的不足，减少蓄电池充放电次数，但蓄电池充电控制方法不当会直接影响到光伏系统的转换效率和系统成本。如何控制蓄电池的充放电，提高系统的可靠性及系统效率和延长蓄电池使用寿命是设计蓄电池充放电控制要解决的问题。常规充电无法遵循蓄电池的固有充电曲线，不能根据工作环境的变化作出调整，一旦产生极化现象，对电池极板损害很大，或是考虑到蓄电池极化而导致充电时间更长，能源利用率低，蓄电池容量也没得到更好的利用。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种有效利用光伏发电混合储能容量的控制方法，实现光伏系统直流母线电压波动小，储能装置充放电速度快，使用寿命长的目的，使混合储能装置的容量得到有效利用，降低光伏系统成本。为实现以上目的，本专利技术提供下述技术方案：一种有效利用光伏发电混合储能容量的控制方法，包括下述内容：（1）优先给超级电容充、放电，利用超级电容可无限次充、放电，无需维护的特点，减少蓄电池充、放电次数，延长蓄电池使用寿命。（2）蓄电池进入充、放电状态后，超级电容逐步退出充、放电，以避免超级电容充满电或放完电，节约容量等待下一次直流母线电压波动。（3）超级电容充、放电控制采用母线电压外环和超级电容电压内环的双闭环控制，维持直流母线电压稳定，保证充、放电电流不超过超级电容可承受的最大电流。（4）蓄电池充、放电控制采用直流母线电压外环和蓄电池电压内环、蓄电池电流内环的三闭环控制，维持直流母线电压稳定，控制蓄电池过放与析气。所述蓄电池充电采用脉冲充电方法；所述脉冲充电方法包括下述内容：A.蓄电池充电电压低于预设析气电压值时，直流母线电压外环起主要作用，蓄电池电压内环不起作用，此时蓄电池有能力吸收光伏系统中所有剩余能量；B.当蓄电池充电电压等于预设析气电压值时，电压内环开始起作用，此时对蓄电池进行△t（0.5~1s）时间的负脉冲放电，使蓄电池电压下降，继续以放电以前的电流充电，到蓄电池电压再次达到预设析气电压值，再进行△t时间的负脉冲放电，以此循环，直到充电时间间隔和放电时间间隔相同；C.蓄电池充满，脉冲充电已充不进去，进入恒压控制的小电流浮充阶段，蓄电池电压内环起主要作用。蓄电池电流环限制充放电电流，当充放电电流达到限值还是不能稳定直流母线电压，超级电容开始充放电。本专利技术混合储能充放电控制方法的有益效果是：充分利用了蓄电池和超级电容优缺点互补的特性，提高了光伏系统直流母线电压的稳定性，保证了供电的可靠性；同时，减少了蓄电池充放电次数，改善了析气现象，提高了充电速度，最终延长蓄电池的使用寿命，提高超级电容和蓄电池的容量利用率，降低光伏系统的成本。附图说明图1是蓄电池组和超级电容组混合充、放电电路图；电路采用Boost/Buck升降压电路，实现能量的双向流动。图2是超级电容充放电双闭环控制图；母线电压外环保证直流母线电压的稳定，超级电容端电压内环避免充电过压。图3是蓄电池充放电三闭环控制图；母线电压外环保证直流母线电压的稳定，蓄电池充、放电电压内环、蓄电池电流内环避免过充、过放及析气，起到限制电压电流大小的作用。图4是蓄电池脉冲充电原理图；在充电过程中进行负脉冲放电可以提高蓄电池对充电电流的接受能力，从而可以继续以原来的电流对蓄电池充电。图5是蓄电池组和超级电容组混合充放电控制流程图；首先由超级电容承担直流母线电压的波动，如果母线电压还是超出预设范围再对蓄电池充放电。图6是蓄电池脉冲充电流程图；通过判断蓄电池端电压来确定脉冲放电时刻，通过判断充电时间间隔确定进入浮充阶段。图中，T1—第一IGBT，T2—第二IGBT，T3—第三IGBT，T4—第四IGBT；C1—蓄电池充电电流特性曲线，C2—放电后蓄电池充电电流特性曲线，ch1—第一充电电流，ch2—第二充电电流，dc—放电电流。IGBT是绝缘栅双极性晶体管的缩写。具体实施方式本专利技术的具体实施方式如下：图1所示，蓄电池组和超级电容组分别通过第一非隔离型双向DC/DC变换器、第二非隔离型双向DC/DC变换器并联到光伏系统直流母线上；所述第一非隔离型双向DC/DC变换器由第一BOOST升压电路和第一BUCK降压电路组成。所述第二非隔离型双向DC/DC变换器由第二BOOST升压电路和第二BUCK降压电路组成。所述第一BOOST升压电路由第二IGBTT2、第一二极管D1、第一电感L1、电容C组成，所述第二BOOST升压电路由第四IGBTT4、第三二极管D3、第二电感L2、电容C组成。所述第一BUCK降压电路由第一IGBTT1、第二二极管D2、第一电感L1组成；所述第二BUCK降压电路由第三IGBTT3、第四二极管D4、第二电感L2组成；当第一IGBT（或第三IGBT）关断时，蓄电池（或超级电容）通过第一电感L1（或第二电感L2）、第一二极管D1（或第三二极管D3）和直流母线负载形成回路，与第一电感L1（或第二电感L2）共同作为电源为直流母线Udc供电，于此同时，给直流母线Udc并联的电容C充电；当第一IGBT（或第三IGBT）开通时，直流母线Udc与第一电感L1（或第二电感L2）、第一IGBT（或第三IGBT）形成通路，给第一电感L1（或第二电感L2）充电，直流母线Udc由电容C放电提供电能保持连续，此时第一二极管D1（或第三二极管D3）处于截止状态。蓄电池（或超级电容）输出电压与第一电感L1（或第二电感L2）共同作为电源时，直流母线电压Udc大于蓄电池（或超级电容）输出电压；通过控制第二IGBT（或第四IGBT）的导通与关断实现充电控制。在第二IGBT（或第四IGBT）导通的时间内，直流母线侧电流流过第二IGBT（或第四IGBT）、第一电感L1（或第二电感L2）给蓄电池（或超级电容）充电。在第二IGBT（或第四IGBT）关断的时间内，直流母线没有电流流向蓄电池（或超级电容），蓄电池（或超级电容）通过第一电感L1（或第二电感L2）和第二二极管D2（或第四二极管D4）续流；蓄电池组和超级电容组的端电压低于直流母线电压，对蓄电池和超级电容充电时就要通过控制BUCK降压电路中第一IGBTT1和第三IGBTT3的PWM占空比进行充电控制；对蓄电池和超级电容放电时就要通过控制BOOST升压电路中第二IGBTT2和第四IGBTT4的PWM占空比进行放电控制。光伏系统直流母线电压设定上、下波动限值，光伏系统直流母线电压能在限值内波动，超出限值就要对混合储能系统进行充、放电控制，稳定直流母线电压。优先本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有效利用光伏发电混合储能容量的控制方法，其特征是包括下述内容：（1）充电时，先给超级电容充电，后对蓄电池进行充电，蓄电池进入充电状态后，超级电容退出充电；（2）放电时，先给超级电容放电，后对蓄电池进行放电，蓄电池进入放电状态后，超级电容退出放电；所述超级电容充电或放电采用母线电压外环和超级电容电压内环的双闭环控制；蓄电池充电或放电采用母线电压外环、蓄电池电压内环和蓄电池电流内环的三闭环控制。

【技术特征摘要】
1.一种有效利用光伏发电混合储能容量的控制方法，其特征是包括下述内容：（1）充电时，先给超级电容充电，后对蓄电池进行充电，蓄电池进入充电状态后，超级电容退出充电；（2）放电时，先给超级电容放电，后对蓄电池进行放电，蓄电池进入放电状态后，超级电容退出放电；所述超级电容充电或放电采用母线电压外环和超级电容电压内环的双闭环控制；蓄电池充电或放电采用母线电压外环、蓄电池电压内环和蓄电池电流内环的三闭环控制。2.根据权利要求1所述的一种有效利用光伏发电混合储能容量的控制方法，其特征是所述蓄电池充电方法包括：A.蓄电池充电电压低于预设析气电压值时，直流母线电压外环起作用，蓄电池电压内环不起作用，此时蓄电池吸收光伏系统中所有剩余能量；B.当蓄电池充电电压等于预设析气电压值时，电压内环开始起作用，此时对蓄电池进行△t时间的负脉冲放电，蓄电池电压下降，继续以放电以前的电流充电，到蓄电池电压再次达到预设析气电压值，再进行△t时间的负脉冲放电，以此循环；C.直到充电时间间隔和放电时间间隔相同，此时蓄电池接近充满，脉冲充电已充不进去，进入恒压控制的小电流浮充阶段，蓄电池电压内环起作用。3.根据权利要求1所述的一种有效利用光伏发电混合储能容量的控制方法，其特征是所述母线电压外环和超级电容电压内环的双闭环控制方法包括下述内容：（1）采样电路实时采集光伏系统直流母线电压值Udc；（2）通过比较器将直流母线电压值Udc与预设值Udc*进行比较，获得第一差值Udc*-Udc；（3）将第一差值Udc*-Udc输入比例积分调节器PI进行运算获得运算结果Uc*；（4）将运算结果Uc*与采样电路实时采集的超级电容端电压Uc通过比较器进行比较，获得超级电容端电压差值Uc*-Uc；（5）将超级电容端电压差值Uc*-Uc输入比例积分调节器PI进行运算生成脉冲波PWM，驱动第三IGBT或第四IGBT。4.根据权利要求1所述的一种有效利用光伏发电混合储能容量的控制方法，其特征是所述母线电压外环、蓄电池电压内环和蓄电池电流内环的三闭环控制方法包括下述内容：（1）采样电路实时采集光伏系统直流母线电压值Udc；（2）通过比较器将母线电压值Udc与预设值Udc*进行比较，获得第一差值Udc*-Udc；（3）将第一差值Udc*-Udc输入比例积分调节器PI进行运算获得电压运算结果Ubatt*；（4）将电压运算结果Ubatt*与采样电路实时采集的蓄电池端电压Ubatt通过比较器进行比较，获得第二差值Ubatt*-Ubatt；（5）将第二差值Ubatt*-Ubatt输入比例积分调节器PI进行运算获得电流运算结果Ibatt*；（6）将电流运算结果Ibatt*与采样电路实时采集的蓄电池电流Ibatt通过比较器进行比较，获得第三差值Ibatt*-Ibatt；（7）将第三差值Ibatt*-Ibatt输入比例积分调节器PI进行运算生成脉冲波PWM，驱动第一IGBT或第二IGBT。5.根据权利要求1所述的一种有效利用光伏发电混合储能容量的控制方法，其特征是蓄电池和超级电容分别通过第一非隔离型双向DC/DC变换器、第二非隔离型双向DC/DC变换器并联到光伏系统直流母线上；所述第一非隔离型双向DC/DC变换器由第一BOOST升压电路和第一BUCK降压电路组成；所述第二非隔离型双向DC/DC变换器由第二BOOST升压电路和第二BUCK降压电路组成；所述第一BOOST升压电路由第二IGBTT2、第一二极管D1、第一电感L1、电容C组成；所述第二BOOST升压电路由第四IGBTT4、第三二极管D3、第二电感L2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李岚，贾肖肖，牛浩明，王宇龙，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14