太阳能空气动力艇混合储能装置能量管理器制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种太阳能空气动力艇混合储能装置能量管理器，混合储能装置中锂电池模组、超级电容模组分别通过其对应的锂电池DC/DC双向变换器、超级电容DC/DC双向变换器并联至直流母线，四级联动式能量管理器根据实时采集的直流母线功率波动状况结合锂电池模组、超级电容模组功率及荷电状态，经过四级功率优化分配获得锂电池模组及超级电容模组储能运行方案，并输出控制信号至对应的锂电池DC/DC双向变换器、超级电容DC/DC双向变换器保证直流母线的功率平衡，及时完成储能系统对负载模块及光伏发电模块功率波动的补偿，保障太阳能空气动力艇的高效运行。

Solar aero boat hybrid energy storage device energy manager

The invention discloses an energy manager for a hybrid energy storage device of a solar air powered boat. The lithium battery module and the super capacitor module in the hybrid energy storage device are connected to the DC bus through their corresponding lithium battery DC/DC bidirectional converters and super capacitor DC/DC bidirectional converters respectively, and the four-cascade dynamic energy manager is adopted according to the real-time operation. Combining the fluctuation of DC bus power with the power of lithium battery module, super capacitor module and the state of charge, the energy storage operation scheme of lithium battery module and super capacitor module is obtained by optimizing the four-stage power distribution, and the control signal is output to the corresponding lithium battery DC/DC bi-directional converter and super capacitor DC/DC bi-directional converter. DC bus power balance, timely completion of the energy storage system on the load module and photovoltaic module power fluctuation compensation, to ensure the efficient operation of solar-powered aerodynamic boat.

【技术实现步骤摘要】
太阳能空气动力艇混合储能装置能量管理器
本专利技术属于空气动力艇
，尤其涉及一种太阳能空气动力艇混合储能装置能量管理器。
技术介绍
船舶电力推进系统在实际运用中具有机动性好、可靠性高、运行效率高、布置灵活、易于维护等方面的优势，其中光伏分布式发电单元的输出功率具有间歇性和随机性的特点，而负荷的变化也具有随机性，这给电网稳定运行带来了较大挑战。将储能技术引入电力系统，为电力推进系统储存并提供能量，也能防止船舶负载剧烈变化时对电网的冲击。现有的能量储存系统主要有四种形式，包括电池储能、超级电容储能、超导磁储能和飞轮储能。根据对四种储能形式的特点进行分析，确定单一储能技术无法满足所有应用模式的需求。应通过特定的控制器经过完善的控制流程将不同储能技术联合使用、协调控制构成混合储能装置，从而最大限度地发挥不同储能技术的长处，以满足船舶电力推进系统的应用需求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种太阳能空气动力艇混合储能装置能量管理器，确保在光伏分布式发电单元的输出功率间歇性和负载功率变化随机性波动的情况下，储能装置可以及时地对电网功率波动进行补偿，以提高太阳能空气动力艇电力推进系统稳定性，保障太阳能空气动力艇的稳定运行。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种太阳能空气动力艇混合储能装置能量管理器，混合储能装置中包括锂电池模组、超级电容模组，锂电池模组、超级电容模组分别通过其对应的锂电池DC/DC双向变换器、超级电容DC/DC双向变换器并联至直流母线，四级联动式能量管理器接收锂电池模组、超级电容模组的电压、电流，计算二者的功率及荷电状态，锂电池DC/DC双向变换器、超级电容DC/DC双向变换器分别接收四级联动式能量管理器的控制信号，四级联动式能量管理器用于控制混合储能装置输出功率使之与直流母线要求的补偿功率相匹配。按上述技术方案，四级联动式能量管理器根据直流母线功率波动结合锂电池模组、超级电容模组功率及荷电状态，经过基于高低通滤波的补偿功率初次分配、基于超级电容器SOC的补偿功率再分配、过充过放协调控制、瞬时最大充放电功率限制的四级功率分配，获得锂电池模组及超级电容模组的控制信号。按上述技术方案，所述经过基于高低通滤波的补偿功率初次分配，具体为锂电池模组和超级电容模组功率预分配；所述基于超级电容器SOC值的补偿功率再分配，具体为在保证混合储能装置功率不变的前提下，根据超级电容模组荷电状态调整滤波时间常数在预分配的基础上进行第二次功率分配；过充过放协调控制，具体为根据锂电池模组荷电状态限制和超级电容模组荷电状态限制的约束对第二次分配的功率进行第三次分配；瞬时最大充放电功率限制，具体为根据锂电池模组最大充放电功率和超级电容模组最大充放电功率的约束对第三次分配的功率进行第四次分配。按上述技术方案，基于高低通滤波的补偿功率初次分配结束后，锂电池初次分配功率PLi1为：超级电容初次分配功率PSC1为：式中：s为拉氏变换复变量，ts为低通滤波时间常数，根据锂电池需要补偿的功率的频率选取，PHESE为混合储能装置补偿功率。按上述技术方案，基于超级电容器SOC的补偿功率再分配过程结束后，锂电池模组二次分配功率PLi2为：超级电容模组二次分配功率PSC2为：式中：ΔT为低通滤波时间常数调整值。按上述技术方案，过充过放协调控制过程结束后，锂电池模组三次分配功率PLi3为：式中SOCmax、SOChigh、SOClow、SOCmin、SOCLi分别为锂电池模组的禁止充电限值、放电警戒限值、充电警戒限制、禁止充电限值、实时荷电状态；超级电容模组三次分配功率PSC3为：式中SOC`max、SOC`high、SOC`low、SOC`min、SOCSC分别为超级电容模组禁止充电限值、放电警戒限值、充电警戒限制、禁止充电限值、实时荷电状态。按上述技术方案，瞬时最大充放电功率限制过程结束后，锂电池模组四次分配功率PLi4为：超级电容模组四次分配功率PSC4为：其中，为锂电池模组充放电功率上下限，为超级电容模组充放电功率上下限。本专利技术产生的有益效果是：1)基于超级电容器SOC的功率再分配控制策略，使得超级电容器出力的变化与充放电切换更加频繁，可确保锂电池模组的持续输出功率波动范围控制在5％以内，能够提高超级电容模组和锂电池模组的运行效率。2)使用过充过放协调控制以及最大功率保护策略，使锂电池的SOC变化处于25～95％区间内，可确保锂电池的安全运行；超级电容器的SOC值变化处于20～95％区间内，确保超级电容器始终拥有功率调节能力。3)四级联动式能量管理器确保锂电池模组和超级电容模组均有较为优良的响应效果，并及时完成混储能系统对负载及光伏电源功率波动的补偿，保障了太阳能空气动力艇的持续高效运行。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术实施例太阳能空气动力艇混合储能装置能量管理器的结构示意图；图2为四级联动式能量管理器运行控制流程图；图3锂电池和超级电容器SOC值分区图；图4为基于超级电容器SOC值的滤波时间常数调整控制图；图5为锂电池最大充放电功率限制控制图；图6为超级电容器最大充放电功率限制控制图；其中：1.锂电池模组，2.超级电容模组，3.锂电池DC/DC双向变换器，4.超级电容DC/DC双向变换器，5.四级联动式能量管理系统，6.直流母线，7.光伏发电模块，8.直流负载。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例中，提供一种太阳能空气动力艇混合储能装置能量管理器，如图1所示，混合储能装置中包括锂电池模组、超级电容模组，锂电池模组、超级电容模组分别通过其对应的锂电池DC/DC双向变换器、超级电容DC/DC双向变换器并联至直流母线，四级联动式能量管理器接收锂电池模组、超级电容模组的电压、电流，计算二者的功率及荷电状态，锂电池DC/DC双向变换器、超级电容DC/DC双向变换器分别接收四级联动式能量管理器的控制信号，四级联动式能量管理器用于控制混合储能装置输出功率使之与直流母线要求的补偿功率相匹配。进一步地，四级联动式能量管理器根据直流母线功率波动结合锂电池模组、超级电容模组功率及荷电状态，经过基于高低通滤波的补偿功率初次分配、基于超级电容器SOC的补偿功率再分配、过充过放协调控制、瞬时最大充放电功率限制的四级功率分配，获得锂电池模组及超级电容模组的控制信号。①基于高低通滤波的补偿功率初次分配过程：为锂电池模组和超级电容模组预分配功率。②基于超级电容器SOC的补偿功率再分配过程：在保证混合储能装置功率不变的前提下，考虑超级电容模组荷电状态调整滤波时间常数在预分配的基础上进行第二次功率分配。③过充过放协调控制过程：考虑锂电池模组荷电状态限制和超级电容模组荷电状态限制的约束对第二次分配的功率进行第三次分配。④瞬时最大充放电功率限制过程：考虑锂电池模组最大充放电功率和超级电容模组最大充放电功率的约束对第三次分配的功率进行第四次分配。基于高低通滤波的补偿功率初次分配过程具体为：将混合储能装置功率补偿指令PHESE进行滤波，将PHESE中的低频分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能空气动力艇混合储能装置能量管理器，其特征在于，混合储能装置中包括锂电池模组、超级电容模组，锂电池模组、超级电容模组分别通过其对应的锂电池DC/DC双向变换器、超级电容DC/DC双向变换器并联至直流母线，四级联动式能量管理器接收锂电池模组、超级电容模组的电压、电流，计算二者的功率及荷电状态，锂电池DC/DC双向变换器、超级电容DC/DC双向变换器分别接收四级联动式能量管理器的控制信号，四级联动式能量管理器用于控制混合储能装置输出功率使之与直流母线要求的补偿功率相匹配。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能空气动力艇混合储能装置能量管理器，其特征在于，混合储能装置中包括锂电池模组、超级电容模组，锂电池模组、超级电容模组分别通过其对应的锂电池DC/DC双向变换器、超级电容DC/DC双向变换器并联至直流母线，四级联动式能量管理器接收锂电池模组、超级电容模组的电压、电流，计算二者的功率及荷电状态，锂电池DC/DC双向变换器、超级电容DC/DC双向变换器分别接收四级联动式能量管理器的控制信号，四级联动式能量管理器用于控制混合储能装置输出功率使之与直流母线要求的补偿功率相匹配。2.根据权利要求1所述的太阳能空气动力艇混合储能装置能量管理器，其特征在于，四级联动式能量管理器根据直流母线功率波动结合锂电池模组、超级电容模组功率及荷电状态，经过基于高低通滤波的补偿功率初次分配、基于超级电容器SOC的补偿功率再分配、过充过放协调控制、瞬时最大充放电功率限制的四级功率分配，获得锂电池模组及超级电容模组的控制信号。3.根据权利要求2所述的太阳能空气动力艇混合储能装置能量管理器，其特征在于，所述经过基于高低通滤波的补偿功率初次分配，具体为锂电池模组和超级电容模组功率预分配；所述基于超级电容器SOC值的补偿功率再分配，具体为在保证混合储能装置功率不变的前提下，根据超级电容模组荷电状态调整滤波时间常数在预分配的基础上进行第二次功率分配；过充过放协调控制，具体为根据锂电池模组荷电状态限制和超级电容模组荷电状态限制的约束对第二次分配的功率进行第三次分配；瞬时最大充放电功率限制，具体为根据锂电池模组最大充放电功率和超级电容模组最...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙玉伟，赵晓兴，尹翔，刘邓华，姜坤，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42