多能互补混合储能系统电压分层控制系统及能量管理方法技术方案

技术编号:22332693 阅读:63 留言:0更新日期:2019-10-19 12:46
本公开提供了一种多能互补混合储能系统电压分层控制系统及能量管理方法,超级电容单元和锂电池单元均连接在直流母线上,构成并联结构型混合储能系统,且超级电容单元和锂电池单元都配置为功率器件和开关,以控制对应单元与直流母线的连接关系;检测电路检测超级电容单元、锂电池单元、直流母线的电流和电压值,检测能量控制转换系统单元的运行参数并将其传输给处理器,能量转换系统单元并联至直流母线上,对交直流能源进行双向能量转换;微处理器根据采集的超级电容单元的电压与锂电池单元的电压关系,确定系统工况,采用电压分层控制策略对所述超级电容单元和锂电池单元的充放电状态进行控制。

【技术实现步骤摘要】
多能互补混合储能系统电压分层控制系统及能量管理方法
本公开属于新能源发电领域,尤其涉及一种多能互补混合储能系统电压分层控制系统及能量管理方法。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息,不必然构成在先技术。分布式交直流微电网的光伏、风力通过直流到直流变换(DC/DC)或整流电路接入直流母线,工作在最大功率点追踪(MPPT)模式下,输出功率随着光照、风力的波动而波动,会导致直流母线的波动。据专利技术人了解,现有部分储能系统由单一锂电池构成,其充放电倍率必然处在不停的波动中,会严重影响锂电池的寿命。多种能源储能参与的共直流母线微网系统,储能单元如超级电容、锂电,大多通过DC/DC接入直流母线,由于DC/DC中电感的换流特性,导致微网不可能实现无缝并离网切换。现有的控制方法一般无法解决储能装置频繁充电造成的损害,无法根据直流母线电压变化,控制各接口变换器工作状态,自动切换储能装置工作状态,实现储能装置有序充放电,目前并不能保证微电网内功率平衡以维持交直流母线电压稳定。
技术实现思路
本公开为了解决上述问题,提出了一种多能互补混合储能系统电压分层控制系统及能量管理方法,本公开能够起到调整直流母线电压、平衡系统能量及功率的作用。根据一些实施例,本公开采用如下技术方案:一种多能互补混合储能系统电压分层控制系统,包括超级电容单元、锂电池单元、能量转换单元、检测电路和处理器,其中:所述超级电容单元和锂电池单元均连接在直流母线上,构成并联结构型混合储能系统,且所述超级电容单元和锂电池单元都配置为功率器件和开关,以控制对应单元的充放电状态与所述直流母线的连接关系;所述检测电路检测所述超级电容单元、锂电池单元、直流母线的电流和电压值,检测能量控制转换系统单元的运行参数并将其传输给处理器,所述能量转换系统单元并联至直流母线上,对交直流能源进行双向能量转换;所述处理器根据采集的超级电容单元的电压与锂电池单元的电压关系,确定系统工况,采用电压分层控制策略对所述超级电容单元和锂电池单元的充放电状态进行控制。上述技术方案能够充分利用锂电池能量密度大,但存在功率密度低、循环寿命受限、动态响应慢;超级电容器具有响应速度快、功率密度大、运行要求低等明显优势,能够在瞬间提供或吸收较大能量的特点,能够根据直流母线电压变化,控制各接口变换器工作状态,自动切换储能装置工作状态,实现储能装置有序充放电,保证微电网内功率平衡以维持交直流母线电压稳定。作为可能的实施例,所述超级电容单元包括超级电容组、功率器件和开关,超级电容组正端通过串联的功率器件和开关连接到直流母线正端DC+,所述功率器件并联有反接的二极管,超级电容组负端连接到直流母线负端DC-。作为可能的实施例,所述锂电池单元包括锂电池组、功率器件和开关,锂电池组正端通过串联的功率器件和开关连接到直流母线正端DC+,所述功率器件并联有反接的二极管,锂电池负端连接到直流母线负端DC-。作为可能的实施例,所述处理器通过隔离驱动电路连接并控制所述锂电池单元和所述超级电容单元的功率器件和开关。基于上述系统的能量释放管理方法,包括以下步骤:判断超级电容单元电压是否大于直流母线电压,超级电容单元电压是否大于锂电池单元电压,如果满足上述条件执行下一步,如不满足则报警;关断超级电容单元、锂电池单元的功率器件;闭合超级电容单元的开关;打开锂电池单元的开关,超级电容单元放电;在超级电容组能量释放过程中,获取并计算其释放电量,判断超级电容放电量是否大于等于放电设定阈值,如果超过设定阈值则执行下一步,否则继续该步骤;关断超级电容单元、锂电池单元的功率器件;闭合超级电容单元和锂电池单元的开关,超级电容单元放电,锂电池单元放电,锂电池单元和超级电容单元同时进行能量释放。作为可能的实施例,在能量释放过程中,通过检测电路获取并同时计算超级电容单元和锂电池单元的放电电量,判断超级电容放电量是否大于等于设定阈值,如果超过设定阈值则执行下一步,否则继续该步骤;关断超级电容单元、锂电池单元的功率器件;打开超级电容单元的开关,闭合锂电池单元的开关,超级电容单元放电结束,锂电池单元继续放电。作为可能的实施例,在能量释放过程中,获取并计算锂电池单元的放电电量,锂电池单元放电量大于等于设定阈值,如果超过设定阈值则执行下一步,否则继续该步骤;关断超级电容单元、锂电池单元的功率器件;打开超级电容单元与锂电池单元的开关,能量释放过程完成。基于上述系统的能量存储管理方法,包括以下步骤:判断超级电容单元电压是否小于直流母线电压,锂电池组电压是否小于超级电容单元电压,如果满足上述条件执行下一步,如不满足则报警;关断超级电容单元用功率器件,导通锂电池单元用功率器件,打开超级电容单元开关,闭合锂电池单元开关;通过能量转换单元给锂电池单元充电;在锂电池单元充电过程中,获取并计算锂电池单元的充电电量,锂电池充电量是否大于等于充电设定阈值,如果超过设定阈值则执行下一步,否则继续该步骤;导通超级电容单元和锂电池单元的功率器件,闭合超级电容单元和锂电池单元开关,通过能量转换系统给锂电池单元、超级电容单元同时充电。作为可能的实施例,在能量存储过程中,获取并同时计算两者的充电电量,锂电池单元充电电量是否大于等于设定阈值,如果超过设定阈值则执行下一步,否则继续该步骤;导通超级电容单元的功率器件,关断锂电池单元用功率器件,闭合超级电容单元开关,打开锂电池单元开关,锂电池单元充电结束,通过能量转换单元给超级电容单元继续充电。作为可能的实施例,在能量存储过程中,获取并计算超级电容单元的充电电量,超级电容充电量是否大于等于设定阈值,如果超过设定阈值则执行下一步,否则继续该步骤;关断超级电容单元和锂电池单元的功率器件,打开超级电容单元和锂电池单元的开关,能量存储完成。一种计算机可读存储介质,其中存储有多条指令,所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的能量管理方法。一种终端设备,包括处理器和计算机可读存储介质,处理器用于实现各指令;计算机可读存储介质用于存储多条指令,所述指令适于由处理器加载并执行所述的能量管理方法。与现有技术相比,本公开的有益效果为:(1)储能系统能够充分发挥锂电池和超级电容各种的优点,锂电池实现长期供电,超级电容提供快速供能,能够实现微电网内功率平衡,且交直流母线电压稳定,所提出的方法简单有效;(2)电路的拓补结构简单,避免关键器件开关频次较高,延长其寿命;(3)超级电容及锂电通过半导体开关接入直流母线,不需要DC/DC,实现微网需求的无缝并离网切换。(4)超级电容、锂电池系统分电压段错时工作,由超级电容应对冲击及光伏风力的不稳定性,及负载的瞬时冲击,锂电池系统做长时段负载支撑。(5)超级电容及锂电工作区间是否需要重叠,重叠的程度都可以根据实际情况调整设定阈值来实现,调整方式简单,便捷。附图说明构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解,本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开,并不构成对本公开的不当限定。图1为本实施例的混合储能系统图;图2为本实施例的电压分层控制策略能量释放流程图;图3为本实施例的电压分层控制策略能量存储流程图。其中,1.直流母线正端DC+;2.超级电容组用功率器件Ssc,可主动控制导通关断的IGB本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多能互补混合储能系统电压分层控制系统,其特征是:包括超级电容单元、锂电池单元、能量转换单元、检测电路和处理器,其中:所述超级电容单元和锂电池单元均连接在直流母线上,构成并联结构型混合储能系统,且所述超级电容单元和锂电池单元都配置有功率器件和开关,以控制对应单元的充放电状态与所述直流母线的连接关系;所述检测电路检测所述超级电容单元、锂电池单元、直流母线的电流和电压值,检测能量控制转换系统单元的运行参数并将其传输给处理器,所述能量转换系统单元并联至直流母线上,对交直流能源进行双向能量转换;所述处理器根据采集的超级电容单元的电压与锂电池单元的电压关系,确定系统工况,采用电压分层控制策略对所述超级电容单元和锂电池单元的充放电状态进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种多能互补混合储能系统电压分层控制系统,其特征是:包括超级电容单元、锂电池单元、能量转换单元、检测电路和处理器,其中:所述超级电容单元和锂电池单元均连接在直流母线上,构成并联结构型混合储能系统,且所述超级电容单元和锂电池单元都配置有功率器件和开关,以控制对应单元的充放电状态与所述直流母线的连接关系;所述检测电路检测所述超级电容单元、锂电池单元、直流母线的电流和电压值,检测能量控制转换系统单元的运行参数并将其传输给处理器,所述能量转换系统单元并联至直流母线上,对交直流能源进行双向能量转换;所述处理器根据采集的超级电容单元的电压与锂电池单元的电压关系,确定系统工况,采用电压分层控制策略对所述超级电容单元和锂电池单元的充放电状态进行控制。2.如权利要求1所述的一种多能互补混合储能系统电压分层控制系统,其特征是:所述超级电容单元包括超级电容组、功率器件和开关,超级电容组正端通过串联的功率器件和开关连接到直流母线正端DC+,所述功率器件并联有反接的二极管,超级电容组负端连接到直流母线负端DC-。3.如权利要求1所述的一种多能互补混合储能系统电压分层控制系统,其特征是:所述锂电池单元包括锂电池组、功率器件和开关,锂电池组正端通过串联的功率器件和开关连接到直流母线正端DC+,所述功率器件并联有反接的二极管,锂电池负端连接到直流母线负端DC-。4.如权利要求1所述的一种多能互补混合储能系统电压分层控制系统,其特征是:所述处理器通过隔离驱动电路连接并控制所述锂电池单元和所述超级电容单元的功率器件和开关。5.基于权利要求1-4中任一项所述的系统的能量释放管理方法,其特征是:包括以下步骤:判断超级电容单元电压是否大于直流母线电压,超级电容单元电压是否大于锂电池单元电压,如果满足上述条件执行下一步,如不满足则报警;关断超级电容单元、锂电池单元的功率器件;闭合超级电容单元的开关;打开锂电池单元的开关,超级电容单元放电;在超级电容组能量释放过程中,获取并计算其释放电量,判断超级电容放电量是否大于等于放电设定阈值,如果超过设定阈值则执行下一步,否则继续该步骤;关断超级电容单元、锂电池单元的功率器件;闭合超级电容单元和锂电池单元的开关,超级电容单元放电,锂电池单元放电,锂电池单元和超级电容单元同时进行能量释放。6.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员:周广旭侯冬冬朱孟美宋宁冉刘媛高佳慕永云郭坤
申请(专利权)人:山东省科学院自动化研究所
类型:发明
国别省市:山东,37

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