【技术实现步骤摘要】
基于优化功率分配的光伏混合储能系统能量管理装置
本专利技术涉及电能分配管理领域，尤其涉及基于优化功率分配的光伏混合储能系统能量管理装置。
技术介绍
舰船作为移动平台，具有先天性优势，致使船用光伏变换装置逐渐成为船用环境中一种具有潜力的可再生新能源系统。但光伏的输出存在着不稳定性，因此加入储能设备可以为船用光伏发电系统提供连续稳定的电力供应，同时起到了平抑光伏输出不稳定性和负荷波动的作用。现有技术利用蓄电池作为光伏系统的储能设备，但是蓄电池能量密度低，不适合短时间应对光伏或负载引起的高频功率，且循环寿命短。另外还有技术将超级电容作为储能设备，虽然能量密度高，能提供系统短时所需的高频功率，但超级电容的功率密度小不能长时间放电。因此单一的储能设备无法同时符合上述所有应用场合的要求，为此将超级电容和蓄电池组成混合储能系统HESS(HybridEnergyStorageSystem)作为光伏系统的储能设备，利用蓄电池功率密度大的特性能长时间充放电，而超级电容承担快速波动过程中的高频功率，将二者混合使用，可提高船用光伏系
【技术保护点】
1.一种基于优化功率分配的光伏混合储能系统能量管理装置，其特征在于：具体包括：光伏阵列(1)、光伏Boost变换器(2)、混合储能装置和主控制器(6)；所述光伏阵列(1)用于将太阳能转换为电能，以供所述混合储能装置充电及负载运行；所述光伏Boost变换器(2)，用于控制所述光伏阵列(1)的输出功率；所述光伏阵列(1)与所述光伏Boost变换器(2)电性连接；所述混合储能装置包括蓄电池(3)、超级电容(4)、第一Buck/Boost双向变换器(5)、第二Buck/Boost双向变换器(7)；所述第一Buck/Boost双向变换器(5)用于控制所述蓄电池(3)的工作模式；所述第...
【技术特征摘要】
1.一种基于优化功率分配的光伏混合储能系统能量管理装置，其特征在于：具体包括：光伏阵列(1)、光伏Boost变换器(2)、混合储能装置和主控制器(6)；所述光伏阵列(1)用于将太阳能转换为电能，以供所述混合储能装置充电及负载运行；所述光伏Boost变换器(2)，用于控制所述光伏阵列(1)的输出功率；所述光伏阵列(1)与所述光伏Boost变换器(2)电性连接；所述混合储能装置包括蓄电池(3)、超级电容(4)、第一Buck/Boost双向变换器(5)、第二Buck/Boost双向变换器(7)；所述第一Buck/Boost双向变换器(5)用于控制所述蓄电池(3)的工作模式；所述第二Buck/Boost双向变换器(7)用于控制所述超级电容(4)的工作模式；所述主控制器(6)，与所述光伏Boost变换器(2)和所述2个Buck/Boost双向变换器(5)电性连接，用于控制所述光伏Boost变换器(2)与所述2个Buck/Boost双向变换器(5)，以维持光伏混合储能系统协调稳定运行。
2.如权利要求1所述的一种基于优化功率分配的光伏混合储能系统能量管理装置，其特征在于：所述光伏Boost变换器(2)还包括开关管Q1，所述主控制器(6)通过控制开关管Q1，以控制所述光伏Boost变换器(2)工作于两种模式之间；所述两种模式分别为：MPPT模式和恒压模式；所述MPPT模式具体为：当光伏混合储能系统正常运行时，所述光伏Boost变换器(2)控制所述光伏阵列(1)的输出功率跟踪负载额定功率以最大限度利用太阳能；所述恒压模式具体为：当所述光伏阵列(1)输出功率过剩时，所述光伏Boost变换器(2)控制所述光伏阵列(1)降功率输出。
3.如权利要求1所述的一种基于优化功率分配的光伏混合储能系统能量管理装置，其特征在于：所述主控制器(6)包括检测单元和控制单元；所述检测单元，用于检测所述超级电容(4)的荷电状态SOCsc、所述蓄电池(3)的荷电状态SOCbat、负载额定功率Pload、所述光伏阵列(1)输出功率Ppv、所述混合储能装置产生的充放电参考电流iref、所述蓄电池(3)承担的低频功率Pbat_ref和所述超级电容(4)承担的高频功率Psc_ref。
4.如权利要求3所述的一种基于优化功率分配的光伏混合储能系统能量管理装置，其特征在于：所述混合储能装置还包括低通滤波器；所述控制单元通过控制所述低通滤波器的时间常数T，以动态分配所述混合储能装置中所述蓄电池(3)承担的低频功率Pbat_ref和所述超级电容(4)承担的高频功率Psc_ref。
5.如权利要求4所述的一种基于优化功率分配的光伏混合储能系统能量管理装置，其特征在于：所述低通滤波器时间常数T的计算方法如式(1)：
T＝T0+ΔT(1)
式(1)中，T0表示时间常数初始值；ΔT表示时间常数增量，其变化范围为[-Td,Td]，其中Td为根据实际情况预设的ΔT的最大值；所述控制单元通过调整ΔT，以动态分配所述储能装置中所述蓄电池(3)承担的低频功率Pbat_ref和所述超级电容(4)承担的高频功率Psc_ref；当ΔT＞0时，则T增大，所述低通滤波器的通带范围变小，对应所述蓄电池(3)承担的低频功率Pbat_ref变小，所述超级电容(4)承担的高频功率Psc_ref变大；当ΔT<0时，则T减小，所述低通滤波器的通带范围变大，对应所述蓄电池(3)承担的低频功率Pbat_ref变大，所述超级电容(4)承担的高频功率Psc_ref变小。
6.如权利要求5所述的一种基于优化功率分配的光伏混合储能系统能量管理装置，其特征在于：所述控制单元通过控制所述低通滤波器的时间常数T，以动态分配所述混合储能装置中所述蓄电池(3)承担的低频功率Pbat_ref和所述超级电容(4)承担的高频功率Psc_ref，具体包括：以所述超级电容(4)的荷电状态SOCsc为判断标准，将所述超级电容(4)的工作范围，分为5个区，分别为充电限制区、充电警告区、正常工作区、放电限制区和放电警告区。
7.如权利要求6所述的一种基于优化功率分配的光伏混合储能系统能量管理装置，其特征在于：所述充电限制区，具体为：
SOCsc＞SOCsc_max，表示所述超级电容(4)SOCsc超过了充电临界值SOCsc_max，则所述超级电容(4)只允许放电，不允许充电；所述超级电容(4)开始放电，即此时Psc_ref＞0,这个过程中，所述控制单元调整ΔT＝Td，以尽可能保持所述超级电容(4)承担所述混合储能装置的大部分输出功率；随着所述超级电容(4)持续放电，直至Psc_ref<0，此时所述超级电容(4)进入充电状态，但为避免所述超级电容(4)频繁的进行充放电，所述控制单元控制所述第二Buck/Boost双向变换器(7)，以限制所述超级电容(4)充电，此时由所述蓄电池(3)承担吸收所有混合储能装置功率PHESS，即Pbat_ref＝PHESS；
所述充电警告区，具体为：SOCsc_high＜SOCsc＜SOCsc_max,表示所述超级电容(4)SOCsc处于充电警告值SOCsc_high与充电临界值SOCsc_max之间，此时所述超级电容(4)可充电可放电；但为了防止所述超级电容(4)SOCsc超过充电临界值SOCsc_max，则当Psc_ref<0，即所述超级电容(4)处于充电状态时，所述控制单元应通过减少T，从而减少所述超级电容(4)在放电时即将承担的高频功率Psc_ref，此时ΔT的计算方法如式(2)：
当Psc_ref＞0时，即所述超级电容(4)处于放电状态时，应使所述超级电容(4)尽可能地多放电，以使所述超级电容(4)在以后进入充电状态时，其充电速度尽可能地延长；则所述控制单元应通过增加T，从而增加所述超级电容(4)在放电状态时承担的高频功率Psc_ref，此时ΔT的计算方法如式(3)：
所述正常工作区具体为：SOCSC_low＜SOCsc＜SOCSC_high，此时所述控制单元对所述超级电容(4)承担的功率Psc_ref和所述蓄电池(3)承担的功率Pbat_ref不作调整，即ΔT＝0；
所述放电限制区，具体为：SOCsc＜SOCsc_min，表示所述超级电容(4)SOCsc小于放电临界值SOCsc_min，则所述控制单元应控制所述超级电容(4)只允许充电，不允许放电；当Psc_ref<0时，所述控制单元应增大T，以尽可能让所述超级电容(4)承担更多的高频功率Psc_ref，此时ΔT＝Td；当Psc_ref＞0时，所述控制单元应控制所述第二Buck/Boost双向变换器(7)，以限制所述超级电容(4)放电，从而由所述蓄电池(3)承担释放所有混合储能装置功率PHESS，即：Pbat_ref＝PHESS；
所述放电警告区，具体为：SOCsc_min＜SOCsc＜S...
【专利技术属性】
技术研发人员：李峻宇，
申请(专利权)人：武汉天富海科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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