一種蓄電池與超級電容器混合儲能充放電電流控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種蓄電池與超級電容器混合儲能充放電電流控制方法，主要包括：蓄電池和超級電容器分別通過各自的第一雙向充放電變換器和第二雙向充放電變換器連接到微電網(wǎng)的公共直流母線；根據(jù)給定的公共直流母線電壓值與實時反饋的公共直流母線電壓值之差與預設穩(wěn)壓誤差上限的大小關系，對儲能系統(tǒng)進行動作，實現(xiàn)對公共直流母線電壓的波動抑制。本發(fā)明所述蓄電池與超級電容器混合儲能充放電電流控制方法，可以克服現(xiàn)有技術中使用壽命短、容量小和環(huán)保性差等缺陷，以實現(xiàn)使用壽命長、容量大和環(huán)保性好的優(yōu)點。
【專利說明】一種蓄電池與超級電容器混合儲能充放電電流控制方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及分布式微電網(wǎng)系統(tǒng)應用領域，具體地，涉及一種蓄電池與超級電容器 混合儲能充放電電流控制方法。

【背景技術】
[0002] 微電網(wǎng)是由分布式電源、儲能裝置、能量變換裝置、相關負荷和監(jiān)控、保護裝置匯 集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)。它是能夠實現(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)。微電網(wǎng)大體 上可分為具有公共直流母線的微電網(wǎng)系統(tǒng)、具有公共交流母線的微電網(wǎng)系統(tǒng)以及具有公共 直流母線與公共交流母線的混合微電網(wǎng)系統(tǒng)，本發(fā)明的技術方案主要針對具有公共直流母 線的微電網(wǎng)系統(tǒng)。在公共直流母線上連接有各種儲能裝置，這些儲能裝置對微電網(wǎng)系統(tǒng)的 穩(wěn)定運行起著舉足輕重的作用，因此，儲能系統(tǒng)的充放電電流控制方法顯得尤為重要。
[0003] 目前，微電網(wǎng)系統(tǒng)普遍采用蓄電池作為儲能元件，但蓄電池有很多自身無法克服 的缺點，如污染環(huán)境、使用壽命短、充放電時間長、對環(huán)境溫度要求高、瞬時功率輸出小等， 這些缺陷制約了微電網(wǎng)系統(tǒng)的大規(guī)模發(fā)展。20世紀中后期出現(xiàn)了超級電容器，它是一種新 型儲能元件，具有容量大、功率密度高、充放電性能好、工作范圍廣、循環(huán)使用壽命長、安全 可靠以及無污染等優(yōu)點，因此超級電容器儲能技術引起了各國的重視，并得到了廣泛的關 注。
[0004] 在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術中至少存在使用壽命短、容量小和 環(huán)保性差等缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提出一種蓄電池與超級電容器混合儲能充放 電電流控制方法，以實現(xiàn)使用壽命長、容量大和環(huán)保性好的優(yōu)點。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：一種蓄電池與超級電容器混合儲能 充放電電流控制方法，主要包括： a、 蓄電池和超級電容器分別通過各自的第一雙向充放電變換器和第二雙向充放電變 換器連接到微電網(wǎng)的公共直流母線； b、 根據(jù)給定的公共直流母線電壓值與實時反饋的公共直流母線電壓值之差與預設穩(wěn) 壓誤差上限的大小關系，對儲能系統(tǒng)進行動作，實現(xiàn)對公共直流母線電壓的波動抑制。
[0007] 進一步地，所述步驟b，具體包括： bl、當給定的公共直流母線電壓值與實時反饋的公共直流母線電壓值之差大于預設穩(wěn) 壓誤差上限時，儲能系統(tǒng)放電； b2、當給定的公共直流母線電壓值與實時反饋的公共直流母線電壓值之差小于預設穩(wěn) 壓誤差下限時，儲能系統(tǒng)充電； b3、當給定的公共直流母線電壓值與實時反饋的公共直流母線電壓值之差處于穩(wěn)壓誤 差上限和下限之間時，儲能系統(tǒng)停止進行充放電控制。
[0008] 進一步地，所述步驟bl，具體包括： 蓄電池儲能放電控制； 超級電容器儲能放電控制； 通過上述蓄電池儲能的第一雙向充放電變換器和超級電容器儲能的第二雙向充放電 變換器同時動作，實現(xiàn)對公共直流母線電壓的波動抑制。
[0009] 進一步地，所述蓄電池儲能放電控制的操作，具體包括： ⑴對于蓄電池儲能的第一雙向充放電變換器，蓄電池充放電的參考電流減去第一雙向 充放電變換器的濾波電感電流，它們的差值通過經(jīng)典比例積分調(diào)節(jié)器運算，得到第一雙向 充放電變換器的調(diào)制波，該調(diào)制波與三角載波相比，得到脈沖寬度調(diào)制波形； ⑵給定的公共直流母線電壓值與實時反饋的公共直流母線電壓值之差為電壓誤差，該 電壓誤差與零比較： 若電壓誤差大于0,則為充電狀態(tài)，此時第一雙向充放電變換器為BUCK電路工作形式， 該脈沖寬度調(diào)制波形作為功率開關S1的控制信號，對該脈沖寬度調(diào)制波形進行邏輯取反， 作為功率開關S2的控制信號，完成蓄電池儲能充電控制； 若電壓誤差小于〇,則為放電狀態(tài)，此時第一雙向充放電變換器為BOOST電路工作形 式，該脈沖寬度調(diào)制波形作為功率開關S2的控制信號，對該脈沖寬度調(diào)制波形進行邏輯取 反，作為功率開關S1的控制信號，完成蓄電池儲能放電控制。
[0010] 進一步地，所述超級電容器儲能放電控制的操作，具體包括： ⑴對于超級電容器儲能的第二雙向充放電變換器，超級電容器充放電的參考電流減去 第二雙向充放電變換器的濾波電感電流，它們的差值通過經(jīng)典比例積分調(diào)節(jié)器運算，得到 第二雙向充放電變換器的調(diào)制波，該調(diào)制波與相同的三角載波相比，得到脈沖寬度調(diào)制波 形； ⑵給定的公共直流母線電壓值與實時反饋的公共直流母線電壓值之差為電壓誤差，該 電壓誤差與零比較： 若電壓誤差大于0,則為充電狀態(tài)，此時第二雙向充放電變換器為BUCK電路工作形式， 該脈沖寬度調(diào)制波形作為功率開關S3的控制信號，對該脈沖寬度調(diào)制波形進行邏輯取反， 作為功率開關S4的控制信號，完成超級電容器儲能充電控制； 若電壓誤差小于0,則為放電狀態(tài)，此時第二雙向充放電變換器為BOOST電路工作形 式，該脈沖寬度調(diào)制波形作為功率開關S4的控制信號，對該脈沖寬度調(diào)制波形進行邏輯取 反，作為功率開關S3的控制信號，完成超級電容器儲能放電控制。
[0011] 進一步地，在所述步驟a中，所述第一雙向充放電變換器和第二雙向充放電變換 器是相同的電路結構，都是典型的非隔離型雙向BUCK-BOOST變換器。
[0012] 本發(fā)明各實施例的蓄電池與超級電容器混合儲能充放電電流控制方法，由于主要 包括：蓄電池和超級電容器分別通過各自的第一雙向充放電變換器和第二雙向充放電變換 器連接到微電網(wǎng)的公共直流母線；根據(jù)給定的公共直流母線電壓值與實時反饋的公共直流 母線電壓值之差與預設穩(wěn)壓誤差上限的大小關系，對儲能系統(tǒng)進行動作，實現(xiàn)對公共直流 母線電壓的波動抑制；可以保證儲能系統(tǒng)具有優(yōu)良的充放電性能的同時，保證微電網(wǎng)系統(tǒng) 公共直流母線電壓的穩(wěn)定；從而可以克服現(xiàn)有技術中使用壽命短、容量小和環(huán)保性差的缺 陷，以實現(xiàn)使用壽命長、容量大和環(huán)保性好的優(yōu)點。
[0013] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變 得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。
[0014] 下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發(fā)明的實 施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中： 圖1為本發(fā)明蓄電池與超級電容器混合儲能充放電電流控制方法中蓄電池和超級電 容器混合儲能雙向充放電變換器的連接電路框圖； 圖2為本發(fā)明蓄電池與超級電容器混合儲能充放電電流控制方法中蓄電池和超級電 容器混合儲能雙向充放電變換器動作與否的軟件流程圖； 圖3為本發(fā)明蓄電池與超級電容器混合儲能充放電電流控制方法中蓄電池和超級電 容器的參考電流產(chǎn)生控制框圖； 圖4為本發(fā)明蓄電池與超級電容器混合儲能充放電電流控制方法中蓄電池儲能的電 流控制框圖； 圖5為本發(fā)明蓄電池與超級電容器混合儲能充放電電流控制方法中超級電容器儲能 的電流控制框圖。

【具體實施方式】
[0016] 以下結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優(yōu)選實 施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明實施例，充分發(fā)揮蓄電池和超級電容器各自的優(yōu)點，如圖1-圖5所示， 提供了一種蓄電池與超級電容器混合儲能充放電電流控制方法，保證儲能系統(tǒng)具有優(yōu)良的 充放電性能的同時，保證微電網(wǎng)系統(tǒng)公共直流母線電壓的穩(wěn)定。該蓄電池與超級電容器混 合儲能充放電電流控制方法，從儲能系統(tǒng)最優(yōu)控制出發(fā)，充分利用蓄電池的能量密度高和 超級電容器的功率密度高的特點，將二者有機結合，蓄電池緩慢充放電，用來抑制穩(wěn)態(tài)運行 過程中緩慢的電能變化。超級電容器快速充放電，用來抑制各種擾動過程中快速的電能變 化。這樣有利于提高儲能介質(zhì)的使用壽命和提高儲能系統(tǒng)的總體動靜態(tài)性能，使得微電網(wǎng) 的公共直流母線電壓更加穩(wěn)定。
[0018] 本發(fā)明所采用的技術方案是：蓄電池和超級電容器分別通過各自的第一雙向充放 電變換器和第二雙向充放電變換器連接到微電網(wǎng)的公共直流母線，當給定的公共直流母線 電壓值與實時反饋的公共直流母線電壓值之差大于穩(wěn)壓誤差上限(例如穩(wěn)壓誤差上限等于 給定的公共直流母線電壓值的2%)時，儲能系統(tǒng)放電；當給定的公共直流母線電壓值與實 時反饋的公共直流母線電壓值之差小于穩(wěn)壓誤差下限(例如穩(wěn)壓誤差下限等于給定的公共 直流母線電壓值的-2%)時，儲能系統(tǒng)充電；當給定的公共直流母線電壓值與實時反饋的公 共直流母線電壓值之差處于穩(wěn)壓誤差上限和下限之間時，儲能系統(tǒng)停止進行充放電控制。 其中，第一雙向充放電變換器和第二雙向充放電變換器是相同的電路結構，都是典型的非 隔離型雙向BUCK-BOOST變換器。
[0019] 本發(fā)明技術方案的創(chuàng)新之處在于當儲能系統(tǒng)進行充放電控制時，給定的 公共直流母線電壓值與實時反饋的公共直流母線電壓值之差作為電壓比例積分 調(diào)節(jié)器的輸入，該電壓PI調(diào)節(jié)器的輸出是儲能系統(tǒng)的總充放電參考電流，對該 總充放電參考電流進行經(jīng)典的一階低通濾波(該一階低通濾波器的頻域表示為

【權利要求】
1. 一種蓄電池與超級電容器混合儲能充放電電流控制方法，其特征在于，主要包括： a、 蓄電池和超級電容器分別通過各自的第一雙向充放電變換器和第二雙向充放電變 換器連接到微電網(wǎng)的公共直流母線； b、 根據(jù)給定的公共直流母線電壓值與實時反饋的公共直流母線電壓值之差與預設穩(wěn) 壓誤差上限的大小關系，對儲能系統(tǒng)進行動作，實現(xiàn)對公共直流母線電壓的波動抑制。
2. 根據(jù)權利要求1所述的蓄電池與超級電容器混合儲能充放電電流控制方法，其特征 在于，所述步驟b，具體包括： bl、當給定的公共直流母線電壓值與實時反饋的公共直流母線電壓值之差大于預設穩(wěn) 壓誤差上限時，儲能系統(tǒng)放電； b2、當給定的公共直流母線電壓值與實時反饋的公共直流母線電壓值之差小于預設穩(wěn) 壓誤差下限時，儲能系統(tǒng)充電； b3、當給定的公共直流母線電壓值與實時反饋的公共直流母線電壓值之差處于穩(wěn)壓誤 差上限和下限之間時，儲能系統(tǒng)停止進行充放電控制。
3. 根據(jù)權利要求2所述的蓄電池與超級電容器混合儲能充放電電流控制方法，其特征 在于，所述步驟bl，具體包括： 蓄電池儲能放電控制； 超級電容器儲能放電控制； 通過上述蓄電池儲能的第一雙向充放電變換器和超級電容器儲能的第二雙向充放電 變換器同時動作，實現(xiàn)對公共直流母線電壓的波動抑制。
4. 根據(jù)權利要求2所述的蓄電池與超級電容器混合儲能充放電電流控制方法，其特征 在于，所述蓄電池儲能放電控制的操作，具體包括： ⑴對于蓄電池儲能的第一雙向充放電變換器，蓄電池充放電的參考電流減去第一雙向 充放電變換器的濾波電感電流，它們的差值通過經(jīng)典比例積分調(diào)節(jié)器運算，得到第一雙向 充放電變換器的調(diào)制波，該調(diào)制波與三角載波相比，得到脈沖寬度調(diào)制波形； ⑵給定的公共直流母線電壓值與實時反饋的公共直流母線電壓值之差為電壓誤差，該 電壓誤差與零比較： 若電壓誤差大于0,則為充電狀態(tài)，此時第一雙向充放電變換器為BUCK電路工作形式， 該脈沖寬度調(diào)制波形作為功率開關S1的控制信號，對該脈沖寬度調(diào)制波形進行邏輯取反， 作為功率開關S2的控制信號，完成蓄電池儲能充電控制； 若電壓誤差小于0,則為放電狀態(tài)，此時第一雙向充放電變換器為BOOST電路工作形 式，該脈沖寬度調(diào)制波形作為功率開關S2的控制信號，對該脈沖寬度調(diào)制波形進行邏輯取 反，作為功率開關S1的控制信號，完成蓄電池儲能放電控制。
5. 根據(jù)權利要求2所述的蓄電池與超級電容器混合儲能充放電電流控制方法，其特征 在于，所述超級電容器儲能放電控制的操作，具體包括： ⑴對于超級電容器儲能的第二雙向充放電變換器，超級電容器充放電的參考電流減去 第二雙向充放電變換器的濾波電感電流，它們的差值通過經(jīng)典比例積分調(diào)節(jié)器運算，得到 第二雙向充放電變換器的調(diào)制波，該調(diào)制波與相同的三角載波相比，得到脈沖寬度調(diào)制波 形； ⑵給定的公共直流母線電壓值與實時反饋的公共直流母線電壓值之差為電壓誤差，該 電壓誤差與零比較： 若電壓誤差大于0,則為充電狀態(tài)，此時第二雙向充放電變換器為BUCK電路工作形式， 該脈沖寬度調(diào)制波形作為功率開關S3的控制信號，對該脈沖寬度調(diào)制波形進行邏輯取反， 作為功率開關S4的控制信號，完成超級電容器儲能充電控制； 若電壓誤差小于0,則為放電狀態(tài)，此時第二雙向充放電變換器為BOOST電路工作形 式，該脈沖寬度調(diào)制波形作為功率開關S4的控制信號，對該脈沖寬度調(diào)制波形進行邏輯取 反，作為功率開關S3的控制信號，完成超級電容器儲能放電控制。
6.根據(jù)權利要求1-5中任一項所述的蓄電池與超級電容器混合儲能充放電電流控制 方法，其特征在于，在所述步驟a中，所述第一雙向充放電變換器和第二雙向充放電變換器 是相同的電路結構，都是典型的非隔離型雙向BUCK-BOOST變換器。
【文檔編號】H02J7/34GK104283298SQ201410506174
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月28日 優(yōu)先權日:2014年9月28日
【發(fā)明者】戴偉, 陳芳, 孫向東, 任碧瑩, 安少亮, 王月盈 申請人:新疆希望電子有限公司