本發(fā)明涉及一種儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)風(fēng)能、光伏發(fā)電得到了蓬勃發(fā)展。然而這些能源隨著自然條件的變化而變化，呈現(xiàn)間歇的特性，不能提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)。因此存在大量的“棄風(fēng)”、“棄光”現(xiàn)象，造成了資源的浪費(fèi)。儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)展可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。

通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)的配合，在新能源發(fā)電出力多的時(shí)候可以吸納電能，在新能源發(fā)電出力少的時(shí)候可以向電網(wǎng)提供電能，起到削峰填谷的作用。儲(chǔ)能系統(tǒng)還可以在電力系統(tǒng)調(diào)峰、電壓補(bǔ)償、頻率調(diào)節(jié)、電能質(zhì)量管理等方面發(fā)揮出重要作用，從而確保系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，通過(guò)儲(chǔ)能的方式，規(guī)避可再生能源發(fā)電間歇性特點(diǎn)帶來(lái)的大規(guī)模并網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)，提高可再生能源的利用率。總體看來(lái)，儲(chǔ)能技術(shù)正朝著轉(zhuǎn)換高效化、能量高密度化和應(yīng)用成本化發(fā)展。

目前儲(chǔ)能系統(tǒng)中，蓄電池側(cè)DC/DC模塊多采用單路BUCK-BOOST變換電路，如圖9所示。目前儲(chǔ)能系統(tǒng)受蓄電池制約，蓄電池側(cè)電壓等級(jí)較低，通常48V為額定電壓，直流測(cè)電流較大。本發(fā)明中蓄電池側(cè)DC/DC模塊采用交錯(cuò)BUCK-BOOST變換電路，對(duì)電池電流起到分流作用，減小了開(kāi)關(guān)器件的電流應(yīng)力，同時(shí)交錯(cuò)BUCK-BOOST變換電路開(kāi)關(guān)器件的交錯(cuò)導(dǎo)通、關(guān)斷，大大減小了電池電流紋波，提高了電池的電能質(zhì)量。

目前儲(chǔ)能系統(tǒng)中，當(dāng)蓄電池充電時(shí)通常采用由光伏電池板側(cè)DC/DC模塊穩(wěn)母線電壓或由電網(wǎng)側(cè)DC/AC模塊穩(wěn)母線電壓兩種方式。目前儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)母線控制的缺點(diǎn)在于：當(dāng)光伏電池板輸出能量大于負(fù)載需要能量時(shí)，光伏電池板側(cè)DC/DC模塊，需要由光伏電池板側(cè)DC/DC最大功率點(diǎn)追蹤(MPPT)電壓閉環(huán)控制，切換到光伏電池板側(cè)DC/DC穩(wěn)母線電壓閉環(huán)控制，這樣光伏電池板就不能工作在最大功率點(diǎn)狀態(tài)，導(dǎo)致光伏電池板不能最大功率發(fā)電。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有儲(chǔ)能系統(tǒng)控制方法電池充放電電流紋波大，光伏電池板發(fā)電利用率低的缺點(diǎn)，提出一種儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制方法。

應(yīng)用本發(fā)明控制方法的儲(chǔ)能系統(tǒng)由三個(gè)模塊組成，分別為光伏電池板側(cè)DC/DC模塊、蓄電池側(cè)DC/DC模塊和電網(wǎng)側(cè)DC/AC模塊。三個(gè)模塊在直流母線處彼此連接。該儲(chǔ)能系統(tǒng)具有離網(wǎng)、并網(wǎng)兩種工作模式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池充放電控制。在離網(wǎng)模式下，當(dāng)光伏電池板輸出的功率大于負(fù)載所需功率時(shí)，該儲(chǔ)能系統(tǒng)采取自適用控制，使光伏電池板多余的能量給蓄電池充電，只要電池不是充滿狀態(tài)，光伏電池板始終工作在最大功率點(diǎn)追蹤(MPPT)狀態(tài)下，使光伏電池板最大限度的輸出能量，大大提高了光伏電池板的利用率。

本發(fā)明儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制方法有7種，分別是：對(duì)光伏電池板側(cè)DC/DC模塊采用最大功率點(diǎn)追蹤(MPPT)電壓閉環(huán)控制、光伏電池板側(cè)DC/DC模塊采用穩(wěn)母線電壓的閉環(huán)控制、電網(wǎng)側(cè)DC/AC模塊采用交流電壓的閉環(huán)控制、蓄電池側(cè)DC/DC模塊采用母線電壓的閉環(huán)控制、蓄電池側(cè)DC/DC模塊采用電池的恒流充電控制、蓄電池側(cè)DC/DC模塊采用電池的恒壓充電控制，以及電網(wǎng)側(cè)DC/AC模塊采用電壓電流雙閉環(huán)控制。

當(dāng)光伏電池板輸出功率不超過(guò)負(fù)載所需功率與電池充電功率之和時(shí)，對(duì)光伏電池板側(cè)DC/DC模塊采用最大功率點(diǎn)追蹤(MPPT)電壓閉環(huán)控制。當(dāng)光伏電池板輸出功率超過(guò)負(fù)載所需功率與電池充電功率之和時(shí)，對(duì)光伏電池板側(cè)DC/DC模塊采用穩(wěn)母線電壓閉環(huán)控制。當(dāng)電網(wǎng)側(cè)DC/AC模塊工作在離網(wǎng)狀態(tài)時(shí)，對(duì)電網(wǎng)側(cè)DC/AC模塊采用交流電壓閉環(huán)控制。當(dāng)電網(wǎng)側(cè)DC/AC模塊工作在離網(wǎng)狀態(tài)，并且光伏電池板輸出能量大于負(fù)載所需能量，電池充電電流未到限流值時(shí)，對(duì)蓄電池側(cè)DC/DC模塊采用母線電壓閉環(huán)控制。當(dāng)電池處于充電狀態(tài)并且充電電流達(dá)到限流值時(shí)，對(duì)蓄電池側(cè)DC/DC模塊采用電池恒流充電控制。當(dāng)電池處于充電狀態(tài)并且充電電壓達(dá)到限壓值時(shí)，對(duì)蓄電池側(cè)DC/DC模塊采用電池恒壓充電控制。當(dāng)電網(wǎng)側(cè)DC/AC模塊工作在并網(wǎng)狀態(tài)時(shí)，對(duì)電網(wǎng)側(cè)DC/AC模塊采用電壓電流雙閉環(huán)控制。

本發(fā)明采用由蓄電池側(cè)DC/DC模塊穩(wěn)母線電壓控制方式，解決了在光伏電池板輸出能量大于負(fù)載需要能量時(shí)，光伏電池板不能最大功率發(fā)電這一問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所包含三個(gè)模塊的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明光伏電池板側(cè)DCDC MPPT電壓閉環(huán)控制環(huán)路圖；

圖3為本發(fā)明光伏電池板側(cè)DCDC穩(wěn)母線電壓閉環(huán)控制環(huán)路圖；

圖4為本發(fā)明電網(wǎng)側(cè)DCAC交流電壓閉環(huán)控制環(huán)路圖；

圖5為本發(fā)明蓄電池側(cè)DCDC母線電壓閉環(huán)控制環(huán)路圖；

圖6為本發(fā)明蓄電池側(cè)DCDC電池恒流充電控制環(huán)路圖；

圖7為本發(fā)明蓄電池側(cè)DCDC電池恒壓充電控制環(huán)路圖；

圖8為本發(fā)明電網(wǎng)側(cè)DCAC電壓電流雙閉環(huán)控制環(huán)路圖；

圖9為目前儲(chǔ)能系統(tǒng)蓄電池側(cè)DC/DC電路圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。

應(yīng)用本發(fā)明控制方法的儲(chǔ)能系統(tǒng)包括光伏電池板側(cè)DC/DC模塊、蓄電池側(cè)DC/DC模塊和電網(wǎng)側(cè)DC/AC模塊。三個(gè)模塊在直流母線處彼此連接。光伏電池板側(cè)DC/DC模塊由BOOST升壓電路組成，蓄電池側(cè)DC/DC模塊由交錯(cuò)BUCK-BOOST電路組成，電網(wǎng)側(cè)DC/AC模塊由逆變?nèi)珮蚪M成。三個(gè)模塊的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該儲(chǔ)能系統(tǒng)具有離網(wǎng)、并網(wǎng)兩種工作模式。

在并網(wǎng)狀態(tài)下，本發(fā)明對(duì)光伏電池板側(cè)DC/DC模塊采用MPPT電壓閉環(huán)控制，如圖2所示。VinRef為MPPT算法計(jì)算出的光伏電池板輸出給定電壓，Vin為實(shí)際采到的光伏電池板輸出電壓。經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器后，光伏電池板側(cè)DC/DC模塊中的控制芯片輸出PWM脈沖，驅(qū)動(dòng)光伏電池板側(cè)DC/DC模塊BOOST電路的開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通或關(guān)斷，使光伏電池板始終工作在最大功率輸出狀態(tài)。本發(fā)明對(duì)電網(wǎng)側(cè)DC/AC模塊采用電壓電流雙閉環(huán)控制，如圖8所示。VbusRef為母線電壓給定值，Vbus為實(shí)際采到的母線電壓，經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器后，PI調(diào)節(jié)器的輸出值與實(shí)時(shí)相位結(jié)合作為電流內(nèi)環(huán)的給定值Iref；Iout為電網(wǎng)側(cè)反饋電流，給定電流與反饋電流經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器，PI調(diào)節(jié)器的輸出加上網(wǎng)壓前饋Ug，電網(wǎng)側(cè)DC/AC模塊中的控制芯片最終輸出SPWM脈沖，控制電網(wǎng)側(cè)DC/AC模塊逆變?nèi)珮虻拈_(kāi)關(guān)器件開(kāi)通或關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)。電流內(nèi)環(huán)的給定值Iref為正時(shí)，電網(wǎng)側(cè)DC/AC模塊工作在整流狀態(tài)，給電池充電；電流內(nèi)環(huán)的給定值Iref為負(fù)時(shí)，電網(wǎng)側(cè)DC/AC模塊工作在逆變狀態(tài)，向電網(wǎng)輸出能量。本發(fā)明對(duì)蓄電池側(cè)DC/DC模塊采用電池恒流充電控制，如圖6所示。IbRef為電池充電給定電流值，Ib為實(shí)際采集到的電池電流，電池充電給定電流值IbRef與實(shí)際采集到的電池電流Ib的差經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器后，蓄電池側(cè)DC/DC模塊中的控制芯片輸出PWM脈沖，控制蓄電池側(cè)DC/DC模塊BUCK電路的開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通或關(guān)斷，使蓄電池工作在恒流充電狀態(tài)。當(dāng)蓄電池電壓達(dá)到上限時(shí)，對(duì)蓄電池側(cè)DC/DC模塊采用電池恒壓充電控制，如圖7所示，VbRef為電池充電給定電壓值，Vb為實(shí)際采到的電池電壓，經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器后，蓄電池側(cè)DC/DC中的控制芯片輸出PWM脈沖，控制蓄電池側(cè)DC/DC模塊BUCK電路的開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通或關(guān)斷，使蓄電池工作在恒壓充電狀態(tài)。三部分協(xié)調(diào)工作，先給蓄電池充電，蓄電池充滿后正常并網(wǎng)運(yùn)行。

在離網(wǎng)狀態(tài)下，本發(fā)明對(duì)光伏電池板側(cè)DC/DC模塊的控制方法根據(jù)能量關(guān)系分兩種：

1、光伏電池板輸出能量小于或等于負(fù)載所需能量時(shí)，光伏電池板側(cè)DC/DC模塊采用MPPT電壓閉環(huán)控制，如圖2所示，VinRef為MPPT算法計(jì)算出的光伏電池板輸出給定電壓，Vin為實(shí)際采集到的光伏電池板輸出電壓，經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器后，輸出PWM脈沖，控制光伏電池板側(cè)DC/DC模塊BOOST電路的開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通或關(guān)斷，使光伏電池板始終工作在最大功率輸出狀態(tài)。

2、光伏電池板輸出能量大于負(fù)載所需能量和蓄電池充電所需能量時(shí)，本發(fā)明對(duì)光伏電池板側(cè)DC/DC模塊采用穩(wěn)母線電壓閉環(huán)控制，如圖3所示。PVBusRef為母線給定電壓，Vbus為實(shí)際采到的母線電壓，經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器后，光伏電池板側(cè)DC/DC模塊中的控制芯片輸出PWM脈沖，控制光伏電池板側(cè)DC/DC模塊BOOST電路的開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通或關(guān)斷，穩(wěn)定母線電壓在給定值。

在離網(wǎng)狀態(tài)時(shí)，本發(fā)明對(duì)電網(wǎng)側(cè)DC/AC模塊采用交流電壓閉環(huán)控制，如圖4所示。VacRef為交流給定電壓，Vac為實(shí)際采集到的交流電壓，經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器后，電網(wǎng)側(cè)DC/A C模塊中的控制芯片輸出PWM脈沖，控制電網(wǎng)側(cè)DC/AC模塊逆變?nèi)珮虻拈_(kāi)關(guān)器件開(kāi)通或關(guān)斷，從而控制輸出交流電壓。

本發(fā)明對(duì)蓄電池側(cè)DC/DC模塊的控制分為四種方式，剛上電時(shí)，對(duì)蓄電池側(cè)DC/DC模塊采用母線電壓閉環(huán)放電控制，如圖5所示。BVbusRef為母線給定電壓，Vbus為實(shí)際采到的母線電壓，經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器后，蓄電池側(cè)DC/DC模塊中的控制芯片輸出PWM脈沖，控制蓄電池側(cè)DC/DC模塊BOOST電路的開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通或關(guān)斷，穩(wěn)定母線電壓，蓄電池放電。光伏電池板輸出能量大于負(fù)載所需能量時(shí)，對(duì)蓄電池側(cè)DC/DC模塊采用母線電壓閉環(huán)充電控制，如圖5所示。BVbusRef為母線給定電壓，Vbus為實(shí)際采到的母線電壓，經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器后，蓄電池側(cè)DC/DC模塊中的控制芯片輸出PWM脈沖，控制蓄電池側(cè)DC/DC模塊BUCK電路的開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通或關(guān)斷，穩(wěn)定母線電壓并給蓄電池充電。以上兩種控制方式原理相同，只是控制對(duì)象不同，控制蓄電池側(cè)DC/DC模塊BOOST電路的開(kāi)關(guān)器件時(shí)，電池放電，控制蓄電池側(cè)DC/DC模塊BUCK電路的開(kāi)關(guān)器件時(shí)，電池充電。當(dāng)電池充電電流達(dá)到限流值時(shí)，本發(fā)明對(duì)蓄電池側(cè)DC/DC模塊采用電池恒流充電控制，如圖6所示。IbRef為電池充電給定電流值，Ib為實(shí)際采集到的電池電流，經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器后，蓄電池側(cè)DC/DC模塊中的控制芯片輸出PWM脈沖，控制蓄電池側(cè)DC/DC模塊BUCK電路的開(kāi)關(guān)器件，使蓄電池工作在恒流充電狀態(tài)。當(dāng)電池電壓達(dá)到限壓值時(shí)，對(duì)蓄電池側(cè)DC/DC模塊采用電池恒壓充電控制，如圖7所示，VbRef為電池充電給定電壓值，Vb為實(shí)際采集到的電池電壓，經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器后，蓄電池側(cè)DC/DC模塊中的控制芯片輸出PWM脈沖，控制蓄電池側(cè)DC/DC模塊BUCK電路的開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通或關(guān)斷，使電池工作在恒壓充電狀態(tài)。

本發(fā)明采用交錯(cuò)BUCK-BOOST變換電路的控制方式，能夠有效抑制蓄電池充放電電流紋波，提高蓄電池的使用壽命。另外本發(fā)明中包括的光伏電池板側(cè)DC/DC模塊、蓄電池側(cè)DC/DC模塊、電網(wǎng)側(cè)DC/AC模塊都參與直流母線的控制，隨著能量變化，靈活切換控制模塊來(lái)穩(wěn)定母線電壓，提高了整個(gè)系統(tǒng)光伏電池板發(fā)電的利用率。