基于變下垂控制的電池儲能系統(tǒng)充放電控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于涉及儲能系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于變下垂控制的電池儲 能系統(tǒng)充放電控制方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 儲能系統(tǒng)多應(yīng)用于新能源發(fā)電或者是微電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻等領(lǐng)域，常用的儲能元件主 要包括蓄電池和超級電容等。電力儲能系統(tǒng)領(lǐng)域以閥控式鉛酸電池（VRLA)的使用最為廣 泛，鉛酸蓄電池具有成本低、放電效率高以及易維護(hù)等諸多優(yōu)點；缺點是能量和功率相比于 鋰電池等較低，循環(huán)壽命有限。雖然鉛酸電池具有較低的能量和功率密度，但與其它種類 蓄電池相比，其性價比較高，技術(shù)也較為成熟，使其在電力儲能和備用電源領(lǐng)域占有主導(dǎo)地 位。
[0003] 電池充放電過程是一個受充放電倍率、溫度、循環(huán)次數(shù)等多個因素影響的非線性 動態(tài)過程，而電池工作特性不僅受諸多因素的影響，而且還存在不同因素之間的相互影響。 在充分考慮電池儲能系統(tǒng)的充放電特性以及衰減特性的基礎(chǔ)上，優(yōu)化儲能系統(tǒng)的控制管 理，才能夠充分的發(fā)揮儲能系統(tǒng)在整個并網(wǎng)系統(tǒng)中的作用。
[0004] 為保證電池系統(tǒng)具有良好的性能及較長的使用壽命，需要對電池系統(tǒng)進(jìn)行有效地 管理與控制。充放電中所要極力避免的就是過充過放現(xiàn)象的發(fā)生，過充過放對蓄電池壽命 的損害巨大。因此在對蓄電池的充放電控制中應(yīng)當(dāng)充分的考慮蓄電池的容量，對蓄電池充 放電進(jìn)行優(yōu)化控制。
[0005] 總而言之，目前需要本領(lǐng)域技術(shù)人員迫切解決的一個技術(shù)問題是：如何能夠得到 一種有效的避免蓄電池過充過放的充放電優(yōu)化控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明就是為了解決上述問題，提供一種基于變下垂控制的電池儲能系統(tǒng)充放電 控制方法及系統(tǒng)，其中，電池儲能系統(tǒng)通過逆變器連接至電網(wǎng)系統(tǒng)中，本發(fā)明的電池儲能系 統(tǒng)在虛擬同步發(fā)電機(jī)（VSG)傳統(tǒng)功頻下垂控制器的基礎(chǔ)上，加入電池儲能系統(tǒng)的實時荷電 狀態(tài)（SOC)控制輸入，構(gòu)成一種動態(tài)變下垂系數(shù)的功頻控制器，此方法能夠有效的抑制電 池儲能系統(tǒng)過沖過放的發(fā)生，并能夠有效的增長電池儲能系統(tǒng)的使用壽命，提高電池儲能 系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0008] 一種基于變下垂控制的電池儲能系統(tǒng)充放電控制系統(tǒng)的控制方法，包括：
[0009] 步驟一：劃分電池儲能系統(tǒng)的電荷狀態(tài)SOC值成若干個SOC區(qū)間，并確定每個SOC 區(qū)間充電和放電工況下的下垂系數(shù)計算函數(shù)；
[0010] 步驟二：檢測當(dāng)前時刻的電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)S0C，并確定其所處的SOC區(qū) 間；
[0011] 步驟三：根據(jù)確定的SOC區(qū)間，判斷電池儲能系統(tǒng)的當(dāng)前運(yùn)行工況，進(jìn)而選取相應(yīng) 的下垂系數(shù)計算函數(shù)得到修正的下垂系數(shù)；
[0012] 步驟四：利用步驟三計算得到的修正下垂系數(shù)，作為此運(yùn)行工況下電池儲能系統(tǒng) 的下垂系數(shù)，并輸入至虛擬同步發(fā)電機(jī)的功頻控制器中得到修正虛擬同步發(fā)電機(jī)的輸出功 率；
[0013] 步驟五：修正后虛擬同步發(fā)電機(jī)的輸出功率調(diào)節(jié)逆變器的有功出力，進(jìn)而對電池 儲能系統(tǒng)的充放電深度進(jìn)行控制和修正。
[0014] 所述步驟一中的SOC區(qū)間充電和放電工況，包括只充不放、充電優(yōu)先、正常充放電 區(qū)間、放電優(yōu)先和只放不充工況。
[0015] 所述步驟一中的電池儲能系統(tǒng)的電荷狀態(tài)SOC值處于只充不放工況下的下垂系 數(shù)計算函數(shù)為：
[0016] kpld=0
[0017] kplc= k4*(a-S0C)+kplc；soc = a
[0018] 其中，kpld為放電工況的下垂系數(shù)，kpl。為充電工況的下垂系數(shù)，SOC為電池儲能系 統(tǒng)的當(dāng)前的電荷狀態(tài)SOC值；a為電池儲能系統(tǒng)處于只充不放工況的電荷狀態(tài)SOC最大值； 匕為系數(shù)；k plc;，_ = a為當(dāng)SOC = a時的充電工況的下垂系數(shù)。
[0019] 所述電池儲能系統(tǒng)的電荷狀態(tài)SOC值處于充電優(yōu)先工況下的下垂系數(shù)計算函數(shù) 為：
[0020] kpld= k (b-SOC)+kpld0
[0021] kplc= k 3* (b-SOC)+kplc0
[0022] 其中，kpld為放電工況的下垂系數(shù)，kpl。為充電工況的下垂系數(shù)，SOC為電池儲能系 統(tǒng)的當(dāng)前的電荷狀態(tài)SOC值；b為電池儲能系統(tǒng)處于放電優(yōu)先工況的電荷狀態(tài)SOC最大值； 匕和k 3均為系數(shù)；kplc;(l和kpld(l分別是正常充放電區(qū)間的下垂系數(shù)的初始值。
[0023] 所述電池儲能系統(tǒng)的電荷狀態(tài)SOC值處于正常放電區(qū)間工況下的下垂系數(shù)計算 函數(shù)為：
[0024] kpld=kpld0
[0025] kplc=kplc0
[0026] 其中，kpld為放電工況的下垂系數(shù)，kpl。為充電工況的下垂系數(shù)；k pl JPkpldAIl^ 正常充放電區(qū)間的下垂系數(shù)的初始值。
[0027] 所述電池儲能系統(tǒng)的電荷狀態(tài)SOC值處于放電優(yōu)先工況下的下垂系數(shù)計算函數(shù) 為：
[0028] kpld= k 3* (S0C- (1-b)) +kpld0
[0029] kplc= k 3 (S0C-(1-b)) +kplc0
[0030] 其中，kpld為放電工況的下垂系數(shù)，kpl。為充電工況的下垂系數(shù)，SOC為電池儲能系 統(tǒng)的當(dāng)前的電荷狀態(tài)SOC值；b為電池儲能系統(tǒng)處于放電優(yōu)先工況的電荷狀態(tài)SOC最大值； 匕和k 3均為系數(shù)；kplc;(l和kpld(l分別是正常充放電區(qū)間的下垂系數(shù)的初始值。
[0031] 所述電池儲能系統(tǒng)的電荷狀態(tài)SOC值處于只放不充工況下的下垂系數(shù)計算函數(shù) 為：
[0032] kpld= k 4* (S0C- (1-a)) +kpld； soc =
[0033] kplc= 0
[0034] 其中，kpld為放電工況的下垂系數(shù)，kpl。為充電工況的下垂系數(shù)，SOC為電池儲能系 統(tǒng)的當(dāng)前的電荷狀態(tài)SOC值；a為電池儲能系統(tǒng)處于只充不放工況的電荷狀態(tài)SOC最大值； 匕為系數(shù)；1^。，_ = 1_3為當(dāng)5(^=1-&時的充電工況的下垂系數(shù)。
[0035] 所述步驟三中的電池儲能系統(tǒng)的當(dāng)前運(yùn)行工況的判斷由電網(wǎng)額定頻率與當(dāng)前電 網(wǎng)的實際運(yùn)行頻率的差值Δ f確定，Λ f > 0選擇放電工況下垂系數(shù)，Λ f < 0選擇充電工 況下垂系數(shù)。
[0036] 所述步驟四中的修正后的虛擬同步發(fā)電機(jī)的輸出功率的表達(dá)式為：
[0037] Pe_VSG = Δ f/kp_VSG+Pn_VSG
[0038] 其中，PJSG代表虛擬同步發(fā)電機(jī)的輸出電磁功率；Pn_VSG為電池儲能系統(tǒng)有功 功率給定值，此值由電網(wǎng)調(diào)度給定；k p_VSG為功頻控制器下垂系數(shù)的值。
[0039] 一種基于變下垂控制的電池儲能系統(tǒng)充放電控制系統(tǒng)，包括：
[0040] 電池儲能系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集單元和虛擬同步發(fā)電機(jī)的功頻控制器，所述電池儲能系 統(tǒng)通過逆變器連接至電網(wǎng)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集單元實時采集電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)SOC 值，根據(jù)荷電狀態(tài)SOC值選取相應(yīng)的下垂系數(shù)計算函數(shù)，得到修正下垂系數(shù)，并把得到的修 正下垂系數(shù)輸入至虛擬同步發(fā)電機(jī)的功頻控制器，所述虛擬同步發(fā)電機(jī)的功頻控制器的輸 出量調(diào)節(jié)逆變器的有功出力，進(jìn)而對電池儲能系統(tǒng)的充放電深度進(jìn)行控制和修正。
[0041] 本發(fā)明的有益效果為：
[0042] (1)本發(fā)明采用的是在傳統(tǒng)的功頻下垂控制的基礎(chǔ)上，通過動態(tài)的調(diào)整下垂系數(shù) 值，對電池儲能系統(tǒng)充放電進(jìn)行調(diào)控，最終的結(jié)果就是能夠有效的避免電池儲能系統(tǒng)的過 充過放事件的發(fā)生，有效的保護(hù)電池，增電池儲能系統(tǒng)的使用壽命。
[0043] (2)本發(fā)明控制原理簡單，便于工程實現(xiàn)，是一種易于在儲能并網(wǎng)系統(tǒng)上實現(xiàn)的控 制策略。
[0044] (3)本發(fā)明適應(yīng)于在線控制的實現(xiàn)，在線實現(xiàn)的方法能夠保證控制的快速響應(yīng)。
[0045] (4)控制參數(shù)可調(diào)，適應(yīng)于使用不同類型電池儲能系統(tǒng)，例如鋰電池，鎘鎳電池等。
【附圖說明】
[0046] 圖1為基于變下垂控制的電池儲能系統(tǒng)充放電控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0047] 圖2為原始虛擬同步發(fā)電機(jī)的功頻控制器框圖。
[0048] 圖3為改進(jìn)后變下垂系數(shù)功頻控制器框圖。
[0049] 圖4為各個SOC區(qū)間充放電下垂系數(shù)的計算公式和充放電優(yōu)先級說明。
[0050] 圖5為充放電工況的下垂系數(shù)隨SOC變化的曲線。
[0051] 圖6為取某地微電網(wǎng)24小時的負(fù)荷數(shù)據(jù)的負(fù)荷波動情況。
[0052] 圖7為某地微電網(wǎng)的功頻下垂系數(shù)為0. 000075Hz/kW下的頻率波動情況。
[0053] 圖8為運(yùn)用傳統(tǒng)虛擬同步發(fā)電機(jī)的功頻控制器并網(wǎng)補(bǔ)償?shù)玫絍SG逆變器的有功出 力曲線。<