CN108418201A - 一种直流微电网储能装置主从控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流微电网储能装置主从控制系统，包括分布式电源、双向DC/DC变换器、储能装置和控制器系统，本发明对双向DC/DC变换器进行逆推滑模控制，使其根据采集到的母线电压自动进行模式选择：当母线电压过高时，控制其进入Buck充电模式，电流从母线侧流向储能装置侧为蓄电池充电，此时监测蓄电池SOC，当SOC达到SOCmax时，立即停止充电；当母线电压过低时，控制其进入Boost放电模式，电流从储能装置侧流向母线侧，蓄电池放电，监测SOC，当SOC小于SOCmin时，停止放电。以此保持母线电压的稳定以及微电网功率的平衡。
Description
技术领域
本发明涉及一种储能技术，具体是一种直流微电网储能装置主从控制系统。
背景技术
随着经济的不断发展，国内各行各业对电力的需求也在不断增长，国家建设发电厂和输电线路的步伐日益加快。在过去数十年里公共大电网体现出来的优势使得其快速发展，成为电力供应的主要形式。然而随着电网规模的不断扩大，大型电网系统的一些弊端也日益凸显：（1）在传统电力工业的大型电网系统中，一旦某一节点发生故障，就有可能导致大范围的供电故障；（2）大电网系统无法及时响应负载的剧烈变化，当夏季出现用电高峰，用电负载突然激增时，容易出现供电不足的问题；（3）对于偏远山区，电网电力系统建设难度大，成本高，供电效益低下。此外，世界能源的主要来源于不可再生的自然资源，地球上的资源变得越来越紧缺，难以维系人类社会的长期发展。特别是世界范围内近几年接连发生几次大面积停电事故后，大型电网系统的脆弱性充分地暴露出来，突然断电造成的不仅仅是经济损失，还会危及社会的安全和稳定。因此，利用可再生能源进行发电的微电网进入了人们的视野。
微电网是规模较小的分散的独立系统，它将分布式电源、储能装置、负荷联系到一起，直接接在用户侧，可以看作是大电网中的一个可控单元。微电网可连接到大电网，实现并网运行，也可脱离大电网，实现孤岛运行，但都必须满足电能质量要求，保证供电安全和系统稳定。由于分布式电源的稳定性较差，因此，为微电网配置储能装置具有非常广阔的发展空间。
储能装置在微电网并网运行时进行充电储能，在孤网运行时能够释放电能，为微电网提供稳定的电压支持，是微电网运行稳定、保证系统不间断供电的重要保障。微电网的储能装置中电池的数量多、容量大、充放电电流大，对信息采集的实时性和电池均衡要求较高，因此，设计电池管理系统，实时监测电池状态，是储能装置能够放电调整母线电压、维持整个微电网内功率平衡的基础。
由于储能装置和母线之间存在电压差，并且储能装置有充电、放电两种工作模式，所以在储能装置和母线之间加入电力电子接口是电能在储能装置和母线之间双向流动的必要前提。
综上，在微电网中配置储能装置、设计电池管理系统、对储能装置以及母线之间的电力电子接口进行控制，可以有效地监测电池状态，使储能装置在母线电压偏高时充电、母线电压偏低时放电，对于微电网电能充分利用、快速抑制母线电压波动、保证微电网稳定运行具有重要现实意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直流微电网储能装置主从控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种直流微电网储能装置主从控制系统，包括分布式电源、双向DC/DC变换器、储能装置和控制器系统，分布式电源通过直流母线分别连接负载、双向DC/DC变换器和控制系统，双向DC/DC变换器还连接储能装置，储能装置还连接控制系统，控制系统还连接双向DC/DC变换器。
作为本发明的进一步技术方案：所述储能装置包括主控模块、电源模块、抗干扰模块、SOC估算模块、采集模块、LCD显示模块、通信模块和PC机，主控模块分别连接电源模块、抗干扰模块、SOC估算模块、采集模块、LCD显示模块和通信模块，通信模块还连接PC机。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明对双向DC/DC变换器进行逆推滑模控制，使其根据采集到的母线电压自动进行模式选择：当母线电压过高时，控制其进入Buck充电模式，电流从母线侧流向储能装置侧为蓄电池充电，此时监测蓄电池SOC，当SOC达到SOCmax时，立即停止充电；当母线电压过低时，控制其进入Boost放电模式，电流从储能装置侧流向母线侧，蓄电池放电，监测SOC，当SOC小于SOCmin时，停止放电。以此保持母线电压的稳定以及微电网功率的平衡。
附图说明
图1为储能装置电池管理系统图。
图2为储能装置电池管理系统整体结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，一种直流微电网储能装置主从控制系统，包括分布式电源、双向DC/DC变换器、储能装置和控制器系统，分布式电源通过直流母线分别连接负载、双向DC/DC变换器和控制系统，双向DC/DC变换器还连接储能装置，储能装置还连接控制系统，控制系统还连接双向DC/DC变换器。
储能装置包括主控模块、电源模块、抗干扰模块、SOC估算模块、采集模块、LCD显示模块、通信模块和PC机，主控模块分别连接电源模块、抗干扰模块、SOC估算模块、采集模块、LCD显示模块和通信模块，通信模块还连接PC机。
本发明的工作原理是：本文基于直流微电网，以蓄电池储能装置为研究对象，制定主从控制策略。首先对储能装置电池管理系统进行设计，实时采集电池的电流、电压、温度信息，对SOC进行估算；之后对连接母线以及储能装置的双向DC/DC变换器进行控制，根据母线电压以及储能装置SOC状态，通过控制电流的流向来保证母线电压稳定，微电网功率平衡，最后对整体系统进行建模仿真，验证控制的有效性。具体研究内容如下：
1.针对微电网运行环境复杂、电池数量多、充放电电流大、存在电磁干扰的特点，设计储能装置的电池管理系统，对蓄电池的电流、电压、温度以及母线电压进行实时采集。当母线电压不能满足负载需求时，储能装置要作为电源为负载提供电能，因此，利用核主元分析法计算储能装置的SOC，使储能装置充放电都在合理的范围内，防止过充过放现象，达到延长蓄电池使用寿命的目的，并为之后的控制策略提供依据。
2.根据采集到的参数制定主从控制策略。以微电网中分布式电源为从控制，始终保持最大功率输出。而储能装置作为主控制，根据母线电压的变化情况，利用逆推滑模控制方法对双向DC/DC变换器进行模式选择，从而控制储能装置的充放电。
在Matlab/simulink中建立整体系统的模型，模拟微电网母线电压的不同情况，观察控制效果。
1.储能装置电池管理系统研究：
本文针对微电网的特性，以蓄电池作为储能装置的储能元件，设计电池管理系统，实时性方面作为重点研究方向，并且将微电网运行环境的电磁信号干扰考虑在内，在设计电路时对干扰进行滤波处理。建立蓄电池SOC估算模型，利用核主元分析KPCA算法对SOC进行估算。电池管理系统整体结构如图2所示。
2.主从控制策略研究。
根据采集到的参数对储能装置实施主从控制。无论母线电压是否满足负载的需求，微电网中的分布式电源作为从控制，始终保持最大功率输出。而储能装置作为主控制，根据母线电压状态，选择双向DC/DC的工作模式而对储能装置进行充放电控制，使母线电压浮动不超过±20%。
由于直流微电网的非线性特点，本文将逆推控制理论与滑模控制相结合，对双向DC/DC变换器进行逆推滑模控制，使其根据采集到的母线电压自动进行模式选择：当母线电压过高时，控制其进入Buck充电模式，电流从母线侧流向储能装置侧为蓄电池充电，此时监测蓄电池SOC，当SOC达到SOCmax（本文定为90%）时，立即停止充电；当母线电压过低时，控制其进入Boost放电模式，电流从储能装置侧流向母线侧，蓄电池放电，监测SOC，当SOC小于SOCmin（本文定为40%）时，停止放电。以此保持母线电压的稳定以及微电网功率的平衡。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (2)
1.一种直流微电网储能装置主从控制系统，其特征在于，包括分布式电源、双向DC/DC变换器、储能装置和控制器系统，分布式电源通过直流母线分别连接负载、双向DC/DC变换器和控制系统，双向DC/DC变换器还连接储能装置，储能装置还连接控制系统，控制系统还连接双向DC/DC变换器。
2.根据权利要求1所述的一种直流微电网储能装置主从控制系统，其特征在于，所述储能装置包括主控模块、电源模块、抗干扰模块、SOC估算模块、采集模块、LCD显示模块、通信模块和PC机，主控模块分别连接电源模块、抗干扰模块、SOC估算模块、采集模块、LCD显示模块和通信模块，通信模块还连接PC机。
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