本發(fā)明涉及孤立微網(wǎng)技術領域，特別涉及到一種孤立微網(wǎng)中儲能電池的改進硬充電的控制方法。

背景技術：

孤立微網(wǎng)中包括風力發(fā)電、儲能電池、光伏和常規(guī)發(fā)電機組(例如，柴油發(fā)電機、微型燃機輪機等)，還有可再生能源發(fā)電機組(例如，光伏和風力發(fā)電系統(tǒng)等)。當可再生能源發(fā)電機組容量較大時，常需安裝儲能系統(tǒng)(例如，蓄電池)用于穩(wěn)定系統(tǒng)運行電壓和頻率。然而，電池儲能系統(tǒng)投資較大，而且使用壽命短(例如，鉛酸電池的滿充放電循環(huán)次數(shù)僅為600～1000次)。合理利用儲能電池以保證其使用壽命是微網(wǎng)運行控制方法選擇的關鍵。

現(xiàn)有的控制模式可以歸納為兩大類，一類是柴油發(fā)電機主要扮演凈負荷跟隨的角色，柴油機組需要一直保持運行，耗油量較大。另一類是蓄電池主要發(fā)揮凈負荷跟隨作用，即循環(huán)充放，主要包括：柴油機最短運行時間策略、軟充電策略和硬充電策略。對于這三種策略，柴油機組在任何情況下都應滿足其自身的最小運行時間和最小運行功率限制。

柴油機最短運行時間策略控制原則：蓄電池主要用于滿足凈負荷需求，若凈負荷超過蓄電池最大放電功率限制或者蓄電池SOC低于放電下限時，柴油機開啟，在滿足凈負荷需求的同時以柴油機所能提供的最大充電功率給蓄電池充電；若凈負荷為負，即可再生能源輸出功率大于系統(tǒng)內(nèi)負荷功率時，利用可再生能源為蓄電池充電；若充電功率超過蓄電池最大充電功率限制，則需棄掉部分可再生能源功率，這部分功率對應的能量可計為系統(tǒng)浪費能量，并作為策略優(yōu)劣的評價指標之一。而后兩者和前者主要區(qū)別為柴油機退出運行的條件不同，實際上是針對不同情況做出的改進策略。

軟充電策略目的是盡量減少柴油機的啟停次數(shù)，一般適用于配置容量較大蓄電池組的系統(tǒng)，但是有可能引起蓄電池接近滿充而凈負荷又較小時，柴油機組較長時間工作在不經(jīng)濟的低負載狀態(tài)。

硬充電策略可以避免在蓄電池充滿且凈負荷較低條件下，柴油發(fā)電機組較長時間地運行在低負載狀態(tài)。

第二類控制模式中，柴油發(fā)電機與蓄電池可輪流做主電源滿足凈負荷需求，經(jīng)濟性高。然而，此類控制模式中蓄電池的充放電頻繁，蓄電池的充放電循環(huán)次數(shù)多，導致蓄電池的使用壽命較短，使蓄電池的投資大，大大降低了整個孤立微網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟性。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術中的不足，提供一種孤立微網(wǎng)中儲能電池的控制方法，以解決上述問題。

本發(fā)明所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現(xiàn)：

一種孤立微網(wǎng)中儲能電池的控制方法，當蓄電池進入充電狀態(tài)，可再生能源或柴油發(fā)電機組使其一直保持充電，先利用可再生能源對其充電，當不能滿足充電要求時，再啟動柴油發(fā)電機組使蓄電池繼續(xù)保持充電，直到達到設定的蓄電池荷電狀態(tài)(SOC)的充電上限；當蓄電池進入放電狀態(tài)，確保其處于持續(xù)放電狀態(tài)，直到達到設定的蓄電池荷電狀態(tài)(SOC)的放電下限的限制，在放電期間當凈負荷P_net小于零，可再生能源有多余能量時，投入可控負載或舍棄多余部分能量；具體控制方法如下：

(1)判斷蓄電池的充放電狀態(tài)，當蓄電池荷電狀態(tài)(SOC)小于放電下限時，蓄電池進入充電狀態(tài)，否則進入放電狀態(tài)；在不超過蓄電池最大充電功率限制的條件下，根據(jù)蓄電池的充電功率需求，確定可再生能源的投入容量為蓄電池充電；

當可再生能源的功率小于微網(wǎng)負荷，使微網(wǎng)負荷減去可再生能源的功率所得的凈負荷P_net>0時，啟動柴油發(fā)電機組為微網(wǎng)負荷供電，同時給蓄電池充電；否則柴油發(fā)電機組不開啟，并重新進入可再生能源的投入的循環(huán)中；

設定柴油發(fā)電機組的最大輸出功率閾值和最小輸出功率閾值，當柴油發(fā)電機組的功率P小于其最小輸出功率閾值時，根據(jù)柴油發(fā)電機組的最小輸出功率閾值的要求，切除相對應量的可再生能源；當柴油發(fā)電機組的功率大于其最大輸出功率閾值時，則投入可再生能源；

然后，重新判斷柴油發(fā)電機組的功率P是否超過其最大輸出功率閾值，當未超過其最大輸出功率閾值時，判斷蓄電池的充電是否結束；否則，先將柴油發(fā)電機組的功率P設定為其最大輸出功率閾值，并減小蓄電池的充電功率，而后判斷蓄電池的充電是否結束；

當判定蓄電池的充電已經(jīng)結束，則蓄電池進入放電狀態(tài)；否則重新進入啟動柴油發(fā)電機組為微網(wǎng)負荷供電的循環(huán)中；

(2)判斷蓄電池的充放電狀態(tài)，當蓄電池荷電狀態(tài)(SOC)達到充電上限時，蓄電池進入放電狀態(tài)，當此前柴油發(fā)電機組處于啟動狀態(tài)，且滿足了其最小運行時間限制，則柴油發(fā)電機組應停止工作，若未滿足最小運行時間限制，則繼續(xù)運行，直到滿足最小運行時間后停止；

當凈負荷P_net＜0時，切除剩余可再生能源；否則，當凈負荷P_net＞0且凈負荷P_net大于設定的可再生能源投入閾值P1時，則投入可再生能源；

然后判斷蓄電池的放電功率是否超過蓄電池最大放電功率的限制，如果蓄電池的放電功率超過了蓄電池最大放電功率仍無法滿足微網(wǎng)負荷的需求，則先切除未滿足蓄電池的放電功率對應的微網(wǎng)負荷，再重新進入判斷蓄電池的充放電狀態(tài)的循環(huán)；否則直接重新進入判斷蓄電池的充放電狀態(tài)的循環(huán)。

進一步的，所述可再生能源為風機發(fā)電機組，可再生能源投入閾值P1不小于單臺風機的額定功率。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明在蓄電池主要發(fā)揮凈負荷跟隨作用控制模式的基礎上，采用當蓄電池工作在充電狀態(tài)時，在不超過蓄電池最大充電功率限制的條件下，盡可能地利用可再生能源為蓄電池充電；當蓄電池工作在放電狀態(tài)時，無論是通過可再生能源還是柴油發(fā)電機組為蓄電池充電，一旦其達到蓄電池荷電狀態(tài)(SOC)的充電上限，即轉入放電狀態(tài)，此時蓄電池一旦進入放電狀態(tài)，則需保證持續(xù)放電。本發(fā)明能夠降低柴油機運行時間，節(jié)約了柴油發(fā)電機組油耗，提高了經(jīng)濟性能，在保證柴油發(fā)電機組經(jīng)濟運行的同時，充分地考慮了蓄電池投資成本對運行經(jīng)濟性的影響，最大限度地降低了蓄電池充放電的循環(huán)次數(shù)，保證了蓄電池的壽命，節(jié)約了成本，進一步提高了經(jīng)濟性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的孤立微網(wǎng)中儲能電池的控制方法的蓄電池充電環(huán)節(jié)的結構示意圖。

圖2為本發(fā)明所述的孤立微網(wǎng)中儲能電池的控制方法的蓄電池放電環(huán)節(jié)結構示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實施方式，進一步闡述本發(fā)明。

參見圖1和圖2，本發(fā)明所述的一種孤立微網(wǎng)中儲能電池的控制方法，當蓄電池進入充電狀態(tài)，可再生能源或柴油發(fā)電機組使其一直保持充電。先利用可再生能源對其充電，當不能滿足充電要求時，再啟動柴油發(fā)電機組使蓄電池繼續(xù)保持充電，直到達到設定的蓄電池荷電狀態(tài)(SOC)的充電上限。當蓄電池進入放電狀態(tài)，確保其處于持續(xù)放電狀態(tài)，直到達到設定的蓄電池荷電狀態(tài)

(SOC)的放電下限的限制。在放電期間當凈負荷P_net小于零，可再生能源有多余能量時，投入可控負載或舍棄多余部分能量。

本發(fā)明包括蓄電池充電環(huán)節(jié)和蓄電池放電環(huán)節(jié)兩部分，具體控制方法如下：

(1)蓄電池充電環(huán)節(jié)：判斷蓄電池的充放電狀態(tài)，當蓄電池荷電狀態(tài)(SOC)小于放電下限時，蓄電池進入充電狀態(tài)，否則進入放電狀態(tài)。在不超過蓄電池最大充電功率限制的條件下，應盡可能的利用可再生能源為蓄電池充電，此時可以依據(jù)蓄電池的充電功率需求，適當決定可再生能源的投入容量。

當可再生能源的功率小于微網(wǎng)負荷，即凈負荷P_net>0，且此前蓄電池一直處于充電狀態(tài)，則應啟動柴油發(fā)電機組為微網(wǎng)負荷供電，同時給蓄電池充電。此時，應保證柴油發(fā)電機組滿足凈負荷P_net(即指由實際微網(wǎng)負荷減去可再生能源的功率的負荷值，可看作是柴油發(fā)電機組和蓄電池共同需要滿足的凈負荷)需求的條件下，盡可能以蓄電池允許的最大功率為蓄電池充電，柴油發(fā)電機組的功率P可設定為：

P＝P_net+MaxP_charge (公式一)

其中，MaxP_charge為蓄電池允許的最大功率。

當可再生能源的功率大于微網(wǎng)負荷時，柴油發(fā)電機組不開啟，并重新進入可再生能源的投入的循環(huán)中。

在蓄電池未達到設定的蓄電池荷電狀態(tài)(SOC)的充電上限時，一旦柴油發(fā)電機組啟動，即使凈負荷P_net為負值，柴油發(fā)電機組也不退出運行，而是繼續(xù)為蓄電池充電。設定柴油發(fā)電機組的最大輸出功率閾值和最小輸出功率閾值。當凈負荷P_net比較小(甚至小于零)時，可能會出現(xiàn)柴油發(fā)電機組的功率P小于其最小輸出功率閾值，為保證柴油發(fā)電機組工作在允許的功率輸出范圍內(nèi)，需要切除部分可再生能源。反之，如果出現(xiàn)柴油發(fā)電機組的功率大于其最大輸出功率閾值時，則投入可再生能源。如果由于系統(tǒng)凈負荷P_net比較大而使柴油發(fā)電機組的充電功率不能滿足公式一中柴油發(fā)電機組的功率P要求，則可調(diào)整蓄電池的充電功率如下式：

P_charge＝P_Max-P_net (公式二)

其中，P_Max為柴油發(fā)電機組的功率P的最大輸出功率。

然后，重新判斷柴油發(fā)電機組的功率P是否超過其最大輸出功率閾值。當未超過其最大輸出功率閾值時，判斷蓄電池的充電是否結束。否則，先將柴油發(fā)電機組的功率P設定為其最大輸出功率閾值，并減小蓄電池的充電功率，而后判斷蓄電池的充電是否結束。

當判定蓄電池的充電已經(jīng)結束，則蓄電池進入放電狀態(tài)。否則重新進入啟動柴油發(fā)電機組為微網(wǎng)負荷供電的循環(huán)中。

(2)蓄電池放電環(huán)節(jié)：當蓄電池工作在放電狀態(tài)時，無論是通過可再生能源還是柴油發(fā)電機組為蓄電池充電，一旦其達到蓄電池荷電狀態(tài)(SOC)的充電上限，蓄電池即轉入放電狀態(tài)。此時，蓄電池將作為系統(tǒng)主電源用于滿足微網(wǎng)負荷需求。若前柴油發(fā)電機組處于啟動狀態(tài)，且滿足了其最小運行時間限制，則柴油發(fā)電機組應停止工作，若未滿足最小運行時間限制，則繼續(xù)運行，直到滿足最小運行時間后停止。蓄電池一旦進入放電狀態(tài)，則需保證持續(xù)放電。

當凈負荷P_net＜0時，即存在多余可再生能源，則切除剩余可再生能源。當凈負荷P_net＞0時，蓄電池給微網(wǎng)負荷供電，為盡量利用可再生能源，設置可再生能源投入閾值P1，如果凈負荷P_net大于設定的可再生能源投入閾值P1時，則投入可再生能源，以減小蓄電池的放電功率。

然后判斷蓄電池的放電功率是否超過蓄電池最大放電功率的限制。如果蓄電池的放電功率超過了蓄電池最大放電功率仍無法滿足微網(wǎng)負荷的需求，則應先切除部分微網(wǎng)負荷，亦即微網(wǎng)負荷不滿足量，再重新進入判斷蓄電池的充放電狀態(tài)的循環(huán)。否則直接重新進入判斷蓄電池的充放電狀態(tài)的循環(huán)。

可再生能源為風機發(fā)電機組，當然在實際使用的過程中還可以采用光伏發(fā)電機組。為了防止可再生能源投入閾值P1設置較低而造成風機的頻繁投切，可設置可再生能源投入閾值P1大于等于單臺風機的額定功率。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。