專利名稱：一種光伏并網(wǎng)發(fā)電的超級電容器和蓄電池混合儲能能量管理電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新能源控制與應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種光伏并網(wǎng)發(fā)電的超級電容器和蓄電池混合儲能能量管理電路。
背景技術(shù)：
在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，光伏陣列由于日照強(qiáng)度、環(huán)境溫度等自然條件的變化而不能持續(xù)、穩(wěn)定地輸出電能，導(dǎo)致光伏發(fā)電系統(tǒng)存在穩(wěn)定性問題，難以很好地跟蹤負(fù)荷的變化。因而，在系統(tǒng)中配置一定容量的儲能裝置對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具有重要意義，儲能裝置能起到穩(wěn)定光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的作用，使得系統(tǒng)在發(fā)電功率或負(fù)荷功率波動較大時，仍然能夠保持較好的穩(wěn)定性，增加系統(tǒng)在信號擾動時的穩(wěn)定性能。
現(xiàn)有技術(shù)中，通常使用蓄電池作為儲能裝置，當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)大信號擾動時，通過由蓄電池放電和對蓄電池充電來釋放或者吸收短時峰值功率，從而確保系統(tǒng)的輸出功率穩(wěn)定。因此，配置適當(dāng)容量蓄電池作為儲能裝置的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)可以提高輸出功率的穩(wěn)定性，還能增加系統(tǒng)的可調(diào)度性，可以在特定的時間提供所需的電能，而不必考慮此時光伏陣列的發(fā)電功率，同時也是解決諸如電壓脈沖、跌落、涌流和瞬時供電中斷等動態(tài)電能質(zhì)量問題的有效途徑之一。然而，由于蓄電池儲能是通過化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)，其老化速度與充放電敏感度，使用壽命與充放電次數(shù)有直接關(guān)系，而在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，光伏陣列的輸出功率會隨日照強(qiáng)度、環(huán)境溫度等自然條件而頻繁變化，蓄電池會進(jìn)行頻繁的充放電，從而導(dǎo)致光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中蓄電池存在老化速度快、壽命短和系統(tǒng)維護(hù)成本高等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一種光伏并網(wǎng)發(fā)電的超級電容器和蓄電池混合儲能能量管理電路，該光伏并網(wǎng)發(fā)電的超級電容器和蓄電池混合儲能能量管理電路，通過同時使用蓄電池和超級電容器作為光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的儲能裝置，通過對蓄電池和超級電容器有效的能量管理，從而大幅度減少蓄電池的充放電次數(shù)，延長蓄電池的使用壽命。為此給出一種光伏并網(wǎng)發(fā)電的超級電容器和蓄電池混合儲能能量管理電路，包括光伏陣列、蓄電池和并網(wǎng)逆變器，光伏陣列通過直流母線與并網(wǎng)逆變器連接，蓄電池接于直流母線的正、負(fù)極之間，在蓄電池與直流母線之間接有第一檢測控制電路；有超級電容器通過第二檢測控制電路接在直流母線的正、負(fù)極之間；
第一檢測控制電路用于當(dāng)檢測到直流母線電壓
Ue相對于期望值CZe的波動大于預(yù)設(shè)值S時，啟用蓄電池進(jìn)行充放電以維持直流母線的電壓穩(wěn)定在期望值 /0 ;第一檢測控制電路用于當(dāng)檢測到直流母線電壓Ue相對于期望值Ue的波動小于預(yù)設(shè)值S時，不接通蓄電池和直流母線；
超級電容器由第二檢測控制電路控制用于維持直流母線的電壓穩(wěn)定在期望值。在直流母線的正、負(fù)極之間接有濾波電容。蓄電池為鉛酸電池或者鎳鎘電池或者鋰電池。當(dāng)Uc <Ug -S時，第一檢測控制電路的輸出電流為 二各(Ue-Us +在)，第二檢測控制電路輸出電流為isc =^(Uc-Ue).,
fcI
^Ue-S<Uc < Uff時第一檢測控制電路輸出電流為Ikad = O，第二檢測控制電路輸出電流為4- U0)
-
^Us <UC Si/e +厶時,第一檢測控制電路的電流為Uad = O，第二檢測控制
電路電流為4— Df0 );
K1
I.
當(dāng)^P時，第一檢測控制電路電流為=—K — ，第
Uc >Ue + Sk2'’
二檢測控制電路電流為4 =-Ift7);
其中，I1為第一檢測控制電路的控制斜率，k2為第二檢測控制電路的控制斜率，、I2為預(yù)設(shè)值。本發(fā)明的一種光伏并網(wǎng)發(fā)電的超級電容器和蓄電池混合儲能能量管理電路的有益效果是，通過同時使用蓄電池和超級電容器作為光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的儲能裝置，利用蓄電池儲容量大、成本低和超級電容器功率密度高、壽命長的特點(diǎn)，對蓄電池和超級電容器進(jìn)
行有效的能量管理，使超級電容器用于持續(xù)維持直流母線電壓穩(wěn)定在期望值CZe，而只在直流母線電壓Ue相對于期望值ITe的波動大于預(yù)設(shè)值J時，才啟用蓄電池進(jìn)行充放
電以維持直流母線的電壓穩(wěn)定在期望值Oe，直流母線電壓CZe相對于期望值CZe的波動
小于預(yù)設(shè)值<5時不需接通蓄電池和直流母線，從而大幅度減少蓄電池的充放電次數(shù)，延長蓄電池的使用壽命。


圖I是一種光伏并網(wǎng)發(fā)電的超級電容器和蓄電池混合儲能能量管理電路的電路示意圖。圖2是蓄電池和超級電容器能量管理控制曲線。圖3是期望值和預(yù)設(shè)值$的生成示意圖。
具體實(shí)施例方式本實(shí)施例的一種光伏并網(wǎng)發(fā)電的超級電容器和蓄電池混合儲能能量管理電路如圖I所示，包括光伏陣列、蓄電池和并網(wǎng)逆變器，光伏陣列通過直流母線與并網(wǎng)逆變器連 接，蓄電池接于直流母線的正、負(fù)極之間，在蓄電池與直流母線之間接有第一檢測控制電路；有超級電容器通過第二檢測控制電路接在直流母線的正、負(fù)極之間；
第一檢測控制電路用于當(dāng)檢測到直流母線電壓相對于期望值i/e的波動大于預(yù)
設(shè)值J時，啟用蓄電池進(jìn)行充放電以維持直流母線的電壓穩(wěn)定在期望值;第一檢測控
制電路用于當(dāng)檢測到直流母線電壓相對于期望值i/e的波動小于預(yù)設(shè)值J時，不接通蓄電池和直流母線；
超級電容器由第二檢測控制電路控制用于維持直流母線的電壓穩(wěn)定在期望值i/e。本發(fā)明的一種光伏并網(wǎng)發(fā)電的超級電容器和蓄電池混合儲能能量管理電路的有益效果是，通過同時使用蓄電池和超級電容器作為光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的儲能裝置，利用蓄電池儲容量大、成本低和超級電容器功率密度高、壽命長的特點(diǎn)，對蓄電池和超級電容器進(jìn)
行有效的能量管理，使超級電容器用于持續(xù)維持直流母線電壓JZe穩(wěn)定在期望值乙『6，而只在直流母線電壓IZc相對于期望值i/e的波動大于預(yù)設(shè)值J時，才啟用蓄電池進(jìn)行充放
電以維持直流母線的電壓穩(wěn)定在期望值Ue，直流母線電壓相對于期望值i/e的波動
小于預(yù)設(shè)值5時不需接通蓄電池和直流母線，從而大幅度減少蓄電池的充放電次數(shù)，延長蓄電池的使用壽命。在直流母線的正、負(fù)極之間接有濾波電容Cl。蓄電池為鉛酸電池或者鎳鎘電池或者鋰電池。成本較低。光伏陣列把太陽能轉(zhuǎn)換為直流電能，并網(wǎng)逆變器把直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能送入市電網(wǎng)。在并網(wǎng)發(fā)電過程中，為了抑制光伏陣列輸出功率波動對并網(wǎng)功率的影響，系統(tǒng)的
控制目標(biāo)設(shè)定為維持直流母線的電壓的穩(wěn)定，即控制直流母線的電壓ITc等于期望值Ue。浩Uc < Ue時，儲能裝置釋放能量使Ue上升-MJc > Ue時，儲能裝置吸收能量使下降?，F(xiàn)有技術(shù)中，通常使用蓄電池作為儲能裝置，當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)大信號擾動時，通過由蓄電池放電和對蓄電池充電來釋放或者吸收短時峰值功率，從而確保系統(tǒng)的輸出功率穩(wěn)定，但是，由于蓄電池儲能是通過化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)，其老化速度與充放電敏感度，使用壽命與充放電次數(shù)有直接關(guān)系，而在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，光伏陣列的輸出功率會隨日照強(qiáng)度、環(huán)境溫度等自然條件而頻繁變化，蓄電池會進(jìn)行頻繁的充放電，從而導(dǎo)致光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中蓄電池存在老化速度快、壽命短和系統(tǒng)維護(hù)成本高等缺點(diǎn)。本發(fā)明是通過同時使用蓄電池和超級電容器作為光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的儲能裝置，利用蓄電池儲容量大、成本低和超級電容器功率密度高、壽命長的特點(diǎn)，對蓄電池和超級電容器進(jìn)行有效的能量管理，從而大幅度減少蓄電池的充放電次數(shù)，延長蓄電池的使用壽命。
本發(fā)明的工作原理如下
蓄電池和超級電容器能量管理控制曲線如圖2所示，其中，&為第一檢測控制電路的控制斜率，k2為第二檢測控制電路的控制斜率，Iimd為第一檢測控制電路的輸出電流，Isc為第二檢測控制電路的輸出電流，其具體控制特性為
(I)當(dāng)<￡/e —各時，蓄電池工作于放電狀態(tài)，第一檢測控制電路的輸出電流為
ihad =超級電容器工作于放電狀態(tài)，第二檢測控制電路輸出電流
^L=I(Uc-Ue)0(2)當(dāng)Ue —厶S Ue < Ue，蓄電池不工作，第一檢測控制電路輸出電流為IeW = O,超級電容器工作于放電狀態(tài)，第二檢測控制電路輸出電流為
I1y iWi 'Mrmm· w V(3)當(dāng)IZe < CZc S Ug +在時，蓄電池不工作，第一檢測控制電路的電流為= O,超級電容器工作于充電狀態(tài)，第二檢測控制電路電流為
hr :::: 丁 d ~ Uii ) (4)當(dāng)Uc >￡/e +谷時蓄電池工作于充電狀態(tài)，第一檢測控制電路電流為= ~(^r — _J)，超級電容器工作于充電狀態(tài)，第二檢測控制電路電流為K2
isc = ~(Uc-Us)0即當(dāng)直流母線的電壓 /σ相對于期望值￡/e的波動在預(yù)設(shè)值J范圍內(nèi)時，只有超
級電容器發(fā)揮儲能或者釋能作用，而當(dāng)直流母線的電壓Ue相對于期望值CZe的波動超過
預(yù)設(shè)值<5范圍時，蓄電池和超級電容器共同發(fā)揮儲能或者釋能的作用。因此預(yù)設(shè)值5的大小與蓄電池的充放電有密切關(guān)系，如果 值設(shè)置過小，蓄電池充放電會過于頻繁，起不到保護(hù)蓄電池的作用，如果δ值設(shè)置過大，雖然會減少蓄電池的充放電次數(shù)，但是直流母線電壓的波動會變大，影響系統(tǒng)性能。如圖3所示，直流母線的電壓期望值￡/e和預(yù)設(shè)值^5由對光伏陣列輸出功率的預(yù)測數(shù)據(jù)Piw、逆變器的輸出功率Pmrf、蓄電池剩余容量JOCigfld以及超級電容器剩余容量 SOCr,共同決定。最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明作了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.一種光伏并網(wǎng)發(fā)電的超級電容器和蓄電池混合儲能能量管理電路，包括光伏陣列、蓄電池和并網(wǎng)逆變器，光伏陣列通過直流母線與并網(wǎng)逆變器連接，蓄電池接于直流母線的正、負(fù)極之間，其特征是，在蓄電池與直流母線之間接有第一檢測控制電路；有超級電容器通過第二檢測控制電路接在直流母線的正、負(fù)極之間； 第一檢測控制電路用于當(dāng)檢測到直流母線電壓Ucj相對于期望值的波動大于預(yù)設(shè)值$時，啟用蓄電池進(jìn)行充放電以維持直流母線的電壓穩(wěn)定在期望值CZe ;第一檢測控制電路用于當(dāng)檢測到直流母線電壓Ue相對于期望值Ue的波動小于預(yù)設(shè)值J時，不接通蓄電池和直流母線； 超級電容器由第二檢測控制電路控制用于維持直流母線的電壓穩(wěn)定在期望值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光伏并網(wǎng)發(fā)電的超級電容器和蓄電池混合儲能能量管理電路，其特征是，在直流母線的正、負(fù)極之間接有濾波電容。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光伏并網(wǎng)發(fā)電的超級電容器和蓄電池混合儲能能量管理電路，其特征是，蓄電池為鉛酸電池或者鎳鎘電池或者鋰電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光伏并網(wǎng)發(fā)電的超級電容器和蓄電池混合儲能能量管理電路，其特征是 當(dāng)
全文摘要
一種光伏并網(wǎng)發(fā)電的超級電容器和蓄電池混合儲能能量管理電路，涉及新能源控制與應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，其在蓄電池與直流母線之間接有第一檢測控制電路；有超級電容器通過第二檢測控制電路接在直流母線的正、負(fù)極之間，通過同時使用蓄電池和超級電容器作為光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的儲能裝置，利用蓄電池儲容量大、成本低和超級電容器功率密度高、壽命長的特點(diǎn)，對蓄電池和超級電容器進(jìn)行有效的能量管理，從而大幅度減少蓄電池的充放電次數(shù)，延長蓄電池的使用壽命。
文檔編號H02J15/00GK102882221SQ20121037344
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者徐海波, 徐順剛 申請人:廣東易事特電源股份有限公司