一種電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能量管理系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電池儲(chǔ)能能量管理領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種可應(yīng)用于消峰填谷、平抑波 動(dòng)、計(jì)劃跟蹤等場(chǎng)合的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能量管理系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，電池儲(chǔ)能是解決新能源接入、電網(wǎng)削峰填谷、微網(wǎng)的關(guān)鍵共性技術(shù)。電池儲(chǔ) 能系統(tǒng)的充放電控制由能量管理系統(tǒng)進(jìn)行管理。能量管理系統(tǒng)性能的好壞直接關(guān)系到電池 儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用壽命。
[0003]目前，針對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用于平抑新能源波動(dòng)、削峰填谷、穩(wěn)定微網(wǎng)電壓的研究 很多，其在能量管理方面大多使用基本的限值管理來(lái)保證電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的S0C(Stateof charge，荷電狀態(tài)）不能過(guò)低或過(guò)高，以免嚴(yán)重影響電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用壽命。限值管理的 基本思路是，當(dāng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的S0C達(dá)到設(shè)定的上限或者下限時(shí)，主動(dòng)降低充電功率或者 放電功率，直至停止。這種方式下，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的具體運(yùn)行區(qū)間是由電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行 模式（削峰填谷、平滑功率、調(diào)頻等）、S0C的初始狀態(tài)和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的自耗電率等決定。 只要電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的S0C不越限，能量管理系統(tǒng)就不加干預(yù)，例如，如果S0C上下限分別為 90%和10%，那么電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在S0C為10% -40%的區(qū)間運(yùn)行或者在S0C為53% -65% 的區(qū)間運(yùn)行時(shí)，能量管理系統(tǒng)都是不加干預(yù)的。而實(shí)際上，對(duì)于電池儲(chǔ)能系統(tǒng)而言，要保證 最優(yōu)的循環(huán)壽命，不僅需要盡量避免S0C越限情況的發(fā)生，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的S0C運(yùn)行區(qū)間也 至關(guān)重要。一般而言，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的S0C運(yùn)行區(qū)間以50%為中心對(duì)稱時(shí)對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng) 的壽命最為有利，在S0C為50%時(shí)，其充放電特性才能達(dá)到整體最優(yōu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種有效提高電池儲(chǔ)能系統(tǒng)使用壽命的電池 儲(chǔ)能系統(tǒng)能量管理系統(tǒng)及方法。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能量管理系統(tǒng)，其 特征在于：它包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、平滑濾波模塊、比較模塊和PI調(diào)節(jié)模塊； 所述數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制模式對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的相應(yīng)電氣量進(jìn)行采集， 并將采集到的相應(yīng)電氣量數(shù)據(jù)發(fā)送到所述數(shù)據(jù)處理模塊；所述數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)相應(yīng)的控 制算法對(duì)接收到的相應(yīng)電氣量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到有功、無(wú)功控制指令，并發(fā)送到所述電池 儲(chǔ)能系統(tǒng)；所述平滑濾波模塊對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出的S0C進(jìn)行平滑濾波，得到所述電池儲(chǔ) 能系統(tǒng)的S0C平均值，并發(fā)送到所述比較模塊；所述比較模塊根據(jù)接收到的S0C平均值，與 目標(biāo)S0C中值進(jìn)行比較后得到S0C偏差值，并發(fā)送到所述PI調(diào)節(jié)模塊；所述PI調(diào)節(jié)模塊根 據(jù)接收到的S0C偏差值，得到有功功率調(diào)節(jié)信號(hào)，并發(fā)送到所述電池儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行PI閉環(huán) 調(diào)節(jié)。
[0006] -種電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能量管理系統(tǒng)的管理方法，包括以下步驟：1)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)根 據(jù)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制模式需求采集相應(yīng)電氣量，并發(fā)送到數(shù)據(jù)處理模塊；2)數(shù)據(jù)處理模 塊根據(jù)相應(yīng)控制算法對(duì)采集的相應(yīng)電氣量進(jìn)行處理，得到有功、無(wú)功控制指令P，并發(fā)送到 電池儲(chǔ)能系統(tǒng)；3)平滑濾波模塊根據(jù)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制模式，采用相應(yīng)的濾波方式和濾 波時(shí)間常數(shù)對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的SOC進(jìn)行平滑濾波，得到電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的SOC平均值，并發(fā)送 到比較模塊；4)比較模塊根據(jù)接收到的SOC平均值SOCavg，與目標(biāo)SOC中值比較后得到SOC 偏差值A(chǔ)SOC，并發(fā)送到PI調(diào)節(jié)模塊；5)PI調(diào)節(jié)模塊根據(jù)接收到的SOC偏差值A(chǔ)SOC，得到 有功功率調(diào)節(jié)信號(hào)AP，與步驟2)中得到的有功指令P相加，得到總的有功指令EP輸出到 電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的閉環(huán)控制。
[0007] 所述步驟3)中，根據(jù)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制模式，采用濾波方式和濾波時(shí)間常數(shù)的 原則為：當(dāng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制模式為削峰填谷和計(jì)劃跟蹤時(shí)，采用窗口滑動(dòng)平均濾波，窗 口時(shí)間為1-2個(gè)運(yùn)行周期；當(dāng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制模式為功率平滑、有功調(diào)頻和無(wú)功調(diào)壓 時(shí)，采用一階低通濾波、二階低通濾波或者高階低通濾波，濾波時(shí)間常數(shù)為信號(hào)特征周期的 5-10 倍。
[0008] 本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明由于設(shè)置的電池儲(chǔ)能 系統(tǒng)能量管理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、平滑濾波模塊、比較模塊和PI調(diào)節(jié) 模塊，對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的輸出S0C進(jìn)行平滑濾波，并采用PI調(diào)節(jié)模塊對(duì)輸出的有功功率進(jìn) 行調(diào)節(jié)，使得電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的S0C運(yùn)行在以0. 5為中心的對(duì)稱區(qū)間，保障電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在該 運(yùn)行區(qū)間內(nèi)，內(nèi)阻最小、發(fā)熱最小、壽命最長(zhǎng)，降低了儲(chǔ)能系統(tǒng)的全壽命周期成本。2、本發(fā) 明由于設(shè)置的PI調(diào)節(jié)模塊中，PI系數(shù)的確定綜合考慮了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制模式以及自 身?yè)p耗的影響，故采用本發(fā)明對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能量管理優(yōu)化的同時(shí)，不會(huì)對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng) 的原有控制模式產(chǎn)生大的影響，而且通過(guò)對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)S0C的運(yùn)行區(qū)間的控制，可以使 得電池儲(chǔ)能系統(tǒng)S0C長(zhǎng)期運(yùn)行于最有利于電池壽命和效率的區(qū)間，對(duì)于提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的效 率，延遲使用壽命具有較高的價(jià)值。3、本發(fā)明可以應(yīng)用于所有對(duì)電池儲(chǔ)能的場(chǎng)合，如光伏儲(chǔ) 能系統(tǒng)、風(fēng)電儲(chǔ)能系統(tǒng)、微網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)、電力系統(tǒng)儲(chǔ)能電站等場(chǎng)合，應(yīng)用范圍廣。因而本發(fā)明 可以廣泛應(yīng)用于各種電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理中。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1是本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
【具體實(shí)施方式】
[0010] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0011] 如圖1所示，本發(fā)明電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能量管理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊1、數(shù)據(jù)處理模 塊2、平滑濾波模塊3、比較模塊4和PI調(diào)節(jié)模塊5。數(shù)據(jù)采集模塊1根據(jù)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的 控制模式對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的相應(yīng)電氣量進(jìn)行采集，并將采集到的相應(yīng)電氣量數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù) 據(jù)處理模塊2。數(shù)據(jù)處理模塊2根據(jù)相應(yīng)的控制算法對(duì)接收到的相應(yīng)電氣量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理， 得到有功、無(wú)功控制指令，并發(fā)送到電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。平滑濾波模塊3對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出的 S0C進(jìn)行平滑濾波，得到電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的S0C平均值，并發(fā)送到比較模塊4。比較模塊4根 據(jù)接收到的S0C平均值，與目標(biāo)S0C中值進(jìn)行比較后得到S0C偏差值，并發(fā)送到PI調(diào)節(jié)模 塊5。PI調(diào)節(jié)模塊5根據(jù)接收到的S0C偏差值，得到有功功率調(diào)節(jié)信號(hào)，并發(fā)送到電池儲(chǔ)能 系統(tǒng)進(jìn)行PI閉環(huán)調(diào)節(jié)。
[0012] 本發(fā)明電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能量管理方法包括以下步驟：
[0013] 1)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)1根據(jù)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制模式需求采集相應(yīng)電氣量，并發(fā)送到 數(shù)據(jù)處理模塊2。
[0014] 電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制模式包括削峰填谷、功率平滑、有功調(diào)頻、無(wú)功調(diào)壓、計(jì)劃跟 蹤等應(yīng)用儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)達(dá)成的目標(biāo)。采集的相應(yīng)電氣量包括系統(tǒng)電壓、系統(tǒng)電流、系統(tǒng)有功功 率、系統(tǒng)無(wú)功功率、儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出電流、儲(chǔ)能系統(tǒng)有功功率、儲(chǔ)能系統(tǒng)無(wú)功功率、新能源發(fā)電 電流、新能源發(fā)電有功功率、新能源發(fā)電無(wú)功功率等。
[0015] 2)數(shù)據(jù)處理模塊2根據(jù)相應(yīng)控制算法對(duì)采集的相應(yīng)電氣量進(jìn)行處理，得到有功、 無(wú)功控制指令P，并發(fā)送到電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。
[0016] 3)平滑濾波模塊3根據(jù)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制模式，采用相應(yīng)的濾波方式和濾波時(shí) 間常數(shù)對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的S0C進(jìn)行平滑濾波，得到電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的S0C平均值，并發(fā)送到比 較模塊4。
[0017] 通常采用的濾波方式包括窗口滑動(dòng)平均濾波、一階低通濾波、二階低通濾波或者 高階低通濾波。根據(jù)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制模式，確定具體濾波方式及濾波時(shí)間常數(shù)。當(dāng)控 制模式為削峰填谷和計(jì)劃跟蹤時(shí)，宜采用窗口滑動(dòng)平均濾波，窗口時(shí)間為1-2個(gè)運(yùn)行周期。 當(dāng)控制模式為功率平滑、有功調(diào)頻和無(wú)功調(diào)壓時(shí)，宜采用一階低通濾波、二階低通濾波或者 高階低通濾波，濾波時(shí)間常數(shù)為信號(hào)特征周期的5-10倍。
[0018] 4)比較模塊4根據(jù)接收到的S0C平均值S0Cavg，與目標(biāo)S0C中值比較后得到S0C 偏差值A(chǔ)S0C，并發(fā)送到PI調(diào)節(jié)模塊5。其中，目標(biāo)S0C中值是指控制目標(biāo)S0C范圍的中間 值，通常設(shè)置為0.5。
[0019] 5)PI調(diào)節(jié)模塊5根據(jù)接收到的S0