[发明专利]一种新能源发电系统的蓄电池组充放电系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及能源与电子技术领域，尤其涉及的是一种用于不稳定新能源发电系统的蓄电池组充放电系统及其控制方法，适用于由风能、波浪能等不稳定新能源与柴油机组成的混合新能源供电系统的储能。

背景技术

世界性的环境污染和能源短缺已经迫使人们加速了对新能源的开发和研究。在寻找和开发新能源的过程中，人们把目光投向了包括太阳能、风能、海洋能和生物质能等可再生能源。在海岛上，风能、波浪能等能源充足，利用这些新能源发电能够节约大量化石类燃料资源。但是目前直接利用风能和海洋能等间歇式不稳定能源在新能源发电上存在一些问题。

风力发电站比别的发电站省钱，天气越恶劣风越大，发电性能越好。但是风能是一种间歇性资源，时有时无不稳定，对于需要提供稳定供电能力的电网来说，需要其他互补能源对风能的此缺点进行补充。而波浪能是海洋表面波浪所具有的动能和势能，是海洋能源中一种能量最不稳定且变化无规律的可再生能源。由于风能和波浪能的不稳定性，因此必须增加蓄电池，起到稳定电网电压、储存能量和移峰填谷的重要作用。但是目前很多大规模储电系统中，电池只是串联成组使用，缺乏对蓄电池科学的管理和维护，充放电控制不合理，导致单体蓄电池过充或过放，容量和性能快速下降。

现在海岛上常用的独立式混合能源发电系统，如图1所示，由作为能量来源的风力发电机101和波浪能装置102、一个蓄电池组103、电池管理系统104和柴油机105组成。其基本工作状态是在有风天气和海水波浪较大时对蓄电池进行充电并给用户供电，在无风或无波浪情况下蓄电池给用户供电，蓄电池的充放电由集中控制器完成。但在实际应用中，采用这种系统存在以下问题：

1)在不稳定新能源组成的储电系统中，蓄电池只在有能量供应时存储能量，这势必造成蓄电池长期处于充不满的欠佳状态，长期欠充电的蓄电池会出现负极板不可逆转的硫酸盐化现象，之后即使在有持续能量的情况下，也难以再次充满。并且蓄电池的充放电循环次数是有限的，设计寿命为20-25年的密封式蓄电池的实际工作寿命只有5-6年，这样蓄电池的使用寿命大大缩短。

2)一般而言，在给电池充电时，如果新能源没有能量供应或者新能源断续供能，就必须打开柴油机。一般给电池充电需要5～7个小时，柴油机一次需要开启7个小时，耗油量大，与新能源开发初衷相背。

3)在一个蓄电池组组成的系统中，当单体蓄电池出现故障时，在线更换电池也是一个亟待解决的问题。

其实这些问题在太阳能光伏系统等新能源混合微网发电系统中都存在。

针对蓄电池使用寿命问题，在专利CN 101651239A(《对多组蓄电池充电方法和其控制系统》)中，提出了一种用于太阳能和风能混合系统的蓄电池充电控制方法。每个充电周期对多组蓄电池重新进行排序，多组蓄电池在不同的充电周期轮流排序作为第一蓄电池。由于太阳能相比于风能和波浪能是更稳定能源，对于蓄电池的充电和放电控制相对简单，所以这一充电控制方法只适用于太阳能光伏发电系统。另外，此专利只针对多组蓄电池充电方式展开研究，没有提及蓄电池放电控制，而蓄电池的放电方式同样影响电池使用寿命。

针对充放电控制方法，专利CN 101917014A(《一种平滑风电场功率波动的蓄电池充放电控制方法》)中，提出了比较有功功率和电网允许上下限，决定蓄电池的充放电，如果有功功率在电网允许上下限之间，蓄电池就会退出运行。在专利CN 1697281A(《电动自行车、电动摩托车铅酸蓄电池组的放电控制联接方法》)中，提到将控制系统与铅酸蓄电池组两端联接为直接联接每一只蓄电池的正负极，放电时随时检测、控制蓄电池组中每一只蓄电池的电压、电流，以延长电池组循环寿命。这两种充放电控制方法只适用于单组蓄电池作为储能单元的运用场合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新能源发电系统的蓄电池组充放电系统及其控制方法，旨在解决现有的不稳定新能源组成的大容量混合储能系统的蓄电池寿命问题。

为了实现这样的目的，在本发明技术方案如下：

一种新能源发电系统的蓄电池组充放电系统，其中，包括直流总线、充电模块、多个蓄电池组、集中控制器、多个拨动开关和多个电池管理系统，所述蓄电池组的容量和端电压相同，所述每个蓄电池组通过一个拨动开关连接充电模块或直流总线，所述充电模块连接在直流总线上，在每个蓄电池组上还连接有一电池管理系统，所述集中控制器连接充电模块和拨动开关，所述电池管理系统用于判断电池容量，当需要充电或放电时，通过集中控制器控制拨动开关，完成充放电动作。