[发明专利]一种光伏发电系统锂电池充放电控制方法及系统

说明书

本发明属于光伏发电技术领域，公开了一种光伏发电系统锂电池充放电控制方法及系统，该方法采用双闭环控制，在SOC处于正常范围时实现锂电池的充放电控制；分析双向DC/DC变换器在不同工作模式下锂电池的充放电状态、系统能量的流动方向；通过改进的双向DC/DC变换器电路，在SOC处于异常范围时进行锂电池的过充过放保护控制。本发明在不同工作条件下，对锂电池各种工作模式进行仿真验证，结果验证了锂电池充放电控制策略的有效性。仿真结果表明，光伏组件和锂电池组件可以合理协调的为负载供电，确保直流母线电压稳定。本发明提出的锂电池充放电控制策略结构相对简单，技术实现容易，为进一步推广光伏发电提供了新思路。

技术领域

本发明属于光伏发电技术领域，尤其涉及一种光伏发电系统锂电池充放电控制方法及系统。

背景技术

目前，随着能源危机和环境问题的日益加剧，世界各国都更加关注新能源的发展。近年来，以太阳能为代表的分布式新能源迅速发展，由于大多数新能源分布式发电装置、储能装置以及越来越多的负载使用直流电。因此若采用直流微网架构，可以省去额外的DC/AC变流环节，结构简单且效率更高。

光伏系统因受太阳光照、外界温度等变化的影响，具有间歇性、不稳定性等特点。基于光伏系统的输出功率波动性这一特点,光伏发电系统必须有储能系统作为支撑。

储能系统主要由两部分组成：能量存储单元和双向DC/DC变换器。能量存储单元一般为电池；关于双向DC/DC变换器的研究很多，按照输入端和输出端是否隔离可分为两大类：非隔离型及隔离型。

相比于隔离型双向变换器，非隔离型双向变换器结构简单，采用元器件少，效率高，更适用于电池储能系统。

近些年来，对锂电池的结构、运行方式及控制方法已有大量研究。大部分光伏发电系统中的锂电池储能系统充放电控制和过充过放保护控制是独立的两部分，这两部分独立控制会影响锂电池的能量利用效率。

现有技术提出了几种蓄电池充电方法，并说明了每种方法的优缺点，若选择合适的充电方法，可以提高蓄电池的使用寿命。

现有技术提出一种基于直流母线电压变化的蓄电池充放电控制策略，该控制策略以直流母线电压瞬时值作为输入变量，蓄电池的充放电状态作为输出变量，该方法在光伏发电系统外部环境迅速变化，容易引起误判。

现有技术提出一种基于模糊控制的光伏发电系统蓄电池充放电状态控制策略，控制策略中取蓄电池的端电压、端电压变化和温度变化作为输入变量，蓄电池的充放电状态作为输出变量，该控制方法计算量较大，另外在模糊控制方式中，模糊输入、输出变量取值范围的定义是基于研究者对控制对象的认知经验，由于对于光伏电池认知还不完全成熟，该方法存在一定局限性。

现有技术设计一种直流微网中光伏并离网储能系统，该系统采用隔离型双向全桥DC/DC，并从功率角度分析双向DC/DC变流器在光伏系统中的关键作用，实现光伏并离网系统的多模式运行，但变压器隔离型全桥变换电路开关管数量较多，产生损耗较大，效率相对较低。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有技术充放电控制系统在光伏发电系统外部环境迅速变化，容易引起误判，造成储能电池工作模式的误切换。

(2)现有技术方法计算量较大，技术结构复杂，隔离型全桥变换电路开关管数量较多，产生损耗较大，效率比较低，降低电池使用寿命。

(3)现有控制电路结构无法完全切断锂电池和系统的连接关系，锂电池过充过放时仍会通过续流二极管进行续流，对电池造成损害。

解决以上问题及缺陷的难度为：

(1)如何选择锂电池充放电控制策略的控制变量，使系统不会在外部环境剧烈变化时引起电池工作模式误切换。

(2)如何简化控制方法，简化电路结构，降低损耗，提高效率，延长电池使用寿命。