[发明专利]一种基于超级电容及锂电池的复合储能系统控制方法

说明书

本发明公开了一种基于超级电容及锂电池的复合储能系统控制方法，基于超级电容及锂电池并联的复合储能直流微网系统，当直流微网系统发生功率突变的情况下类似于机车停机制动及加减速等负载突变过程，根据超级电容的高比功率特性通过预测直流微网电压的变化趋势，以最快速吸收或释放系统所需求的功率，达到快速调节直流母线电压在合理波动范围之内的目的，当系统恢复稳定，则以斜坡慢速转移功率到高比能量的锂电池支路。本发明控制方法既能保证直流母线电压保持正常工作范围，同时也提高直流系统瞬态负载投切时直流微网系统稳定性问题。

技术领域

本发明属于电力电子设备及电力变换技术领域，具体涉及一种基于超级电容及锂电池的复合储能系统控制方法。

背景技术

随着新能源行业在各个领域内的迅猛发展，其中储能以锂电池占主要的部分，给公共直流电网供电。但由于高频负载对锂电池具有较大的损伤，直接影响锂电池的整体使用寿命，不适用于存在大量高频负载系统。目前结合超级电容及锂电复合系统已经逐渐被应用于各式直流系统中，其具备的快速响应特性，对于提高直流系统电压稳定性及优化锂电池寿命等方面具有着重要意义。

传统的锂电系统是由多个电池组直接并联运行，由于锂电池自身模型参数决定了其不适用于带高频负载的电力系统，不但对电池的使用寿命具有较大影响外，还对系统的稳压特性具有较大影响。

在学术领域，一般采用超级电容与锂电池混合并联系统，目前基于超级电容的补偿方案过于简单，学者们已经提出通过在电压误差直接按比例给与一定量的大电流补偿系统电压突变的问题；但是该方法容易导致系统电压振荡等问题，不适用于工程应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，本发明提供一种基于超级电容及锂电池的复合储能系统控制方法，根据直流母线电压变化自动预测快速响应以提高系统瞬态响应特性，不但具备优化系统响应特性问题，而且优化了锂电系统的寿命、可减小母线电容设计等优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于超级电容及锂电池的复合储能系统控制方法，超级电容和锂电池串联成复合储能模块，多个复合储能模块并联形成复合储能直流微网系统，包括如下步骤：

步骤1，检测直流微网系统电压u_new及超级电容支路电流i_cap，实时采样信号；

步骤2，当直流微网系统突加或突卸负载时，直流微网系统电压变化必然会发生跌落或泵升，检测电压u_new前后两个周期的电压变化Vu＝u_new-u_old；

步骤3，根据直流微网系统的电压变化率，通过计算及权重选择合适的电压变化调整系数k_Vu；

步骤4，当电压处于u_ref±u_hys范围内时，只需要锂电池支路输出功率即可满足系统的功率需求；当直流微网系统电压变化率超过u_ref±u_hys范围，则根据各自功率需求调节输出正负功率或0；此外，若连续多个周期出现电压跌落或泵升，则进行调节量累加控制；

步骤5，当直流微网系统突加或突卸负载导致电压不再泵升、跌落或处于u_ref±u_hys范围内时，则表明系统不需要继续增加功率，可以进行超级电容支路输出功率转移的流程，系统以i_slope持续减少超级电容输出功率直至为0；

步骤6，将超级电容支路输出电流指令给到电流内环，再经过电流内环调节后给并网变换器进行控制输出功率。

所述的一种基于超级电容及锂电池的复合储能系统控制方法，其步骤3通过计算及权重选择合适的电压变化调整系数k_Vu的表达式为：