[发明专利]超级电容组储能均压充放电控制系统及荷电状态估计方法

摘要

本发明属于电力系统储能控制技术领域，尤其涉及一种超级电容组储能均压充放电控制系统及荷电状态估计方法，系统包括：微处理器控制模块、超级电容组测量模块、开关驱动模块、超级电容开关阵列模块、超级电容阵列模块、人机交互模块、直流充电电源模块和SOC模块；方法包括：在状态预测的基础上，基于最小均方误差估计，利用观测方程得到的观测值，对现实状态变量进行修正。本发明基于概率论和电路理论，使用传感器获取的信息，通过控制策略和SOC状态估计，保证整个超级电容器组储能系统工作在最佳状态，使系统安全充放电。与现有超级电容阵列充放电技术相比具有可靠，简单，高效，快速，节能等优点，同时为超级电容阵列的检修提供参考依据。

主权项

1.一种超级电容组储能均压充放电控制系统，其特征在于，包括：微处理器控制模块(1)、超级电容组测量模块(2)、开关驱动模块(3)、超级电容开关阵列模块(4)、超级电容阵列模块(5)、人机交互模块(6)、直流充电电源模块(7)和SOC模块(8)；其中，微处理器控制模块(1)、开关驱动模块(3)、超级电容开关阵列模块(4)、超级电容阵列模块(5)、直流充电电源模块(7)依次相连，超级电容阵列模块(5)、超级电容组测量模块(2)、SOC模块(8)、人机交互模块(6)、微处理器控制模块(1)依次相连，超级电容组测量模块(2)和SOC模块(8)分别与微处理器控制模块(1)相连；所述超级电容开关阵列模块(4)由2m个开关组成，所述超级电容阵列模块(5)由n个超级电容器单体并联为一组，每一组超级电容器与一个开关串后再与另一开关并联组成一个单位，共有m个单位；通过开关的有选择的开断控制，使每组超级电容器处于两种状态：串入主电路充电和与主电路断开悬空不充电；所述超级电容组分为p个子模块，子模块内与子模块间分别通过模块内电压均衡电路与模块间电压均衡电路同时进行电压均衡；所述子模块间的控制方法包括：第一步：从p个串联子模块中同时选取k个子模块来满足对电压的需求，其余p‑k个子模块并未接入主充放电电路；第二步：微处理器控制模块(1)实时对每个超级电容组子模块进行SOC计算，然后对各子模块的SOC值进行排序；第三步：在充电模式时，选取电压较小的k个子模块接入主电路；在放电模式时，选取k个电压值较大的子模块接入主电路；所述子模块内的控制方法包括：在充电过程中，一个周期内，判断：当超级电容器组电压大于等于额定电压时，开关将该超级电容器组从充电电路中断开，同时系统将该超级电容器组从充电过程中删除并标记为充满；当超级电容器组电压小于额定电压时，进一步，求出在充电系统中的平均电压，根据平均电压得到在该状态下的电压最大和最小两个阀值，逐个对在该充电系统中的超级电容器组电压进行判断；阀值计算方法为：根据超级电容器标准充放电曲线和额定电压，在保证安全的条件下取得：V′阀t1＝(V额定‑Vt1)w1V′阀t2＝Vt1×w2V阀max＝Vt1+V′阀t1V阀min＝Vt1‑V′阀t2其中，V′阀t1、V′阀t2为中间量阀值；V额定为超级电容器额定电压；Vt1为充电电压平均值；w1，w2为权重，不同充电阶段不同，其值小于1；V阀max、V阀min为微处理器控制模块(1)调用的阀值；当超级电容器组电压低于最小阀值时，将该超级电容器组从充电系统中删除标记该超级电容器组并发出警告信息；当超级电容器组电压高于最大阀值时，将该超级电容器组从充电电路中断开不充电，系统不删除；当超级电容器组电压大于等于最小阀值且小于等于最大阀值时，认为该超级电容器组正常，串入系统中充电；在放电时，当超级电容器组的电压低于该状态下的最低阀值时，将该超级电容器组从电路和系统中删除；在充放电时，当发现温度大于上限时，认为已经发生故障，将超级电容器组从电路和系统中切除，标记该超级电容器组并发出警告信息；所述系统的控制方法包括：发现故障、处理故障、定时充放电、找出离散较大组和电能状态分析：通过电压传感器和温度传感器得到的异常数据，发现短路、开路故障；发现故障后，通过开关组合切除故障或通过设置预先处理方案进行处理；通过人机交互方式，设定充放电时间，进行定时充放电；开关次数反映超级电容器组的离散度，通过统计开关次数判断具体组的离散度；通过电压值和正常工作的电容器组的总电容对处于该状态下的储能系统的电能总量进行估计。