一种混合储能系统能量管理策略的制作方法

本发明属于混合储能领域，具体涉及一种混合储能系统能量管理策略。

背景技术：

混合储能的能量管理策略一直是储能系统中的重点和难点，储能元件一般由能量型元件如蓄电池组和功率型元件如超级电容组组成，储能元件实现高效地充放电，并且提高储能元件的使用寿命，一直是混合储能研究中亟待结局的难题。相关技术文献，如公开号为cn109193891a的专利文献公开了一种延长pmsg电池寿命的改进混合储能系统功率分配方法，所述方法包括：计算混合储能系统的存储功率；根据计算出的混合储能系统的存储功率，在电池和电容器之间进行分配，将直流母线额定电压设置为电容器的最优控制电压；根据直流母线电压高于额定值还是低于额定值，确定混合储能系统处于充电还是放电状态；不需要通过任何优化算法来确定功率分配值，减少了响应时间。并考虑了混合储能系统中电容器的最优控制电压（oscv），优先使混合储能系统达到电容器的最优控制电压。上述技术方案对储能元件的过冲和过放保护还不够完善，同时没有考虑储能元件的耐压保护。

针对以上技术问题，故需对其改进。

技术实现要素：

基于现有技术中存在的上述不足，本发明提供一种混合储能系统能量管理策略。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种混合储能系统能量管理策略，所述混合储能系统包括蓄电池、超级电容、第一双向dc/dc变换器、第二双向dc/dc变换器，所述第一双向dc/dc变换器用于对蓄电池进行充放电控制，所述第二双向dc/dc变换器用于对超级电容进行充放电控制，所述能量管理策略包括对第一双向dc/dc变换器的控制策略及第二双向dc/dc变换器的控制策略，如下：

第一双向dc/dc变换器的控制策略：

获取分配到蓄电池的功率px、蓄电池的电压值ux、蓄电池的电流值ix；将蓄电池的功率px、蓄电池的电压值ux进行比值计算得到电流参考值i1，将电流参考值i1与蓄电池的电流值ix进行差值计算并将差额输入第一pi控制器得到电压控制信号，所述电压控制信号通过第一pwm单元形成第一双向dc/dc变换器的第一充放电控制信号；

第二双向dc/dc变换器的控制策略：

获取分配到超级电容的功率pc、超级电容的设置电压uc、超级电容的端电压usc、超级电容的电流值ic；将超级电容的设置电压uc、超级电容的端电压usc进行差值并将差额输入第二pi控制器；将超级电容的功率pc、超级电容的端电压usc进行比值计算得到电流参考值i2，电流参考值i2与超级电容的电流值ic进行差值计算并将差额输入第三pi控制器，所述第二pi控制器和第三pi控制器叠加得到电压外环和电流内环的电压控制信号，所述电压外环和电流内环的电压控制信号通过第二pwm单元形成第二双向dc/dc变换器的第二充放电控制信号。

作为优选方案，所述第一双向dc/dc变换器的控制策略还包括蓄电池的荷电状态保护模块，所述蓄电池的荷电状态保护模块用于根据蓄电池的荷电状态对第一双向dc/dc变换器发出第三充放电控制信号，所述第三充放电控制信号和第一充放电控信号中的充电信号和放电信号通过分别合并输入与门单元得到输出信号控制第一双向dc/dc变换器的充放电，所述第三充放电控制信号产生方式如下：

获取蓄电池的实时荷电状态soc、最小荷电状态socmin、最大荷电状态socmax，并判断：

(1)当soc<socmin时，输出允许充电信号，不允许放电信号；

(2)当socmin<soc<socmax时，输出允许充电信号，允许放电信号；

(3)当socmax<soc时，输出不允许充电信号，允许放电信号。

作为优选方案，所述第二双向dc/dc变换器的控制策略还包括超级电容的耐压保护模块，所述超级电容的耐压保护模块用于根据超级电容的端电压状态对第二双向dc/dc变换器发出第四充放电控制信号，所述第四充放电控制信号和第二充放电控信号中的充电信号和放电信号通过分别合并输入与门单元得到输出信号控制第二双向dc/dc变换器的充放电，所述第四充放电控制信号产生方式如下：

获取超级电容的端电压usc、最小端电压uscmin、最大端电压uscmax，并判断：

(1)当usc<uscmin时，输出允许充电信号，不允许放电信号；

(2)当uscmin<usc<uscmax时，输出允许充电信号，允许放电信号；

(3)当uscmax<usc时，输出不允许充电信号，允许放电信号。

作为优选方案，所述第一双向dc/dc变换器的控制策略还包括第一限幅模块，所述第一限幅模块用于根据蓄电池的电流状态对第二双向dc/dc变换器发出第五充放电控制信号，所述第五控制信号和第一充放电控制信号、第三充放电控信号中的充电信号和放电信号通过分别合并输入与门单元得到输出信号控制第一双向dc/dc变换器的充放电，所述第五充放电控制信号产生方式如下：

将电流参考值i1和蓄电池的电流值ix输入比较器，得到比较结果通过非门单元配合输出：

（1）若蓄电池的电流值ix<电流参考值i1，输出允许充电信号，不允许放电信号；

（2）若蓄电池的电流值ix>电流参考值i1，输出不允许充电信号，允许放电信号。

作为优选方案，所述第二双向dc/dc变换器的控制策略还包括第二限幅模块，所述第二限幅模块用于根据超级电容的电流状态对第二双向dc/dc变换器发出第六充放电控制信号，所述第六控制信号和第一充放电控制信号、第三充放电控信号中的充电信号和放电信号通过分别合并输入与门单元得到输出信号控制第一双向dc/dc变换器的充放电，所述第六充放电控制信号产生方式如下：

将电流参考值i2和超级电容的电流值ic输入比较器，得到比较结果通过非门单元配合输出：

（1）若超级电容的电流值ic<电流参考值i2，输出允许充电信号，不允许放电信号；

（2）若超级电容的电流值ic>电流参考值i2，输出不允许充电信号，允许放电信号。

作为优选方案，所述第一双向dc/dc变换器包括电感l1、开关管s1、开关管s2，所述第二双向dc/dc变换器包括电感l2、开关管s3、开关管s4。

本发明与现有技术相比，有益效果是：本发明一种混合储能系统能量管理策略，一方面在控制蓄电池实现充放电的同时，对蓄电池进行过冲和过放保护，提高蓄电池的使用寿命；另一方面，在保证控制超级电容的同时，对超级电容进行耐压保护，从而提升了整个混合储能系统系统的寿命。

附图说明

图1是本发明一种混合储能系统能量管理策略实施例一的混合储能系统结构示意图；

图2是本发明一种混合储能系统能量管理策略实施例一的蓄电池充放电控制策略图示意图;

图3是本发明一种混合储能系统能量管理策略实施例一的超级电容充放电控制策略图示意图;

其中：a.蓄电池；b.超级电容；c.荷电状态保护模块；d.耐压保护模块;and.与门单元；not.非门单元；pi.pi控制器；dc/dc.双向dc/dc变换器；pwm.pwm单元；s1、s2、s3、s4.开关管；l1、l2.电感；px.蓄电池的功率；ux.蓄电池的电压值；ix.蓄电池的电流值；i1、i2.电流参考值；pc.超级电容的功率;uc.超级电容的设置电压;usc.超级电容的端电压;ic.超级电容的电流值;u总.混合储能系统总输出电压；q1、q3.充电信号输入；q2、q4.放电信号输入。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

实施例一：

如图1-3所示，本发明的一种混合储能系统能量管理策略对混合储能系统中充电和放电管理进行设计，包括混合储能系统，储能元件以能量型元件蓄电池a和功率型元件超级电容b为主,二者连接输出混合储能系统总输出电压u总。其中电感l1、开关管s1、开关管s2组成双向dc/dc1变换器与蓄电池a连接，对蓄电池a进行充放电控制；电感l2、开关管s3、开关管s4组成双向dc/dc2变换器与超级电容b连接，对超级电容b进行充放电控制，能量管理策略包括对第一双向dc/dc变换器的控制策略及第二双向dc/dc变换器的控制策略。

具体的，第一双向dc/dc变换器包括比值计算单元、差值计算单元、第一pi控制器、pwm单元、比较器、与门单元not、两个与门单元and、荷电状态保护模块c；通过第一充放电控制信号、第三充放电控制信号、第五充放电控制信号中的充电信号和放电信号通过分别合并输入与门单元and得到输出信号控制第一双向dc/dc变换器的充放电

其中，第一控制信号产生方式为：

分配到的蓄电池功率px与蓄电池自身的电压值ux的比值通过第一pi控制器，形成了电流参考值i1，然后电流参考值i1与流过蓄电池的电流ix通过做差得到的差额继续通过第一pi控制器形成了电压控制信号,最后通过pwm单元，形成影响双向dc/dc1的导通和关断的信号，即放电信号或充电信号；

第三控制信号产生方式为：

蓄电池a的荷电状态soc对其使用寿命影响巨大，经常性的过冲和过放会导致蓄电池a的使用寿命严重缩短。因此，本文对soc设置了阈值将过冲和过放的危害降低到最小，最终形成了三种工作模式：

(1)当soc<socmin时，储能元件处于过放状态，继续放电将对蓄电池a寿命造成严重的影响，此时充电段输出为1、放电段输出为0，最终形成了充电信号，蓄电池只允许充电，不允许放电。

(2)当socmin<soc<socmax时，储能元件的soc处于正常状态，此时充电段输出为1、放电段输出为1，蓄电池a处于正常工作状态，既可以充电，又可以放电。

(3)当socmax<soc时，储能元件处于过冲状态，充电段输出为0、放电段输出为1，最终形成了放电信号，蓄电池只允许放电，不允许充电。

第五充放电控制信号的产生方式为：

当充放电电流过大时，冲激性的电流会对开关管造成损坏，最终影响控制性能，需要对pi控制器加装限幅模块，通过比价器与与门单元not配合，将电流参考值i1和蓄电池的电流值ix输入比较器，得到比较结果一分为二，一个直接作为充电信号，一个通过与门单元not反正作为放电信号，则：

（1）若蓄电池的电流值ix<电流参考值i1，输出允许充电信号，不允许放电信号；

（2）若蓄电池的电流值ix>电流参考值i1，输出不允许充电信号，允许放电信号。

第一充放电控制信号、第三充放电控制信号、第五充放电控制信号中的充电信号共同输入一个与门单元and，输出结果输入充电信号输入q1中，对第一双向dc/dc变换器进行充电控制；第一充放电控制信号、第三充放电控制信号、第五充放电控制信号中的放电信号共同输入另一个与门单元and，输出结果输入放电信号输入q2中，对第一双向dc/dc变换器进行放电控制。优选的，第三充放电控制信号、第五充放电控制信号可以择一使用或全部省略。

具体的，第二双向dc/dc变换器包括比值计算单元、差值计算单元、第二pi控制器、第二pi控制器、pwm单元、比较器、与门单元not、两个与门单元and、耐压保护模块d；通过第二充放电控制信号、第四充放电控制信号、第六充放电控制信号中的充电信号和放电信号通过分别合并输入与门单元and得到输出信号控制第二双向dc/dc变换器的充放电

其中，第二控制信号产生方式为：

先将超级电容的设置电压uc、超级电容的端电压usc进行差值并将差额输入第二pi控制器，将分配到超级电容的功率pc除以超级电容的端电压usc，形成了电流参考值i2，然后电流参考值i2与超级电容自身电流ic通过做差得到的差额继续通过第三pi控制器形成了电压控制信号，采用电压外环和电流内环的控制方式，最终通过pwm单元，最终影响双向dc/dc2的导通和关断，即放电信号或充电信号；

第四控制信号产生方式为：

超级电容b的充放电控制方式与上文蓄电池a相似，超级电容器虽然容量远远高于普通电容器，但是在耐压能力上却比普通电容器低。超级电容端电压usc如果过高，会导致电容被击穿，甚至发生爆炸。过低则影响超级电容的性能，因此对超级电容端usc设置合理的阈值也是很有必要的：

(1)当usc<uscmin时，端电压usc过低，此时充电段输出为1、放电段输出为0，最终形成充电信号，超级电容只允许充电，不允许放电。

(2)当uscmin<usc<uscmax时，超级电容处于正常工作模式，此时充电段输出为1、放电段输出为1，既可以充电也可以放电。

(3)当uscmax<usc时，端电压usc过高，充电段输出为0、放电段输出为1，最终形成放电信号，超级电容只允许放电，不允许充电。

第六充放电控制信号的产生方式为：

同样地，需要对pi控制器加装限幅模块，通过比价器与与门单元not配合，将电流参考值i2和超级电容的电流值ic输入比较器，得到比较结果一分为二，一个直接作为充电信号，一个通过与门单元not反正作为放电信号，则：

（1）若超级电容的电流值ic<电流参考值i2，输出允许充电信号，不允许放电信号；

（2）若超级电容的电流值ic>电流参考值i2，输出不允许充电信号，允许放电信号。

第二充放电控制信号、第四充放电控制信号、第六充放电控制信号中的充电信号共同输入一个与门单元and，输出结果输入充电信号输入q3中，对第二双向dc/dc变换器进行充电控制；第一充放电控制信号、第三充放电控制信号、第五充放电控制信号中的放电信号共同输入另一个与门单元and，输出结果输入放电信号输入q4中，对第二双向dc/dc变换器进行放电控制。优选的，第四充放电控制信号、第六充放电控制信号可以择一使用或全部省略。

本发明一种混合储能系统能量管理策略，一方面在控制蓄电池实现充放电的同时，对蓄电池进行过冲和过放保护，提高蓄电池的使用寿命；另一方面，在保证控制超级电容的同时，对超级电容进行耐压保护，从而提升了整个混合储能系统系统的寿命。

应当说明的是，以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。