[發明專利]基于單粒子物理模型的光伏/鋰電池混合系統能量控制策略

有效

• 申請號: 201910835000.6
• 申請日: 2019-09-05
• 公開（公告）號: CN110535178B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 汪秋婷;沃奇中;戚偉;肖鐸
• 申請（專利權）人: 浙江大學城市學院
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J7/35
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 張羽振

1.基于單粒子物理模型的光伏/鋰電池混合系統能量控制策略，其特征在于：具體包括以下步驟：

步驟1.PV-BES混合系統模塊設計；所述模塊包括：光伏板陣列、最大功率點跟蹤控制器、鋰電池組和電子元器件；整個光伏板陣列和相關電子元器件表示為一組微分代數方程，并與鋰電池模型方程集成；所述步驟1具體包括以下步驟：

步驟1.1.建立基于物理性能的單粒子等效模型；根據Frick第二定律如公式(1)，將環境溫度和太陽輻射作為光伏模型的輸入，光伏板電壓和電流作為輸出；所述基于物理性能的單粒子等效模型的初始狀態公式為公式(2)，邊界條件公式為公式(3)：

Q_i＝Q_i0；當t＝0 (2)

上式中，t為時間變量，Q_i為正極和負極鋰粒子電量，D_i為粒子直徑，r_i為粒子半徑，i＝n表示負極，i＝p表示正極，Q_i0為鋰粒子電量初值，R_i為臨界半徑值，J_i為粒子能量；

步驟1.2.PV-BES混合系統工作時：

1)若光伏板產生的電能超過負載需求量，將多余電能用于鋰電池充電；能量控制策略管理功率流，避免電池組過充或過放；

2)當荷電狀態SOC達到100％，控制策略使光伏板跳離最大功率點的工作模式，鋰電池與光伏板斷開，光伏板僅產生滿足負載需求的電能；

3)控制策略根據負載需求、太陽輻射和鋰電池荷電狀態SOC值，光伏板選擇正常工作模式；

步驟2.光伏板陣列建模：基于單二極管建立光伏板陣列的等效電路模型；

步驟3.PV-BES混合系統的硬件和算法流程設計；

步驟4.PV-BES混合系統的能量控制策略設計；控制光伏板和電池儲能系統BES之間的功率流。

2.根據權利要求1所述的基于單粒子物理模型的光伏/鋰電池混合系統能量控制策略，其特征在于，所述步驟2具體包括以下步驟：

步驟2.1光伏板陣列的伏安特性公式如下：

上式中，V(t)為輸出電壓，I(t)為輸出電流，I_pv(t)為光伏板電流源，I_sat為飽和電流，V_T為熱電壓，R_s是串聯電阻，R_p為并聯電阻，α為二極管理想常數；

重要參數求解方程如下：

上式中，V_T為熱電壓，k為Boltzmann常數，C_s為串聯連接電容，T為瞬時溫度，q為電子電荷，I_pv(t)為光伏板電流源；I_pv,n為光照產生電流值，K_I為電流系數，T_n為額定溫度，G_n為額定光照，G(t)為瞬時光照，I_sat為飽和電流，I_oc,n為額定短路電流，V_oc,n為額定短路電壓，α為二極管常數；

步驟2.2.建立基于微分代數方程的最大功率點跟蹤算法公式，將光伏板陣列和相關電子元器件表示為微分代數方程：

上式中，P(t)為光伏陣列的輸出功率，I(t)為輸出電流，P(t)和I(t)都是輸出電壓的函數，d()為求導公式；跟蹤算法公式的最終形式為：

上式中，I(t)為輸出電流，V(t)為輸出電壓，I_sat為飽和電流，R_s為串聯電阻，V_T為熱電壓，α為二極管理想常數，R_p為并聯電阻。