[發(fā)明專(zhuān)利]基于單粒子物理模型的光伏/鋰電池混合系統(tǒng)能量控制策略

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910835000.6
• 申請(qǐng)日: 2019-09-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110535178B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪秋婷;沃奇中;戚偉;肖鐸
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué)城市學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): H02J3/38
• 分類(lèi)號(hào): H02J3/38;H02J7/35
• 代理公司: 杭州九洲專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33101
• 代理人: 張羽振

本發(fā)明涉及一種基于單粒子物理模型的光伏/鋰電池混合系統(tǒng)能量控制策略，包括：步驟1.PV?BES混合系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)，包括：光伏板陣列、最大功率點(diǎn)跟蹤控制器、鋰電池組和電子元器件；整個(gè)光伏板陣列和相關(guān)電子元器件表示為一組微分代數(shù)方程，并與鋰電池模型方程集成；步驟2.光伏板陣列建模：建立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(tǒng)的硬件和算法流程設(shè)計(jì)；步驟4.PV?BES混合系統(tǒng)的能量控制策略設(shè)計(jì)；控制光伏板和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)BES之間的功率流。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明能夠有效地實(shí)現(xiàn)控制算法，實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的性能預(yù)測(cè)和魯棒控制，本發(fā)明提出的能量控制算法能夠滿(mǎn)足多項(xiàng)性能指標(biāo)，如零剩余能量、無(wú)過(guò)充現(xiàn)象和保持安全SOC范圍等。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及能量控制領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于單粒子物理模型的光伏/鋰電池混合系統(tǒng)能量控制策略。更具體地說(shuō)，它涉及一種基于物理性能的鋰電池單粒子模型和基于混合階數(shù)有限差分法(Mixed FD)和最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)模式的獨(dú)立光伏/鋰電池儲(chǔ)能混合系統(tǒng)(PV-BES)能量控制策略。

背景技術(shù)

建立太陽(yáng)能光伏發(fā)電廠已成為滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的清潔能源需求的可行措施，采用最優(yōu)運(yùn)行策略的無(wú)電池光伏微電網(wǎng)還可以提供不間斷電能，降低總調(diào)度能源成本。但是目前微電網(wǎng)仍舊需要石化燃料作為輔助能源，對(duì)環(huán)境保護(hù)不利。

研究者提出的鋰電池模型分為兩大類(lèi)：物理模型和等效電路模型(ECM)。Natsheh等人提出一種利用等效電路模擬電池性能的PV-BES混合系統(tǒng)，并利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒⒐夥姵?微電網(wǎng)的新模型。該模型中等效電路模型ECM用于預(yù)測(cè)光伏發(fā)電廠的整體運(yùn)行條件和功率值。但是，等效電路模型ECM依賴(lài)于電阻-電容(RC)網(wǎng)絡(luò)，在動(dòng)態(tài)工況下的控制模塊會(huì)偏離實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。基于物理性能的電池模型包括耦合的偏微分方程，具有較好的可靠性和控制性能，最大限度地提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的壽命和安全性。

PV-BES混合系統(tǒng)的控制策略和功率分配是另一個(gè)值得關(guān)注的研究領(lǐng)域，已有文獻(xiàn)提出最優(yōu)功率控制策略。將電池儲(chǔ)能系統(tǒng)(BES)與獨(dú)立的光伏系統(tǒng)相結(jié)合，設(shè)計(jì)PV-BES混合系統(tǒng)以滿(mǎn)足所有運(yùn)行條件下的負(fù)載需求。鋰電池(LIBs)由于其優(yōu)良的儲(chǔ)能性能和較長(zhǎng)的循環(huán)壽命，廣泛應(yīng)用于PV-BES混合系統(tǒng)中。但是，在PV-BES混合系統(tǒng)的仿真和控制算法中，電池被視為黑匣子，其內(nèi)部狀態(tài)較少考慮，整體能量控制策略也研究較少。

綜上所述，提出一種基于單粒子物理模型的光伏/鋰電池混合系統(tǒng)能量控制策略，就顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于單粒子物理模型的光伏/鋰電池混合系統(tǒng)能量控制策略。

這種基于單粒子物理模型的光伏/鋰電池混合系統(tǒng)能量控制策略，具體包括以下步驟：

步驟1.PV-BES混合系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)；所述模塊包括：光伏板陣列、最大功率點(diǎn)跟蹤控制器、鋰電池組和電子元器件；整個(gè)光伏板陣列和相關(guān)電子元器件表示為一組微分代數(shù)方程，并與鋰電池模型方程集成；

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(tǒng)的硬件和算法流程設(shè)計(jì)；

步驟4.PV-BES混合系統(tǒng)的能量控制策略設(shè)計(jì)；控制光伏板和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)BES之間的功率流。

作為優(yōu)選，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(jù)Frick第二定律如公式(1)，將環(huán)境溫度和太陽(yáng)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(tài)公式為公式(2)，邊界條件公式為公式(3)：

Q_i＝Q_i0；當(dāng)t＝0 (2)