基于超级电容端电压预先控制的能量管理优化方法
【专利摘要】一种基于超级电容端电压预先控制的能量管理优化方法，首先设定超级电容端电压预先控制的定值，包括高压越限定值Umax、高压限制定值UUpSet、低压越限定值Umin、低压限制定值ULowSet，4个定值将超级电容划分为5个工作区域，包括高压越限区、高压限值区、正常工作区、低压限值区、低压越限区。在高压越限区限制超级电容充电允许放电，在高压限制区减少充电增加放电，以减缓超级电容端电压上升的速度，在正常工作区不调整超级电容的功率期望，在低压限制区减少放电增加充电，以减缓超级电容端电压下降的速度，在低压越限区限制超级电容放电允许充电。本发明能够延长超级电容在网时间，极大的便利了含超级电容的微电网的控制实现，延长超级电容寿命。
【专利说明】基于超级电容端电压预先控制的能量管理优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力电子变频器【技术领域】，具体涉及一种适用于超级电容的端电压预 先控制能量管理优化方法。
【背景技术】
[0002] 在储能系统中，超级电容属于功率型储能装置，输出功率变化范围大、变化速率快 且充放电循环次数多，主要用来补偿可再生能源输出功率中的高频波动分量。
[0003] 为防止超级电容与电池过充放电，一般情况下需对其充放电功率进行限制。传统 控制方法当超级电容电压达到上限时，限制充电允许放电；当超级电容电压达到下限时，限 制放电允许充电。由于超级电容能量密度较小，因此其输出功率越大，输出时间越长，超级 电容的能量越容易达到最大最小限值，其端电压预先控制亦容易达到限值。超级电容端电 压预先控制过高会降低其使用寿命，甚至击穿电容，而其端电压预先控制过低又会导致输 出同等功率时的输出电流过大而引起过热。因此，对超级电容的端电压预先控制进行有效 管理是十分必要的。
【发明内容】
[0004] 为克服现有超级电容控制方法上存在的不足，本发明公开了基于超级电容端电压 预先控制的能量管理优化方法。
[0005] 本发明具体采用以下的技术方案。
[0006] -种基于超级电容端电压预先控制的能量管理优化方法，其特征在于，所述方法 包括以下步骤：
[0007] (1)首先，设定超级电容端电压预先控制的定值，包括高压越限定值umax、高压限制 定值u UpSrt、低压越限定值umin、低压限制定值UtaSrt ;
[0008] (2)根据步骤（1)所设定的高压越限定值Umax、高压限制定值UUpSrt、低压越限定值 Umin、低压限制定值将超级电容的工作区域分为5个部分：高压越限区，高压限制区， 正常工作区，低压限制区，低压越限区；
[0009] (3)检测超级电容的端电压U。，并将超级电容端电压U。与步骤⑴中所设定的超 级电容端电压预先控制的定值进行比较；
[0010] ⑷根据步骤（3)的比较结果，当超级电容端电压U。> Umax，所述超级电容工作在 高压越限区，禁止超级电容充电，允许超级电容放电；
[0011] (5)根据步骤（3)的比较结果，当超级电容端电压Uc满足UUpSet〈U c〈Umax，所述 超级电容工作在高压限制区（6)，则需要减少超级电容充电时间，增加放电时间，以减缓 超级电容端电压上升的速度；(6)根据步骤（3)的比较结果，当超级电容端电压Uc满足 U_Srt彡Uc彡Uupset，所述超级电容工作在正常工作区，不调整超级电容的功率期望；
[0012] (7)根据步骤⑶的比较结果，当超级电容端电压Uc满足Umin〈U c〈UbwSet，所述超级 电容工作在低压限制区，应减少超级电容放电时间，增加超级电容充电时间，以减缓超级电 容端电压下降的速度；
[0013] (8)根据步骤（3)的比较结果，当超级电容端电压Uc > Umax，所述超级电容处于低 压越限区，应禁止超级电容放电，允许超级电容充电。
[0014] 本发明具有以下有益的技术效果：能够延长超级电容在网时间，极大的便利了含 超级电容的微电网的控制实现，延长超级电容寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1是超级电容工作区域划分示意图；
[0016] 图2是基于超级电容端电压预先控制的能量管理优化方法流程图；
[0017] 图3是基于超级电容端电压预先控制的放电控制图；
[0018] 图4是基于超级电容端电压预先控制的充电控制。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。
[0020] 如附图2所示为本发明基于超级电容端电压预先控制的能量管理优化方法流程 图，如附图2所示，所述能量控制方法包括以下步骤：
[0021] 步骤1 :首先，设定超级电容端电压预先控制的定值如附图1所示，包括高压越限 定值Umax (1)、高压限制定值UUpSrt⑵、低压越限定值Umin(3)、低压限制定值(4)。
[0022] 步骤2 :根据端电压预先控制的定值将超级电容工作区域分为5个部分：高压越限 区（5)，高压限制区（6)，正常工作区（7)，低压限制区（8)，低压越限区（9)，如附图1所示。
[0023] 步骤3 :根据所检测的超级电容端口电压U。和步骤1中的电压预先控制区域判断 超级电容的荷电状态所处步骤2中的哪个分区；
[0024] 步骤4 :根据步骤3中计算得到的超级电容所处的分区和接收的功率指令冬，计算 调整后的功率期望乃；，当超级电容端电压U。> Umax，所述超级电容工作在高压越限区（5)， 需要限制超级电容充电允许放电：
[0025] 在本申请中，规定功率方向以流出超级电容为正，即超级电容的功率期望为#， 放电时充电时<<0。当超级电容端电压U c>Umax，为了实现超级电容不允许充 电只允许放电，即时，根据超级电容端电压队所处于的工作区域调整后的功率期望 为^,=<，<<〇时，根据超级电容端电压U。所处于的工作区域调整后的功率期望为 /￡ = 〇。放电调整后的功率期望为放电功率如公式3所示：
[0026]
【权利要求】
1. 一种基于超级电容端电压预先控制的能量管理优化方法，其特征在于： 设定超级电容端电压预先控制的定值，根据定值将超级电容划分为不同的工作区域， 基于不同的工作区域采用不同的充放电控制方式，优化超级电容能量管理。
2. -种基于超级电容端电压预先控制的能量管理优化方法，其特征在于，所述方法包 括以下步骤： (1) 首先，设定超级电容端电压预先控制的定值，包括高压越限定值Umax、高压限制定值 Uupsrt、低压越限定值Umin、低压限制定值Ukjwsrt ; (2) 根据步骤（1)所设定的高压越限定值Umax、高压限制定值Uupsrt、低压越限定值^&、 低压限制定值将超级电容的工作区域分为5个部分：高压越限区，高压限制区，正常 工作区，低压限制区，低压越限区； (3) 检测超级电容的端电压U。，并将超级电容端电压U。与步骤（1)中所设定的超级电 容端电压预先控制的定值进行比较； (4) 根据步骤（3)的比较结果，当超级电容端电压UcSUmax，所述超级电容工作在高压 越限区，禁止超级电容充电，允许超级电容放电； (5) 根据步骤⑶的比较结果，当超级电容端电压Uc满足UUpSrt〈Uc〈Umax，所述超级电容 工作在高压限制区，则需要减少超级电容充电，增加放电，以减缓超级电容端电压上升的速 度； (6) 根据步骤（3)的比较结果，当超级电容端电压Uc满足UtasrtSUcSUupsrt，所述超 级电容工作在正常工作区，不调整超级电容的功率期望； ⑵根据步骤⑶的比较结果，当超级电容端电压Uc满足Umin〈Uc〈UuwSrt，所述超级电容 工作在低压限制区，应减少超级电容放电时间，增加超级电容充电时间，以减缓超级电容端 电压下降的速度； (8)根据步骤（3)的比较结果，当超级电容端电压^SUmax，所述超级电容处于低压越 限区，应禁止超级电容放电，允许超级电容充电。
3. 根据权利要求2所述的能量管理优化方法，其特征在于： 在步骤（5)中，充放电调整后的功率期望为如下1所示：
式中为超级电容接受到的功率期望，为超级电容充放电调整后的功率期望， U。为超级电容端口电压，Umax为超级电容高压越限定值，Uupsrt为超级电容高压限制定值，0 ^k^ 1〇
4. 根据权利要求2所述的能量管理优化方法，其特征在于： 在步骤（7)中，充放电调整后的功率期望为如下式2所示：
式中：#为超级电容接受到的功率期望，为超级电容充放电调整后的功率期望，U。为超级电容端口电压，Ukjwsrt为超级电容低压限制定值，Umin为超级电容低压越限定值， O^k^Io
【文档编号】H02J7/00GK104269903SQ201410538347
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月13日 优先权日:2014年10月13日
【发明者】赵璐璐, 张效宇, 何岩, 韩建, 操丰梅, 张涛, 刘树, 刘志超, 陈建卫, 刘坤, 杜金陵, 刘智全, 王立超 申请人:北京四方继保自动化股份有限公司