[发明专利]基于超级电容储能的船用光伏并网能量管理装置

摘要

本发明提供一种基于超级电容储能的船用光伏并网能量管理装置，包括控制单元和存储器，控制单元采集船用光伏发电系统中的超级电容及管理系统CMS、光伏控制器、双向DC/DC变换器和光伏逆变器的数据，采用存储器中预设的能量管理策略输出控制光伏逆变器和双向DC/DC变换器的运行。当超级电容SOC低于设定下限值，光伏逆变器降功率运行；当超级电容SOC高于设定上限值，光伏逆变器增功率运行；当超级电容SOC在上下限之间且光伏发电功率突变大于阈值，光伏逆变器随光伏发电功率按设定的斜率增减输出。本发明依据超级电容的SOC当前值设定不同的能量管理策略，有效地发挥超级电容响应速度快的特性，保证光伏逆变器平稳输出，降低光伏发电间歇性对船舶电网的冲击。

主权项

1.一种基于超级电容储能的船用光伏并网能量管理装置，其特征在于：本装置包括控制单元和存储器，控制单元用于采集船用光伏发电系统中的超级电容及管理系统CMS、光伏控制器、双向DC/DC变换器和光伏逆变器的数据，采用存储器中预设的能量管理策略输出控制光伏逆变器和双向DC/DC变换器的运行；其中，所述的船用光伏发电系统包括光伏电池板、光伏控制器、光伏逆变器、CMS和双向DC/DC变换器；光伏电池板将太阳能转化为直流电经光伏控制器进行最大功率跟踪输出；超级电容经双向DC/DC变换器连接至直流母线；CMS通过CAN总线通讯方式采集超级电容的运行参数并接受双向DC/DC变换器的指令实现超级电容的充放电控制；光伏逆变器将直流母线上的直流电逆变为交流电后并入船舶电网；所述的能量管理策略包括：对采集过来的超级电容SOC当前值进行判断，如果SOC当前值小于设定的下限值，则进入模式一；SOC当前值大于设定的上限值，则进入模式二；SOC当前值大于或等于设定的下限值，且小于或等于设定的上限值，则进入模式三；模式一下，控制逆变器的输出功率P_N以1kW/s的速率递减，直至超级电容的SOC增至SOC₁后进入模式三，若此时超级电容SOC还未达到SOC₁但光伏逆变器的输出功率已经降至额定输出功率的a时，则判断超级电容的SOC是否小于设定的下限危险值，若SOC大于下限危险值，则控制光伏逆变器输出功率P_N为额定输出功率的a，直至超级电容SOC达到SOC₁进入模式三；若SOC小于或等于下限危险值，则光伏逆变器停机，待超级电容充电至SOC达到SOC₁并且光伏发电功率大于逆变器额定输出功率的a时，进入模式三运行；根据光伏发电功率和光伏逆变器的输出功率的差值控制控制双向DC/DC变换器的运行，从而控制超级电容的充放电；模式二下，控制光伏逆变器的输出功率P_N以1kW/s的速率递增，直至超级电容的SOC降至SOC₁后进入模式三，若此时超级电容的SOC还未降至SOC₁但光伏逆变器的输出功率已达到额定输出功率时，则控制逆变器以额定功率输出直至超级电容SOC降至SOC₁后进入模式三；根据光伏发电功率和光伏逆变器的输出功率的差值控制控制双向DC/DC变换器的运行，从而控制超级电容的充放电；模式三的步骤如下：S1、判断数据更新的周期是否开始，如果开始则获取光伏控制器此刻的输出功率P(t)；S2、获取光伏控制器前两个采用周期的输出功率P(t‑1)和P(t‑2)，并计算当前周期功率差值ΔP(t)和上一周期功率差值ΔP(t‑1)，ΔP(t)＝P(t)‑P(t‑1)、ΔP(t‑1)＝P(t‑1)‑P(t‑2)；S3、判断ΔP(t)，若ΔP(t)同时满足以下两个条件，则进入步骤S4，若不满足进入步骤S7，判断的条件为：ΔP(t)＞0且ΔP(t)＞P_S，P_S为光伏功率突变量的阈值；S4、判断ΔP(t‑1)，如果ΔP(t‑1)＞0，则进入步骤S5，否则进入步骤S6；S5、光伏逆变器的设定功率值P_NSET＝P_N+ΔP(t)，其中P_N为光伏逆变器当前输出功率；S6、光伏逆变器的设定功率值其中P_N为光伏逆变器当前输出功率；S7、判断ΔP(t)，若ΔP(t)同时满足以下两个条件，则进入步骤S9，若不满足进入光伏逆变器以当前设定功率运行，并返回程序开始阶段。判断的条件为：ΔP(t)＜0且|ΔP(t)|＞P_S，P_S为光伏功率突变量的阈值；S8、判断ΔP(t‑1)，如果ΔP(t‑1)＞0，则进入步骤S9，否则进入不走S10；S9、光伏逆变器的设定功率值其中P_N为光伏逆变器当前输出功率；S10、光伏逆变器的设定功率值P_NSET＝P_N‑ΔP(t)，其中P_N为光伏逆变器当前输出功率；S11：将光伏逆变器此刻的功率值P_N与光伏逆变器的设定功率值P_NSET引入限速环节；S12：采集设定的变化斜率；S13：P_N作为限速环节的初始值，P_NSET作为最终值，以设定的斜率使P_N追随着P_NSET变化，直至P_N的值达到P_NSET后维持稳定；S14：扫描周期结束，返回程序开始阶段；所述的SOC₁和a均为预设的百分比。