基于混合储能的直流微电网及其供电方法

发电;变电;配电装置的制造技术1.本发明涉及混合储能供电技术领域，具体涉及一种基于混合储能的直流微电网及其供电方法。背景技术：2.随着大数据、5g，人工智能等新兴产业的发展，海量的数据需要被处理、储存、计算，因此全球数据中心建设数量也随之增长。运营数据中心服务器以及变电设备需要消耗大量的能源，数据中心降低能耗的趋势越来越明显。因此，如何降低数据中心能耗是一个亟待解决的问题。3.现有数据中心供电基本以交流供电的形式，考虑到可在生能源在电网中运用广泛。其中光伏发电具有灵活性、低污染性以及安全性，已成为最具发展潜力的清洁能源，光伏发电会受环境的影响，使其具有一定的波动性和间歇性，导致光伏发电接入微电网会影响稳定性与安全性，为此相关科研人员将储能系统加入微电网中，来解决光伏并网的带来的扰动，考虑到储能不同特性，因此对储能加以适当的控制策略来协调控制微网功率的平衡。技术实现要素：4.考虑到光伏发电单元容易受到环境的影响，容易出现功率的波动等问题。本发明提供一种基于混合储能的直流微电网及其供电方法，将混合储能与光伏结合，提升供电的可靠性和安全性。5.本发明采取的技术方案为：6.基于混合储能的直流微电网，包括：光伏发电单元、蓄电池、超级电容、双向dc/dc变换器、直流母线l0、负载；7.光伏发电单元连接直流母线l0，直流母线l0连接负载；8.直流母线l0连接双向dc/dc变换器，双向dc/dc变换器连接超级电容，超级电容连接蓄电池。9.所述蓄电池由多个锂电池组成的锂电池组构成，其中，锂电池组的正极通过mosfet管q3连接超级电容的正极，锂电池组的负极连接超级电容的负极；10.mosfet管q1与mosfet管q2连接构成串联支路，超级电容的正极连接电感l的一端，电感l的另一端连接所述串联支路的串联节点，电容c与所述串联支路并联，电容c的两端分别连接直流母线l0的正极端、负极端；11.光伏发电单元的正极连接直流母线l0的正极端，光伏发电单元的负极连接直流母线l0的负极端。12.所述蓄电池、超级电容、mosfet管q3构成混合储能单元。13.所述混合储能单元soc设置为5个范围：[0014][0015]本发明一种基于混合储能的直流微电网及其供电方法，技术效果如下：[0016]1)本发明通过对蓄电池、超级电容的soc容量进行细分，将其运行状态五个部分，保证混合储能的参与供电的可靠性和降低混合储能充放电次数。[0017]2)本发明考虑到光伏发电单元容易受到环境的影响，容易出现功率的波动等问题，将混合储能与光伏结合，提升数据中心供电的可靠性。[0018]3)本发明考虑到蓄电池、超级电容的充放电安全问题，设定了混合储能的缓慢策略，进一步提高数据中心供电的安全性。[0019]4)本发明混合储能供电架构，将蓄电池的控制开关降低为一个，进一步降低混合储能变换器使用个数，在经济性有一定的改善。[0020]5)本发明所提及混合储能供电架构，以及混合储能能量状态划分，考虑到数据中心的能耗问题，以及混合储能充放电次数问题，将容量运行状态进行细分，有利数据中心安全运行。[0021]6)本发明采用多电源供电模式，将可再生清洁能源为主要供电电源，以混合储能作为备用，数据中心微电网还可以与电网相连，能够极大地提升直流供电的可靠性。考虑到数据中心负荷，本发明可以工作多种模式，进一步提高供电灵活性。附图说明[0022]图1为基于混合储能直流微电网拓扑图。[0023]图2为混合储能soc划分图。[0024]图3为能量管理策略流程图。[0025]图4为混合储能控制图。[0026]图5为电压/电流控制示意图。具体实施方式[0027]如图1所示，基于混合储能的直流微电网，包括：光伏发电单元1、蓄电池5、超级电容4、双向dc/dc变换器3、直流母线l0、负载2；其中，光伏发电单元1、混合储能单元、以及负载2通过直流母线l0相连。光伏发电单元1、混合储能单元分别同时接入直流母线l0正极、负极。[0028]负载2与上述接法相反，且接入点电势相同，具体连接方式如下：[0029]光伏发电单元1连接直流母线l0，直流母线l0连接负载2；[0030]直流母线l0连接双向dc/dc变换器3，双向dc/dc变换器3连接超级电容4，超级电容4连接蓄电池5。[0031]所述蓄电池5由多个锂电池组成的锂电池组构成，其中，锂电池组的正极通过mosfet管q3连接超级电容4的正极，锂电池组的负极连接超级电容4的负极；[0032]mosfet管q1与mosfet管q2连接构成串联支路，超级电容4的正极连接电感l的一端，电感l的另一端连接所述串联支路的串联节点，电容c与所述串联支路并联，电容c的两端分别连接直流母线l0的正极端、负极端；[0033]单个光伏板组成的光伏发电单元1的正极连接直流母线l0的正极端，光伏发电单元1的负极连接直流母线l0的负极端。[0034]所述蓄电池5、超级电容4、mosfet管q3构成混合储能单元。[0035]光伏发电功率ppv通过直流母线l0流入微网，混合储能功率phess》0时，混合储能放电其能量流入微网；当phess《0,混合储能充电，从微网吸收能量。[0036]工作原理：[0037]本发明首先将蓄电池5、超级电容4的荷电状态soc进行如图2划分，将将混合储能soc设置为5个范围：[0038][0039]采用该方法合理对soc进行细致的划分，可以减少混合储能过充过放的现象，与蓄电池5相比，超级电容4具有能量密度高，充电速率快，额定充放电次数多，所以超级电容4更适合频繁充电。依照图2的划分，本发明所提基于混合储能的直流微电网供电方式能量管理策略如图3所示。[0040]首先，计算混合储能phess，[0041]若phess《0，表示混合储能单元吸收功率，当超级电容socsc≥85％时，超级电容4进入待机状态，此时mosfet管q1、q2断开；当75％≤socsc《85％时，超级电容4进行缓慢充电，此时mosfet管q1开通，q2关断；当超级电容socsc《75％时，超级电容4充电，此时mosfet管q1开通，q2关断；当蓄电池socbat≥85％，蓄电池5进入待机状态，此时mosfet管q3断开；当75％≤socbat《85％时，蓄电池5进行缓慢充电，此时mosfet管q3开通；当蓄电池socbat《75％时，蓄电池5充电，此时mosfet管q3开通。[0042]若phess》0，表示混合储能单元释放功率，当超级电容socsc《15％时，超级电容4进入待机状态，此时mosfet管q1、q2断开；当15％≤socsc《25％时，超级电容4进行缓慢放电，此时mosfet管q2开通，q1关断；当超级电容socsc≥25％时，超级电容4放电，此时mosfet管q1开通，q2关断；当蓄电池socbat《15％时，蓄电池5此时进入待机状态，此时mosfet管q3断开；当15％≤socbat《25％时，蓄电池5进行缓慢放电，此时mosfet管q3开通；当蓄电池socbat≥25％时，蓄电池5放电，此时mosfet管q3开通。[0043]图4为混合储能控制图，首先将混合储能分配功率phess通过低通滤波器，分别得到超级电容分配功率psc、蓄电池分配功率pbat，然后将超级电容socsc、蓄电池socbat输入到能量管理模块中：低通滤波器通过得到储能的混合储能的功率，然后通过图4的连接方式，能量管理模块工作原理如图3所示。[0044](1)若混合储能分配功率phess《0,[0045]当超级电容socsc≥85％，蓄电池socbat≥85％，此时，得到蓄电池参考控制功率pbat_ref、超级电容参考控制功率psc_ref都为零，然后，通过电压/电流控制得到mosfet管q1、q2关断信号s1,mosfet管q3关断信号s7；[0046]当超级电容75％≤socsc《85％，蓄电池75％≤socbat《85％,此时，得到蓄电池参考控制功率p′bat_ref、超级电容参考控制功率p′sc_ref，然后，通过电压/电流控制器得到mosfet管q1开通信号时s3、mosfet管q3开通信号s5，并且混合储能缓慢充电，其中：[0047]p’sc_rd＝k1×p’sc_ref[0048]p’bat_ref＝k1×p’sc_ref[0049]soc(t)为缓慢充电时，某时刻超级电容/蓄电池的荷电状态；[0050]当超级电容socsc《75％，超级电容socsc《75％，此时，得到蓄电池参考控制功率pbat_ref、超级电容参考控制功率psc_ref，然后，通过电压/电流控制得到mosfet管q1开通信号s2，mosfet管q3开通信号s6,混合储能正常充电。[0051](2)若混合储能分配功率phess》0,[0052]当超级电容socsc《15％，蓄电池socbat《15％，此时得到蓄电池参考控制功率pbat_ref、超级电容参考控制功率psc_ref都为零，然后，通过电压/电流控制得到mosfet管q1、q2关断信号s1、mosfet管q3关断信号s7；[0053]当超级电容15％≤socsc《25％，蓄电池15％≤socbat《25％,此时得到蓄电池参考控制功率p′bat_ref、超级电容参考控制功率p′sc_ref，然后，通过电压/电流控制得到mosfet管q2开通信号s4、mosfet管q3开通信号s6，并且超级电容和蓄电池缓慢放电，其中：[0054]p’sc_ref＝k2×p’sc_ref[0055]p’sc_ref＝k2×p’sc_ref[0056]soc(t)为缓慢充电时，某时刻超级电容/蓄电池的荷电状态；[0057]当超级电容socsc》25％，超级电容socsc》25％，此时，得到蓄电池参考控制功率pbat_ref、超级电容参考控制功率psc_ref，然后通过电压/电流控制器得到mosfet管q2开通信号s2、mosfet管q3开通信号s8。









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