储能模块的控制方法及控制终端与流程

1.本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种储能模块的控制方法及控制终端。


背景技术：

2.随着全球能源与环境问题日趋严重，光伏发电技术成为世界各种研究和发展的热点。由于光伏电能具有间歇性和波动性，直接将光伏接入电网会造成电网电能质量的下降。因此，通常在光伏侧设置储能模块，通过储能模块的充放电平抑电网波动。
3.现有技术中，储能模块的充放电通常分开控制，充电时一种控制方式，放电时一种控制方式，需不断在两种控制方式之间切换，控制过程复杂。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种储能模块的控制方法及控制终端，以解决现有技术中储能电池充放电分开控制，控制过程复杂的问题。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种储能模块的控制方法，储能模块包括：电池及双向变流器，电池通过双向变流器与直流母线连接；当电池放电时，双向变流器升压；上述控制方法包括：
6.获取直流母线的电压及电池的电压；
7.将电池给定电压减去电池的电压得到电池电压误差，并将电池电压误差输入第一电压环路，得到第一参考电流；
8.将母线给定电压减去直流母线的电压得到母线电压误差，并将母线电压误差输入第二电压环路，得到第二参考电流；
9.根据预设条件，将第一参考电流或第二参考电流记为目标参考电流；
10.将目标参考电流输入电流环路，得到目标控制量，并根据目标控制量对双向变流器进行控制。
11.第二方面，本发明实施例提供了一种控制终端，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式储能模块的控制方法的步骤。
12.本发明实施例提供一种储能模块的控制方法及控制终端。储能模块包括：电池及双向变流器，电池通过双向变流器与直流母线连接；当电池放电时，双向变流器升压；上述控制方法包括：获取直流母线的电压及电池的电压；将电池给定电压减去电池的电压得到电池电压误差，并将电池电压误差输入第一电压环路，得到第一参考电流；将母线给定电压减去直流母线的电压得到母线电压误差，并将母线电压误差输入第二电压环路，得到第二参考电流；根据预设条件，将第一参考电流或第二参考电流记为目标参考电流；将目标参考电流输入电流环路，得到目标控制量，并根据目标控制量对双向变流器进行控制。本发明实施例中将充电控制和放电控制融为一体，仅通过一种控制方式即可实现充放电，无需根据电池充放电情况切换控制方式，控制过程简单。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1是一种储能模块的拓扑图；
15.图2是本发明实施例提供的一种储能模块的控制方法的实现流程图；
16.图3是本发明实施例提供的一种储能模块与电网连接的拓扑图；
17.图4是本发明实施例提供的一种储能模块的pi控制框图；
18.图5是本发明实施例提供的储能模块的控制装置的结构示意图；
19.图6是本发明实施例提供的控制终端的示意图。
具体实施方式
20.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
21.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
22.参见图2，其示出了本发明实施例提供的一种储能模块的控制方法的实现流程图，同时参考图4，详述如下：
23.图1示出了储能模块11的拓扑图，储能模块11包括：电池111及双向变流器112，电池111通过双向变流器112与直流母线连接；当电池111放电时，双向变流器112升压；上述控制方法包括：
24.s101：获取直流母线的电压ubusfb及电池111的电压ubatfb；
25.s102：将电池给定电压ubatref减去电池111的电压ubatfb得到电池电压误差，并将电池电压误差输入第一电压环路，得到第一参考电流；
26.s103：将母线给定电压ubusref减去直流母线的电压ubusfb得到母线电压误差，并将母线电压误差输入第二电压环路，得到第二参考电流；
27.s104：根据预设条件，将第一参考电流或第二参考电流记为目标参考电流iref；
28.s105：将目标参考电流iref输入电流环路，得到目标控制量，并根据目标控制量对双向变流器112进行控制。
29.本发明实施例中设置两个电压环路，分别将电池电压误差及母线电压误差输入两个电压环路，得到两个参考电流，根据预设条件选择一个参考电流输入电流环路，对双向变流器112进行控制。例如，当电池111充电时，电池111的电压ubatfb不断变化，第一电压环路起作用，第一参考电流被输入电流环路，进行充电控制；反之亦然。本发明实施例将充放电控制融为一体，仅采用一种控制方法即可进行充电控制和放电控制，无需根据电池充放电情况切换控制方式，控制过程简单。
30.其中，由于双向变流器112连接至直流母线，母线给定电压ubusref为电池111放电
时，双向变流器112的额定输出电压；直流母线的电压ubusfb也即电池111放电时，实际采样得到的双向变流器112的实际输出电压。电池111的电压ubatfb为实际采样得到的电池112正负极之间的电压。
31.在一种可能的实施方式中，在s105之前，上述控制方法还可以包括：
32.s106：确定直流母线的电压ubusfb与母线给定电压ubusref的差值，记为第一差值；
33.s107：若第一差值大于第一预设值，且目标参考电流iref大于0，则关闭双向变流器112的驱动；
34.s108：否则执行s105的步骤。
35.同现有的控制方式，输入电流环路的目标参考电流iref小于0时，电池111充电；目标参考电流iref大于0时，电池111放电。但例如当储能模块11应用于光伏系统，在光伏开机时，步骤s101至少s105的控制方法可能会失效。本发明实施例中，当直流母线的电压ubusfb大于母线给定电压ubusref时(第一差值大于第一预设值)，说明直流母线的电压ubusfb偏高，电池111无法继续放电，而若此时目标参考电流iref大于0，仍然指示电池111放电，说明此时上述控制方法失效，关闭双向变流器112的驱动，防止电池111继续放电。
36.在一种可能的实施方式中，第一预设电压可以为15v。
37.具体的，可根据实际应用需求设定第一预设电压的值。
38.在一种可能的实施方式中，在s105之前，上述控制方法还可以包括：
39.s109：确定电池111的电压ubatfb与电池给定电压ubatref的差值，记为第二差值；
40.s1010：若第二差值大于第二预设值，且目标参考电流iref小于0，则关闭双向变流器112的驱动；
41.s1011：否则执行将目标参考电流iref输入电流环路，得到目标控制量，并根据目标控制量对双向变流器112进行控制的步骤。
42.同上，当电池111的电压ubatfb大于电池给定电压ubatref(第二差值大于第二预设值)，说明此时电池111的电压ubatfb已经很高，电池111继续充电会导致过充，不能继续充电。若此时目标参考电流iref小于0，仍然指示电池111充电，说明此时上述控制方法失效，关闭双向变流器112的驱动，防止电池111过充，损坏电池111。
43.在一种可能的实施方式中，第二预设电压可以为2v。
44.具体的，可根据实际应用需求设定第二预设电压的值。
45.在一种可能的实施方式中，参考图3，直流母线还与逆变模块13的第一端及光伏模块12连接；逆变模块13的第二端与电网连接；其中，储能模块11充电时的母线给定电压ubusref，与储能模块11放电时的母线给定电压ubusref不同；
46.逆变模块13的额定直流输出电压，大于储能模块11充电时的母线给定电压ubusref；
47.储能模块11放电时的母线给定电压ubusref，大于光伏模块12的额定输出电压；
48.光伏模块12的额定输出电压大于逆变模块13的额定直流输出电压。
49.本发明实施例中，储能模块11应用于光伏系统，通过设定各个模块的额定输出电压来确定功率回路。电池111充电时，光伏模块12的额定输出电压最大，逆变模块13的额定直流输出电压次之；由此可知，电池111充电时，由光伏模块12和电网共同为电池111供电，
光伏模块12优先供电，电网次之。电池111放电时，优先由电池111供电，其次光伏。本发明实施例中，优先使用光伏供能，同时结合储能模块11平抑电网波动，充分利用可再生能源，节约能源，同时保证了电网的稳定。
50.在一种可能的实施方式中，储能模块11充电时的母线给定电压ubusref＝a-10；储能模块11放电时的母线给定电压ubusref＝a 20；
51.invbusref＝a；pvbusref＝a 10；batbusref＝a 20；
52.其中，invbusref为逆变模块13的额定直流输出电压，pvbusref为光伏模块12的额定输出电压，a为常数。
53.具体的，可根据应用需求设定各个参数的值。
54.在一种可能的实施方式中，上述方法还可以包括：
55.s1012：若储能模块11充电，且光伏模块12的输出功率小于储能模块11的充电功率，则控制逆变模块13为直流母线供电；
56.s1013：若储能模块11充电，且光伏模块12的输出功率不小于储能模块11的充电功率，则控制逆变模块13按照第一功率并网；
57.s1014：若储能模块11放电，则控制逆变模块13按照第二功率并网。
58.本发明实施例中，储能模块11充电时，若光伏模块12的输出功率不够，则由电网通过逆变模块13供能，补充欠缺的能量。若光伏模块12的输出功率除了为储能模块11充电外，还有功率剩余，则可通过逆变模块13并网，将剩余能量回馈给电网。储能模块11放电时，则储能模块11和光伏模块12并网将能量回馈电网。
59.在一种可能的实施方式中，s1013可以包括：
60.1、若光伏模块12的输出功率与储能模块11的充电功率的差值不大于预设功率时，则第一功率等于光伏模块12的输出功率与储能模块11的充电功率的差值；
61.2、若光伏模块12的输出功率与储能模块11的充电功率的差值大于预设功率时，则第一功率等于预设功率；
62.3、控制逆变模块13按照第一功率并网；
63.s1014可以包括：
64.1、若光伏模块12的输出功率与储能模块11的放电功率的和不大于预设功率时，则第二功率等于光伏模块12的输出功率与储能模块11的充电功率的和；
65.2、若光伏模块12的输出功率与储能模块11的放电功率的和大于预设功率时，则第二功率等于预设功率；
66.3、控制逆变模块13按照第二功率并网。
67.本发明实施例中，为防止逆流，设置并网功率极值(预设功率)，若并网的功率大于预设功率，则按照预设功率并网馈电，防止并网功率太大引起逆流。其中，预设功率的值可根据实际应用需求设定。
68.在一种可能的实施方式中，参考图4，s102可以包括：
69.s1021：将电池电压误差输入第一pi控制器，得到第一初始参考电流；将第一初始参考电流输入第一限幅控制器，并将第一限幅控制器的输出乘以-1，得到第一参考电流。
70.将电池电压误差输入第一pi控制器得到第一初始参考电流，并乘以-1，实现电池111的恒压充电控制。
71.在一种可能的实施方式中，参考图4，s103可以包括：
72.s1022：将母线电压误差输入第二pi控制器，得到第二初始参考电流，并将第二初始参考电流输入第二限幅控制器，得到第二参考电流。
73.本发明实施例中，将母线电压误差(也即电池111放电时，双向变流器112的额定输出电压与实际输出电压的差值)输入第二pi控制器，得到第二初始参考电流，实现电池111的恒压放电。
74.其中，第一限幅控制器和第二限幅器均用于限流，限制电池111允许的最大充电电流及最大放电电流。
75.在一种可能的实施方式中，参考图4，预设条件可以为：选取第一参考电流和第二参考电流中较大的值，作为目标参考电流iref。
76.基于以上，第一电压环路和第二电压环路均采用恒压控制方式，可直接选取第一参考电流和第二参考电流中较大的值作为目标参考电流iref。
77.例如，当电池111放电时，电池给定电压ubatref通常大于电池111的电压ubatfb，第一参考电流为负值；由于电池111放电，直流母线的电压ubusfb通常较高，大于母线给定电压ubusref，由此第二参考电流也为负值。但通常电池111电压远小于直流母线的电压ubusfb，因此，第一参考电流大于第二参考电流，第一参考电流为目标参考电流iref，通过第一电压环路控制电池111充电。同理，当电池111放电时，通常第一参考电流小于第二参考电流，通过第二电压环路控制电池111放电。
78.在一种可能的实施方式中，参考图4，s105可以包括：
79.获取双向变流器112的电流ifb；
80.将目标参考电流iref减去双向变流器112的电流ifb，得到电流差值；
81.将电流差值输入第三pi控制器，得到电流控制量，并根据电流控制量生成pwm波对双向变流器进行控制。
82.电流环也可包括限幅，用于限制电流的大小。
83.其中，双向变流器112的电流ifb为实际采样得到的流过双向变流器112的充电电流或放电电流。双向变流器112的电流ifb分正负，用于表示电流的方向。
84.应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
85.以下为本发明的装置实施例，对于其中未详尽描述的细节，可以参考上述对应的方法实施例。
86.图5示出了本发明实施例提供的储能模块的控制装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
87.如图1所示，储能模块11包括：电池111及双向变流器112，电池111通过双向变流器112与直流母线连接；当电池111放电时，双向变流器112升压；参考图5，上述控制装置包括：
88.参数获取模块21，用于获取直流母线的电压ubusfb及电池111的电压ubatfb；
89.第一电压环控制模块22，用于将电池给定电压ubatref减去电池111的电压ubatfb得到电池电压误差，并将电池电压误差输入第一电压环路，得到第一参考电流；
90.第二电压环控制模块23，用于将母线给定电压ubusref减去直流母线的电压
ubusfb得到母线电压误差，并将母线电压误差输入第二电压环路，得到第二参考电流；
91.环路选择模块24，用于根据预设条件，将第一参考电流或第二参考电流记为目标参考电流iref；
92.电流环控制模块25，用于将目标参考电流iref输入电流环路，得到目标控制量，并根据目标控制量对双向变流器112进行控制。
93.在一种可能的实施方式中，上述控制装置还可以包括：
94.第一差值确定模块26，用于确定直流母线的电压ubusfb与母线给定电压ubusref的差值，记为第一差值；
95.第一驱动关闭模块27，用于若第一差值大于第一预设值，且目标参考电流iref大于0，则关闭双向变流器112的驱动；
96.第一跳转模块28，用于否则执行将目标参考电流iref输入电流环路，得到目标控制量，并根据目标控制量对双向变流器112进行控制的步骤。
97.在一种可能的实施方式中，上述控制装置还可以包括：
98.第二差值确定模块29，用于确定电池111的电压ubatfb与电池给定电压ubatref的差值，记为第二差值；
99.第二驱动关闭模块210，用于若第二差值大于第二预设值，且目标参考电流iref小于0，则关闭双向变流器112的驱动；
100.第二跳转模块211，用于否则执行将目标参考电流iref输入电流环路，得到目标控制量，并根据目标控制量对双向变流器112进行控制的步骤。
101.在一种可能的实施方式中，参考图3，直流母线还与逆变模块13的第一端及光伏模块12连接；逆变模块13的第二端与电网连接；其中，储能模块11充电时的母线给定电压ubusref，与储能模块11放电时的母线给定电压ubusref不同；
102.逆变模块13的额定直流输出电压，大于储能模块11充电时的母线给定电压ubusref；
103.储能模块11放电时的母线给定电压ubusref，大于光伏模块12的额定输出电压；
104.光伏模块12的额定输出电压大于逆变模块13的额定直流输出电压。
105.在一种可能的实施方式中，上述控制装置还可以包括：
106.第一功率控制模块212，用于若储能模块11充电，且光伏模块12的输出功率小于储能模块11的充电功率，则控制逆变模块13为直流母线供电；
107.第二功率控制模块213，用于若储能模块11充电，且光伏模块12的输出功率不小于储能模块11的充电功率，则控制逆变模块13按照第一功率并网；
108.第三功率控制模块214，用于若储能模块11放电，则控制逆变模块13按照第二功率并网。
109.在一种可能的实施方式中，第二功率控制模块213可以包括：
110.第一判断单元2131，用于若光伏模块12的输出功率与储能模块11的充电功率的差值不大于预设功率时，则第一功率等于光伏模块12的输出功率与储能模块11的充电功率的差值；
111.第二判断单元2132，用于若光伏模块12的输出功率与储能模块11的充电功率的差值大于预设功率时，则第一功率等于预设功率；
112.第一并网单元2133，用于控制逆变模块13按照第一功率并网；
113.第三功率控制模块214可以包括：
114.第三判断单元2141，用于若光伏模块12的输出功率与储能模块11的放电功率的和不大于预设功率时，则第二功率等于光伏模块12的输出功率与储能模块11的充电功率的和；
115.第四判断单元2142，用于若光伏模块12的输出功率与储能模块11的放电功率的和大于预设功率时，则第二功率等于预设功率；
116.第二并网单元2143，用于控制逆变模块13按照第二功率并网。
117.在一种可能的实施方式中，第一电压环控制模块22可以包括：
118.第一参考电流输出单元221，用于将电池电压误差输入第一pi控制器，得到第一初始参考电流；将第一初始参考电流输入第一限幅控制器，并将第一限幅控制器的输出乘以-1，得到第一参考电流。
119.在一种可能的实施方式中，第二电压环控制模块23可以包括：
120.第一参考电流输出单元231，用于将母线电压误差输入第二pi控制器，得到第二初始参考电流，并将第二初始参考电流输入第二限幅控制器，得到第二参考电流。
121.在一种可能的实施方式中，设条件可以为：选取第一参考电流和第二参考电流中较大的值，作为目标参考电流iref。
122.图6是本发明实施例提供的控制终端的示意图。如图6所示，该实施例的控制终端5包括：处理器50和存储器51。存储器51用于存储计算机程序52，处理器50用于调用并运行存储器51中存储的计算机程序52，执行上述各个储能模块的控制方法实施例中的步骤，例如图2所示的步骤s101至s105。或者，处理器50用于调用并运行存储器51中存储的计算机程序52，实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图5所示模块21至25的功能。
123.示例性的，计算机程序52可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器51中，并由处理器50执行，以完成本发明。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序52在控制终端5中的执行过程。例如，计算机程序52可以被分割成图5所示的模块/单元21至25。
124.控制终端5可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。控制终端5可包括，但不仅限于，处理器50、存储器51。本领域技术人员可以理解，图6仅仅是控制终端5的示例，并不构成对控制终端5的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如控制终端还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
125.所称处理器50可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
126.存储器51可以是控制终端5的内部存储单元，例如控制终端5的硬盘或内存。存储器51也可以是控制终端5的外部存储设备，例如控制终端5上配备的插接式硬盘，智能存储
卡(smart media card，smc)，安全数字(secure digital，sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，存储器51还可以既包括控制终端5的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器51用于存储计算机程序以及控制终端所需的其他程序和数据。存储器51还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
127.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
128.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
129.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
130.在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/控制终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/控制终端实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
131.作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
132.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
133.集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、电载
波信号、电信信号以及软件分发介质等。
134.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。