一种园区机器人离网式光储直流充电桩系统及控制方法

技术领域

本发明涉及直流微电网技术领域，具体为一种园区机器人离网式光储直流充电桩系统及控制方法。

背景技术

新能源往往在偏远地区来源丰富，实现并网需要远距离铺设电缆，大量耗费人力物力，并且电能损耗大、经济效益低，而离网式充电桩摆脱了对大电网的依靠，更加智能，在实现自身稳定的前提下，能够为重要设备提供更稳定的服务。

我国是全球第一大机器人市场，随着中国的产业智能化升级对自动化生产的需要，机器人市场潜力得到充分激发，以机器人为代表的人工智能、智能制造产业必将成为中国复兴经济的重要引擎，园区机器人数量激增的同时，如何在机器人自主充电的基础上，进一步实现园区机器人电量、充电模式、电池维护等各项指标的准确控制成为重点。

微电网是指由分布式电源、储能装置、电力电子变换器、负荷、控制与保护设备等按照一定的拓扑结构构成的小型发配电系统。目前针对微电网的研究大都聚焦在微电网的并离网平滑切换，少有对离网情况下电量不足时的分析，缺少具体应用于某种负荷并与微电网相协调的充电控制研究，蓄电池间SOC不均衡，功率分配不精确与母线电压出现偏差等问题仍需改进。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种园区机器人离网式光储直流充电桩系统及控制方法，解决了上述背景技术中所提出的问题。

(二)技术方案

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种园区机器人离网式光储直流充电桩系统及控制方法，包括如下步骤：

步骤1：在传统下垂控制的基础上改进，实现自适应下垂控制；

步骤2：在下垂控制的下垂系数设计环节中，将双曲正切函数与SOC引入下垂系数的设计中；

步骤3：在下垂控制还中加入了辅助电流控制和二次电压控制；

步骤4：设计了一种与母线电压、温度、SOC相协调的充电控制策略。

进一步地，自适应下垂控制，根据所提供的相关物理量，对各个蓄电池下垂系数进行自动调节。

进一步地，下垂系数设计：

进一步地，辅助电流控制和二次电压控制，加入的辅助电流I

进一步地，基于改进的下垂控制策略和直流母线的电压信号，将系统的运行模式分为如下6种；模式1：U

一种园区机器人离网式光储直流充电桩系统，包括光伏单元、储能单元、机器人负荷和甩负荷控制器；所述光伏单元通过升压变换器与直流母线相连，所述储能单元包括超级电容和多个分布式蓄电池，通过升降压变换器与直流母线相连；所述负荷通过降压变换器与直流母线相连，并设计一种全天候充电控制策略；所述甩负荷控制器用于电能不足和充电温度过高时有序切断负荷。

进一步地，如果环境温度低于0℃，则采用I

进一步地，当系统电能不足时，会导致直流母线电压下降，进入甩负荷模式，甩负荷控制器会优先切断充电电流为I

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种园区机器人离网式光储直流充电桩系统及控制方法，具备以下有益效果：

本发明提出一种面向园区机器人的新型离网式光储直流充电桩系统及控制方法，基于直流微电网模式解决光伏波动，电力电子器件低惯性，没有大电网支撑，多种模式频繁切换等众多原因造成的系统不稳定的问题，摆脱对大电网的依靠，提高能量的转换效率，实现自身的稳定运行。对充电控制策略进行设计，实现全天候充电，并且与微电网部分相协调的充电控制策略。

在蓄电池的下垂控制方面，提高电流分配精度，补偿了母线电压出现的偏差，保证蓄电池之间的SOC均衡。通过电力电子变换器对各单元协调控制，实现系统在多种模式下的平滑切换和稳定运行，提供稳定的离网充电服务，同时也能在电量不足的情况下，通过甩负荷控制器实现负载的有序切断。

附图说明

图1是本发明的改进下垂控制示意图；

图2是本发明的改进下垂控制后的SOC示意图；

图3是本发明的改进下垂控制后的功率分配示意图；

图4是本发明的改进下垂控制后的的母线电压示意图；

图5是本发明的整体结构示意图；

图6是本发明的充电控制示意图；

图7是本发明的多阶段恒流充电示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，是系统中蓄电池放电时的下垂控制策略，利用双曲正切函数的特性，将下垂系数限制在一定范围内，并且配合SOC，实现下垂系数自适应调节，在蓄电池放电时，SOC低则会使下垂系数变大，从而释放更少的功率，以达到各个储能SOC快速均衡的目的；在下垂控制中设计了辅助电流，计算各个蓄电池的误差电流，使各个蓄电池的误差电流与平均误差电流相等，从而提高功率分配精度；在下垂控制中还加入二次电压控制，对母线电压的偏差进行补偿。

为了实现蓄电池间的SOC均衡，通常采用库仑计数法估算：

在直流微电网中，下垂控制通常用于在蓄电池之间共享功率。各蓄电池变换器的参考输出电压V

如图2所示，是改进下垂控制后的SOC示意图。

由于存在线路阻抗，会导致电流共享精度降低，所以加入辅助电流控制，目的在于保证各蓄电池的误差电流I

如图3所示，是改进下垂控制后的功率分配示意图。

二次电压控制环节用来补偿母线电压的偏差，将母线的电压参考值与变换器输出电压相比较，经过PI控制器得到母线电压的补偿参数。

如图4所示，是改进下垂控制后的母线电压示意图。

在整体的运行模式方面，设置母线电压的实际运行电压为U

模式1：U

模式2：U

模式3：U

模式4：U

模式5：U

模式6：U

如图5所示，是充电桩的整体结构，光伏单元使用升压变换器，根据直流母线电压信号的变化，通过控制模块使其能够在最大功率点跟踪(MPPT)控制和恒压控制模式下自由切换，通过PWM调制生成升压变换器的驱动信号。

蓄电池使用升降压变换器，根据直流母线电压信号的变化，通过控制模块使其能够在恒流充电、下垂充电、待机模式、下垂放电、恒流放电的控制模式下自由切换，通过PWM调制生成升降压变换器的驱动信号。

超级电容使用升降压变换器，根据直流母线电压信号的变化，通过控制模块使其能够在恒流充电和恒流放电的控制模式下自由切换，通过PWM调制生成升降压变换器的驱动信号。

机器人负荷使用降压变换器，结合环境温度，充电温度，负荷SOC，直流母线电压来进行充电策略的设计。

如图6所示，是系统中负荷单元的充电控制策略，首先根据直流母线电压，判断接入负荷时，母线电压是否高于甩负荷电压，如果不满足条件，则不会进行充电。如果满足条件，则判断环境环境温度是否低于0℃。如果不满足条件，则直接进行基于SOC的四阶段恒流充电。如果满足条件，则采用I

如图7所示，是充电控制策略中的阶段恒流充电，以SOC的数值为基准，由大到小改变充电电流。

当系统电能不足时，会导致直流母线下降，进入甩负荷模式，与多阶段恒流充电的特点相配合，甩负荷控制器会优先切断充电电流为I

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。