一种孤岛微电网统一SOC平衡控制方法技术

本发明专利技术一种孤岛微电网统一SoC平衡控制方法，通过获取每个分布式储能单元的荷电状态SOC矫正信息，在基于低带宽分布式通信的情况下利用荷电状态SOC矫正信息，调整每个分布式储能单元的下垂系数，通过调整每个分布式储能单元的下垂系数，以调整每个分布式储能单元的角频率参考值，从而使得每个分布式储能单元充放电功率都处于最佳状态，最终实现负载功率的均分和每个分布式储能单元的荷电状态SOC的平衡，以达到一个控制策略同时适用于充电状态下SOC平衡控制和放电状态下SOC平衡控制，使得充、放电模式的控制策略统一化，克服了充放电过程进行控制策略变换所造成系统不稳定的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种孤岛微电网统一SoC平衡控制方法
本专利技术涉及微电网、电能储能系统
，更具体地，涉及一种基于低带宽分布式通信孤岛微电网统一SoC平衡控制方法。
技术介绍
微电网包含各种形式的分布式电源、储能装置、负荷、能量转换装置、监控和保护装置，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，具有孤岛和并网两种运行模式。一方面，微电网可以被视为小型的电力系统，由于其本身具备很好的能量管理功能，可以有效地维持能量在微电网内的优化分配与平衡，保证微电网运行的经济性；另一方面，微电网又可被视为配电系统当中的一个“虚拟”电源或负荷，可对网内分布式电源输出功率协调控制，也可对电网发挥负荷削峰填谷的作用，也可实现微电网同大电网之间的能量双向流动，微电网的提出为提高电力系统供电的可靠性、有效利用可再生能源、减小环境污染及电能损耗以及解决偏远地区供电问题等提供了新的有效途径。孤岛微电网是指微电网脱离大电网独立运行。孤岛微电网孤岛微电网由于脱离了大电网，所以在没有大电网对其进行频率和电压支撑的情况下，其自身必须保证输出电压和频率满足要求，同时还要实现负载功率均分，一般情况下采用下垂控制。但是考虑到大多数可再生能源的间歇性和不确定性，必须配备储能系统来抑制微源输出功率波动。由于微电网中的微源位置分布通常比较分散，通常需给微源配置分布式储能系统DESS(distributedenergystoragesystem：DESS)。分布式储能系统由串联连接的电池单元和接口变换器组成。通常为了提高DESS当中电池分布式储能单元的安全性和延长其使用寿命，必须保证SoC(stateofcharge：SoC)平衡，实现SoC平衡还能避免单独某一个储能模块的过渡使用。因此在实现孤岛微电网当中DESS的SoC平衡至关重要。实现SoC平衡的控制方案可以分为两类：电池管理系统BMS(batterymanagementsystem：BMS)和功率变换器系统PCS(powerconvertersystemPCS)。通过BMS实现SoC平衡的方法在可查文献中主要有：通过对每个储能模块的电池进行动态重构来平衡平均荷电状态，这种方法对DESS性能影响不大同时还避免了潜在的危险状况；另外一种方法是用一种新的电路来实现电池单元之间的快速平衡，这种新的电路可以减少开关器件的数目。然而这两种方法的都是基于BMS来平衡电池串当中的每个电池单元的荷电状态，在微电网中这两种方法不适用于平衡DESS的SoC。基于PCS的SoC平衡方法在可查文献中主要有：直流微电网中基于SoC的下垂控制方法和交流微电网中SoC平衡控制方法，直流微电网中基于SoC的下垂控制方法主要有两种：第一种是通过让有功下垂系数随SoCn成反比变化来实现SoC平衡，但是这种方法只有在DESS处于放电模式下才能实现；第二种是方法在放电模式和充电模式下都可以实现，但是在充电模式和放电模式切换时，需要两种控制策略来随之切换。基于交流微电网的SoC平衡控制方法主要有两种：第一种基于P-f下垂的SoC平衡方法，但是在SoC很小的情况下系统会变得不稳定；第二种是通过使用一种级联的PWM变换器来实现多DESS的SoC平衡，但是这种方法需要集中式通信，在集中式通信网络发生故障时，这种控制方法就会失效。综上所述，寻求一种能克服上述各种方法的缺点且能在充电模式和放电模式下都能作用的SoC平衡方法很有必要。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于低带宽分布式通信的孤岛微电网统一SoC平衡控制方法，以解决现有孤岛微电网中的分布式储能系统SOC平衡控制不稳定及控制策略复杂的技术问题。根据本专利技术的一个方面，提供一种孤岛微电网统一SoC平衡控制方法，包括以下步骤：S1.根据每个分布式储能单元的荷电状态SOC，获取每个分布式储能单元的荷电状态SOC矫正信息；S2.基于每个分布式储能单元的输出有功功率、输出无功功率和荷电状态SOC矫正信息，获取每个分布式储能单元的输出参考电压幅值和角频率参考值；S3.基于每个分布式储能单元的输出参考电压幅值和角频率参考值，通过电压电流双闭环调节，以实现负载功率均分和所有分布式储能系统荷电状态SOC平衡。在上述方案基础上优选，所述步骤S1包括以下步骤：S11.获取每个分布式储能单元的荷电状态SOC；S12.将所述每个分布式储能单元的荷电状态SOC分别和与其相邻分布式储能单元的荷电状态SOC比较，以获得每个分布式储能单元的荷电状态SOC矫正信息。在上述方案基础上优选，所述步骤S12获得每个分布式储能单元的荷电状态SOC矫正信息的表达式为：其中，SOCcorrect_i表示第i个分布式储能单元的荷电状态SoC校正信息，Ω表示与第i个分布式储能单元临近分布式储能单元的集合，SOCi表示第i个分布式储能单元的荷电状态SoC,SOCj为第j个分布式储能单元的荷电状态SoC，kp表示分布式控制器的系数；aij表示数据从第j个分布式储能单元传输到第i个分布式储能单元的通信权重系数，设定相邻的分布式储能单元之间存在通信连接线则aij＝1，j≥i≥1。在上述方案基础上优选，所述SOCi的获取表达式为：其中，SOC0i表示第i个分布式储能单元的荷电状态SOC初始值，Cei表示第i个分布式储能单元的容量，iini表示第i个分布式储能单元的输出电流，dt表示对时间常数的微分。在上述方案基础上优选，所述步骤S2获取每个分布式储能单元的角频率参考值进一步包括；S21.根据每个分布式储能单元的荷电状态SOC矫正信息和对应分布式储能单元的输出有功功率，以获取每个分布式储能单元的调整后下垂系数；S22.基于每个分布式储能单元的调整后下垂系数和对应分布式储能单元的输出有功功率，以得到每个分布式储能单元的实际输出频率基于空载输出频率的下垂量；S23.基于每个分布式储能单元的实际输出频率基于空载输出频率的下垂量和对应分布式储能单元空载情况下的角频率，以得到每个分布式储能单元的角频率参考值。在上述方案基础上优选，所述步骤S21获取每个分布式储能单元的调整后下垂系数的表达式为：Δm＝mi-sgn(Pi)SoCcorrect_i；其中，Δm表示第i个分布式储能单元的调整后下垂系数，mi表示第i个分布式储能单元的有功-频率下垂曲线的下垂系数，Pi表示第i个分布式储能单元的输出有功功率，SoCcorrect_i表示第i个分布式储能单元的荷电状态SOC矫正信息，sgn(Pi)为符号函数，i≥1。在上述方案基础上优选，所述步骤S22获取每个分布式储能单元的实际输出频率基于空载输出频率的下垂量的表达式为：P′i＝Δm*Pi＝[mi-sgn(Pi)SoCcorrect_i]Pi；其中，P′i表示第i个分布式储能单元的实际输出频率基于空载输出频率的下垂量，Δm表示第i个分布式储能单元的调整后下垂系数，mi表示第i个分布式储能单元的有功-频率的下垂系数，Pi表示第i个分布式储能单元的输出有功功率，SoCcorrect_i表示第i个分布式储能单元的荷电状态SOC矫正信息，sgn(Pi)为符号函数，i≥1。在上述方案基础上优选，所述步骤S23获取每个分布式储能单元的角频率参考值的表达式为：ωi＝ω*-Δm*Pi＝ω*-[mi-sgn(Pi)SoCcorrect_i]Pi；其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种孤岛微电网统一SoC平衡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.根据每个分布式储能单元的荷电状态SOC，获取每个分布式储能单元的荷电状态SOC矫正信息；S2.基于每个分布式储能单元的输出有功功率、输出无功功率和荷电状态SOC矫正信息，获取每个分布式储能单元的输出参考电压幅值和角频率参考值；S3.基于每个分布式储能单元的输出参考电压幅值和角频率参考值，通过电压电流双闭环调节，以实现负载功率均分和每个分布式储能单元的荷电状态SOC平衡。

【技术特征摘要】
1.一种孤岛微电网统一SoC平衡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.根据每个分布式储能单元的荷电状态SOC，获取每个分布式储能单元的荷电状态SOC矫正信息；S2.基于每个分布式储能单元的输出有功功率、输出无功功率和荷电状态SOC矫正信息，获取每个分布式储能单元的输出参考电压幅值和角频率参考值；S3.基于每个分布式储能单元的输出参考电压幅值和角频率参考值，通过电压电流双闭环调节，以实现负载功率均分和每个分布式储能单元的荷电状态SOC平衡。2.如权利要求1所述的一种孤岛微电网统一SoC平衡控制方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：S11.获取每个分布式储能单元的荷电状态SOC；S12.将所述每个分布式储能单元的荷电状态SOC分别和与其相邻分布式储能单元的荷电状态SOC比较，以获得每个分布式储能单元的荷电状态SOC矫正信息。3.如权利要求2所述的一种孤岛微电网统一SoC平衡控制方法，其特征在于，所述步骤S12获得每个分布式储能单元的荷电状态SOC矫正信息的表达式为：其中，SOCcorrect_i表示第i个分布式储能单元的荷电状态SoC校正信息，Ω表示第i个分布式储能单元临近分布式储能单元的集合，SOCi表示第i个分布式储能单元的荷电状态SoC,SOCj为第j个分布式储能单元的荷电状态SoC，kp表示分布式控制器的系数；aij表示数据从第j个分布式储能单元传输到第i个分布式储能单元的通信权重系数，设定相邻的分布式储能单元之间存在通信连接线则aij＝1，j≥i≥1。4.如权利要求3所述的一种孤岛微电网统一SoC平衡控制方法，其特征在于，所述SOCi的获取表达式为：其中，SOC0i表示第i个分布式储能单元的荷电状态SOC初始值，Cei表示第i个分布式储能单元的容量，iini表示第i个分布式储能单元的输出电流，dt表示对时间常数的微分。5.如权利要求1所述的一种孤岛微电网统一SoC平衡控制方法，其特征在于，所述步骤S2获取每个分布式储能单元的角频率参考值进一步包括；S21.根据每个分布式储能单元的荷电状态SOC矫正信息和对应分布式储能单元的输出有功功率，以获取每个分布式储能单元的调整后下垂系数；S22.基于每个分布式储能单元的调整后下垂系数和对应分布式储能单元的输出有功功率，以得到每个分布式储能单元的实际输出频率基于空载输出频率的下垂量；S23.基于每个分布式储能单元的实际输出频率基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：粟梅，罗超，施光泽，韩华，孙尧，罗朝旭，柳张杰，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43