一种基于一致性的光储直流微电网分布式协同控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于一致性的光储直流微电网分布式协同控制方法，该方法考虑了储能单元的功率越限以及光储电池、储能单元和可控负载间的协同控制，采取分层的控制策略，包括一次控制和二次控制。一次控制采取传统的下垂控制，实现对储能单元的功率分配；二次控制采用一致性算法，通过产生电压修正量，补偿一次传统下垂控制可能出现的电压偏差，使各储能单元出口母线电压的平均值达到了电压参考值，有效提高了系统的电压水平，并且实现不平衡功率在储能单元间依SOC实时状态进行分配。本发明专利技术解决了传统分布式控制存在误差的弊端，提高了电压调节和功率分配的控制精度。

A distributed cooperative control method for light storage and direct current microgrid based on consistency

The invention discloses an optical storage based on the consistency of the DC micro grid distributed cooperative control method, this method considers the energy unit power limit and light storage battery, storage unit and controllable load coordinated control, take control of hierarchical strategy, including a control and two control. Take control of a conventional droop control, realize the power distribution of the storage unit; the two is controlled by the consistency algorithm by generating voltage correction compensation, a traditional droop control voltage deviation may appear, the average value of the energy storage unit of export bus voltage to the voltage reference value, can effectively improve the the voltage level of the system, and the realization of unbalanced power in the storage unit by SOC real-time state distribution. The invention solves the disadvantages of the traditional distributed control, and improves the control precision of voltage regulation and power distribution.

【技术实现步骤摘要】
一种基于一致性的光储直流微电网分布式协同控制方法
本专利技术属于电气工程
，更具体地说，涉及一种基于一致性的光储直流微电网分布式协同控制方法。
技术介绍
间歇性可再生能源和储能系统，如光伏电池和蓄电池，在直流系统中的应用，推动了直流微网的发展。相比于交流微网，直流微网不存在同步、无功功率传输、谐波电流及逆变器损耗等问题，避免了因繁杂的DC/AC变换而产生过多损耗的问题。直流微网技术已广泛应用于船舶系统，家庭用电系统和远程通讯系统。但由于可再生能源存在间歇性，同时负载存在不可预测的波动，导致直流微网中可能出现瞬时的功率不平从而影响直流母线电压的稳定。为平抑系统中的功率波动，保持供需平衡，通常会在孤立的微网中采用储能装置直流微网在孤网模式下，储能装置可以消除可再生能源与负载之间的功率差额，因此合理的储能控制策略对于提高微网运行的可靠性和可再生能源利用率十分必要。储能装置在微电网中面临的主要挑战是建立有效控制分布式储能装置的策略。在分布式网络中，各个分布式电源处均需安装储能单元BSU，多个BSU同时工作时，若不对其进行有效控制，会出现功率分配不合理，储能电池过充或者过放，母线电压跌落等问题。传统的集中式控制和分散式控制通常采用多个储能装置协调工作。在集中式控制中，一旦中央控制器发生故障，整个储能系统均将受到影响不能正常工作，可靠性较低。而分散式控制存在电压调节能力和负载分配能力差的问题，存在较大误差，特别是当线路阻抗不可忽略时，分散式控制将会降低系统的电能质量。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种基于一致性的光储直流微电网分布式协同控制方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于一致性的光储直流微电网分布式协同控制方法，包括以下步骤：步骤S010，根据相邻节点的平均电压值以及本节点电压的采样值，计算本节点的平均电压值vavgi；步骤S020，根据储能单元内蓄电池的荷电状态和输出功率的采样值，并考虑储能电池功率越限的因素，计算蓄电池的状态变量xi；步骤S030，采用积分器，以第i个储能单元内蓄电池的状态变量xi和与之通信的第j个复合储能单元内蓄电池的状态变量xj的差值作为输入信号，获取用于调节荷电状态的蓄电池参考电压修正量Δvxi；步骤S040，采用PI控制器，以第i个节点的平均电压vavgi与母线参考电压vref的差值作为输入信号，获取用于调节母线平均电压的参考电压修正量Δvvi；步骤S050，将用于调节荷电状态的蓄电池参考电压修正量Δvxi、用于调节母线平均电压的参考电压修正量Δvvi和母线参考电压vref相加，形成一次控制的电压给定值步骤S060，根据所述电压给定值采用基于下垂控制的一次控制，生成控制DC/DC变换器的PWM信号。步骤S070，当储能电池SoC达到上限时，通过控制端口参考电压，光伏电池从MPPT模式切换到削减模式；当储能电池SoC达到下限时，启动切负荷装置。优选地，在所述步骤S010中，第i个节点的平均电压为其中，vdci是第i个储能单元的出口母线电压，aij是第i个储能单元与第j个储能单元之间的通讯权重，aij>0表示第i个储能单元与第j个储能单元之间能相互交换信息，aij＝0表示两者之间不能相互通讯；vavgj是指与第i个储能单元相邻的储能单元j的平均电压值，j∈Ni，Ni是与第i个储能单元相互通讯的储能单元的集合。优选地，在所述步骤S020中，第i个储能单元的状态变量xi为：其中，PBSUi是第i个储能单元的输出功率，SoCi是指第i个储能单元的荷电状态，SoCmin是储能单元正常工作时荷电状态的下限，SoCmax是储能单元正常工作时荷电状态的上限，PHi＝Pmaxi-Pmarg，PLi＝Pmini+Pmarg，Pmaxi是第i个储能单元允许输出的最大极限功率，Pmini是第i个储能单元允许输出的最小极限功率，Pmarg是电池输出功率距极限值的裕度，xavg为xi的平均值，kmi为保证储能单元的输出功率不超过给定值的系数，F(SoCi)是与第i个储能单元的荷电状态相关的函数，优选地，在所述步骤S030中，用于调节荷电状态的蓄电池参考电压修正量为其中，kIX为积分器的积分系数，aij是第i个储能单元与第j个储能单元之间的通讯权重，aij>0表示第i个储能单元与第j个储能单元之间能相互交换信息，aij＝0表示两者之间不能相互通讯。优选地，在所述步骤S040中，用于调节母线平均电压的参考电压修正量为Δvvi＝kP(vref-vavgi)+kI∫(vref-vavgi)dt，其中，kP为PI控制器的比例系数，kI为PI控制器的积分系数。优选地，在所述步骤S050中，经二次控制修正后，一次控制的电压给定值为优选地，在所述步骤S060中，经下垂控制得到的各储能单元的端口的母线电压为其中，ri是第i个储能单元对应控制器的下垂系数，idci是第i个储能单元的电感电流。优选地，在所述步骤S060中，一次控制采用电压电流双闭环控制方式：(a)将直流母线电压的实际值与由下垂控制决定的期望值的差值经电压外环控制器GV(s)得到电感电流的参考值；(b)将电感电流的参考值与实测值之差经电流内环控制器GI(s)得到一组调制信号；(c)将所述电感电流的参考值和调制信号送入PWM信号发生器与三角载波比较，得到控制各变换器开断的PWM控制信号。优选地，在所述步骤S060中，电压外环控制器GV(s)、电流内环控制器GI(s)均采用PI控制；其中，kPV为电压外环PI控制器的比例系数，kIV为电压外环PI控制器的积分系数，kPC为电流内环PI控制器的比例系数，kIC为电流内环PI控制器的积分系数。优选地，在所述步骤S070中，当SoCi≥SoCmaxi，则PV出口处的参考电压需满足其中，Ts为采样周期，αi是储能电池SoC的参考变化率，kpi是限制储能电池SoC越界的系数；当SoCi≤SoCmini，则启动切负荷装置；当SoCmini≤SoCi≤SoCmaxi，则系统继续运行；SoCi是指第i个储能单元的荷电状态，SoCmin是储能单元正常工作时荷电状态的下限，SoCmax是储能单元正常工作时荷电状态的上限。实施本专利技术一种基于一致性的光储直流微电网分布式协同控制方法，具有以下有益效果：(1)本专利技术定义了与储能单元荷电状态SoC相关的功率分配状态变量xi，通过控制状态变量xi达到一致，从而使不平衡功率在储能电池之间依SoC状态进行分配，并考虑了储能电池功率越界的问题，避免了系统的过负载运行。与现有技术中其他直接控制储能单元SoC的控制策略相比，避免了荷电状态不同的储能单元之间的形成环流，提高了系统效率，延长了储能单元的使用寿命。(2)本专利技术采用分层的控制策略，通过二次控制产生的电压修正量，补偿了一次传统下垂控制可能出现的电压偏差，使各储能单元出口母线电压的平均值达到了电压参考值，有效提高了系统的电压水平。与现有技术的集中式控制相比，本专利技术提供的分布式控制不需要中央控制器，具有较高的可靠性；与传统的分散式控制相比，克服了控制存在电压偏差的缺陷。(3)本专利技术考虑到储能电池的SoC达到限制的问题，提出了在直流微网孤岛模式下基于PVs-BSUs和可控负载的协同控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于一致性的光储直流微电网分布式协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S010，根据相邻节点的平均电压值以及本节点电压的采样值，计算本节点的平均电压值vavgi；步骤S020，根据储能单元内蓄电池的荷电状态和输出功率的采样值，并考虑储能电池功率越限的因素，计算蓄电池的状态变量xi；步骤S030，采用积分器，以第i个储能单元内蓄电池的状态变量xi和与之通信的第j个复合储能单元内蓄电池的状态变量xj的差值作为输入信号，获取用于调节荷电状态的蓄电池参考电压修正量Δvxi；步骤S040，采用PI控制器，以第i个节点的平均电压vavgi与母线参考电压vref的差值作为输入信号，获取用于调节母线平均电压的参考电压修正量Δvvi；步骤S050，将用于调节荷电状态的蓄电池参考电压修正量Δvxi、用于调节母线平均电压的参考电压修正量Δvvi和母线参考电压vref相加，形成一次控制的电压给定值

【技术特征摘要】
1.一种基于一致性的光储直流微电网分布式协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S010，根据相邻节点的平均电压值以及本节点电压的采样值，计算本节点的平均电压值vavgi；步骤S020，根据储能单元内蓄电池的荷电状态和输出功率的采样值，并考虑储能电池功率越限的因素，计算蓄电池的状态变量xi；步骤S030，采用积分器，以第i个储能单元内蓄电池的状态变量xi和与之通信的第j个复合储能单元内蓄电池的状态变量xj的差值作为输入信号，获取用于调节荷电状态的蓄电池参考电压修正量Δvxi；步骤S040，采用PI控制器，以第i个节点的平均电压vavgi与母线参考电压vref的差值作为输入信号，获取用于调节母线平均电压的参考电压修正量Δvvi；步骤S050，将用于调节荷电状态的蓄电池参考电压修正量Δvxi、用于调节母线平均电压的参考电压修正量Δvvi和母线参考电压vref相加，形成一次控制的电压给定值步骤S060，根据所述电压给定值采用基于下垂控制的一次控制，生成控制DC/DC变换器的PWM信号；步骤S070，当储能电池SoC达到上限时，通过控制端口参考电压，光伏电池从MPPT模式切换到削减模式；当储能电池SoC达到下限时，启动切负荷装置。2.根据权利要求1所述的一种基于一致性的光储直流微电网分布式协同控制方法，其特征在于，在所述步骤S010中，第i个节点的平均电压为其中，vdci是第i个储能单元的出口母线电压，aij是第i个储能单元与第j个储能单元之间的通讯权重，aij>0表示第i个储能单元与第j个储能单元之间能相互交换信息，aij＝0表示两者之间不能相互通讯；vavgj是指与第i个储能单元相邻的储能单元j的平均电压值，j∈Ni，Ni是与第i个储能单元相互通讯的储能单元的集合。3.根据权利要求1所述的一种基于一致性的光储直流微电网分布式协同控制方法，其特征在于，在所述步骤S020中，第i个储能单元的状态变量xi为：其中，PBSUi是第i个储能单元的输出功率，SoCi是指第i个储能单元的荷电状态，SoCmin是储能单元正常工作时荷电状态的下限，SoCmax是储能单元正常工作时荷电状态的上限，PHi＝Pmaxi-Pmarg，PLi＝Pmini+Pmarg，Pmaxi是第i个储能单元允许输出的最大极限功率，Pmini是第i个储能单元允许输出的最小极限功率，Pmarg是电池输出功率距极限值的裕度，xavg为xi的平均值，kmi为保证储能单元的输出功率不超过给定值的系数，F(SoCi)是与第i个储能单元的荷电状态相关的函数，4.根据权利要求3所述的一种基于一致性的光储直流微电网分布式协同控制方法，其特征在于，在所述步骤S030中，用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈霞，石梦璇，王俞玲，孙海顺，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42