一种考虑不匹配线阻的低压微电网储能系统下垂控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种考虑不匹配线阻的低压微电网储能系统下垂控制方法，包括：动态虚拟阻抗控制步骤；SOC下垂控制步骤；其中，在所述低压微电网储能系统满足SOC均衡条件时，由所述动态虚拟阻抗控制步骤切换至所述SOC下垂控制步骤。与现有技术相比，本发明专利技术能够消除不匹配线路阻抗对有功功率分配精度的影响，使得孤岛低压微电网储能系统在传统下垂控制放电过程中SOC均衡。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑不匹配线阻的低压微电网储能系统下垂控制方法
本专利技术属于微网下垂控制优化策略设计
，尤其是涉及一种考虑不匹配线阻的低压微电网储能系统下垂控制方法。
技术介绍
随着全球范围内的能源问题和环境问题的日益加剧，微电网受到了各国学者广泛的关注。微电网是由分布式电源、负荷、储能装置、电力电子变换器、监控和保护装置等构成的中小型发配电，实现了分布式电源(distributedgeneration,DG)的灵活控制。由于DG的输出功率具有间歇性与随机性特征，其安全性与可靠性较弱。因此，需增加电池储能系统(batteryenergystoragesystem,BESS)以保障微电网功率平衡。储能系统由蓄电池储能单元(batteryenergystorageunit，BESU)组成。BESU在充放电过程中由于负荷功率分配不均会导致SOC出现差异。SOC不平衡会导致BESU过充电或过放电，使SOC超过安全运行范围，缩短BESU使用寿命；SOC不平衡严重时会使蓄电池发生过热现象，甚至发生火灾，对系统安全可靠运行构成威胁。因此必须对各BESU进行协调控制，实现负荷功率在各单元之间的动态均衡分配。为此，很多文章都提出了各自解决SOC均衡问题的方法。文献“直流微电网储能系统中带有母线电压跌落补偿功能的负荷功率动态分配方法”(陆晓楠,孙凯,黄立培,等.中国电机工程学报,2013,33(16):37-46)和“State-of-ChargeBalanceUsingAdaptiveDroopControlforDistributedEnergyStorageSystemsinDCMicrogridApplications”(LuX,SunK,GuerreroJM,etal.IEEETransactionsonIndustrialElectronics,2013,61(6):2804-2815)公开的直流微电网中，采用自适应下垂控制，利用下垂系数反比于SOC的n次方，实时改变下垂系数，实现SOC均衡。放电时下垂系数mp正比于1/SOCn，n越大SOC均衡速度越高，均分精度越低。文献“基于多组储能动态调节的独立直流微电网协调控制”(米阳,吴彦伟,纪宏澎,等.电力自动化设备,2017(5):170-176)和“IntelligentDistributedGenerationandStorageUnitsforDCMicrogrids—ANewConceptonCooperativeControlWithoutCommunicationsBeyondDroopControl”(DiazNL,T,VasquezJC,etal.IEEETransactionsonSmartGrid,2014,5(5):2476-2485)利用模糊控制器，SOC偏差于输出电压偏差为模糊控制器的输入量，输出量为虚拟阻抗，实时改变输出功率，实现SOC均衡，但模糊控制器设计较为复杂，工程上较难实现。文献“孤岛电网中多储能设备SOC一致性优化策略”(王炜信,段建东,张润松,等.电工技术学报,2015,30(23):126-135)和“孤岛运行交流微电网中分布式储能系统改进下垂控制方法”(陆晓楠,孙凯,黄立培,等.电力系统自动化,2013,37(1):180-185)在交流微电网中，提出以SOC的自适应调节各储能单元的下垂系数，实现负荷功率在各储能之间的动态分配和SOC均衡，但均分精度较低且缺少足够的算例验证。上述文献中提出的SOC均衡控制策略均没有考虑线路阻抗，然而在实际工程中，不匹配的线路阻抗将会对功率分配有很大的影响，造成BESU的SOC无法实现均衡，尤其是在交流微电网中。文献“微电网分布式储能单元荷电状态平衡和电压恢复”(孙孝峰,郝彦丛,王宝诚,等.中国电机工程学报,2016,36(15):4047-4054)考虑了线路阻抗对SOC均衡的影响，同时利用本地脉冲序列协调控制实现SOC平衡和电压恢复，但是缺少具体消除线路阻抗影响的控制细节。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种考虑不匹配线阻的低压微电网储能系统下垂控制方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种考虑不匹配线阻的低压微电网储能系统下垂控制方法，所述低压微电网储能系统包括至少一个储能单元，各储能单元连接有一逆变器，包括：动态虚拟阻抗控制环节；SOC下垂控制环节；其中，在所述低压微电网储能系统满足SOC均衡条件时，由所述动态虚拟阻抗控制环节切换至所述SOC下垂控制环节。进一步地，所述动态虚拟阻抗控制环节具体为：以传统下垂控制为基础，在电压电流双闭环模型中引入虚拟阻抗，实时跟踪各储能单元输出的有功功率，并根据所述有功功率动态调整虚拟阻抗。进一步地，所述引入虚拟阻抗后电压电流双闭环模型的等效表达式为：u0(s)＝G(s)uref*(s)-[G(s)Zvl(s)+Z0(s)]×i0(s)其中，G(s)为等效闭环电压增益，Z0(s)为逆变器等效输出阻抗，(s)为加入虚拟阻抗前电压外环的参考电压，i0(s)为逆变器输出电流信号，u0(s)为逆变器输出电压信号，Zvl(s)为引入的虚拟阻抗。进一步地，所述动态调整虚拟阻抗具体为：将各储能单元输出的有功功率与平均功率的差值进行积分作用，以动态调整虚拟阻抗。进一步地，所述动态虚拟阻抗控制环节包括：实时存储当前时刻获得的虚拟阻抗。进一步地，所述SOC下垂控制环节具体为：在满足SOC均衡条件的情况下利用SOC下垂方程调整下垂参数，实现各储能单元的SOC收敛，达到SOC均衡。进一步地，所述SOC下垂方程为：Ui＝U*-niPi其中，n为通用下垂系数，ni为第i个逆变器的实时下垂系数，N为加速因子，Ui为第i个逆变器的输出电压，U*为额定参考电压，Pi为第i个逆变器输出的有功功率，SOCi为第i个储能单元的荷电状态，k为储能单元的个数。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术利用动态虚拟阻抗环节消除不匹配线路阻抗的影响，使得有功功率能够精确均分，进而使得孤岛低压微电网储能系统在传统下垂控制放电过程中SOC均衡；2、本专利技术在系统稳定时切换至SOC下垂控制环节，避免动态虚拟阻抗控制中的积分对SOC均衡产生影响，提高了控制精度；3、在SOC下垂控制中，本专利技术利用e指数实现，使得SOC误差以e指数曲线下降，减少误差收敛过程对系统的冲击，逐渐实现SOC均衡，避免储能单元过放电；4、通过仿真，本专利技术控制方法在系统正常运行、负荷投切、DG单元故障切除等情况下均具有正确性和有效性。附图说明图1为分布式电源与微电网连接图；图2为两台VSI并联结构图；图3为线路阻抗不匹配时两台VSI的有功功率分配关系；图4为改进下垂控制系统结构图；图5为电压电流双环控制示意图；图6为基于等效输出阻抗的逆变器模型；图7为加入动态虚拟阻抗控制框图；图8为加入虚拟电阻后两台VSI的有功功率分配关系；图9为三台并联BESU输出的有功功率波形图，其中，(9a)为传统下垂控制波形图，(9b)为本专利技术波形图；图10为三台并联BESU的SOC波形图，其中，(10a)为传统下垂控制波形图，(10b)为本专利技术波形图；图11为有负荷投切情况下输出的有功功率波形图，其中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑不匹配线阻的低压微电网储能系统下垂控制方法，所述低压微电网储能系统包括至少一个储能单元，各储能单元连接有一逆变器，其特征在于，包括：动态虚拟阻抗控制环节；SOC下垂控制环节；其中，在所述低压微电网储能系统满足SOC均衡条件时，由所述动态虚拟阻抗控制环节切换至所述SOC下垂控制环节。

【技术特征摘要】
1.一种考虑不匹配线阻的低压微电网储能系统下垂控制方法，所述低压微电网储能系统包括至少一个储能单元，各储能单元连接有一逆变器，其特征在于，包括：动态虚拟阻抗控制环节；SOC下垂控制环节；其中，在所述低压微电网储能系统满足SOC均衡条件时，由所述动态虚拟阻抗控制环节切换至所述SOC下垂控制环节。2.根据权利要求1所述的考虑不匹配线阻的低压微电网储能系统下垂控制方法，其特征在于，所述动态虚拟阻抗控制环节具体为：以传统下垂控制为基础，在电压电流双闭环模型中引入虚拟阻抗，实时跟踪各储能单元输出的有功功率，并根据所述有功功率动态调整虚拟阻抗。3.根据权利要求2所述的考虑不匹配线阻的低压微电网储能系统下垂控制方法，其特征在于，所述引入虚拟阻抗后电压电流双闭环模型的等效表达式为：u0(s)＝G(s)uref*(s)-[G(s)Zvl(s)+Z0(s)]×i0(s)其中，G(s)为等效闭环电压增益，Z0(s)为逆变器等效输出阻抗，为加入虚拟阻抗前电压外环的参考电压，i0(s)为逆变器输出电流信号，u0(s)为逆变器输出电压信号，Zvl(s)为引入的虚拟阻抗。4.根据权利要求2所述的考虑...

【专利技术属性】
技术研发人员：米阳，蔡杭谊，韩云昊，符杨，陈鑫，喻思，苏向敬，黄玲玲，魏书荣，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31