一种孤岛直流微电网并联多储能荷电状态均衡控制方法技术

本发明专利技术涉及一种孤岛直流微电网并联多储能荷电状态均衡控制方法，在传统下垂控制方法的基础上，通过引入采样保持器，改进下垂控制方法，当系统内存在功率分配误差及荷电状态没有达到均衡状态时，在每个采样周期不断自适应地修改下垂系数，减少荷电状态偏差，最终实现储能单元间的荷电状态均衡。与现有技术相比，本发明专利技术具有避免过度放电、充分发挥使用效率、提高使用寿命等优点。

A state equilibrium control method of multi energy storage in parallel in isolated DC microgrid

【技术实现步骤摘要】
一种孤岛直流微电网并联多储能荷电状态均衡控制方法
本专利技术涉及一种直流微电网控制方法，尤其是涉及一种孤岛直流微电网并联多储能荷电状态均衡控制方法。
技术介绍
为了应对全球能源危机及环境污染问题，实现人类社会的可持续发展，近些年来，以可再生能源RES为基础的分布式发电DGs技术得到了广泛的关注及发展。微电网作为整合各种分布式电源、储能、负荷、变流器、监控和保护装置的有效解决方法之一开始被广泛研究。相比于传统交流微电网，直流微电网由于能量变换过程少、效率高、损耗低，无需考虑电压相位及频率问题，逐渐成为当前的研究热点；直流微电网孤岛运行时，由于光伏、风机等可再生能源发电功率受自然因素影响呈现出随机性、间歇性的特点，因此微电网内通常需要配置相应的储能系统ESS来维持微电网的功率平衡及稳定运行。当多个储能单元并联运行时，由于线路阻抗及储能单元自身特性的差异，分布式储能单元DESU间将会出现荷电状态SoC不均衡的情况，严重情况下将导致部分储能单元过度充电或过度放电，缩短了储能系统的使用寿命。为了避免这种现象，最大发挥储能系统的效率，储能系统的SoC均衡控制方法研究非常必要。下垂控制作为直流微电网内最常用的负荷自主分配控制方法，能够使得各储能单元按照其下垂系数成比例地分配负荷功率，但是，在实际微电网中，当考虑线路阻抗及不同储能单元自身特性差异时，传统的下垂控制无法达到理想的SoC均衡效果，使得储能单元在克服线路阻抗对负荷功率分配精度影响的同时，具备高初始SoC值的储能单元在放电时承担较多的负荷功率，而在充电时承担较少的负荷功率。因此，为了实现储能系统SoC均衡控制，国内外许多学者进行了相关的研究。有研究提出了一种自适应分级协调控制方法，通过功率分配级和功率平衡级的协调控制实现了并联多储能单元间的SoC均衡，但该控制方法并没有考虑不匹配线路阻抗因素的影响；或者通过动态改变下垂系数补偿不匹配线路阻抗的影响，但是较大的下垂系数势必造成直流母线电压的大幅度跌落，导致微电网无法稳定运行；通过加入线路阻抗测量装置，可以便于对各储能单元下垂系数进行修正，但该控制方法需要额外的硬件装置，增加了系统的成本且控制较复杂，降低了微电网的经济性，且并不适用于实际工程。
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线路不匹配、稳定性差、控制系统复杂的缺陷而提供一种孤岛直流微电网并联多储能荷电状态均衡控制方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种孤岛直流微电网并联多储能荷电状态均衡控制方法，在传统下垂控制方法的基础上，通过引入采样保持器，改进下垂控制方法，当系统内存在功率分配误差及荷电状态没有达到均衡状态时，在每个采样周期不断自适应地修改下垂系数，减少荷电状态偏差，最终实现储能单元间的荷电状态均衡。所述传统下垂控制方法的下垂控制表达式为：ui＝uref-miPi其中，ui、Pi为第i个储能单元的输出电压和输出功率；uref为参考电压；mi为第i个储能单元的下垂系数。所述改进后的下垂控制方法具体为：ui(n+1)＝uref-[m0+mp(Pi(n)-Pave(n))+ms(SoCi(n)-SoCave(n))]Pi(n)Mi(n)＝m0+mp(Pi(n)-Pave(n))+ms(SoCi(n)-SoCave(n))其中，ui(n+1)表示第i个储能单元在第n+1次采样周期的输出电压，m0为初始下垂系数，mp为功率调节系数，ms为荷电状态调节系数，Mi(n)表示第i个储能单元在第n次采样周期的改进下垂系数，Pi(n)和Pave(n)分别表示第i个储能单元在第n次采样周期的输出功率和平均输出功率，SoCi(n)和SoCave(n)分别表示第i个储能单元在第n次采样周期的荷电状态和平均荷电状态。第一个采样周期后下垂控制表达式为：ui(1)＝uref-[m0+mp(Pi(0)-Pave(0))]Pi(0)其中，ui(1)为第i个储能单元在第一个采样周期的输出电压。所述荷电状态偏差具体表示为：其中，ΔSoCi-j(n+1)为第i个储能单元与第j个储能单元在第n+1次采样周期的荷电状态偏差，SoCi-j(n)为第i个储能单元与第j个储能单元在第n次采样周期的荷电状态偏差，Tsample为采样保持器的采样周期；uin代表蓄电池的输出电压；Ce为储能单元的容量。所述孤岛直流微电网的直流母线电压表示为：其中，upcc为公共直流母线处的电压，Rlinei为第i个储能单元所在分路的电阻。所述传统下垂控制方法下负荷功率分配关系为：其中，uj为第j个储能单元的输出电压和输出功率，mj为第j个储能单元的下垂系数，Rlinej为第j个储能单元所在分路的电阻。所述荷电状态的计算表达式为：其中，SoCi(t)、SoCi(0)分别代表第i个储能单元的当前荷电状态和初始荷电状态；Pi代表第i个储能单元的输出功率。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术通过引入采样保持器，实现储能单元间荷电状态均衡，避免部分储能单元过度充放电，充分发挥储能系统的使用效率。2.本专利技术消除了直流微电网孤岛运行时，不匹配线路阻抗及不同储能单元自身特性参数差异对分布式储能单元荷电状态均衡控制的影响，进一步提高储能系统的使用寿命。3.本专利技术提出的改进下垂控制方法，提高了不匹配线路阻抗对储能单元负荷功率进行分配时的分配精度。附图说明图1为本专利技术典型微电网的结构示意图；图2为本专利技术两组分布式储能单元并联运行的等效电路图；图3为本专利技术改进下垂控制方法的总体控制框图；图4为本专利技术第一次采样周期后储能放电时的功率分配图；图5为本专利技术第一次采样周期后储能充电时的功率分配图；图6(a)为本专利技术实施例一储能系统稳定放电时荷电状态的变化示意图；图6(b)为本专利技术实施例一储能系统稳定放电时输出功率的变化示意图；图6(c)为本专利技术实施例一储能系统稳定放电时直流母线电压的变化示意图；图7(a)为本专利技术实施例一储能系统稳定充电时荷电状态的变化示意图；图7(b)为本专利技术实施例一储能系统稳定充电时输出功率的变化示意图；图7(c)为本专利技术实施例一储能系统稳定充电时直流母线电压的变化示意图；图8(a)为本专利技术实施例二光伏功率波动时荷电状态的变化示意图；图8(b)为本专利技术实施例二光伏功率波动时输出功率的变化示意图；图8(c)为本专利技术实施例二光伏功率波动时直流母线电压的变化示意图；图9(a)为本专利技术实施例三负荷波动时荷电状态的变化示意图；图9(b)为本专利技术实施例三负荷波动时输出功率的变化示意图；图9(c)为本专利技术实施例三负荷波动时直流母线电压的变化示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种孤岛直流微电网并联多储能荷电状态均衡控制方法，其特征在于，在传统下垂控制方法的基础上，通过引入采样保持器，改进下垂控制方法，当系统内存在功率分配误差及荷电状态没有达到均衡状态时，在每个采样周期不断自适应地修改下垂系数，减少荷电状态偏差，最终实现储能单元间的荷电状态均衡。/n

【技术特征摘要】
1.一种孤岛直流微电网并联多储能荷电状态均衡控制方法，其特征在于，在传统下垂控制方法的基础上，通过引入采样保持器，改进下垂控制方法，当系统内存在功率分配误差及荷电状态没有达到均衡状态时，在每个采样周期不断自适应地修改下垂系数，减少荷电状态偏差，最终实现储能单元间的荷电状态均衡。


2.根据权利要求1所述的一种孤岛直流微电网并联多储能荷电状态均衡控制方法，其特征在于，所述传统下垂控制方法的下垂控制表达式为：
ui＝uref-miPi
其中，ui、Pi为第i个储能单元的输出电压和输出功率；uref为参考电压；mi为第i个储能单元的下垂系数。


3.根据权利要求2所述的一种孤岛直流微电网并联多储能荷电状态均衡控制方法，其特征在于，所述改进后的下垂控制方法具体为：
ui(n+1)＝uref-[m0+mp(Pi(n)-Pave(n))+ms(SoCi(n)-SoCave(n))]Pi(n)
Mi(n)＝m0+mp(Pi(n)-Pave(n))+ms(SoCi(n)-SoCave(n))
其中，ui(n+1)表示第i个储能单元在第n+1次采样周期的输出电压，m0为初始下垂系数，mp为功率调节系数，ms为荷电状态调节系数，Mi(n)表示第i个储能单元在第n次采样周期的改进下垂系数，Pi(n)和Pave(n)分别表示第i个储能单元在第n次采样周期的输出功率和平均输出功率，SoCi(n)和SoCave(n)分别表示第i个储能单元在第n次采样周期的荷电状态和平均荷电状态。


4.根据权利要求3所述的一种孤岛直流微电网并联多储能荷电状态均衡控制方法，其特征在于，第一个采样周期后下...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩云昊，喻思，米阳，常俊飞，伦雪莹，徐怡雯，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：上海;31