一种交流微网孤岛模式下的分散式储能SOC控制及整合方法技术

本发明专利技术涉及电气工程技术领域，旨在提供一种交流微网孤岛模式下的分散式储能SOC控制及整合方法。该方法包含外环控制和内环控制两部分。通过设计结合下垂控制的分散式控制方法可合理分配网内多个储能输出功率，控制过程无需中央控制器，在节约通信电缆成本的同时消除因通信延迟带来的不利影响，多个储能将共同支撑母线电压频率，实现多储能即插即用，实时切出功能。通过监控储能直流侧输出功率，可计算储能电荷状态SOC值实时变化，引入基于SOC变下垂控制的逆变频率偏移量，可实现多储能间SOC更快平衡，有效提高储能整体工作效率。通过整合储能在该控制方法下的SOC状态，搭建网区电压频率变化模型及电压幅值变化模型，可使储能合理调控网内其他微源输出的有功、无功功率。

【技术实现步骤摘要】
一种交流微网孤岛模式下的分散式储能SOC控制及整合方法
本专利技术涉及电气工程
，更详细地说，涉及一种交流微网孤岛模式下的分散式储能SOC控制及整合方法。
技术介绍
随着社会日益发展，建设以风力、水力、光伏等可再生能源发电的微网已经成为世界各国新能源发展重要战略。世界各地已经建成大量微网示范工程，微网化建设将是电网未来发展重要方向。交流微网是一种微电源、能量转换装置、储能设备及负荷均连接至交流母线的微网形式，它能有效整合源-储-荷三者关系，在建设过程中对传统电网改造少，灵活性高，是目前微网的主要形式。当交流微网并网运行时网内母线电压将由大电网支撑，而在离网进入孤岛模式时网内电压将由储能逆变支撑，此时网内储能设备(以下简称储能)、微电源(包括光伏发电设备和风机发电设备，以下简称微源)和负荷三者间功率协调关系需要在封闭环境下实现均衡，这就对主要作为网内电压支撑的储能提出许多全新要求。传统储能在交流微网孤岛模式下的支撑控制一般为主机式控制，该控制强调以单一储能采用V/F控制模式来支撑母线电压及频率，对网内出现的电压、频率波动需要快速做出抑制调整，这对单一储能的功率容量、对外功率调节能力都有较高要求，而该储能一旦出现故障，系统将难以持续运行。同时在现行的分布式控制或集中式控制当中，往往需要考虑通信信息的延迟性，这不利于实现储能的即插即用、随时切除。此外，当网内有多个储能同时工作运行时，多储能间SOC状态往往存在不平衡问题，容易导致储能过充过放，使储能整体工作效率低下且使用寿命缩短。当进一步考虑网内多储能对微源功率调度的问题，如何整合网内多储能SOC状态及网内电压、频率状态，也十分值得思考。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种交流微网孤岛模式下的分散式储能SOC控制及整合方法。为解决技术问题，本专利技术的解决方案是：提供一种交流微网孤岛模式下的分散式储能SOC控制及整合方法，包括以下步骤：步骤(1)：在含多个储能的交流微网中，利用储能的电池管理系统BMS实时监测记录储能输出功率，实时更新计算当前储能SOC状态值；步骤(2)：在交流微网孤岛模式下，利用P-f下垂法和Q-U下垂法实现分散式储能控制，使多个储能共同支撑交流母线电压、共同参与母线电压调幅调频，任一储能都能够随时投切且彼此之间无需通信；步骤(3)：在分散式控制中引入基于SOC-Δf变下垂法的逆变参考频率偏移量，使多储能间SOC状态快速趋于平衡；步骤(4)：整合网内多个储能在分散式控制策略下的整体模型，并利用模型进行网内源-储协同控制，合理调控网内微源输出功率。本专利技术中，针对每一个储能的SOC控制，均包括外环控制部分和内环控制部分：其中，外环控制部分基于传统P-f下垂法和Q-U下垂法：通过采样接入点三相相电压u及三相电流io计算出三相瞬时有功功率与三相瞬时无功功率，将两者通过低通滤波器，利用Q-U下垂得出三相逆变参考幅值Uref；为消除多储能之间的SOC状态差异，引入频率偏移量Δf，将Δf结合P-f下垂得到三相逆变参考频率fref，Uref与fref经过三相交流电合成后为内环部分提供参考；内环控制部分基于三相dq变换，dq变换的相位取自接入节点处的三相相电压；内环包含一个电压控制器和一个电流控制器，电压控制器是一个PI控制器，能使输出ud和uq精确跟踪参考值和电流控制器是P控制器，用于增加系统阻尼；经过P控制器后的信号将进行反dq变换生成三相调制信号，调制信号倍缩后与三角载波比较，得到三组上下互补的分别控制三相逆变器中开关管开断的PWM控制信号。本专利技术中，所述步骤(1)具体包括：(1.1)利用任意第i个储能的电池管理系统BMS，实时监测记录第i个储能有功输出Pbat，i，实时计算第i个储能的当前SOC状态值SOCi为：其中，SOCi，t＝0为储能初始SOC状态值；Ci为储能容量；Ui为储能直流侧电压；(1.2)计算接入点瞬时有功功率和瞬时无功功率分别为：其中，Pi为瞬时有功功率；Qi为瞬时无功功率；ud，i与uq，i分别为接入点处三相相电压dq变换的d轴分量及q轴分量；iod，i与ioq，i分别为接入点处三相电流dq变换的d轴分量及q轴分量；本专利技术中，所述步骤(2)具体包括：(2.1)利用Q-U下垂法生成储能三相逆变的参考幅值为：其中，U*为网内相电压额定幅值；Qi为接入点瞬时无功功率；为无功低通滤波器；rq，i为Q-U下垂系数，设计为：其中，Umax与Umin分别为网内三相相电压最大幅值和最小幅值：Qmax，i与Qmin，i分别为三相逆变器最大正无功输出和最大负无功输出；(2.2)利用P-f下垂法生成储能三相逆变的参考频率firef为：其中，f*为网内频率额定值；Pi为接入点瞬时有功功率；为有功低通滤波器，rp，i为P-f下垂系数，设计为：其中，fmax与fmin分别为网内频率最大值和最小值；Pmax，i与Pmin，i分别为储能可承受最大有功输出和最大有功输入；(2.3)将三相逆变参考幅值与三相逆变参考频率firef，采用三相交流电合成算法合成逆变参考的三相交流电为：其中，θ为三相交流电相位，对应三相分别为0°，120°及240°；积分时间取为整个控制策略的控制周期，即整个控制从开始到完成的时间(后文积分时间同取)。(2.4)利用锁相环PLL技术对接入点处的三相相电压ui进行实时锁相追踪，得到三相实时相位θabe，i；(2.5)利用LC滤波电路中刚经过滤波电感的三相电流iL，i基于实时相位θabe，i进行dq变换，并取其d轴分量iLd，i与q轴分量iLq，i为：其中，iLa，i，、iLb，i、iLc，i分别为iL，i对应的a、b、c相上的电流值；同理，将逆变参考三相交流申进行dq变换，得到d轴分量与q轴分量将母线接入点处三相相电压ui进行dq变换，得到d轴分量ud，i与q轴分量uq，i；(2.6)利用和分别与ud，i和ud，i取差，两差值分别经过两个相同的PI控制器后，分别生成三相电流iL，i在dq变换中的d轴参考值和q轴参考值其中，kpu为PI控制器的比例系数；kiu为PI控制器的积分系数；(2.7)利用和分别与iLd，i和iLq，i取差，两差值分别经过两个相同的P控制器后，经过反dq变换生成三相调制信号为：其中，kpi为P控制器的比例系数；θabc，i为PLL所锁实时相位；(2.8)将三相调制信号倍缩后与三角载波比较，得到三组上下互补的分别控制逆变器中三组开关管开断的PWM控制信号。本专利技术中，所述步骤(3)具体包括：(3.1)引入基于SOC-Δf变下垂法的逆变参考频率偏移量，设置储能最优SOC状态值为SOCb，当储能SOC高于该值，偏移量Δf为：其中，rΔ是抬升系数，同时满足设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交流微网孤岛模式下的分散式储能SOC控制及整合方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤(1)：在含多个储能的交流微网中，利用储能的电池管理系统BMS实时监测记录储能输出功率，实时更新计算当前储能SOC状态值；/n步骤(2)：在交流微网孤岛模式下，利用P-f下垂法和Q-U下垂法实现分散式储能控制，使多个储能共同支撑交流母线电压、共同参与母线电压调幅调频，任一储能都能够随时投切且彼此之间无需通信；/n步骤(3)：在分散式控制中引入基于SOC-Δf变下垂法的逆变参考频率偏移量，使多储能间SOC状态快速趋于平衡；/n步骤(4)：整合网内多个储能在分散式控制策略下的整体模型，并利用模型进行网内源-储协同控制，合理调控网内微源输出功率。/n

【技术特征摘要】
1.一种交流微网孤岛模式下的分散式储能SOC控制及整合方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：在含多个储能的交流微网中，利用储能的电池管理系统BMS实时监测记录储能输出功率，实时更新计算当前储能SOC状态值；
步骤(2)：在交流微网孤岛模式下，利用P-f下垂法和Q-U下垂法实现分散式储能控制，使多个储能共同支撑交流母线电压、共同参与母线电压调幅调频，任一储能都能够随时投切且彼此之间无需通信；
步骤(3)：在分散式控制中引入基于SOC-Δf变下垂法的逆变参考频率偏移量，使多储能间SOC状态快速趋于平衡；
步骤(4)：整合网内多个储能在分散式控制策略下的整体模型，并利用模型进行网内源-储协同控制，合理调控网内微源输出功率。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对每一个储能的SOC控制，均包括外环控制部分和内环控制部分：
其中，外环控制部分基于传统P-f下垂法和Q-U下垂法：通过采样接入点三相相电压u及三相电流io计算出三相瞬时有功功率与三相瞬时无功功率，将两者通过低通滤波器，利用Q-U下垂得出三相逆变参考幅值Uref；为消除多储能之间的SOC状态差异，引入频率偏移量Δf，将Δf结合P-f下垂得到三相逆变参考频率fref，Uref与fref经过三相交流电合成后为内环部分提供参考；
内环控制部分基于三相dq变换，dq变换的相位取自接入节点处的三相相电压；内环包含一个电压控制器和一个电流控制器，电压控制器是一个PI控制器，能使输出ud和uq精确跟踪参考值和电流控制器是P控制器，用于增加系统阻尼；经过P控制器后的信号将进行反dq变换生成三相调制信号，调制信号倍缩后与三角载波比较，得到三组上下互补的分别控制三相逆变器中开关管开断的PWM控制信号。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括：
(1.1)利用任意第i个储能的电池管理系统BMS，实时监测记录第i个储能有功输出Pbat，i，实时计算第i个储能的当前SOC状态值SOCi为：



其中，SOCi，t＝0为储能初始SOC状态值；Ci为储能容量；Ui为储能直流侧电压；
(1.2)计算接入点瞬时有功功率和瞬时无功功率分别为：



其中，Pi为瞬时有功功率；Qi为瞬时无功功率；ud，i与uq，i分别为接入点处三相相电压dq变换的d轴分量及q轴分量；iod，i与ioq，i分别为接入点处三相电流dq变换的d轴分量及q轴分量。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括：
(2.1)利用Q-U下垂法生成储能三相逆变的参考幅值为：



其中，U*为网内相电压额定幅值；Qi为接入点瞬时无功功率；为无功低通滤波器；rq，i为Q-U下垂系数，设计为：



其中，Umax与Umin分别为网内三相相电压最大幅值和最小幅值；Qmax，i与Qmin，i分别为三相逆变器最大正无功输出和最大负无功输出；
(2.2)利用P-f下垂法生成储能三相逆变的参考频率firef为：



其中，f*为网内频率额定值；Pi为接入点瞬时有功功率；为有功低通滤波器，rp，i为P-f下垂系数，设计为：



其中，fmax与fmin分别为网内频率最大值和最小值；Pmax，i与Pmin，i分别为储能可承受最大有功输出和最大有功输入；
(2.3)将三相逆变参考幅值与三相逆变参考频率firef，采用三相交流电合成算法合成逆变参考的三相交流电为：



其中，θ为三相交流电相位，对应三相分别为0°、120°及240°；积分时间取为整个控制策略的控制周期，即整个控制从开始到完成的时间；
(2.4)利用锁相环PLL技术对接入点处的三相...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪亮，彭勇刚，许月刚，韦巍，宋文龙，施璐，李丹，黄德云，曹龙泉，
申请(专利权)人：浙江大学，浙江天能动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33