一种基于荷电状态均衡的直流微网改进下垂控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于荷电状态均衡的直流微网改进下垂控制方法，通过动态下垂系数采用下垂控制方式控制直流微网中的各储能系统的输出功率；其中动态下垂系数为根据每一个储能系统的实时荷电状态参数确定的跟随其变化系数。本发明专利技术的优点在于：充分考虑储能单元充放电造成的损失，实现各储能单元按各自荷电状态进行精确的功率分配；采用根据SOC等参数变化的下垂系数来进行控制，使得控制各储能模块的功率分别更加合理适当，保持系统能力平衡。

【技术实现步骤摘要】
一种基于荷电状态均衡的直流微网改进下垂控制方法
本专利技术涉及直流微电网
，尤其是涉及一种直流微电网中储能单元基于荷电状态均衡的改进下垂控制方法。
技术介绍
目前越来越多的新能源发电方式、储能装置和负载等都使用直流电，因此直流微电网得到了人们的广泛关注。直流微网中光伏作为使用最广泛的新能源发电方式，提高对光伏的综合利用与系统整体效能已经成为一种趋势。由于光伏发电输出功率具有间歇性、随机性和波动性，若仅通过调整光伏自身会降低其功率利用率，严重限制其灵活性。为了降低系统的运行成本，可再生能源作为系统中供能设备，通常都以最大功率运行。光伏发电通常都是以最大功率模式运行以满足系统需求。当直流微网中系统负载功率较小时，需要给蓄电池充电以防止母线电压过高而超过直流微网母线电压波动允许值，当系统负载增大到光伏电池不能满足其需求时则需要蓄电池对外放电以保证直流微网母线电压的相对稳定。在实际应用中，多个储能单元均通过电力电子变换器并联在直流母线上，由于每个储能设备初始荷电状态通常是不一致的，因此储能单元之间的功率分配问题成为一个重要待解决的问题。孤立直流微网的控制模式有依靠中央控制器的集中式和无需中央控制器的分散自治式。在基于下垂特性的分散自治控制模式下，微网中的各储能单元按各自容量的大小参与负荷的功率分配，无需依靠中央控制器即可实现全系统功率平衡，具有即插即用功能。但是在传统的下垂控制中，下垂系数的恒定使得储能单元以固定的速度充放电，忽略了储能单元过度充放电造成的损失，而且也无法实现各储能单元按各自荷电状态进行精确的功率分配。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供基于荷电状态均衡的直流微网改进下垂控制方法，以解决现有技术中各储能单元初始荷电状态不一致，在与系统进行功率变换的过程中不能按适当比例进行功率分配，导致系统能量失衡，储能设备损坏等问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于荷电状态均衡的直流微网改进下垂控制方法，包括以下内容：(1)根据直流母线与储能单元之间采样得到的电流idc的状态判断储能单元处于充电或放电状态,当idc<0，储能单元处于充电状态，光伏电池在满足负载消耗功率下将额外的能量存储到储能单元中，下垂系数设定为其中kd为初始设定的下垂系数，SOCi为储能单元i实时的荷电状态，AVESOC为各储能单元之间的平均荷电状态值，t与储能单元荷电状态变化调整速度有关，m为各储能单元荷电状态调节系数且为足够大的奇数；(2)当idc>0时，储能单元处于放电状态，与光伏电池一起作为源为负载供电，下垂系数设定为当idc＝0时，表明光伏系统输出功率刚好满足负载所需，此时储能系统退出运行；(3)传统下垂控制遵循公式Udci＝Udcref-k(SOCi)Pdci，Udci为与储能单元i所连变换器输出电压参考值Udci，由给定输出电压参考值Udcref与下垂控制环节做差得到实际输出电压参考值Udci，再与实际输出电压值Uoi做差经过电压电流双闭环得到PWM控制信号。其中Udci为与储能单元i所连变换器输出电压参考值，由给定输出电压参考值Udcref及其补偿组成的与均衡储能下垂控制环节做差得到实际输出电压参考值Udci，如图三所示Pdci为储能单元i所连接的变换器输出功率。所述储能单元正常运行时荷电状态满足15％<SOCi<85％，储能单元放电至荷电状态为15％或充电至85％退出运行。为了使各储能单元荷电状态更加均衡，延长蓄电池的使用寿命，通过储能单元荷电状态调节部分expθ(AVESOC-SOCi)m使荷电状态较好的承担较多的功率。改进后的下垂系数以如下形式表示:储能单元运行状态变量θ可由下式表示：θ＝sgn(idc)，其中θ＝-1表示储能单元处于充电状态，荷电值较低的吸收较多功率；θ＝1表示储能单元处于放电状态，荷电状态值较高的输出较多功率，θ＝0表示储能系统未运行。其中根据储能单元的充放电工作状态来确定储能单元状态值θ,当储能单元处于充电状态时θ为-1，为放电状态时为1；kd为初始设定的下垂系数；SOCi为储能单元i实时的荷电状态值；为储能单元i荷电状态值的t次方，且t与储能单元荷电状态变化调整速度有关，t值越大，各储能单元SOC值趋于一致的速度越快，具体值按实际实验时运行时间需求设置，通常为1-8之间的常数；AVESOC为各储能单元之间的平均荷电状态值；m为各储能单元荷电状态调节系数，是一个定值，各储能单元取值一致，且为大于10的奇数，主要目的是从下垂系数部分便可以区分哪部分储能单元是高于平均水平的，并进行微调，使之接近AVESOC。上述一种基于荷电状态均衡的直流微网改进下垂控制方法为使各储能单元按各自初始荷电状态出力,满足蓄电池功率与剩余电量的幂函数成正比，在储能单元放电时有荷电状态值高的释放较多功率，在储能单元充电时有荷电状态值较低的吸收较多功率。为使储能单元荷电状态值控制系统更为精确，根据储能单元充放电状态增添了SOC控制功率部分。当蓄电池i充电时，与其连接的双向DC/DC变换器和线路阻抗均要消耗一定的功率，蓄电池实际充电功率要小于光伏电池向蓄电池i所输出的功率，所以通过补偿下垂系数略增大蓄电池i的充电功率；当蓄电池i放电时，实际向系统输出功率小于系统所需功率，通过补偿下垂系数略增加蓄电池i的输出功率。改进后的下垂控制遵循Udci＝Udcref-k(SOCi)Pdci+δPdci，其中SOC控制功率部分δPdci可以用下式近似表示：上述一种基于荷电状态均衡的直流微网改进下垂控制方法，对传统的下垂控制做出一些改进，可以提高初始状态不一致的储能单元功率分配精度，但是也会增大直流母线电压的跌落。为了使母线电压稳定在允许范围内，需对储能设备输出参考电压进行补偿，以满足稳定母线电压的目的，如下：其中，kpv和kiv为PI控制器参数。Uoi、Uoj为n个储能单元中i、j所连接的变换器输出电压。本专利技术的优点在于：充分考虑储能单元充放电造成的损失，实现各储能单元按各自荷电状态进行精确的功率分配；采用根据SOC等参数变化的下垂系数来进行控制，使得控制各储能模块的功率分别更加合理适当，保持系统能力平衡。附图说明下面对本专利技术说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：图1是本专利技术实例提供的一种基于荷电状态均衡的直流微网改进下垂控制方法的系统框图。图2是本专利技术实例提供的一种基于荷电状态均衡的直流微网改进下垂控制方法的结构框图。图3是本专利技术所描述的一种基于荷电状态均衡的改进下垂控制方法流程图。具体实施方式下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。如图1所示，一种基于荷电状态均衡的直流微网改进下垂控制方法的系统框图，光伏阵列构成直流微网的能源系统，并由DC/DC变换器连接到直流微网母线上；储能单元由多组蓄电池组成，并由双向DC/DC变换器接入直流微网，并共同响应储能系统的需求，出现过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于荷电状态均衡的直流微网改进下垂控制方法，其特征在于：/n通过动态下垂系数采用下垂控制方式控制直流微网中的各储能系统的输出功率；其中动态下垂系数为根据每一个储能系统的实时荷电状态参数确定的跟随其变化系数。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于荷电状态均衡的直流微网改进下垂控制方法，其特征在于：
通过动态下垂系数采用下垂控制方式控制直流微网中的各储能系统的输出功率；其中动态下垂系数为根据每一个储能系统的实时荷电状态参数确定的跟随其变化系数。


2.如权利要求1所述的一种基于荷电状态均衡的直流微网改进下垂控制方法，其特征在于：
通过下垂系数公式计算实时荷电状态下的下垂系数，动态下垂系数公式为：



其中根据储能单元的充放电工作状态来确定储能单元状态值θ,当储能单元处于充电状态时θ为-1，为放电状态时为1；kd为初始设定的下垂系数；SOCi为储能单元i实时的荷电状态值；为储能单元i荷电状态值的t次方；AVESOC为各储能单元之间的平均荷电状态值；m为各储能单元荷电状态调节系数。


3.如权利要求2所述的一种基于荷电状态均衡的直流微网改进下垂控制方法，其特征在于：
根据直流母线与储能单元之间采样得到的电流idc的状态判断储能单元处于充电或放电状态；
当idc<0，储能单元处于充电状态，光伏电池在满足负载消耗功率下将额外的能量存储到储能单元中，下垂系数为
(2)当idc>0时，储能单元处于放电状态，储能单元与光伏电池一起作为源为负载供电，下垂系数设定为
(3)当idc＝0时，此时光伏系统输出功率刚好满足负载所需，此时储能系统退出运行。


4.如权利要求1所述的一种基于荷电状态均衡的直流微网改进下垂控制方法，其特征在于：
下垂控制采用公式Udci＝Udcref-k(SOCi)Pdci来获取控制储能单元的输出电压及其对应的PWM控制信号，其中Udci为与储能单元i所连变换器输出电压参考值，由给定输出电压参考...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛愿，林其友，陈文强，高文根，蒋文良，汪石农，余诺，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34