基于比例功率分配的多储能单元分布式控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于比例功率分配的多储能单元分布式控制方法，主要包括基于SoC状态变化率设计的比例充放电控制策略，以及基于多采样率的分布式离散时间控制算法。该方法使得所有储能电池的充放电比率相同，能够保证所有储能电池最终同时充满电或同时放完电，在进行充放电工作的过程中不会有电池提前退出工作；同时，多采样率的估计算法能得到更精确的估计值，从而保证各储能电池的输出/输入功率更精确更稳定；所设计方法便于实际工业系统中计算机控制的实现。计算机控制的实现。计算机控制的实现。

【技术实现步骤摘要】
基于比例功率分配的多储能单元分布式控制方法


[0001]本专利技术涉及智能电网储能系统与控制
，具体地说，涉及一种多储能单元比例功率分配控制策略及分布式控制方法。

技术介绍

[0002]随着智能电网中大量引入风能、太阳能等新能源发电，输出功率的不稳定性给电网的持续可靠供电带来了新的挑战。储能系统灵活的充放电操作可以为输电系统提供快速的响应容量，对智能电网的调峰填谷至关重要，能够降低电能损耗，提高整个电力系统的电能质量和稳定性，从而使电网运行更加经济和高效。智能电网中的储能形式一般有集中式的大容量储能系统和分布式的小容量储能系统，其中，分布式储能单元具有接入位置灵活、容易实现的特点。因此，分布式的控制与计算模式成为储能系统控制的重要方案。
[0003]储能系统中各储能单元的功率分配是实现电网功率平衡和平稳运行的关键。实际中，各储能单元参数配置、初始状态、充放电效率、剩余容量往往不一致，需要根据各储能单元的差异对功率进行合理的比例分配。已有的比例分配控制策略通常是使各储能单元SoC状态(State-of-Charge，荷电状态)以及功率按比例趋近一致，其本质仍然是平均分配，而且还会出现在工作过程中某些储能电池提前充满电或放完电而退出工作的情况。另外，在实际工程中，储能单元的动态是连续变化的，而控制输入却是离散信号。虽然也有针对离散化储能系统的离散时间控制，但是工业数字化计算机的控制不是简单的将连续控制器离散化，这种方法不利于实际工业系统计算机控制的实现。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是，提供一种基于比例功率分配的多储能单元分布式控制方法，该方法可以使各储能单元按照SoC状态的比例进行功率分配，实现对各储能单元容量的合理高效利用，并且能够保证不会有某些储能单元提前充满电或放完电而退出工作的情况，保证电网的功率平衡和平稳运行。另外，本专利技术不仅能够提高控制精度，还有助于实际工业系统中计算机控制的实现。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种基于比例功率分配的多储能单元分布式控制方法，其特征在于包括以下步骤：
[0007]步骤1，给出单个储能单元的连续时间动力学模型；
[0008]步骤2，将各储能单元总输出功率或总输入功率等于给定参考功率作为步骤 1中储能单元连续时间动力学模型的控制目标；
[0009]步骤3，根据步骤1中给出的储能单元的连续时间动力学模型和步骤2中给出的控制目标，设计分布式多采样率估计器和功率控制器，计算每个储能单元的输出功率或输入功率；所述分布式多采样率估计器包括储能单元离散化动力学模型，以及分布式离散时间估计算法；
[0010]步骤4，将步骤1中的储能单元的连续时间动力学模型离散化，得到分布式多采样率估计器所包含的储能单元离散化动力学模型；
[0011]步骤5，根据步骤4中的储能单元离散化动力学模型确定按SoC状态的比例充放电控制策略，使得所有储能单元同时充满电或同时放完电；
[0012]步骤6，结合步骤5中提出的按SoC状态的比例充放电控制策略与步骤4中的储能单元离散化动力学模型，计算出各储能单元的输出功率或输入功率；
[0013]步骤7，针对步骤6中输出功率或输入功率所包含的全局变量，采用分布式离散时间估计算法得到准确的估计值，其中步骤4中的储能单元离散化动力学模型的采样周期是分布式离散时间估计算法的整数倍；
[0014]步骤8，将步骤7得到的全局变量的估计值输入到每个储能单元的功率控制器中，替代功率计算中需要用到的全局变量，得到各储能单元的输出功率或输入功率信号；
[0015]步骤9，将步骤8中离散的输出功率或输入功率信号连续化后输入给各储能单元。
[0016]上述技术方案中，步骤1中所述单个储能单元的连续时间动力学模型为：
[0017][0018]其中，i表示第i个储能单元的编号，i＝1,2,
…
,n，n为储能单元总个数； Q
i
,ρ
i
分别表示储能单元i的容量和库仑效率；SoC
i
(t)表示储能单元i在时刻t 的电量百分比，t大于等于0；I
i
(t)表示储能单元i在时刻t的输出电流，V
i
表示储能单元i的电压；当P
i
(t)＞0时，P
i
(t)表示储能单元i在时刻t的输出功率，或者当P
i
(t)＜0时，P
i
(t)表示储能单元i在时刻t的输入功率。
[0019]上述技术方案中，步骤2中各储能单元总输出功率或总输入功率等于给定参考功率的公式如下：
[0020]其中：为所有储能单元在时刻t的总输出功率或总输入功率，P
set
为需要储能单元输出或输入的总参考功率，放电情况下P
set
＞0，充电情况下P
set
＜0。
[0021]上述技术方案中，步骤4中所述的储能单元离散化动力学模型为：
[0022][0023]其中，k＝0,1,...为储能单元i的离散化模型的采样时刻；MT为储能单元离散化模型的采样周期，SoC
i
(kMT)和P
i
(kMT)分别表示储能单元i在第k个采样时刻的电量百分比和输出功率；SoC
i
((k+1)MT)表示储能单元i在第k+1个采样时刻的电量百分比；P
i
(t)＝P
i
(kMT)，其中t∈[kMT (k+1)MT)。
[0024]上述技术方案中，步骤5中所述的比例充放电控制策略设置为：
[0025]放电情况下，各储能单元的SoC状态满足：储能单元i和储能单元j在k时刻和k+1时刻之间的电量变化占其在k时刻的剩余电量的比例相等：
[0026][0027]充电情况下，各储能单元的SoC状态满足：储能单元i和储能单元j在k时刻和k+1时刻之间的电量变化占其在k时刻的剩余可充电容量的比例相等：
[0028][0029]其中，i，j＝1,2,...,n为储能单元的编号。
[0030]比例充放电控制策略使得所有储能单元同时充满电或同时放完电。因此，在正常运行过程中，不会有某些储能单元因为提前充满电或提前放完电而退出工作的情况，可以保证整个储能系统工作过程中总输出功率或者总输入功率的稳定性。
[0031]上述技术方案中，步骤6中所述的各储能单元的输出功率或输入功率通过将步骤5中比例充放电等式代入到步骤4中的储能单元离散化动力学模型中计算得到，放电情况下储能单元i的输出功率为：
[0032][0033]其中，MT为储能单元离散化模型的采样周期，k为采样时刻；为放电情况下储能单元i的集总参数,与储能单元i的容量Q
i
、库仑效率ρ
i
、kMT时刻的电量状态百分比SoC
i
(kMT)、以及电压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于比例功率分配的多储能单元分布式控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，给出单个储能单元的连续时间动力学模型；步骤2，将各储能单元总输出功率或总输入功率等于给定参考功率作为步骤1中储能单元连续时间动力学模型的控制目标；步骤3，根据步骤1中给出的储能单元的连续时间动力学模型和步骤2中给出的控制目标，设计分布式多采样率估计器和功率控制器，计算每个储能单元的输出功率或输入功率；所述分布式多采样率估计器包括储能单元离散化动力学模型，以及分布式离散时间估计算法；步骤4，将步骤1中的储能单元的连续时间动力学模型离散化，得到分布式多采样率估计器所包含的储能单元离散化动力学模型；步骤5，根据步骤4中的储能单元离散化动力学模型确定按SoC状态的比例充放电控制策略，使得所有储能单元同时充满电或同时放完电；步骤6，结合步骤5中提出的按SoC状态的比例充放电控制策略与步骤4中的储能单元离散化动力学模型，计算出各储能单元的输出功率或输入功率；步骤7，针对步骤6中输出功率或输入功率所包含的全局变量，采用分布式离散时间估计算法得到准确的估计值，其中步骤4中的储能单元离散化动力学模型的采样周期是分布式离散时间估计算法的整数倍；步骤8，将步骤7得到的全局变量的估计值输入到每个储能单元的功率控制器中，替代功率计算中需要用到的全局变量，得到各储能单元的输出功率或输入功率信号；步骤9，将步骤8中离散的输出功率或输入功率信号连续化后输入给各储能单元。2.根据权利要求1所述的基于比例功率分配的多储能单元分布式控制方法，其特征在于步骤1中所述单个储能单元的连续时间动力学模型为：其中，i表示第i个储能单元的编号，i＝1,2,
…
,n，n为储能单元总个数；Q
i
,ρ
i
分别表示储能单元i的容量和库仑效率；SoC
i
(t)表示储能单元i在时刻t 的电量百分比，t大于等于0；I
i
(t)表示储能单元i在时刻t的输出电流，V
i
表示储能单元i的电压；当P
i
(t)＞0时，P
i
(t)表示储能单元i在时刻t的输出功率，或者当P
i
(t)＜0时，P
i
(t)表示储能单元i在时刻t的输入功率。3.根据权利要求1或2所述的基于比例功率分配的多储能单元分布式控制方法，其特征在于步骤2中各储能单元总输出功率或总输入功率等于给定参考功率的公式如下：其中：为所有储能单元在时刻t的总输出功率或总输入功率，P
set
为需要储能单元输出或输入的总参考功率，放电情况下P
set
＞0，充电情况下P
set
＜0。4.根据权利要求1所述的基于比例功率分配的多储能单元分布式控制方法，其特征在于步骤4中所述的储能单元离散化动力学模型为：
其中，k＝0,1,...为储能单元i的离散化模型的采样时刻；MT为储能单元离散化模型的采样周期，SoC
i
(kMT)和P
i
(kMT)分别表示储能单元i在第k个采样时刻的电量百分比和输出功率；SoC
i
((k+1)MT)表示储能单元i在第k+1个采样时刻的电量百分比；P
i
(t)＝P
i
(kMT)，其中t∈[kMT (k+1)MT)。5.根据权利要求1所述的基于比例功率分配的多储能单元分布式控制方法，其特征在于步骤5中所述的比例充放电控制策略设置为：放电情况下，各储能单元的SoC状态满足：储能单元i和储能单元j在k时刻和k+1时刻之间的电量变化占其在k时刻的剩余电量的比例相等：充电情况下，各储能单元的SoC状态满足：储能单元i和储能单元j在k时刻和k+1时刻之间的电量变化占其在k时刻的剩余可充电容量的比例相等：其中，i，j＝1,2,...,n为储能单元的编号。6.根据权利要求1所述的基于比例功率分配的多储能单元分布式控制方法，其特征在于步骤6中所述的各储能单元的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴涵，柴利，陈曦，易静文，郑皖宁，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：