一种基于自适应调节因子的蓄电池荷电状态的均衡方法技术

本发明专利技术一种基于自适应调节因子的蓄电池荷电状态的均衡控制方法，直流组网运行控制技术领域，方法包括以下步骤：利用蓄电池本地荷电状态与其直接相邻蓄电池荷电状态之间的通信，采用一致性算法计算获得所有蓄电池的平均值；将下垂系数与DC/DC变换器输出端的电流求积得到传送到双闭环控制层；将母线输出电压的理想电压和差值I、功率补偿值求和，所求和再与下垂跌落单元与母线电压作差，得到差值II；差值II经过电压电流控制，得到控制信号I；控制信号I经过脉宽调制技术调解，实现稳定输出电压和达到多个蓄电池的荷电状态均衡生成控制信号II，该方法引入三个SoC平衡调整因子加快SoC收敛速度，解决传统SoC后期均衡较慢问题。解决传统SoC后期均衡较慢问题。解决传统SoC后期均衡较慢问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应调节因子的蓄电池荷电状态的均衡方法


[0001]本专利技术属于直流组网运行控制
，涉及一种基于自适应调节因子的蓄电池荷电状态的均衡方法。

技术介绍

[0002]随着全球贸易和航运业的发展，化石能源逐渐枯竭，船舶污染排放问题日益突出。以新能源发电为主的船舶分布式发电技术得到了广泛关注。相比船舶交流组网方式，船舶直流组网成本低且无频率、相位等问题，更适合新能源接入，发展前景日益广阔。由于考虑成本、安全和技术等原因，通常在电力推进船舶上配备多台蓄电池储能单元(BESU)，BESUs通过变换器并联于直流母线为全船提供动力，变换器起到控制输出电压和抑制BESUs间环流的作用，比如最近下水的“Yara Birkeland”和“君旅号”等纯电动船舶，均是采用此类技术。然而由于生产过程、存放条件以及使用过程中存在的差异，各BESU会出现SoC不一致的问题，而SoC的不均衡严重时会导致部分BESU提前退出运行，加快剩余BESU的放电速度，影响储能系统寿命和船舶直流组网的稳定性。因此BESUs间的功率分配及SoC均衡问题得到广泛研究。
[0003]下垂控制作为对等控制中的一种方法常常用作直流组网的基本控制，为了保证蓄电池安全和实现功率精确分配。在文献
[1]中将函数和SoC结合，该方法操作难度低，但均流效果差。在文献
[2]中通过将SoC与指数函数联系起来设置下垂系数来实现SoC均衡。该方法通过引入指数n来实现SoC均衡，以加速SoC的收敛，然后通过增大下垂系数来减弱线路阻抗失配带来的影响。该方法可以实现SoC平衡和功率分配，但过大的下垂系数会使母线电压严重偏离给定值，影响系统的稳定性。文献
[3]提出的基于反正切函数的自适应下垂控制虽然可以限制下垂系数，但由于反正切函数的特性，需要适当设置初始下垂系数等限制条件，否则反向充电时，下垂系数可能为负，导致SoC差值变大。文献
[4]提出反余切函数的自适应下垂控制策略，由于函数本身总是大于0小于π，因此可以保证下垂系数限制在一定范围内，最终实现SoC的均衡。
[0004]由于多台BESUs并联运行，传统下垂控制会导致部分蓄电池提前退出运行，出现“过充过放”现象，使蓄电池能量无法得到充分利用，影响蓄电池的使用寿命。

技术实现思路

[0005]为了解决由于多台BESUs并联运行，传统下垂控制会导致部分蓄电池提前退出运行，出现“过充过放”现象，使蓄电池能量无法得到充分利用，影响蓄电池的使用寿命问题，本专利技术提供本专利技术采用的技术方案是：一种基于自适应调节因子的蓄电池荷电状态的均衡控制方法，包括以下步骤：
[0006]获取多个蓄电池的输出电流，基于安时积分法获得每个蓄电池的荷电状态；
[0007]利用蓄电池本地荷电状态与其直接相邻蓄电池荷电状态之间的通信，采用改进的一致性算法计算获得所有蓄电池的平均值；
[0008]结合下垂控制，将所有蓄电池的平均值通过荷电状态均流算法生成下垂系数；
[0009]将下垂系数与DC/DC变换器输出端的电流求积得到传送到双闭环控制层；
[0010]将采集到的负载两侧的母线电压与理想电压值求差，得到用于增加电压跌落补偿来维持母线电压稳定的差值I，将得到的差值I传送到双闭环控制层；
[0011]利用得到下垂系数和DC/DC变换器输出端的电压和电流，通过功率补偿算法，得到用来消除线路阻抗带来的均流误差的功率补偿值，传送到双闭环控制层；
[0012]将母线输出电压的理想电压和差值I、功率补偿值求和，所求和再与下垂跌落单元与母线电压作差，得到差值II；
[0013]所述差值II经过电压电流控制，得到控制信号I；
[0014]所述控制信号I经过脉宽调制技术调解，实现稳定输出电压和达到多个蓄电池的荷电状态均衡生成控制信号II。
[0015]进一步地，所述下垂系数R
droopi
采用的公式为：
[0016][0017]其中：R
droopi
表示下垂系数；K
d0
、θ和p为平衡调节因子，SoC
i
是BESUs间SoC值，SoC
av
是BESUs间SoC的平均值。
[0018]进一步地，所述用于消除线路阻抗带来的均流误差，具体方法如下所示：
[0019][0020]其中：为线路阻抗补偿，理想单位输出电压，V
i*
是第i台单位输出电压，k
p
和k
i
是PI控制器I的PI值。
[0021]进一步地，所述电压跌落补偿的形式为：
[0022][0023]其中：V
dci
是变换器理想输出电压，V
dci
是变换器实际输出电压，ΔV
i
为期望值和输出电压的偏差，K'
p
和K'
i
是PI控制器II的PI值。
[0024]一种基于自适应调节因子的蓄电池荷电状态的均衡控制单元，包括：
[0025]荷电状态获取模块：用于获取多个蓄电池的输出电流，基于安时积分法获得每个蓄电池的荷电状态；
[0026]平均值获取模块：用于利用蓄电池本地荷电状态与其直接相邻蓄电池荷电状态之间的通信，采用改进的一致性算法计算获得所有蓄电池的平均值；
[0027]下垂系数生成模块：结合下垂控制，将所有蓄电池的平均值通过荷电状态均流算法生成下垂系数；
[0028]下垂跌落单元模块：用于将下垂系数与DC/DC变换器输出端的电流求积，得到的积值传送到双闭环控制层；
[0029]电压补偿单元模块：用于将采集到的负载两侧的母线电压与理想电压值求差，得到用于增加电压跌落补偿来维持母线电压稳定的差值I，将得到的差值I传送到双闭环控制层；
[0030]功率补偿单元模块：利用得到下垂系数和DC/DC变换器输出端的电压和电流，通过功率补偿算法，得到用来消除线路阻抗带来的均流误差的功率补偿值，传送到双闭环控制层；
[0031]差值计算模块，用于将母线输出电压的理想电压和差值I、功率补偿值求和，求和后和值再与积值及母线电压作差，得到差值II，
[0032]双控模块，用于将所述差值II经过电压和电流控制，得到控制信号I；
[0033]脉宽调制技术调解模块，用于将所述控制信号I经过脉宽调制技术(PWM)调解，实现稳定输出电压和达到多个蓄电池的荷电状态均衡生成控制信号II。
[0034]一种基于自适应调节因子的电力推进船舶蓄电池SoC均衡装置，包括：
[0035]调制电压、稳定母线电压的双向DC/DC变换器单元，所述双向DC/DC变换器单元与直流母线相连接；
[0036]提供负载和蓄电池所需要的功率的光伏单元；所述光伏单元提供负载和蓄电池所需要的功率，通过DC/DC变换器单元连接到直流母线；
[0037]当光伏功率不足以维持负载功率消耗时，为负载提供功率，并且起到稳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应调节因子的蓄电池荷电状态的均衡控制方法，其特征在于：包括以下步骤：获取多个蓄电池的输出电流，基于安时积分法获得每个蓄电池的荷电状态；利用蓄电池本地荷电状态与其直接相邻蓄电池荷电状态之间的通信，采用改进的一致性算法计算获得所有蓄电池的平均值；结合下垂控制，将所有蓄电池的平均值通过荷电状态均流算法生成下垂系数；将下垂系数与DC/DC变换器输出端的电流求积得到传送到双闭环控制层；将采集到的负载两侧的母线电压与理想电压值求差，得到用于增加电压跌落补偿来维持母线电压稳定的差值I，将得到的差值I传送到双闭环控制层；利用得到下垂系数和DC/DC变换器输出端的电压和电流，通过功率补偿算法，得到用来消除线路阻抗带来的均流误差的功率补偿值，传送到双闭环控制层；将母线输出电压的理想电压和差值I、功率补偿值求和，所求和再与下垂跌落单元与母线电压作差，得到差值II；所述差值II经过电压电流控制，得到控制信号I；所述控制信号I经过脉宽调制技术调解，实现稳定输出电压和达到多个蓄电池的荷电状态均衡生成控制信号II。2.根据权利要求1所述一种基于自适应调节因子的蓄电池荷电状态的均衡方法，其特征在于：所述下垂系数R
droopi
采用的公式为：其中：R
droopi
表示下垂系数；K
d0
、θ和p为平衡调节因子，SoC
i
是BESUs间SoC值，SoC
av
是BESUs间SoC的平均值。3.根据权利要求1所述一种基于自适应调节因子的蓄电池荷电状态的均衡方法，其特征在于：所述用于消除线路阻抗带来的均流误差，具体方法如下所示：其中：为线路阻抗补偿，理想单位输出电压，V
i*
是第i台单位输出电压，k
p
和k
i
是PI控制器I的PI值。4.根据权利要求1所述一种基于自适应调节因子的蓄电池荷电状态的均衡方法，其特征在于：所述电压跌落补偿的形式为：其中：V
dci
是变换器理想输出电压，V
dci
是变换器实际输出电压，ΔV
i
为期望值和输...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勤进，屈腾达，刘彦呈，胡志勇，吴明，张宇，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：