一种基于多储能单元的直流微电网协调控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提出一种基于多储能单元的直流微电网协调控制方法，该方法包括：(1)构建直流微电网及其组成单元，包括光伏发电单元、风力发电单元、多个储能单元和负荷；(2)利用母线电压分层控制方法对光伏发电单元进行控制；(3)利用母线电压分层控制方法对风力发电单元进行控制，利用母线电压分层控制方法；(4)利用SOC均衡控制方法对多储能单元进行控制，使多储能单元根据母线电压及其自身SOC值运行于恒功率充/放电、下垂充/放电及待机方式。本发明专利技术考虑了含多种分布式电源及多储能单元的直流微电网，对其进行协调控制，实现最大化能源利用率、母线电压稳定、储能单元SOC均衡、功率合理分配多目标的平衡。多目标的平衡。多目标的平衡。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多储能单元的直流微电网协调控制方法及系统


[0001]本专利技术属于直流微电网协调控制领域，具体涉及一种基于多储能单元的直流微电网协调控制方法及系统。

技术介绍

[0002]直流微电网具有控制简单、转换环节少、效率高等优势。同时，直流微电网不存在相位、频率同步及无功功率损耗问题，相较于交流微电网，其控制更简单。因而，直流微电网技术受到广泛的关注。直流微电网集成了分布式发电单元、储能单元及用户负荷，为了保证稳定的供电，各单元间的协调运行是至关重要的。
[0003]现有的直流微电网协调控制方案(王子鹏.直流微电网协调控制策略研究[D].太原理工大学,2021.)，其考虑的分布式发电单元种类单一，且储能单元个数较少。而实际直流微网中包含各种各样的分布式电源，比如光伏发电系统、风力发电系统等新能源。同时，对为验证所提控制方法能够实现多储能单元间根据SOC值合理的进行功率分配，应采用不少于三个储能单元接入微网。
[0004]现有的直流微电网协调控制方案(蔡杰.风储直流微网虚拟惯性控制及储能单元功率分配方法研究[D].华北电力大学,2016.)仅考虑了风力发电一种分布式发电方式，且未考虑最大化风能利用率。
[0005]储能单元通常采用下垂控制，在理想条件下，下垂控制可以实现精确的功率分配。但是，由于线路阻抗及储能单元内部阻抗的差异，储能单元间存在功率分配误差。设有两台相同容量、初始状态相同的储能单元，在下垂系数相同的前提下，由于储能单元内阻抗与外部线路阻抗的差异，导致储能单元外部特性存在差别，即两条运行曲线斜率不同。相同的母线电压下，斜率较大储能单元充放电功率较大，而斜率较小的储能系统充放电功率较小。传统下垂控制存在功率分配的误差导致多储能单元出力不均，出力较大的单元在充放电两阶段的输出功率均较大的问题，无法完全满足多储能并联运行的需求，难以维持多储能间荷电状态的均衡，降低了储能系统的可靠性与经济性。因此，直流微电网中的分布式储能单元需要根据自身输出能力合理调节输出功率。

技术实现思路

[0006]针对现有直流微电网协调控制策略研究仅考虑单一种类的分布式电源，且控制目标单一，往往顾此失彼的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种基于多储能单元的直流微电网协调控制方法及系统，将光伏、风电两种普遍的分布式电源接入直流微网中，通过母线电压分层控制，控制直流微网中各单元的工作模式，在传统下垂控制中引入与SOC相关的量，根据SOC变化调节下垂曲线斜率以实现功率的优化分配，最终实现最大化能源利用率、母线电压稳定、储能单元SOC 均衡、功率合理分配多目标的平衡。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术公开了一种基于多储能单元的直流微电网协调控制方法，包括如下步骤：
[0008]1)构建直流微电网及其组成单元，包括光伏发电单元、风力发电单元、多个储能单元和负荷；
[0009]2)对光伏发电单元进行控制，利用母线电压分层控制方法，使光伏发电单元根据母线电压值运行于MPPT及恒压控制两种工作模式；
[0010]3)对风力发电单元进行控制，利用母线电压分层控制方法，使风力发电单元根据母线电压值运行于MPPT及恒压控制两种工作模式；
[0011]4)对多储能单元进行控制，利用SOC均衡控制方法，使多储能单元根据母线电压及其自身SOC值运行于五种工作模式，五种工作模式分别为恒功率充/放电、下垂充/放电及待机方式。
[0012]进一步的，所述步骤1)中直流微电网由一组光伏发电单元、一组风力发电单元、三个蓄电池储能单元及直流负荷构成。
[0013]进一步的，所述步骤2)中对光伏发电单元的控制方法为：母线电压分层控制，在不同母线电压下有MPPT运行方式和恒压控制运行方式：
[0014]当U
dc
<1.025v
*
时，光伏发电系统在MPPT控制的状态下工作；当U
dc
>1.025v
*
时，光伏发电系统在恒压控制的状态下工作，其中U
dc
为换流器输出端口电压；
[0015]MPPT控制采用扰动观察法，恒压控制采用电压闭环控制，将变换器输出端口电压值U
dc
与额定值U
dc*
作差，将差值送入PI控制器后得到变换器开关管占空比d，最后利用PWM模块生成高频PWM 波控制开关管通断，调节输出端口电压至给定电压。
[0016]进一步的，所述步骤4)中对多储能单元进行控制时采用以储能单元SOC值为依据的多个储能单元之间分级运行的控制方法：
[0017]首先，储能单元检测自身SOC，将其输入电压区间调节控制器，以计算四个电压临界值1.025v
*
、v
stay_H
、v
stay_L
、0.975v
*
，其中v
*
为直流母线额定电压，v
stay_H
、v
stay_L
分别为储能单元从待机模式进入下垂充、放电模式的电压阈值，确定储能单元5种运行模式的电压区间；
[0018]其次，功率调节控制器根据各电压区间对应输出功率表达式和换流器输出端口电压U
dc
计算功率外环给定值P
ref
；
[0019]最后，通过功率/电流双环控制实现准确的功率追踪；其中，储能单元输出功率P
out
通过检测储能电池输出电压v
BAT
及电流i
BAT
实时计算，并经过低通滤波器滤波后反馈至功率外环，防止功率变化太快造成电压波动；i
dc
和i
dcref
为换流器输出电流及其参考值，储能单元输出功率通过功率电流双闭环控制，经PWM生成脉冲信号，控制换流器开关管关断，改善多个存储单元之间的SOC不平衡的状况。
[0020]进一步的，所述电压区间调节控制器以荷电状态为依据，得到各储能单元不同工作方式的电压范围，从而达到储能单元依据SOC大小依次进入充放电状态，降低各个存储单元SOC不平衡性的目的；以储能装置的SOC值为依据，根据式(1)计算得v
stay_H
、v
stay_L
，再根据母线电压额定值计算出1.025v
*
、0.975v
*
，从而得到工作模式为下垂充/放电的电压范围；
[0021][0022]其中，SOC
MAX
、SOC
MIN
分别表示在不影响电池使用寿命时，存储单元荷电状态的最大值和最小值(％)；Δv表示死区范围(V)。
[0023]进一步的，所述功率调节控制器以不同母线电压值作为切换根据，根据v
stay_H
、v
stay_L
、1.025v
*
、0.975v
*
四个母线电压阈值设置运行曲线，实现储能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多储能单元的直流微电网协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)构建直流微电网及其组成单元，包括光伏发电单元、风力发电单元、多个储能单元和负荷；2)对光伏发电单元进行控制，利用母线电压分层控制方法，使光伏发电单元根据母线电压值运行于MPPT及恒压控制两种工作模式；3)对风力发电单元进行控制，利用母线电压分层控制方法，使风力发电单元根据母线电压值运行于MPPT及恒压控制两种工作模式；4)对多储能单元进行控制，利用SOC均衡控制方法，使多储能单元根据母线电压及其自身SOC值运行于五种工作模式，五种工作模式分别为恒功率充/放电、下垂充/放电及待机方式。2.根据权利要求1所述的基于多储能单元的直流微电网协调控制方法，其特征在于，所述步骤1)中直流微电网由一组光伏发电单元、一组风力发电单元、三个蓄电池储能单元及直流负荷构成。3.根据权利要求1所述的基于多储能单元的直流微电网协调控制方法，其特征在于，所述步骤2)中对光伏发电单元的控制方法为：母线电压分层控制，在不同母线电压下有MPPT运行方式和恒压控制运行方式：当U
dc
<1.025v
*
时，光伏发电系统在MPPT控制的状态下工作；当U
dc
>1.025v
*
时，光伏发电系统在恒压控制的状态下工作，其中U
dc
为换流器输出端口电压；MPPT控制采用扰动观察法，恒压控制采用电压闭环控制，将变换器输出端口电压值U
dc
与额定值U
dc*
作差，将差值送入PI控制器后得到变换器开关管占空比d，最后利用PWM模块生成高频PWM波控制开关管通断，调节输出端口电压至给定电压。4.根据权利要求1所述的基于多储能单元的直流微电网协调控制方法，其特征在于，所述步骤3)中对风力发电单元的控制方法为：母线电压分层控制，在不同母线电压下有MPPT运行方式和恒压控制运行方式。5.根据权利要求1所述的基于多储能单元的直流微电网协调控制方法，其特征在于，所述步骤4)中对多储能单元进行控制时采用以储能单元SOC值为依据的多个储能单元之间分级运行的控制方法：首先，储能单元检测自身SOC，将其输入电压区间调节控制器，以计算四个电压临界值1.025v
*
、v
stay_H
、v
stay_L
、0.975v
*
，其中v
*
为直流母线额定电压，v
stay_H
、v
stay_L
分别为储能单元从待机模式进入下垂充、放电模式的电压阈值，确定储能单元5种运行模式的电压区间；其次，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志淳，胡伟，王晨霞，杨帆，韩佶，雷杨，宋蕙慧，闵怀东，沈煜，宿磊，陈鹤冲，朱一峰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：