一种多储能单元并联运行的SoC均衡控制方法技术

本发明专利技术一种多储能单元并联运行的SoC均衡控制方法，包括以下步骤：利用安时积分法估算第i个储能单元的SoC；通过低带宽通信线路获取其他储能单元估算的SoC，在本地计算n个并联运行储能单元平均SoC；利用SoC均衡控制算法自适应调节下垂系数，得到第i个储能单元的动态修正下垂系数；得到第i个储能单元的变换器参考输出电压，采用电压环PI控制方法，得到第i个储能单元的变换器参考输出电流；采用电流环PI控制方法，得到第i个储能单元的变换器开关管占空比；各储能单元变换器通过互补脉冲信号控制各自开关管的动作，实现各并联运行的储能单元SoC均衡，本发明专利技术的SoC均衡控制方法能够各并联储能单元的SoC精确均衡。储能单元的SoC精确均衡。储能单元的SoC精确均衡。

【技术实现步骤摘要】
一种多储能单元并联运行的SoC均衡控制方法


[0001]本专利技术属于直流微电网运行控制领域，涉及一种多储能单元并联运行的SoC均衡控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，“双碳”目标的提出推动全球电力系统向绿色低碳转型，这为微电网技术的发展带来了新机遇。相比于交流微电网，直流微电网无需考虑频率控制、无功补偿、谐波抑制等问题，已广泛应用于新能源分布式发电场景。由于太阳能、风能等分布式电源具有间歇性、随机性和波动性的特征，必须配备多个分布式储能单元来保障可再生能源的高效消纳。
[0003]考虑到安全性和冗余性，多个分布式储能单元通常以并联的方式接入直流微电网中，而多并联储能单元荷电状态(State of Charge,SoC)均衡控制一直是直流微电网运行控制领域的一个难点，主要原因在于：(1)不同容量的储能单元初始SoC往往不一致，难以在运行过程中实现SoC均衡控制；(2)相同容量的储能单元因制造工艺、安装方式、测量结果等存在差异而导致其初始SoC不一致，即便是初始SoC一致，也会因各储能变换器输出端到直流母线之间的线路阻抗不同而导致SoC逐渐发散；(3)下垂控制法常被用作多并联储能单元的电流分配方法，但传统的下垂控制方法未考虑SoC信息，无法实现并联储能单元运行过程中的SoC均衡。并联储能单元之间的SoC不均衡容易产生以下两个问题：(1)若未设置SoC临界阈值，将会导致部分储能单元过度充电或深度放电，从而缩短储能单元的使用寿命；(2)若设置了SoC临界阈值，达到SoC临界阈值的储能单元将会被迫从直流微电网中退出运行，从而加重剩余储能单元的带载负担，加速其性能退化，并可能导致系统失稳。
[0004]为了实现并联储能单元在运行过程中的SoC动态均衡，文献
[1]《Double
‑
quadrant state
‑
of
‑
charge
‑
based droop control method for distributed energy storage systems in autonomous DC microgrids》将下垂系数设计为与SoC的n次幂在放电/充电时分别成正/反比来实现SoC动态均衡，并通过改变n的大小来调节SoC均衡速度，但该方法会导致严重的母线电压降；文献
[2]《Distributed secondary level control for energy storage management in DC microgrids》则将SoC与指数函数相关联，利用指数函数的快速收敛特性来调整下垂系数，实现SoC快速平衡，但该方法未考虑储能单元容量不一致的情况；文献
[3]《改进SOC下垂控制的分布式储能系统负荷电流分配方法》将指数函数与幂函数相结合，进一步加快各储能单元的SoC收敛速度，但该方法需要调节的均衡参数较多，增加了控制算法的复杂性；文献
[4]《基于自适应下垂控制的直流微电网多储能SOC动态均衡策略》则通过将SoC与反正切函数相结合来自适应调节下垂系数，利用反正切函数的限幅特性避免下垂系数变化范围过大，但会降低SoC均衡速度；文献
[5]《N.Zhi,K.Ding,L.Du,and H.Zhang.An SOC
‑
based virtual DC machine control for distributed storage systems in DC microgrids》将每个储能单元的SoC作为模糊控制器的输入来自适应调节下垂系数，以实现SoC动态均衡，但模糊规则的复杂度随着并联储能单元数量的增加而显著
提升，难以应用于实际；文献
[6]则定义了SoC不平衡度函数，并将其作为平均SoC的幂指数，通过自适应调节下垂系数来实现SoC均衡，但该方法SoC均衡速度较慢。
[0005]以上几种SoC均衡控制方法的共性还在于：在均衡前期具有较快的SoC均衡速度，但在均衡后期其SoC均衡速度非常慢。这是因为SoC均衡前期各储能单元的SoC差异较大，利用上述SoC均衡控制方法能够通过放大这种差异来调节各储能单元的下垂系数，不同的下垂系数则会使各储能单元的变换器的输出电流不同，进而影响各储能单元SoC变化的快慢程度。然而，在SoC均衡后期各储能单元的SoC逐渐收敛，利用上述SoC均衡控制方法难以继续通过放大SoC均衡差异来调节下垂系数，导致各储能单元下垂系数及变换器输出电流趋于一致，SoC均衡过程陷入瓶颈，最终难以获得精确的SoC均衡效果。因此，如何设计简单有效的控制方法确保均衡前期和后期均具有快速的SoC均衡速度成为了多并联储能单元SoC均衡控制研究的关键。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供本专利技术采用的技术方案是：种多储能单元并联运行的SoC均衡控制方法，包括以下步骤：
[0007]S1:测量并采集第i个储能单元的电池输出电流，利用安时积分法估算第i个储能单元的SoC；
[0008]S2:各储能单元通过低带宽通信线路将估算的SoC传输到其他储能单元，并通过低带宽通信线路获取其他储能单元估算的SoC，在本地计算n个并联运行储能单元平均SoC；
[0009]S3:基于第i个储能单元的SoC及平均SoC，利用SoC均衡控制算法自适应调节下垂系数，得到第i个储能单元的动态修正下垂系数；
[0010]S4:结合下垂控制技术，将第i个储能单元的变换器输出电流与动态修正的下垂系数相乘，得到第i个储能单元的母线电压降，并将额定母线电压与第i个储能单元的母线电压降作差，得到第i个储能单元的变换器参考输出电压；
[0011]S5:将第i个储能单元的变换器参考输出电压与第i个储能单元的变换器输出电压作差后，采用电压环PI控制方法，得到第i个储能单元的变换器参考输出电流；
[0012]S6:将第i个储能单元的变换器参考输出电流与第i个储能单元的变换器电感电流作差后，采用电流环PI控制方法，得到第i个储能单元的变换器开关管占空比；
[0013]S7:将第i个储能单元的占空比基于脉宽调制生成技术，得到一对互补脉冲信号，各储能单元变换器通过互补脉冲信号控制各自开关管的动作，实现各并联运行的储能单元SoC均衡。
[0014]进一步地:所述利用安时积分法对第i个储能单元的SoC进行估算采用下列公式：
[0015][0016]式中，SoC
i
为第i个储能单元的当前SoC，SoC
i0
为第i个储能单元的初始SoC，C
bati
为第i个储能单元的额定容量，I
bati
为第i个储能单元的输出电流。
[0017]进一步地:所述计算n个并联运行储能单元的平均SoC的公式如下：
[0018][0019]式中，SoC
avg
为并联储能单元的平均SoC，n为并联储能单元的个数。
[0020]进一步地:所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多储能单元并联运行的SoC均衡控制方法，其特征在于：包括以下步骤：S1:测量并采集第i个储能单元的电池输出电流，利用安时积分法估算第i个储能单元的SoC；S2:各储能单元通过低带宽通信线路将估算的SoC传输到其他储能单元，并通过低带宽通信线路获取其他储能单元估算的SoC，在本地计算n个并联运行储能单元平均SoC；S3:基于第i个储能单元的SoC及平均SoC，利用SoC均衡控制算法自适应调节下垂系数，得到第i个储能单元的动态修正下垂系数；S4:结合下垂控制技术，将第i个储能单元的变换器输出电流与动态修正的下垂系数相乘，得到第i个储能单元的母线电压降，并将额定母线电压与第i个储能单元的母线电压降作差，得到第i个储能单元的变换器参考输出电压；S5:将第i个储能单元的变换器参考输出电压与第i个储能单元的变换器输出电压作差后，采用电压环PI控制方法，得到第i个储能单元的变换器参考输出电流；S6:将第i个储能单元的变换器参考输出电流与第i个储能单元的变换器电感电流作差后，采用电流环PI控制方法，得到第i个储能单元的变换器开关管占空比；S7:将第i个储能单元的占空比基于脉宽调制生成技术，得到一对互补脉冲信号，各储能单元变换器通过互补脉冲信号控制各自开关管的动作，实现各并联运行的储能单元SoC均衡。2.根据权利要求1所述的一种多储能并联运行的SoC均衡控制方法，其特征在于:所述利用安时积分法对第i个储能单元的SoC进行估算采用下列公式：式中，SoC
i
为第i个储能单元的当前SoC，SoC
i0
为第i个储能单元的初始SoC，C
bati
为第i个储能单元的额定容量，I
bati
为第i个储能单元的输出电流。3.根据权利要求1所述的一种多储能并联运行的SoC均衡控制方法，其特征在于:所述计算n个并联运行储能单元的平均SoC的公式如下：式中，SoC
avg
为并联储能单元的平均SoC，n为并联储能单元的个数。4.根据权利要求1所述的一种多储能并联运行的SoC均衡控制方法，其特征在于:所述基于第i个储能单元的SoC及平均SoC输入SoC均衡控制模块，利用本发明的SoC均衡控制算法自适应调节下垂系数，得到第i个储能单元的动态修正下垂系数；具体过程如下：将第i个储能单元的下垂系数设计为包含SoC均衡控制算法的自适应变化量：式中，R
vdi
为第i个储能单元的自适应下垂系数，R
vi
为各储能单元的初始下垂系数，Δ
SoC
i
为第i个储能单元的SoC均衡差异，ΔSoC
i
＝SoC
avg
‑
SoC
i
，m为小于1的均衡调速因子，I
dci
>0表示放电过程，I
dci
<0表示充电过程。当储能单元放电时，以两个储能单元并联为例，变换器输出电流与下垂系数的关系为：式中，I
dc1
为第一个储能单元变换器的输出电流，I
dc2
为第二个储能单元变换器的输出电流，R
vd1
为第一个储能单元的自适应下垂系数，R
vd2
为第二个储能单元的自适应下垂系数，R
v1
为第一个储能单元的初始下垂系数，R
v2
为第二个储能单元的初始下垂系数，ΔSoC1为第一个储能单元的SoC均衡差异，ΔSoC2为第二个储能单元的SoC均衡差异；当储能单元充电时，以两个储能单元并联为例，变换器输出电流与下垂系数的关系为：式中，I
dc1
为第一个储能单元变换器的输出电流，I
dc2
为第二个储能单元变换器的输出电流，R
vd1
为第一个储...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘彦呈，曾宇基，张勤进，屈腾达，黄昊泽，陈浩，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：