基于混合储能装置的分布式无通信功率协调分配系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种于混合储能装置的分布式无通信功率协调分配系统及方法，所述的基于混合储能装置的分布式无通信功率协调分配系统，包括：混合储能装置，混和储能装置中的储能电池与超级电容分别通过对应的双向DC/DC变换器连接至直流微网的直流母线上；储能电池控制器，储能电池控制器通过虚拟电阻下垂控制，自动将低频功率分配给储能电池；超级电容控制器，超级电容控制器通过虚拟电容下垂控制，自动将高频功率分配给超级电容；实现超级电容和储能电池的高低频功率分配，不依赖中央控制器进行功率分配。储能电池控制器的虚拟电阻控制器中加入的高通滤波器可以实现直流母线电压、超级电容SoC自动恢复。超级电容SoC自动恢复。超级电容SoC自动恢复。

【技术实现步骤摘要】
基于混合储能装置的分布式无通信功率协调分配系统及方法


[0001]本专利技术属于直流微网中混合储能装置控制领域，涉及一种基于混合储能装置的分布式无通信功率协调分配系统及方法。

技术介绍

[0002]太阳能和风能等分布式发电装置由于其经济性以及环保性近年来受到了广泛关注，新能源微电网是合理利用可再生能源的关键。而在新能源微网中，源荷功率不平衡一直是亟须解决的问题，其主要来源于负载以及新能源发电装置的功率波动。此波动功率可由储能装置来承担。
[0003]储能装置被广泛应用于新能源微网中来平抑功率波动以及提升系统的稳定性。储能装置一般分能量型和功率型两种。超级电容器是功率型储能装置的代表部件，能量型储能典型装置为储能电池。超级电容器功率密度高但能量密度低，具有更快的响应速度；储能电池能量密度高但功率密度低，且响应速度较慢。因此，可将储能电池和超级电容器结合组成混合储能装置，实现能量型和功率型储能装置的优缺点互补，从而能够高效的解决新能源发电设备的波动性、间歇性等问题。
[0004]为了在混合储能装置中合理利用储能电池以及超级电容的特点，需要相应合理的功率分配策略。当前诸多的功率分配方法都依赖中央控制器，具备通信缺陷，在失去中央控制器时系统无法正常工作，而且通信系统还具有响应速度慢、灵活性低、可靠性差等缺点，如何在混合储能装置中实现合理的功率分配同时克服系统的通信缺陷具有重要的研究价值。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例的目的在于提供一种基于混合储能装置的分布式无通信功率协调分配系统及方法，以解决现有的混合储能装置的依赖中央控制器的功率分配方法具备通信缺陷，在失去中央控制器时混合储能装置无法正常工作的问题。
[0006]本专利技术实施例所采用的技术方案是：基于混合储能装置的分布式无通信功率协调分配系统，包括：
[0007]混合储能装置，混和储能装置中的储能电池与超级电容分别通过对应的双向DC/DC变换器连接至直流微网的直流母线上；
[0008]储能电池控制器，储能电池控制器通过虚拟电阻下垂控制，自动将低频功率分配给储能电池；
[0009]超级电容控制器，超级电容控制器通过虚拟电容下垂控制，自动将高频功率分配给超级电容。
[0010]进一步的，所述的储能电池控制器包括：
[0011]虚拟电阻下垂电压控制外环，虚拟电阻下垂电压控制外环包括第一比较器和虚拟电阻控制器，虚拟电阻控制器的输入端输入储能电池DC/DC变换器输出电流i
oB
，虚拟电阻控
制器的输出端连接第一比较器的反馈端，第一比较器的参考端输入混和储能装置的直流母线电压额定值V
nom
；
[0012]第一电压控制内环，第一电压控制内环包括第二比较器和第一PI控制器，第二比较器的参考端与第一比较器的输出端连接，第二比较器的反馈端输入储能电池DC/DC变换器的输出电压V
oB
，第二比较器的输出端连接第一PI控制器的输入端；
[0013]第一电流控制内环，第一电流控制内环包括第三比较器和第二PI控制器，第三比较器的参考端与第一PI控制器的输出端连接，第三比较器的反馈端输入储能电池输出电流i
B
，第三比较器的输出端连接第二PI控制器的输入端；
[0014]第一PWM调制器，第一PWM调制器的输入端连接第二PI控制器的输入端，第一PWM调制器的输出端连接储能电池DC/DC变换器。
[0015]进一步的，所述的虚拟电阻控制器为k
i1
为虚拟电阻控制器的积分常数，R
v1
为虚拟电阻参数，s表示复频域。
[0016]进一步的，所述的超级电容控制器包括：
[0017]虚拟电容下垂电压控制外环，虚拟电容下垂电压控制外环包括第四比较器和虚拟电容控制器，虚拟电容控制器的输入端输入超级电容DC/DC变换器输出电流i
oSC
，虚拟电容控制器的输出端连接第四比较器的反馈端，第四比较器的参考端输入混和储能装置的直流母线电压额定值V
nom
；
[0018]第二电压控制内环，第二电压控制内环包括第五比较器和第三PI控制器，第五比较器的参考端与第四比较器的输出端连接，第五比较器的反馈端输入超级电容DC/DC变换器的输出电压V
oSC
，第五比较器的输出端连接第三PI控制器的输入端；
[0019]第二电流控制内环，第二电流控制内环包括第六比较器和第四PI控制器，第六比较器的参考端与第三PI控制器的输出端连接，第六比较器的反馈端输入超级电容输出电流i
SC
，第六比较器的输出端连接第四PI控制器的输入端；
[0020]第二PWM调制器，第二PWM调制器的输入端连接第四PI控制器的输入端，第二PWM调制器的输出端连接超级电容DC/DC变换器。
[0021]进一步的，所述的虚拟电容控制器为C
v1
为虚拟电容参数，s表示复频域。
[0022]本专利技术实施例所采用的另一技术方案是：基于混合储能装置的分布式无通信功率协调分配方法，其特征在于，采用如上所述的基于混合储能装置的分布式无通信功率协调分配系统，包括以下步骤：
[0023]步骤S1、根据直流微网中实际的直流母线电压选择混和储能装置的直流母线电压额定值V
nom
；
[0024]步骤S2、根据储能电池响应时间常数选择混和储能装置的响应时间常数τ，混和储能装置的响应时间常数τ大于或等于储能电池的响应时间常数；
[0025]步骤S3、根据混和储能装置的响应时间常数τ选择储能电池控制回路的虚拟电阻参数R
v1
和超级电容控制回路的虚拟电容参数C
v1
，混和储能装置的响应时间常数τ表示为：
[0026]τ＝R
v1
C
v1
；
[0027]步骤S4、采样储能电池DC/DC变换器两端输出电压V
oB
以及输出电流i
oB
，将其对应
作为储能电池控制器的第一电压控制内环和第一电流控制内环的反馈值；
[0028]步骤S5、采样超级电容DC/DC变换器两端输出电压V
oSC
以及输出电流i
oSC
，将其对应作为超级电容控制器的第二电压控制内环和第二电流控制内环的反馈值；
[0029]步骤S6、设计储能电池控制器，将直流母线电压额定值V
nom
输入储能电池控制器的虚拟电阻下垂电压控制外环、储能电池DC/DC变换器输出电流i
oB
输入虚拟电阻下垂电压控制外环、储能电池输出电流i
B
输入第一电流控制内环，储能电池控制器的第一PWM调制器直接输出储能电池DC/DC变换器开关管的PWM脉冲指令；
[0030]步骤S7、设计超级电容控制器，将直流母线电压额定值V
nom
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于混合储能装置的分布式无通信功率协调分配系统，其特征在于，包括：混合储能装置，混和储能装置中的储能电池与超级电容分别通过对应的双向DC/DC变换器连接至直流微网的直流母线上；储能电池控制器，储能电池控制器通过虚拟电阻下垂控制，自动将低频功率分配给储能电池；超级电容控制器，超级电容控制器通过虚拟电容下垂控制，自动将高频功率分配给超级电容。2.根据权利要求1所述的基于混合储能装置的分布式无通信功率协调分配系统，其特征在于，所述的储能电池控制器包括：虚拟电阻下垂电压控制外环，虚拟电阻下垂电压控制外环包括第一比较器和虚拟电阻控制器，虚拟电阻控制器的输入端输入储能电池DC/DC变换器输出电流i
oB
，虚拟电阻控制器的输出端连接第一比较器的反馈端，第一比较器的参考端输入混和储能装置的直流母线电压额定值V
nom
；第一电压控制内环，第一电压控制内环包括第二比较器和第一PI控制器，第二比较器的参考端与第一比较器的输出端连接，第二比较器的反馈端输入储能电池DC/DC变换器的输出电压V
oB
，第二比较器的输出端连接第一PI控制器的输入端；第一电流控制内环，第一电流控制内环包括第三比较器和第二PI控制器，第三比较器的参考端与第一PI控制器的输出端连接，第三比较器的反馈端输入储能电池输出电流i
B
，第三比较器的输出端连接第二PI控制器的输入端；第一PWM调制器，第一PWM调制器的输入端连接第二PI控制器的输入端，第一PWM调制器的输出端连接储能电池DC/DC变换器。3.根据权利要求2所述的基于混合储能装置的分布式无通信功率协调分配系统，其特征在于，所述的虚拟电阻控制器为k
i1
为虚拟电阻控制器的积分常数，R
v1
为虚拟电阻参数，s表示复频域。4.根据权利要求1～3任一项所述的基于混合储能装置的分布式无通信功率协调分配系统，其特征在于，所述的超级电容控制器包括：虚拟电容下垂电压控制外环，虚拟电容下垂电压控制外环包括第四比较器和虚拟电容控制器，虚拟电容控制器的输入端输入超级电容DC/DC变换器输出电流i
oSC
，虚拟电容控制器的输出端连接第四比较器的反馈端，第四比较器的参考端输入混和储能装置的直流母线电压额定值V
nom
；第二电压控制内环，第二电压控制内环包括第五比较器和第三PI控制器，第五比较器的参考端与第四比较器的输出端连接，第五比较器的反馈端输入超级电容DC/DC变换器的输出电压V
oSC
，第五比较器的输出端连接第三PI控制器的输入端；第二电流控制内环，第二电流控制内环包括第六比较器和第四PI控制器，第六比较器的参考端与第三PI控制器的输出端连接，第六比较器的反馈端输入超级电容输出电流i
SC
，第六比较器的输出端连接第四PI控制器的输入端；第二PWM调制器，第二PWM调制器的输入端连接第四PI控制器的输入端，第二PWM调制器的输出端连接超级电容DC/DC变换器。
5.根据权利要求4所述的基于混合储能装置的分布式无通信功率协调分配系统，其特征在于，所述的虚拟电容控制器为C
v1
为虚拟电容参数，s表示复频域。6.基于混合储能装置的分布式无通信功率协调分配方法，其特征在于，采用权利要求1～5任一项所述的基于混合储能装置的分布式无通信功率协调分配系统，包括以下步骤：步骤S1、根据直流微网中实际的直流母线电压选择混和储能装置的直流母线电压额定值V
nom
；步骤S2、根据储能电池响应时间常数选择混和储能装置的响应时间常数τ，混和储能装置的响应时间常数τ大于或等于储能电池的响应时间常数；步骤S3、根据混和储能装置的响应时间常数τ选择储能电池控制回路的虚拟电阻参数R
v1
和超级电容控制回路的虚拟电容参数C
v1
，混和储能装置的响应时间常数τ表示为：τ＝R
v1
C
v1
；步骤S4、采样储能电池DC/DC变换器两端输出电压V
oB
以及输出电流i
oB
，将其对应作为储能电池控制器的第一电压控制内环和第一电流控制内环的反馈值；步骤S5、采样超级电容DC/DC变换器两端输出电压V
oSC
以及输出电流i
oSC
，将其对应作为超级电容控制器的第二电压控制内环和第二电流控制内环的反馈值；步骤S6、设计储能电池控制器，将直流母线电压额定值V
nom
输入储能电池控制器的虚拟电阻下垂电压控制外环、储能电池DC/DC变换器输出电流i
oB
输入虚拟电阻下垂电压控制外环、储能电池输出电流i
B
输入第一电流控制内环，储能电池控制器的第一PW...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾尊渊，郭燕，白岳谦，袁蓉，李萍，乔印涛，张枭，卓放，
申请(专利权)人：西安合容新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：