一种可重构电池储能系统模型预测控制方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种可重构电池储能系统模型预测控制方法与装置，通过对输出电压构建预测模型，之后再通过该预测模型以及当前时刻所采集到的输出电压信息，预测未来时刻输出电压的状态，对此状态求解，使得输出电压的值不断逼近给定值，最终得到控制变量并作用于系统，在下一个采样时刻重复这一过程，从而就可以在储能系统直流侧电压发生变化时，通过电力电子变换器的控制使得交流侧输出电压不变，实现电池储能系统在电池故障后的系统正常运行。储能系统在电池故障后的系统正常运行。储能系统在电池故障后的系统正常运行。

【技术实现步骤摘要】
一种可重构电池储能系统模型预测控制方法与装置


[0001]本专利技术涉及一种可重构电池储能系统模型预测控制方法，属于电力电子


技术介绍

[0002]“双碳”背景下，电化学储能系统能够促进可再生能源消纳，是实现双碳目标的重要技术支撑。因此，可重构电池储能系统成为热门研究，在这个背景下，可重构电池储能系统中应对系统故障的控制方法成为关键研究点之一。
[0003]目前，研究人员对电池储能系统进行了各个方面的研究。双有源全桥(DAB)变换器具有双向能量传输特性，高功率密度，高效率，便于级联和并联等有点所以被广泛应用在储能系统中。在DAB中传统的闭环控制是一种常见的控制方法但在储能系统中当储能电池突然发生故障，直流侧电压发生跌落时难以快速且准确的对系统运行状态的变换进行响应，从而导致系统出现波动发生安全问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决现有技术中存在的问题，提供一种可以根据电池储能侧电压的变化迅速做出相应，使得系统继续正常稳定的工作的可重构电池储能系统模型预测控制方法。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术提出的技术方案为：一种可重构电池储能系统模型预测控制方法，储能系统设有电力电子变换器，储能系统的电池发生故障后，直流侧电压发生跌落，包括如下步骤：
[0006]构建交流侧输出电压的预测模型；
[0007]根据输出电压的预测模型，构建移相控制的代价方程；
[0008]将移相占空比D的范围分隔为若干份，并依次代入代价方程，得到使代价方程最小的移相占空比；
[0009]利用该使代价方程最小的移相占空比调节电力电子变换器，使储能系统直流侧电压发生跌落后，输出电压保持稳定。
[0010]对上述技术方案的进一步设计为：所述电力电子变换器采用单移相控制，在单移相控制下在一个周期内有四种模态，四种模态的微分方程表达式为：
[0011][0012]其中，R为副边输出电阻，C2为副边输出电容，U
dc2
为瞬时输出电压；
[0013]将四种模态的微分方程进行平均等效处理可得：
[0014][0015]其中，<Udc2>为每一个周期输出电压的平均值；
[0016]将上式进行离散化处理可得：
[0017][0018]通过用<i
o
(k)>和<U
dc2
(k)>替代上式中的R，得到交流测输出电压的预测模型。
[0019]交流侧输出电压的预测模型为：
[0020][0021]其中，<U
dc2
(k+1)>为t
k+1
时刻输出电压的预测值，<U
dc2
(k)>为t
k
时刻的采样值，<i
o
(k)>为t
k
时刻的输出电流，<U
dc2
(k)>为t
k
时刻的输出电压，L
k
为原边输出等效电感，C2为副边输出电容，n为变比，D为移相占空比，U
dc
表示输入电压，f
s
为副边开关管的开关频率。
[0022]移相控制的代价方程为：
[0023]g
out
(D)＝(U
oref
‑
＜U
dc2
(k+1)>)2[0024]其中，U
oref
为输出电压的参考值。
[0025]移相占空比D∈[0,0.5]。
[0026]将D的范围分为50
‑
100份。
[0027]对移相控制的代价方程求导，得到非线性方程f(D)，对f(D)求导得到f
′
(D)；
[0028]设第n次迭代的移相占空比为D
n
，则第n+1次迭代的移相占空比D
n+1
为：
[0029][0030]将分割后的移相占空比依次代入，直至迭代出符合代价方程最小的占空比D
opt
。
[0031]所述非线性方程
[0032][0033]对上述非线性方程求导，得到
[0034][0035]所述电力电子变换器为双有源全桥变换器。
[0036]一种可重构电池储能系统模型预测控制装置，采用上述可重构电池储能系统模型预测控制方法，具体包括：
[0037]模型构建单元，用于构建交流测输出电压的预测模型，然后根据该输出电压的预测模型，构建移相控制的代价方程，并得到使代价方程最小的移相占空比；
[0038]控制单元，用于利用该使代价方程最小的移相占空比调节电力电子变换器。
[0039]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
[0040]本专利技术的可重构电池储能系统模型预测控制方法，通过对输出电压构建预测模型，之后再通过该预测模型以及当前时刻所采集到的输出电压信息，预测未来时刻输出电压的状态，对此状态求解，使得输出电压的值不断逼近给定值，最终得到控制变量并作用于系统，在下一个采样时刻重复这一过程。这样就可以在储能系统直流侧电压发生变化时，通过电力电子变换器的控制使得交流侧输出电压不变，实现电池储能系统在电池故障后的系统正常运行。
附图说明
[0041]图1为可重构电池储能系统模型预测控制方法基本框图；
[0042]图2为可重构电池储能DAB变换器的拓扑结构示意图；
[0043]图3为DAB传统控制和模型预测控制输出电压仿真对比图。
具体实施方式
[0044]下面结合附图以及具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0045]实施例
[0046]本实施例针对现有储能系统故障后的控制提出了一种模型预测方法，可以根据电池储能侧电压的变化迅速做出相应，使得系统继续正常稳定的工作。
[0047]本实施例的基于可重构电池储能系统模型预测控制方法，如图1所示，包括如下步骤：
[0048]步骤一：储能系统电池发生故障，将故障电池隔离，直流侧电压发生跌落；
[0049]步骤二、构建交流侧输出电压模型预测；
[0050]本实施例中采用的电力电子变压器为双有源桥DC
‑
DC变换器，图2为该电力电子变压器的拓扑结构。
[0051]本实施例中电力电子变换器采用单移相控制，可重构电池储能系统中DAB在单移相控制下在一个周期内有四种模态，每种模态都可以列出一个微分方程,在整个周期内对方程进行平均等效处理可得到表征输出电容电压的变化与占空比D之间的关系,最后再进行离散化处理得到预测模型，主要包含如下子步骤：
[0052](S21)DAB四种模态的微分方程表达式为：
[0053][0054]其中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可重构电池储能系统模型预测控制方法与装置，储能系统设有电力电子变换器，储能系统的电池发生故障后，直流侧电压发生跌落，其特征在于，包括如下步骤：构建交流侧输出电压的预测模型；根据输出电压的预测模型，构建移相控制的代价方程；将移相占空比D的范围分隔为若干份，并依次代入代价方程，得到使代价方程最小的移相占空比；利用该使代价方程最小的移相占空比调节电力电子变换器，使储能系统直流侧电压发生跌落后，输出电压保持稳定。2.根据权利要求1所述可重构电池储能系统模型预测控制方法，其特征在于：所述电力电子变换器采用单移相控制，在单移相控制下在一个周期内有四种模态，四种模态的微分方程表达式为：其中，R为副边输出电阻，C2为副边输出电容，U
dc2
为瞬时输出电压；将四种模态的微分方程进行平均等效处理可得：其中，<Udc2>为每一个周期输出电压的平均值；将上式进行离散化处理可得：通过用<i
o
(k)>和<U
dc2
(k)>替代上式中的R，得到交流测输出电压的预测模型。3.根据权利要求2所述可重构电池储能系统模型预测控制方法，其特征在于：交流侧输出电压的预测模型为：其中，<U
dc2
(k+1)>为t
k+1
时刻输出电压的预测值，<U
dc2
(k)>为t
k
时刻的采样值，<i
o
(k)>为t
k
时刻的输出电流，<U
dc2
(k)>为t
k
时刻的输出电压，L
k
为原边输出等效电感，C2为副边输出电容，n为...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴静云，王庭华，郭鹏宇，鄢博，李妍，何大瑞，田方媛，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：