CN108649593A - 一种直流微网中基于荷电状态的多储能单元协调控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种直流微网中基于荷电状态的多储能单元协调控制方法，所述直流微网包括分别通过变流器与直流母线连接的光伏系统、负载及储能系统，所述储能系统包括多个储能单元，该方法包括：当直流微网中直流母线的电压发生波动时，通过控制储能系统的总输出功率维持直流母线的电压稳定，其中，储能系统中的各储能单元根据自身的荷电状态实现各自的输出功率分配。与现有技术相比，本发明通过动态调整各储能单元的充放电功率，可以保证储能单元间的SOC均衡，维持母线电压的稳定，同时可以防止储能单元的过充或者过放，延迟储能单元的寿命，具有方法简单、可扩展性好、鲁棒性强等优点，且易于在实际系统中实现。

Description

一种直流微网中基于荷电状态的多储能单元协调控制方法
技术领域
本发明涉及直流微电网技术领域，尤其是涉及一种直流微网中基于荷电状态的多储能单元协调控制方法。
背景技术
随着现代电力系统发展，新能源及微电网得到广泛关注。日前，微电网工程主要以交流微电网的形式存在，由于无谐波、同步及无功损耗等问题，直流微网得到了越来越多的重视。直流微网中由于光伏、风电等分布式电源具有波动性、不可预测性及间歇性，往往需要配置储能系统抑制功率的波动以维持母线电压稳定。考虑到直流微电网中因电源及负载的分布性，配置的储能系统通常由多个并联接入直流母线的分布式储能单元构成。储能系统协调控制的目标是储能单元功率怎样合理地被分配，与此同时，为了防止储能单元的过充或者过放，需要平衡各个储能单元间的荷电状态(State-of-charge,SOC)。
现有的直流微网中储能系统的协调控制策略主要有集中式控制及分布式控制两种方式。集中式控制由中央处理器基于强通信方式采集各个储能信息实现功率的分配，分布式控制基于弱的通信方式或者不需要通信实现各个储能单元的功率分配。相比于集中式控制分布式控制鲁棒性强，而且控制简单更实用于简单直流微网中储能系统的功率分配。通常分布式控制采用电压-功率下垂控制，其原理是采集直流母线的电压，利用虚拟阻抗调整参考电压的值实现储能系统的功率分配，这种传统下垂控制因线性阻抗的存在功率分配精度不高，且未考虑储能单元间的SOC均衡的问题。在2013年33期的《中国电机工程学报上》第16卷中，陆晓楠等人提出了一种直流微网基于储能单元SOC带有电压补偿功能的改进的下垂控制方法，通过设置下垂系数与SOC的n次方成反比实现储能单元间功率的动态分配及SOC的均衡，但是该方法随着储能单元的增加变得复杂不易实现。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种直流微网中基于荷电状态的多储能单元协调控制方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种直流微网中基于荷电状态的多储能单元协调控制方法，所述直流微网包括分别通过变流器与直流母线连接的光伏系统、负载及储能系统，所述储能系统包括多个储能单元，该方法包括：当直流微网中直流母线的电压发生波动时，通过控制储能系统的总输出功率维持直流母线的电压稳定，其中，储能系统中的各储能单元根据自身的荷电状态实现各自的输出功率分配。
优选的，所述储能系统的总输出功率为：
Ps＝-ΔuSCiUDC
其中，Ps表示储能系统的总输出功率，Δu为直流母线的电压参考值与瞬时值的差值，S表示拉普拉斯算子，Ci为第i个储能单元的电力电子变换器输出电容，UDC为直流母线的瞬时电压。
优选的，所述储能单元的输出功率为：
其中，Pi表示参与输出功率分配的第i个储能单元的输出功率，Ps表示储能系统的总输出功率，N表示参与输出功率分配的储能单元的个数，μi表示第i个储能单元的SOC均衡系数。
优选的，所述第i个储能单元的SOC均衡系数为：
其中，SOCi表示当前第i个储能单元的荷电状态，SOCavg表示储能系统荷电状态的平均值。
优选的，所述储能系统的总输出功率为正时，储能系统放电，储能系统中只有符合荷电状态大于储能单元放电阈值的储能单元参与放电。
优选的，所述储能系统的总输出功率为负时，储能系统充电，储能系统中只有符合荷电状态小于储能单元充电阈值的储能单元参与充电。
与现有技术相比，本发明提出一种直流微网中基于SOC的多储能单元功率的动态分配协调控制方法，根据直流母线电压的波动量与直流母线上功率波动之间的关系得出储能系统输出的总功率，各个储能单元在基于SOC及其均衡系数对总功率进行分配，使得分配更加有效和合理，同时达到各储能单元的SOC的均衡，可以防止储能单元的过充或者过放，延迟储能单元的寿命，具有方法简单、可扩展性好、鲁棒性强等优点，且易于在实际系统中实现。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
一种直流微网中基于荷电状态的多储能单元协调控制方法，其中直流微网包括分别通过变流器与直流母线连接的光伏系统、负载及储能系统，储能系统包括多个储能单元，各个储能单元分别通过变流器与直流母线相连。
本协调控制方法包括：当直流微网中直流母线的电压发生波动时，通过控制储能系统的总输出功率维持直流母线的电压稳定，其中，储能系统中的各储能单元根据自身的荷电状态实现各自的输出功率分配。
本实施例中，根据直流母线的电压的波动量推算出储能系统应输出的总功率，用非线性方程描述直流微网中直流母线电压波动与功率波动之间的关系：
其中，Δu为直流母线的电压参考值与瞬时值的差值，S表示拉普拉斯算子，Ci为第i个储能单元的电力电子变换器输出电容，UDC为直流母线的瞬时电压，ΔP为光伏输出功率Pv与负载的消耗功率Pload间的差值，即ΔP＝Pv-Pload。
为了平滑光伏输出及负载消耗的波动以维持直流母线电压的波动，令Ps＝ΔP，Ps表示储能系统的总输出功率，得到储能系统的总输出功率为：
Ps＝-ΔuSCiUDC。
储能系统总输出功率分配的目标应满足同时达到各个储能单元SOC的均衡。因此各储能单元分配得到的输出功率为：
其中，Pi表示参与输出功率分配的第i个储能单元的输出功率，Ps表示储能系统的总输出功率，N表示参与输出功率分配的储能单元的个数，μi表示第i个储能单元的SOC均衡系数：
其中，SOCi表示当前第i个储能单元的荷电状态，SOCavg表示储能系统荷电状态的平均值：
当储能系统的总输出功率Ps＞0时，储能系统放电，为了保证储能单元的正常运行，储能系统中只有符合SOCi＞SOCmin的储能单元参与放电，SOCmin为储能单元放电阈值。
当储能系统的总输出功率Ps＜0时，储能系统充电，为了保证储能单元的正常运行，储能系统中只有符合SOCi＜SOCmax的储能单元参与充电，SOCmax为储能单元充电阈值。
本实施例中，假设储能系统中有2个储能单元，设2个储能单元初始的SOC值分别为0.9、0.6，设SOC值为0.9的储能单元为第1个储能单元，则此时：
首先以储能系统放电为例，则每个储能单元的输出功率为：
从以上的例子可知，当Ps＞0时，储能单元会放出功率以保持直流微电网的功率供需平衡以维持母线电压的稳定，基于储能单元的SOC值动态调整各储能单元间的放电功率，对于SOC相对较高的储能单元，放电时输出功率较高，对于SOC相对较低的储能单元，放电时输出功率较低。
再以储能系统充电为例，此时Ps＜0，则此时每个储能单元的吸收功率为：
从以上的例子可知，对于SOC相对较高的储能单元，充电时吸收功率较低，对于SOC相对较低的储能单元，充电时吸收功率较高。
从以上两个例子可得出，本方法动态调整各储能单元的充放电功率，能够实现高SOC的储能单元多出力，低SOC的储能单元少出力，可以保证储能单元间的SOC均衡，维持母线电压的稳定，同时可以防止储能单元的过充或者过放，延迟储能单元的寿命。

Claims (6)

1.一种直流微网中基于荷电状态的多储能单元协调控制方法，所述直流微网包括分别通过变流器与直流母线连接的光伏系统、负载及储能系统，所述储能系统包括多个储能单元，其特征在于，该方法包括：当直流微网中直流母线的电压发生波动时，通过控制储能系统的总输出功率维持直流母线的电压稳定，其中，储能系统中的各储能单元根据自身的荷电状态实现各自的输出功率分配。
2.根据权利要求1所述的一种直流微网中基于荷电状态的多储能单元协调控制方法，其特征在于，所述储能系统的总输出功率为：
Ps＝-ΔuSCiUDC
其中，Ps表示储能系统的总输出功率，Δu为直流母线的电压参考值与瞬时值的差值，S表示拉普拉斯算子，Ci为第i个储能单元的电力电子变换器输出电容，UDC为直流母线的瞬时电压。
3.根据权利要求1所述的一种直流微网中基于荷电状态的多储能单元协调控制方法，其特征在于，所述储能单元的输出功率为：
其中，Pi表示参与输出功率分配的第i个储能单元的输出功率，Ps表示储能系统的总输出功率，N表示参与输出功率分配的储能单元的个数，μi表示第i个储能单元的SOC均衡系数。
4.根据权利要求3所述的一种直流微网中基于荷电状态的多储能单元协调控制方法，其特征在于，所述第i个储能单元的SOC均衡系数为：
其中，SOCi表示当前第i个储能单元的荷电状态，SOCavg表示储能系统荷电状态的平均值。
5.根据权利要求1所述的一种直流微网中基于荷电状态的多储能单元协调控制方法，其特征在于，所述储能系统的总输出功率为正时，储能系统放电，储能系统中只有符合荷电状态大于储能单元放电阈值的储能单元参与放电。
6.根据权利要求1所述的一种直流微网中基于荷电状态的多储能单元协调控制方法，其特征在于，所述储能系统的总输出功率为负时，储能系统充电，储能系统中只有符合荷电状态小于储能单元充电阈值的储能单元参与充电。
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