CN109546668A - 一种多能互补系统中储能状态均衡控制方法及系统 - Google Patents

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梅生伟
曹树屏
郑天文
陈来军
魏巍
陈振
孙昕炜
蒋力波
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Tsinghua University
State Grid Corp of China SGCC
Electric Power Research Institute of State Grid Sichuan Electric Power Co Ltd
Sichuan Energy Internet Research Institute EIRI Tsinghua University
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Tsinghua University
State Grid Corp of China SGCC
Electric Power Research Institute of State Grid Sichuan Electric Power Co Ltd
Sichuan Energy Internet Research Institute EIRI Tsinghua University
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]

Abstract

本发明涉及一种多能互补系统中储能状态均衡控制方法及系统。各储能单元通过稀疏网络连接，而各储能单元的分布式控制器模块采集本地控制模块的荷电状态，并与相邻的被控储能单元进行交互荷电状态信息，采用离散一致性算法实现储能单元荷电状态一致值，进而通过均衡控制模块和本地控制模块调解各储能单元的输出功率，按其容量比例输出有功功率，实现多能互补微网储能状态均衡控制。本发明能够提高多能互补微电网储能单元的荷电状态均衡、功率分配精度，降低有功损失，以及提高储能单元的使用寿命。

Description

一种多能互补系统中储能状态均衡控制方法及系统
技术领域
本发明涉及电网频率控制领域，特别是涉及一种多能互补系统中储能状态均衡控制方法及系统。
背景技术
随着清洁能源技术的不断发展，实现多种能源的高效综合利用是未来发展的趋势，同时2015年国家发改委、能源局在促进智能电网发展的指导意见中明确提出“加强能源互联，促进多种能源优化互补”。然而多能互补微网为多种能源耦合以及实现能源的梯级利用和协同调度提供了新的发展思路。与此同时，多能互补微网促进多种能源的源、网、荷深度融合、紧密互动等特点受到了人们的青睐。但是具有波动性、不确定性的风电、光伏等分布式能源的大规模并入，对电网的安全和稳定运行带来了许多挑战。储能单元作为多能互补微网的重要功能单元，其可有效的解决分布式能源规模化和消纳问题，提高多能互补微网系统的稳定性和可靠性。由于各储能单元存在电池特性、硬件参数配置、初始运行状态等差异，以及储能单元充放电过程中容量、荷电状态以及充放电率等自身特性不一致，导致降低了储能单元的功率分配精度、增加了多能互补微网系统有功功率损失以及缩短储能单元的有效使用寿命，进一步影响多能互补微网的稳定性和可靠性。
现有技术的储能状态均衡控制方法是针对于多电池荷电状态均衡方法，其工作原理是：多电池管理系统采集得到各个电池系统的荷电状态，制定对应各个电池的不均衡度系数评估函数，然后通过荷电状态均衡逼近算法以各个电池荷电状态不均衡度最小化为目标制定储能电池功率调度策略，实现多电池状态均衡。该方法虽较好的实现了储能状态均衡控制，但由于采用集中式控制的储能状态均衡控制方法，其主要依靠中央控制单元，这样增加了系统的复杂性和成本，降低了系统的可靠性，不利于保护所有被控对象的隐私。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够提高微电网稳定性的多能互补系统中储能状态均衡控制方法及系统。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种多能互补系统中储能状态均衡控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
估算储能单元荷电状态估计值SOCi(k)＝1-1/Bi(k)∫Pi(k)dt；其中，Pi(k)是储能单元i的输出有功功率；Bi(k)是储能单元i的容量。
荷电状态估计值采用离散一致性算法估算获得全网储能单元荷电状态
其中，SOCr,i(k+1)是储能单元i在k+1时刻迭代估算的储能荷电状态一致值； SOCj(k)是储能单元j在k时刻的荷电状态；Ni为所有与储能单元i相邻储能单元集合；dij为双随机矩阵D中的元素；
全网储能单元荷电状态一致值SOCr,i(k)与荷电状态估计值SOCi(k)之间的偏差通过储能荷电状态均衡控制设计的比例积分控制器，获得虚拟电阻d轴的增量
其中，SOCr,i(k)是储能单元i在k时刻迭代估算的储能荷电状态一致值；KP和KI分别为PI控制的比例系数和积分系数；
虚拟阻抗环接收到的虚拟电阻d轴的增分量Δrd,i与虚拟阻抗环中的虚拟电阻d轴的基本分量rd,b相加获得虚拟电阻d轴分量rd,i(k)，表达式如下：
rd,i(k)＝rd,b+Δrd,i(k)i＝1,2,L n
其中，rd,i(k)为储能单元i在k时刻虚拟电阻d轴分量；rd,b为虚拟电阻 d轴的基本分量。
可选的，所述控制系统包括：储能单元i的分布式控制器模块、邻居储能单元j的分布式控制器模块、低带宽通信链路；
储能单元i的分布式控制器模块与邻居储能单元j的分布式控制器模块通过低带宽通信链路与储能单元连接，通过通信链路交换荷电状态估计值。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明涉及一种多能互补微网储能状态均衡控制方法及系统。各储能单元通过稀疏网络连接，而各储能单元的分布式控制器模块采集本地控制模块的荷电状态，并与相邻的被控储能单元进行交互荷电状态信息，采用离散一致性算法实现储能单元荷电状态一致值，进而通过均衡控制模块和本地控制模块调解各储能单元的输出功率，按其容量比例输出有功有功功率，实现多能互补微网储能状态均衡控制。本发明能够提高多能互补微电网储能单元的荷电状态均衡、功率分配精度，降低有功损失，以及提高储能单元的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的多能互补微网储能状态均衡控制方法及系统示意图。
图2是本发明的储能单元均衡控制原理框图示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种能够提高微电网稳定性的多能互补系统中储能状态均衡控制方法及系统。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
一种多能互补系统中储能状态均衡控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
估算储能单元荷电状态估计值SOCi(k)＝1-1/Bi(k)∫Pi(k)dt；
其中，Pi(k)是储能单元i的输出有功功率；Bi(k)是储能单元i的容量。
荷电状态估计值采用离散一致性算法估算获得全网储能单元荷电状态
其中，SOCr,i(k+1)是储能单元i在k+1时刻迭代估算的储能荷电状态一致值； SOCj(k)是储能单元j在k时刻的荷电状态；Ni为所有与储能单元i相邻储能单元集合；dij为双随机矩阵D中的元素；
全网储能单元荷电状态一致值SOCr,i(k)与荷电状态估计值SOCi(k)之间的偏差通过储能荷电状态均衡控制设计的比例积分控制器，获得虚拟电阻d轴的增量
其中，SOCr,i(k)是储能单元i在k时刻迭代估算的储能荷电状态一致值；KP和KI分别为PI控制的比例系数和积分系数；
虚拟阻抗环接收到的虚拟电阻d轴的增分量Δrd,i与虚拟阻抗环中的虚拟电阻d轴的基本分量rd,b相加获得虚拟电阻d轴分量rd,i(k)，表达式如下：
rd,i(k)＝rd,b+Δrd,i(k) i＝1,2,L n
其中，rd,i(k)为储能单元i在k时刻虚拟电阻d轴分量；rd,b为虚拟电阻 d轴的基本分量。
如图1和图2所示，所述控制系统包括：储能单元i的分布式控制器模块、邻居储能单元j的分布式控制器模块、低带宽通信链路；
储能单元i的分布式控制器模块与邻居储能单元j的分布式控制器模块通过低带宽通信链路与储能单元连接，通过通信链路交换荷电状态估计值。
虚拟阻抗环中的虚拟电阻与采集的电流相乘获得虚拟阻抗环的输出量，此时三相参考电压发生器获得的输出量与虚拟阻抗环获得的输出量与电容电压之和相减获得电压控制环的输入量，依次通过控制电压控制环、电流控制环以及PWM获得调节量，调解储能单元的DC/AC逆变器输出功率。
本发明的分布式方法实现了储能单元间的状态均衡控制，不仅能够降低系统复杂程度，最大限度的保护了被控对象的隐私，延长了储能单元的使用寿，而且能够使整个多能互补微网更加高效、更加经济以及安全稳定运行。本发明不仅能够降低系统复杂程度，最大限度的保护了被控对象的隐私，延长了储能单元的使用寿，而且能够使整个多能互补微网更加高效、更加经济以及安全稳定运行。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种多能互补系统中储能状态均衡控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
估算储能单元荷电状态估计值SOCi(k)＝1-1/Bi(k)∫Pi(k)dt；
其中，Pi(k)是储能单元i的输出有功功率；Bi(k)是储能单元i的容量；
荷电状态估计值采用离散一致性算法估算获得全网储能单元荷电状态
其中，SOCr,i(k+1)是储能单元i在k+1时刻迭代估算的储能荷电状态一致值；SOCj(k)是储能单元j在k时刻的荷电状态；Ni为所有与储能单元i相邻储能单元集合；dij为双随机矩阵D中的元素；
全网储能单元荷电状态一致值SOCr,i(k)与荷电状态估计值SOCi(k)之间的偏差通过储能荷电状态均衡控制设计的比例积分控制器，获得虚拟电阻d轴的增量
其中，SOCr,i(k)是储能单元i在k时刻迭代估算的储能荷电状态一致值；KP和KI分别为PI控制的比例系数和积分系数；
虚拟阻抗环接收到的虚拟电阻d轴的增分量Δrd,i与虚拟阻抗环中的虚拟电阻d轴的基本分量rd,b相加获得虚拟电阻d轴分量rd,i(k)，表达式如下：
rd,i(k)＝rd,b+Δrd,i(k)i＝1,2,L n
其中，rd,i(k)为储能单元i在k时刻虚拟电阻d轴分量；rd,b为虚拟电阻d轴的基本分量。
2.根据权利要求1所述的一种多能互补系统中储能状态均衡控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：储能单元i的分布式控制器模块、邻居储能单元j的分布式控制器模块、低带宽通信链路；
储能单元i的分布式控制器模块与邻居储能单元j的分布式控制器模块通过低带宽通信链路与储能单元连接，通过通信链路交换荷电状态估计值。
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