CN109713660A - 直流微电网并联储能电池荷电状态均衡控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了直流微电网并联储能电池荷电状态均衡控制方法及装置，其中，包括；采集储能电池组中的每个储能电池的第一工作状态；处理获得储能电池组中的储能电池的第二工作状态；基于每个储能电池的第一工作状态和第二工作状态，采用第一控制策略得到每个储能电池输出端直流变换器输出的电压给定值；基于每个储能电池输出端直流变换器输出的电压给定值，采用第二控制策略调整每个储能电池输出端直流变换器的输出电压。本发明通过实时检测并联电池的平均值荷电状态，并采用改进下垂控制策略调整储能电池输出功率，精准实现并联电池荷电状态的均衡控制。
Description
技术领域
本发明涉及储能技术领域，具体地涉及一种直流微电网并联储能电池荷电状态均衡控制方法及装置。
背景技术
直流微电网中采用大量可再生供电电源，为平抑可再生供电电源受环境影响而产生的波动，通常在直流微电网中增加储能电池，起到平衡直流微电网功率的作用，提高直流微电网稳定性。当储能电池容量需求较大时，可采用多个储能电池进行并联，利用适当的控制方法实现并联储能电池输出功率的分配。
专利文献CN106953379A公开了一种并联储能电池荷电状态的均衡控制方法及装置，采用希尔排序法对荷电状态进行排序，将储能电池荷电状态划分为5个不同区间，在不同区间采用不同的比例系数按荷电状态大小分配功率，控制过程较为繁琐，且在某些区间储能电池不动作，影响储能电池利用率。
专利文献CN105226744A公开了一种基于SOC的动力电池组均衡充放电控制方法及系统，根据组内电池单体SOC均方差是否大于第一预设阈值，决定是否开启均衡控制，并根据相邻两电池单体之间荷电状态差值是否大于第二预设阈值、某个电池模块的荷电状态与荷电状态平均值的差值是否大于第三预设阈值，决定是否开启底层控制策略控制底层电路或开启顶层控制策略控制顶层电路，由于判断阈值的存在，该方法难以实现SOC的精确均衡。
此外，也经常使用下垂控制策略对并联储能电池输出功率进行分配。而由于线路阻抗不平衡、储能电池状态不一致等原因，传统下垂控制方法往往使储能电池输出功率不平衡，进而导致储能电池荷电状态不均衡，甚至部分储能电池放电功率过大，造成过放电，从而严重影响储能电池寿命，危及直流微电网运行稳定性。因此，储能电池荷电状态的精确均衡控制对本领域技术的发展有一定的意义。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于直流微电网的并联储能电池荷电状态均衡控制方法及装置，实现不同储能电池之间荷电状态和输出功率的均衡控制。
本发明是根据以下技术方案实现的：
直流微电网并联储能电池荷电状态均衡控制方法，其中，包括如下步骤：
步骤S1：采集储能电池组中的每个储能电池的第一工作状态；
步骤S2：处理获得所述储能电池组中的所述储能电池的第二工作状态；
步骤S3：基于每个所述储能电池的所述第一工作状态和所述第二工作状态，采用第一控制策略得到每个储能电池输出端直流变换器输出的电压给定值；
步骤S4：基于每个所述储能电池输出端直流变换器输出的电压给定值，采用第二控制策略调整每个所述储能电池输出端直流变换器的输出电压。
优选的，所述第一工作状态包括，所述储能电池组中的每个所述储能电池的荷电状态和输出功率。
优选的，所述第二工作状态包括，所述储能电池组中的所述储能电池的平均荷电状态。
优选的，其特征在于，所述第一控制策略如下式所示：
ki＝m0-m1(SOCi-SOCavg)；
其中，Ui为第i个储能电池输出端直流变换器输出电压参考值；
Udc *为储能电池输出端直流变换器输出的电压额定值；
Pi为第i个储能电池的输出功率；
ki为第i个储能电池改进的下垂控制系数；
m0为所述改进的下垂控制初始系数；
m1为所述改进的下垂控制调整系数；
SOCi为第i个储能电池的荷电状态；
SOCavg为平均荷电状态；
N表示并联储能电池的总数量。
优选的，所述第二控制策略为电压电流双闭环控制策略。
还包括直流微电网并联储能电池荷电状态均衡控制装置，其中，包括：
储能电池组，由多个储能电池组成；
多个测量模块，所述测量模块与所述储能电池的输出端一一对应连接，每个所述测量模块用以采集对应连接的所述储能电池的第一工作状态；
低带宽通信线路，与每个所述测量模块的输出端连接，所述低带宽通信线路将所述测量模块采集的储能电池的工作状态输出；
电池能量管理模块，输入端与所述低带宽通信线路连接，用以计算获得所述储能电池的第二工作状态；
多个储能电池输出端直流变换器，每个所述储能电池输出端直流变换器的输入端与所述电池能量管理模块的输出端连接；
所述电池能量管理模块基于所述储能电池的所述第一工作状态和所述第二工作状态采用第一控制策略得到每个所述储能电池输出端直流变换器输出的电压给定值；
所述储能电池输出端直流变换器基于每个所述储能电池输出端直流变换器输出的电压给定值采用第二控制策略调整自身的输出电压。
优选的，所述第一工作状态包括：所述储能电池组中的每个所述储能电池的荷电状态和输出功率。
优选的，所述第二工作状态包括：所述储能电池组中的所述储能电池的平均荷电状态。
优选的，所述第二控制策略为电压电流双闭环控制策略。
优选的，所述电池能量管理模块包括：
平均荷电状态计算单元、改进下垂系数计算单元、电压参考值计算单元，其中：
所述平均荷电状态计算单元采用下式计算获得平均荷电状态；
其中，SOCi为第i个储能电池的荷电状态；
SOCavg为平均荷电状态；
N表示并联储能电池的总数量；
所述改进下垂系数计算单元采用下式计算第i个储能电池改进的下垂控制系数；
ki＝m0-m1(SOCi-SOCavg)；
其中，ki为第i个储能电池改进的下垂控制系数；
m0为所述改进的下垂控制初始系数；
m1为所述改进的下垂控制调整系数；
SOCi为第i个储能电池的荷电状态；
SOCavg为平均荷电状态；
所述电压参考值计算单元采用下式获得第i个储能电池输出端直流变换器输出电压参考值；
其中：
Ui为第i个储能电池输出端直流变换器输出的电压参考值；
Udc *为储能电池输出端直流变换器输出的电压额定值
Pi为第i个储能电池的输出功率。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明引入的控制策略能够实现每个储能电池荷电状态精确相等，输出功率趋于一致；
本发明用于可用于直流微电网中储能电池荷电状态和输出功率的均衡控制，防止储能电池过放电，延长储能电池使用寿命，从而提高直流微电网的经济性和效率。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明直流微电网并联储能电池荷电状态均衡控制方法的实施例的流程示意图；
图2为本发明直流微电网并联储能电池荷电状态均衡控制方法的实施例中，关于第一控制策略的原理框图；
图3为本发明提供的直流微电网并联储能电池荷电状态均衡控制装置示意图；
图4为本发明提供的直流微电网并联储能电池荷电状态均衡控制装置实施例中，关于电池能量管理模块的结构示意图；
图5为本发明具体实施方式中直流微电网并联储能系统仿真模型；
图6为本发明直流微电网并联储能电池荷电状态均衡控制方法的实施例中，给出的各储能电池荷电状态仿真波形图；
图7为本发明直流微电网并联储能电池荷电状态均衡控制方法的实施例中，给出的各储能电池输出功率仿真波形图。
附图标记表示：
1、测量模块；2、低带宽通信线路；3、电池能量管理模块；4、储能电池输出端直流变换器。
31、平均荷电状态计算单元；32、改进下垂系数计算单元；33、电压参考值计算单元。
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。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明所提供的直流微电网并联储能电池荷电状态均衡控制方法。
如图1所示，直流微电网并联储能电池荷电状态均衡控制方法的实施例，其中，包括如下步骤：
步骤S1：采集储能电池组中的每个储能电池的第一工作状态。
上述技术方案中，通过采集获取的每个储能电池的第一工作状态具体可包括，储能电池组中的每个储能电池的荷电状态和输出功率。
步骤S2：处理获得储能电池组中的储能电池的第二工作状态；
上述技术方案中，获取储能电池的第二工作状态具体包括储能电池组中的储能电池的平均荷电状态。
步骤S3：基于每个储能电池的第一工作状态和第二工作状态，采用第一控制策略得到每个储能电池输出端直流变换器输出的电压给定值。
上述技术方案中，基于每个储能电池荷电状态与平均荷电状态的差值，采用第一控制策略得到每个储能电池输出端直流变换器输出电压给定值；
如图2所示，具体计算方式如下式：
ki＝m0-m1(SOCi-SOCavg) (2)
其中，Ui为第i个储能电池输出端直流变换器输出电压参考值；
Udc *为储能电池输出端直流变换器输出的电压额定值；
Pi为第i个储能电池的输出功率；
ki为第i个储能电池改进的下垂控制系数；
m0为改进的下垂控制初始系数；
m1为改进的下垂控制调整系数；
SOCi为第i个储能电池的荷电状态；
SOCavg为平均荷电状态；
N表示并联储能电池的总数量。
其中通过式(3)计算获得储能电池的平均荷电状态；
通过式(2)计算第i个储能电池改进下垂控制系数；
通过式(1)计算第i个储能电池输出端直流变换器输出的电压参考值。
步骤S4：基于每个储能电池输出端直流变换器输出的电压给定值，采用第二控制策略调整每个储能电池输出端直流变换器的输出电压。
其中，第二控制策略可采用电压电流双闭环控制策略。
在上述计算方式下，荷电状态SOCi大于平均荷电状态SOCavg的储能电池输出端直流变换器对应的下垂系数将小于改进下垂控制初始系数m0，输出功率较大，荷电状态SOCi下降较快；
荷电状态SOCi小于平均荷电状态SOCavg的储能电池输出端直流变换器对应的下垂系数将大于改进下垂控制初始系数m0，输出功率较小，荷电状态SOCi下降较慢。
随着控制过程的进行，各储能电池的荷电状态SOCi将逐渐趋向于平均荷电状态SOCavg，即实现储能电池荷电状态的均衡，同时由于荷电状态均衡时改进下垂系数相等，因此也实现了输出功率的均衡。
本发明的技术方案中还包括直流微电网并联储能电池荷电状态均衡控制装置。
如图3所示，还包括一种直流微电网并联储能电池荷电状态均衡控制装置的示例，其中，包括：
储能电池组，由多个储能电池组成；
多个测量模块1，测量模块1与储能电池的输出端一一对应连接，每个测量模块1用以采集对应连接的储能电池的第一工作状态；
低带宽通信线路2，与每个测量模块1的输出端连接，低带宽通信线路2将测量模块1采集的储能电池的工作状态输出；
电池能量管理模块3，输入端与低带宽通信线路2连接，用以计算获得储能电池的第二工作状态；
多个储能电池输出端直流变换器4，每个储能电池输出端直流变换器4的输入端与电池能量管理模块3的输出端连接；
电池能量管理模块3基于储能电池的第一工作状态和第二工作状态采用第一控制策略得到每个储能电池输出端直流变换器4输出的电压给定值；
储能电池输出端直流变换器4基于每个储能电池输出端直流变换器4输出的电压给定值采用第二控制策略调整自身的输出电压。
上述技术方案中，每个测量模块1与每个储能电池输出端相连接，低带宽通信线路2将每个测量模块1输出端与电池能量管理模块3输入端相连接，电池能量管理模块3输出端与每个储能电池输出端直流变换器4控制端口相连接，其中：
由测量模块1采集每个储能电池的第一工作状态，然后通过低带宽通信线路2将测量模块1采集的储能电池的第一工作状态传输到电池能量管理模块3，
电池能量管理模块3利用第一控制策略即以上述计算式1)、2)以及3)获得每个储能电池输出端直流变换器4输出的电压给定值，并进一步基于每个储能电池输出端直流变换器4输出的电压给定值，采用第二控制策略即电压电流双闭环控制策略调整每个储能电池输出端直流变换器4的输出电压。
如图4所示，电池能量管理模块3包括：平均荷电状态计算单元31、改进下垂系数计算单元32、电压参考值计算单元33，其中：
平均荷电状态计算单元31采用下式计算获得平均荷电状态；
其中，SOCi为第i个储能电池的荷电状态；
SOCavg为平均荷电状态；
N表示并联储能电池的总数量；
改进下垂系数计算单元32采用下式计算第i个储能电池改进的下垂控制系数；
ki＝m0-m1(SOCi-SOCavg)；
其中，ki为第i个储能电池改进的下垂控制系数；
m0为改进的下垂控制初始系数；
m1为改进的下垂控制调整系数；
SOCi为第i个储能电池的荷电状态；
SOCavg为平均荷电状态；
电压参考值计算单元33采用下式获得第i个储能电池输出端直流变换器4输出电压参考值；
其中：
Ui为第i个储能电池输出端直流变换器4输出的电压参考值；
Udc *为储能电池输出端直流变换器4输出的电压额定值；
Pi为第i个储能电池的输出功率。
上述技术方案中，通过引入储能电池平均荷电状态作为控制参数，用于调整下垂控制策略中的下垂系数，最终能够实现每个储能电池荷电状态精确相等，输出功率趋于一致。
为了进一步验证本发明技术方案的技术效果，以下以一种具体实施方式进行说明，构建了储能电池1和储能电池2进行仿真，如图5所示为实施例直流微电网并联储能系统仿真模型，其中R1为储能电池1对应电路的线路阻抗，其中R2为储能电池2对应电路的线路阻抗，其中R3为整个电路的负载。
由图6和图7可知，当储能电池1、储能电池2的初始荷电状态SOC1、SOC2不同时，利用本发明所提出的方法，储能电池1、储能电池2的荷电状态SOC1、SOC2以及输出功率P1、P2最终能够实现均衡。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.直流微电网并联储能电池荷电状态均衡控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：采集储能电池组中的每个储能电池的第一工作状态；
步骤S2：处理获得所述储能电池组中的所述储能电池的第二工作状态；
步骤S3：基于每个所述储能电池的所述第一工作状态和所述第二工作状态，采用第一控制策略得到每个储能电池输出端直流变换器输出的电压给定值；
步骤S4：基于每个所述储能电池输出端直流变换器输出的电压给定值，采用第二控制策略调整每个所述储能电池输出端直流变换器的输出电压。
2.根据权利要求1所述的直流微电网并联储能电池荷电状态均衡控制方法，所述第一工作状态包括，所述储能电池组中的每个所述储能电池的荷电状态和输出功率。
3.根据权利要求1所述的直流微电网并联储能电池荷电状态均衡控制方法，所述第二工作状态包括，所述储能电池组中的所述储能电池的平均荷电状态。
4.根据权利要求1所述的直流微电网并联储能电池荷电状态均衡控制方法，其特征在于，所述第一控制策略如下式所示：
ki＝m0-m1(SOCi-SOCavg)；
其中，Ui为第i个储能电池输出端直流变换器输出电压参考值；
Udc *为储能电池输出端直流变换器输出的电压额定值；
Pi为第i个储能电池的输出功率；
ki为第i个储能电池改进的下垂控制系数；
m0为所述改进的下垂控制初始系数；
m1为所述改进的下垂控制调整系数；
SOCi为第i个储能电池的荷电状态；
SOCavg为平均荷电状态；
N表示并联储能电池的总数量。
5.根据权利要求1所述的直流微电网并联储能电池荷电状态均衡控制方法，其特征在于，所述第二控制策略为电压电流双闭环控制策略。
6.直流微电网并联储能电池荷电状态均衡控制装置，其特征在于，包括：
储能电池组，由多个储能电池组成；
多个测量模块，所述测量模块与所述储能电池的输出端一一对应连接，每个所述测量模块用以采集对应连接的所述储能电池的第一工作状态；
低带宽通信线路，与每个所述测量模块的输出端连接，所述低带宽通信线路将所述测量模块采集的储能电池的工作状态输出；
电池能量管理模块，输入端与所述低带宽通信线路连接，用以计算获得所述储能电池的第二工作状态；
多个储能电池输出端直流变换器，每个所述储能电池输出端直流变换器的输入端与所述电池能量管理模块的输出端连接；
所述电池能量管理模块基于所述储能电池的所述第一工作状态和所述第二工作状态采用第一控制策略得到每个所述储能电池输出端直流变换器输出的电压给定值；
所述储能电池输出端直流变换器基于每个所述储能电池输出端直流变换器输出的电压给定值采用第二控制策略调整自身的输出电压。
7.根据权利要求6所述的直流微电网并联储能电池荷电状态均衡控制装置，其特征在于，所述第一工作状态包括：所述储能电池组中的每个所述储能电池的荷电状态和输出功率。
8.根据权利要求6所述的直流微电网并联储能电池荷电状态均衡控制装置，其特征在于，所述第二工作状态包括：所述储能电池组中的所述储能电池的平均荷电状态。
9.根据权利要求6所述的直流微电网并联储能电池荷电状态均衡控制装置，其特征在于，所述第二控制策略为电压电流双闭环控制策略。
10.根据权利要求6所述的直流微电网并联储能电池荷电状态均衡控制装置，其特征在于，所述电池能量管理模块包括：
平均荷电状态计算单元、改进下垂系数计算单元、电压参考值计算单元，其中：
所述平均荷电状态计算单元采用下式计算获得平均荷电状态；
其中，SOCi为第i个储能电池的荷电状态；
SOCavg为平均荷电状态；
N表示并联储能电池的总数量；
所述改进下垂系数计算单元采用下式计算第i个储能电池改进的下垂控制系数；
ki＝m0-m1(SOCi-SOCavg)；
其中，ki为第i个储能电池改进的下垂控制系数；
m0为所述改进的下垂控制初始系数；
m1为所述改进的下垂控制调整系数；
SOCi为第i个储能电池的荷电状态；
SOCavg为平均荷电状态；
所述电压参考值计算单元采用下式获得第i个储能电池输出端直流变换器输出电压参考值；
其中：
Ui为第i个储能电池输出端直流变换器输出的电压参考值；
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Pi为第i个储能电池的输出功率。
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