CN110048450A - 孤岛微电网光伏-储能自主协调控制策略和控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种孤岛微电网光伏‑储能自主协调控制策略和控制系统。现有的光‑储协调控制方案通常利用中心控制器下发指令信号控制光伏、储能装置的协调运行，增加了孤岛微电网控制的复杂性。本发明首先根据动态平均一致性算法得到储能输出频率的平均值，其次利用比例‑积分调节器获得频率平均值与额定值的频率调节量，然后利用储能荷电状态给出控制光伏系统工作模式的逻辑信号，最后将频率调节量与逻辑信号共同应用于光伏系统输出电压以调节光伏系统的功率输出，进而实现光‑储协调控制。本发明自主切换光伏系统、风力发电机等间歇性能源的工作模式，并在微电网发电不足时执行甩负荷操作，维持功率平衡，同时避免储能装置出现过充或过放现象。

Description

孤岛微电网光伏-储能自主协调控制策略和控制系统

技术领域

本发明属于电力系统控制领域，具体地说是一种孤岛微电网光伏-储能自主协调控制策略和控制系统。

背景技术

孤岛微电网为解决偏远地区或海岛的供电问题提供了有效的解决途径，其中利用太阳能的光伏系统得到了广泛应用。但光伏系统的输出功率随着光照强度和温度的变化而变化，为保持发电端与负荷侧的功率平衡，引入储能装置。目前光伏系统与储能装置通常采用中心控制器发送的控制指令分配功率输出，对通信的要求较高，且易受单点故障的影响。

因此，有学者针对光伏-储能协调控制进行了研究，储能装置根据荷电状态调节输出频率并发送相应的控制指令给光伏系统，以控制其工作模式，但不能直接调节储能装置的输出功率，仅适合单台储能装置与光伏系统的协调运行。有些学者提出了一种基于平滑切换下垂控制策略的协调控制方案，使光伏系统、储能装置在电压控制模式和功率控制模式间实现平滑切换，最终实现有功功率在光伏系统和储能装置间的合理分配，但该策略用于工作模式切换的逻辑判断环节过于复杂，且下垂系数需要在比例-积分调节和比例-积分-微分调节间频繁切换，进一步增加了控制策略的复杂性。

发明内容

为简捷高效的实现光-储协调控制，本发明提供一种孤岛微电网光伏-储能自主协调控制策略，其给储能装置和光伏系统分配分布式代理，由储能代理获得各储能装置的频率和荷电状态信息，利用动态平均一致性算法获得频率的平均值，根据荷电状态输出逻辑判断信号，并与频率的平均值共同应用于光伏系统，以实现光伏系统工作模式的自主切换。

本发明采用如下的技术方案：孤岛微电网光伏-储能自主协调控制策略，其包括步骤：

步骤1)，给储能装置分配储能代理，给光伏系统分配光伏代理，由储能代理获得当地的储能装置输出的频率f和荷电状态SoC信息；

步骤2)，利用动态平均一致性算法计算频率的平均值f_mean；

步骤3)，荷电状态的计算与储能功率控制；

步骤4)：逻辑判断信号的生成；

步骤5)：光伏系统工作模式转换与甩负荷操作。

本发明的光伏-储能自主协调控制策略不需要外部指令信号即可实现孤岛微电网的功率平衡，同时避免了储能装置过充或过放现象，适用于含多储能装置与光伏系统的孤岛微电网协调控制。

作为上述控制策略的补充，步骤2)的具体内容如下：

设第i台储能装置的储能代理采集到的该储能装置输出的频率为f_i，与第j台储能装置的储能代理交互频率信息，获得所有储能装置输出的频率值后，利用动态平均一致性算法计算频率的平均值，即其中f_i(k)和f_j(k)分别为储能代理i和j在第k次迭代计算时的频率值；α是综合考虑收敛速度和稳定性而选择的比例因子；δ_ij(k)是引入的一附加状态量，用于存储f_i(k)和f_j(k)间的累加差值信息，其初始值为零，即δ_ij(0)＝0；根据该动态平均一致性算法，当不同频率收敛到同一值时，一致性算法计算得到平均值，即f_mean＝f_i(k)＝f_j(k)。

作为上述控制策略的补充，步骤3)的具体内容如下：

设所有储能装置输出电压均相同，且储能装置输出电压为储能装置变流器的输入电压，即V_in，忽略与储能装置相连的变流器功率损耗，则变流器输出功率P等于变流器输入功率P_in，满足P＝P_in＝V_ini_b，则储能装置荷电状态为其中SoC₀、C_e和i_b分别为初始荷电状态、储能容量和储能装置的输出电流；储能装置输出频率由式f＝f_n-mP控制，其中f_n为频率的额定值，f_n＝50Hz；m为下垂系数；规定储能装置吸收功率时，P<0，输出功率时，P>0。

作为上述控制策略的补充，步骤4)的具体内容如下：

给储能装置的荷电状态设定上、下限，分别为SoC_u和SoC_d，设微电网中含N台储能装置；

当储能装置处于充电状态，SoC增加，当SoC达到SoC_u，若继续充电，储能将出现过充现象，为防止储能装置深度充电，光伏系统需减小功率输出，设储能代理i输出的逻辑判断信号为K_logi，当第i台储能装置的荷电状态小于SoC_u时，即SoC_i<SoC_u，K_logi＝0；当SoC_i≥SoC_u时，K_logi＝1；各储能代理通过与相邻的储能代理交互逻辑判断信号，获得N个逻辑判断信号，即K_logi，i＝1,2,……,N，通过“或”逻辑门获得最终的逻辑信号K_log；

K_log的判断规则为：所有储能装置的荷电状态均小于SoC_u时，K_logi均为零，i＝1,2,……,N，通过“或”逻辑门获得K_log＝0；当第i台储能装置的荷电状态达到SoC_u，其储能代理输出逻辑信号K_logi＝1，通过“或”逻辑门获得K_log＝1；

储能代理将K_log＝1发送给相邻的光伏代理，通知光伏系统转换工作模式，减小光伏输出功率，储能吸收功率随之减少，直到储能吸收功率为零，其荷电状态不再增加；

同理，当储能装置处于放电状态，且所有的荷电状态均大于SoC_d时，储能代理输出逻辑信号K_dis＝0，微电网不执行甩负荷操作，当某台储能装置的荷电状态减小到SoC_d，K_dis＝1，执行甩负荷操作，减小微电网内负荷消耗，抑制储能深度放电。

作为上述控制策略的补充，步骤5)的具体内容如下：

当所有荷电状态均小于SoC_u，光伏代理接收到的逻辑判断信号K_log＝0，光伏系统利用该逻辑信号，结合频率平均值f_mean，控制光伏输出电压V_PV为其中，V_MPP为光伏系统的输出功率P_PV为最大值时的输出电压，即P_PV＝P_MPP，有V_PV＝V_MPP；k_PVp和k_PVi分别为比例-积分调节的比例系数和积分系数，f_n为频率的额定值，S表示拉普拉斯微分算子；

当K_log＝0时，光伏输出电压等于V_MPP，此时光伏系统处于最大功率输出模式；设光伏输出功率大于负荷消耗功率，即P_PV>P_load，储能装置处于充电状态，有P_load＝P_ESS+P_PV，P_ESS为储能装置吸收的功率且P_ESS<0；SoC增加，当某台储能装置的SoC达到SoC_u时，K_log＝1，在比例-积分调节项的调节作用下，光伏输出电压V_PV增加，超过了最大输出功率点，即V_PV>V_MPP，光伏转换为非最大功率输出模式，输出功率随之减小，导致储能装置吸收功率减小，直到负荷消耗完全由光伏系统提供，即P_load＝P_PV，储能装置吸收功率P_ESS＝0，储能装置荷电状态不再增加，防止储能装置的深度充电；

当光伏输出功率小于负荷消耗功率，即P_PV<P_load，储能输出功率，满足P_load＝P_ESS+P_PV，此时P_ESS>0，其荷电状态SoC减小，当某台储能装置的SoC减小到SoC_d时，逻辑信号K_dis由0变为1，甩去微电网内优先级低的负荷，使P_load减小，直到P_PV≥P_load，P_ESS≤0，SoC不再减小，防止储能装置深度放电。

作为上述控制策略的补充，所述的控制策略应用在风光储微电网自主协调控制中时，通过判断储能装置荷电状态的运行范围，即SoC是否处于安全工作范围以内SoC_d≤SoC≤SoC_u，自主切换间歇性能源的工作模式，并在微电网发电不足时执行甩负荷操作，维持功率平衡，同时避免储能装置出现过充或过放现象。

本发明采用的另一技术方案是提供一种孤岛微电网光伏-储能自主协调控制系统，其包括：

代理分配单元，用于给储能装置分配储能代理，给光伏系统分配光伏代理，由储能代理获得当地的储能装置输出的频率f和荷电状态SoC信息；

频率平均值计算单元，利用动态平均一致性算法计算频率的平均值f_mean；

计算与控制单元，用于荷电状态的计算与储能功率控制；

逻辑判断信号生成单元，用于生成逻辑判断信号；

工作模式转换与甩负荷操作单元，用于光伏系统工作模式转换与甩负荷操作。

作为上述控制系统的补充，所述计算与控制单元执行的具体内容如下：设所有储能装置输出电压均相同，且储能装置输出电压为储能装置变流器的输入电压，即V_in，忽略与储能装置相连的变流器功率损耗，则变流器输出功率P等于变流器输入功率P_in，满足P＝P_in＝V_ini_b，则储能装置荷电状态为其中SoC₀、C_e和i_b分别为初始荷电状态、储能容量和储能装置的输出电流；储能装置输出频率由式f＝f_n-mP控制，其中f_n为频率的额定值，f_n＝50Hz；m为下垂系数；规定储能装置吸收功率时，P<0，输出功率时，P>0。

作为上述控制系统的补充，所述逻辑判断信号生成单元执行的具体内容如下：

给储能装置的荷电状态设定上、下限，分别为SoC_u和SoC_d，设微电网中含N台储能装置；

当储能装置处于充电状态，SoC增加，当SoC达到SoC_u，若继续充电，储能将出现过充现象，为防止储能深度充电，光伏系统需减小功率输出，设储能代理i输出的逻辑判断信号为K_logi，当第i台储能装置的荷电状态小于SoC_u时，即SoC_i<SoC_u，K_logi＝0；当SoC_i≥SoC_u时，K_logi＝1；各储能代理通过与相邻的储能代理交互逻辑判断信号，获得N个逻辑判断信号，即K_logi，i＝1,2,……,N，通过“或”逻辑门获得最终的逻辑信号K_log；

K_log的判断规则为：所有储能装置的荷电状态均小于SoC_u时，K_logi均为零，i＝1,2,……,N，通过“或”逻辑门获得K_log＝0；当第i台储能装置的荷电状态达到SoC_u，其储能代理输出逻辑信号K_logi＝1，通过“或”逻辑门获得K_log＝1；

储能代理将K_log＝1发送给相邻的光伏代理，通知光伏系统转换工作模式，减小光伏输出功率，储能吸收功率随之减少，直到储能吸收功率为零，其荷电状态不再增加；

同理，当储能装置处于放电状态，且所有的荷电状态均大于SoC_d时，储能代理输出逻辑信号K_dis＝0，微电网不执行甩负荷操作，当某台储能装置的荷电状态减小到SoC_d，K_dis＝1，执行甩负荷操作，减小微电网内负荷消耗，抑制储能深度放电。

作为上述控制系统的补充，所述工作模式转换与甩负荷操作单元执行的具体内容如下：

所有荷电状态均小于SoC_u，光伏代理接收到的逻辑判断信号K_log＝0，光伏系统利用该逻辑信号，结合频率平均值f_mean，控制光伏输出电压V_PV为其中，V_MPP为光伏系统的输出功率P_PV为最大值时的输出电压，即P_PV＝P_MPP，有V_PV＝V_MPP；k_PVp和k_PVi分别为比例-积分调节的比例系数和积分系数，f_n为频率的额定值，S表示拉普拉斯微分算子；

当K_log＝0时，光伏输出电压等于V_MPP，此时光伏系统处于最大功率输出模式；设光伏输出功率大于负荷消耗功率，即P_PV>P_load，储能装置处于充电状态，有P_load＝P_ESS+P_PV，P_ESS为储能装置吸收的功率且P_ESS<0；SoC增加，当某台储能装置的SoC达到SoC_u时，K_log＝1，在比例-积分调节项的调节作用下，光伏输出电压V_PV增加，超过了最大输出功率点，即V_PV>V_MPP，光伏转换为非最大功率输出模式，输出功率随之减小，导致储能装置吸收功率减小，直到负荷消耗完全由光伏系统提供，即P_load＝P_PV，储能装置吸收功率P_ESS＝0，储能装置荷电状态不再增加，防止储能装置的深度充电；

当光伏输出功率小于负荷消耗功率，即P_PV<P_load，储能输出功率，满足P_load＝P_ESS+P_PV，此时P_ESS>0，其荷电状态SoC减小，当某台储能装置的SoC减小到SoC_d时，逻辑信号K_dis由0变为1，甩去微电网内优先级低的负荷，使P_load减小，直到P_PV≥P_load，P_ESS≤0，SoC不再减小，防止储能装置深度放电。

本发明充分利用动态平均一致性算法获得频率平均值，并根据相关的逻辑判断规则获得逻辑信号，共同应用于光伏系统，无需外部控制指令，仅利用相邻的储能代理获得的信息实现光伏系统工作模式的切换，协调控制光伏与储能装置的运行，在实现微电网功率平衡的同时，避免储能装置的过充与过放现象。利用下垂策略直接控制储能装置的功率输出，可适用多台储能装置与光伏系统的系统控制，具有控制简捷、适用性强的特点。

附图说明

图1为本发明实施例1孤岛微电网光伏-储能自主协调控制策略的流程图；

图2为本发明实施例2孤岛微电网光伏-储能自主协调控制系统的结构框图。

具体实施方式

下面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。

实施例1

在含光伏系统、负荷的孤岛微电网中，为提高太阳能利用效率，光伏系统通常工作在最大功率点跟踪模式，即maximum power point tracking(MPPT)mode。为抑制光伏系统输出功率的间歇特性，引入储能装置，在光伏输出功率(P_PV)多于负荷消耗(P_load)时，即P_PV>P_load，由储能装置吸收部分光伏输出功率，此时储能装置处于充电状态，其荷电状态(SoC)增加；在光伏系统输出功率不足以维持负荷消耗时，即P_PV<P_load，储能装置释放功率，此时储能装置处于放电状态，其荷电状态减小。利用下垂控制策略，控制储能装置吸收或释放功率，实现发电端与负荷侧的功率平衡。为避免储能装置出现深度充电或深度放电，即过充或过放现象，给储能装置的荷电状态设定上、下限，分别为SoC_u和SoC_d。当储能装置的荷电状态增加到SoC_u时，储能代理按照一定的逻辑判断规则生成逻辑判断信号K_log，并发送给相邻的光伏代理，光伏代理按照该逻辑信号指示当地的光伏系统切换工作模式，减小功率输出，直到负荷消耗完全由光伏系统提供时，储能吸收功率减小为零，其荷电状态停止上升。同理，当储能的荷电状态下降到SoC_d时，储能代理亦发出相应的逻辑判断信号给负载，进行甩负荷操作，以抑制储能的深度放电。

本发明采用的具体技术方案如下：

在光伏系统输出功率波动或负荷波动导致微电网功率不平衡的情况下，将储能装置添加到孤岛微电网中，补偿光伏发电端与负荷侧的功率不平衡，执行以下步骤，如图1所示：

步骤(1)：给储能装置分配储能代理，给光伏系统分配光伏代理，由储能代理获得当地的储能装置输出的频率(f)和荷电状态(SoC)信息。

步骤(2)：利用动态平均一致性算法计算频率的平均值(f_mean)。具体是：设第i台储能装置的储能代理采集到的该储能输出的频率为f_i，与第j台储能装置的储能代理交互频率信息，获得所有储能输出的频率值后，利用动态平均一致性算法计算频率的平均值，即其中f_i(k)和f_j(k)分别为储能代理i和j在第k次迭代计算时的频率值；α是综合考虑收敛速度和稳定性而选择的比例因子；δ_ij(k)是引入的一附加状态量，用于存储f_i(k)和f_j(k)间的累加差值信息，其初始值为零，即δ_ij(0)＝0。根据该动态平均一致性算法，当不同频率收敛到同一值时，一致性算法计算得到平均值，即f_mean＝f_i(k)＝f_j(k)。

步骤(3)：荷电状态的计算与储能功率控制。具体是：设所有储能装置输出电压均相同，且储能输出电压为储能变流器的输入电压，即V_in，忽略与储能装置相连的变流器功率损耗，则变流器输出功率P等于变流器输入功率P_in，满足P＝P_in＝V_ini_b，则储能荷电状态为其中SoC₀、C_e和i_b分别为初始荷电状态、储能容量和储能装置的输出电流。储能装置输出频率由式f＝f_n-mP控制，其中f_n为频率的额定值，f_n＝50Hz；m为下垂系数；P为储能吸收或输出的功率，规定储能吸收功率时(充电状态)，P<0，输出功率时(放电状态)，P>0。

步骤(4)：逻辑判断信号的生成。给储能装置的荷电状态设定上、下限，分别为SoC_u和SoC_d。设微电网中含N台储能装置。当储能装置处于充电状态，SoC增加，当SoC达到SoC_u，若继续充电，储能将出现过充现象，为防止储能深度充电，光伏系统需减小功率输出，设储能代理i输出的逻辑判断信号为K_logi，当第i台储能装置的荷电状态小于SoC_u时，即SoC_i<SoC_u，K_logi＝0；当SoC_i≥SoC_u时，K_logi＝1。各储能代理通过与相邻的储能代理交互逻辑判断信号，获得N个逻辑判断信号，即K_logi，i＝1,2,……,N，通过“或”逻辑门获得最终的逻辑信号K_log，K_log的判断规则为：所有储能装置的荷电状态均小于SoC_u时，K_logi均为零，i＝1,2,……,N，通过“或”逻辑门获得K_log＝0；当某台储能装置(设第i台储能装置)的荷电状态达到SoC_u，其储能代理输出逻辑信号K_logi＝1，通过“或”逻辑门获得K_log＝1。储能代理将K_log＝1发送给相邻的光伏代理，通知光伏系统转换工作模式，减小光伏输出功率，储能吸收功率随之减少，直到储能吸收功率为零，其荷电状态不再增加。同理，当储能装置处于放电状态，且所有的荷电状态均大于SoC_d时，储能代理输出逻辑信号K_dis＝0，微电网不执行甩负荷操作，当某台储能装置的荷电状态减小到SoC_d，K_dis＝1，执行甩负荷操作，减小微电网内负荷消耗，抑制储能深度放电。

步骤(5)：光伏系统工作模式转换与甩负荷操作。具体是：当所有荷电状态均小于SoC_u，光伏代理接收到的逻辑判断信号K_log＝0，光伏系统利用该逻辑信号，结合频率平均值f_mean，控制光伏输出电压(V_PV)为其中V_MPP为光伏系统的输出功率(P_PV)为最大值时的输出电压，即P_PV＝P_MPP，有V_PV＝V_MPP；k_PVp和k_PVi分别为比例-积分(PI)调节的比例系数和积分系数。当K_log＝0时，光伏输出电压等于V_MPP，此时光伏系统处于最大功率输出模式；设光伏输出功率大于负荷消耗功率(P_PV>P_load)，储能处于充电状态，有P_load＝P_ESS+P_PV，P_ESS为储能吸收的功率且P_ESS<0，SoC增加，当某台储能装置的SoC达到SoC_u时，K_log＝1，可知在比例-积分调节项的调节作用下，光伏输出电压V_PV增加，超过了最大输出功率点(V_PV>V_MPP)，光伏转换为非最大功率输出模式，输出功率随之减小，导致储能吸收功率减小，直到负荷消耗完全由光伏系统提供，即P_load＝P_PV，储能吸收功率P_ESS＝0，储能荷电状态不再增加，防止储能的深度充电。当光伏输出功率小于负荷消耗功率(P_PV<P_load)，储能输出功率，满足P_load＝P_ESS+P_PV，此时P_ESS>0，其荷电状态(SoC)减小，当某台储能装置的SoC减小到SoC_d时，逻辑信号K_dis由0变为1，甩去微电网内优先级低的负荷，使P_load减小，直到P_PV≥P_load，P_ESS≤0，SoC不再减小，防止储能深度放电。

利用本发明所得到的光伏-储能自主协调控制策略可以进一步推广到风光储微电网自主协调控制中，通过判断储能荷电状态的运行范围，即SoC是否处于安全工作范围以内(SoC_d≤SoC≤SoC_u)，自主切换光伏系统、风力发电机等间歇性能源的工作模式，并在微电网发电不足时执行甩负荷操作，维持功率平衡，同时避免储能装置出现过充或过放现象。

实施例2

本实施例提供一种孤岛微电网光伏-储能自主协调控制系统，如图2所示，其包括：

代理分配单元，用于给储能装置分配储能代理，给光伏系统分配光伏代理，由储能代理获得当地的储能装置输出的频率f和荷电状态SoC信息；

频率平均值计算单元，利用动态平均一致性算法计算频率的平均值f_mean；

计算与控制单元，用于荷电状态的计算与储能功率控制；

逻辑判断信号生成单元，用于生成逻辑判断信号；

工作模式转换与甩负荷操作单元，用于光伏系统工作模式转换与甩负荷操作。

进一步地，所述频率平均值计算单元执行的具体内容如下：

设第i台储能装置的储能代理采集到的该储能装置输出的频率为f_i，与第j台储能装置的储能代理交互频率信息，获得所有储能装置输出的频率值后，利用动态平均一致性算法计算频率的平均值，即其中f_i(k)和f_j(k)分别为储能代理i和j在第k次迭代计算时的频率值；α是综合考虑收敛速度和稳定性而选择的比例因子；δ_ij(k)是引入的一附加状态量，用于存储f_i(k)和f_j(k)间的累加差值信息，其初始值为零，即δ_ij(0)＝0；根据该动态平均一致性算法，当不同频率收敛到同一值时，一致性算法计算得到平均值，即f_mean＝f_i(k)＝f_j(k)。

进一步地，所述计算与控制单元执行的具体内容如下：

设所有储能装置输出电压均相同，且储能装置输出电压为储能装置变流器的输入电压，即V_in，忽略与储能装置相连的变流器功率损耗，则变流器输出功率P等于变流器输入功率P_in，满足P＝P_in＝V_ini_b，则储能装置荷电状态为其中SoC₀、C_e和i_b分别为初始荷电状态、储能容量和储能装置的输出电流；储能装置输出频率由式f＝f_n-mP控制，其中f_n为频率的额定值，f_n＝50Hz；m为下垂系数；P为储能装置吸收或输出的功率，规定储能装置吸收功率时，P<0，输出功率时，P>0。

进一步地，所述逻辑判断信号生成单元执行的具体内容如下：

给储能装置的荷电状态设定上、下限，分别为SoC_u和SoC_d，设微电网中含N台储能装置；

当储能装置处于充电状态，SoC增加，当SoC达到SoC_u，若继续充电，储能将出现过充现象，为防止储能深度充电，光伏系统需减小功率输出，设储能代理i输出的逻辑判断信号为K_logi，当第i台储能装置的荷电状态小于SoC_u时，即SoC_i<SoC_u，K_logi＝0；当SoC_i≥SoC_u时，K_logi＝1；各储能代理通过与相邻的储能代理交互逻辑判断信号，获得N个逻辑判断信号，即K_logi，i＝1,2,……,N，通过“或”逻辑门获得最终的逻辑信号K_log；

K_log的判断规则为：所有储能装置的荷电状态均小于SoC_u时，K_logi均为零，i＝1,2,……,N，通过“或”逻辑门获得K_log＝0；当第i台储能装置的荷电状态达到SoC_u，其储能代理输出逻辑信号K_logi＝1，通过“或”逻辑门获得K_log＝1；

储能代理将K_log＝1发送给相邻的光伏代理，通知光伏系统转换工作模式，减小光伏输出功率，储能吸收功率随之减少，直到储能吸收功率为零，其荷电状态不再增加；

同理，当储能装置处于放电状态，且所有的荷电状态均大于SoC_d时，储能代理输出逻辑信号K_dis＝0，微电网不执行甩负荷操作，当某台储能装置的荷电状态减小到SoC_d，K_dis＝1，执行甩负荷操作，减小微电网内负荷消耗，抑制储能深度放电。

进一步地，所述工作模式转换与甩负荷操作单元执行的具体内容如下：

当所有荷电状态均小于SoC_u，光伏代理接收到的逻辑判断信号K_log＝0，光伏系统利用该逻辑信号，结合频率平均值f_mean，控制光伏输出电压V_PV为其中，V_MPP为光伏系统的输出功率P_PV为最大值时的输出电压，即P_PV＝P_MPP，有V_PV＝V_MPP；k_PVp和k_PVi分别为比例-积分调节的比例系数和积分系数，f_n为频率的额定值，S表示拉普拉斯微分算子；

当K_log＝0时，光伏输出电压等于V_MPP，此时光伏系统处于最大功率输出模式；设光伏输出功率大于负荷消耗功率，即P_PV>P_load，储能装置处于充电状态，有P_load＝P_ESS+P_PV，P_ESS为储能装置吸收的功率且P_ESS<0；SoC增加，当某台储能装置的SoC达到SoC_u时，K_log＝1，在比例-积分调节项的调节作用下，光伏输出电压V_PV增加，超过了最大输出功率点，即V_PV>V_MPP，光伏转换为非最大功率输出模式，输出功率随之减小，导致储能装置吸收功率减小，直到负荷消耗完全由光伏系统提供，即P_load＝P_PV，储能装置吸收功率P_ESS＝0，储能装置荷电状态不再增加，防止储能装置的深度充电；

当光伏输出功率小于负荷消耗功率，即P_PV<P_load，储能输出功率，满足P_load＝P_ESS+P_PV，此时P_ESS>0，其荷电状态SoC减小，当某台储能装置的SoC减小到SoC_d时，逻辑信号K_dis由0变为1，甩去微电网内优先级低的负荷，使P_load减小，直到P_PV≥P_load，P_ESS≤0，SoC不再减小，防止储能装置深度放电。

Claims (10)

1.孤岛微电网光伏-储能自主协调控制策略，其特征在于，包括步骤：

步骤1)，给储能装置分配储能代理，给光伏系统分配光伏代理，由储能代理获得当地的储能装置输出的频率f和荷电状态SoC信息；

步骤2)，利用动态平均一致性算法计算频率的平均值f_mean；

步骤3)，荷电状态的计算与储能功率控制；

步骤4)：逻辑判断信号的生成；

步骤5)：光伏系统工作模式转换与甩负荷操作。

2.根据权利要求1所述的孤岛微电网光伏-储能自主协调控制策略，其特征在于，步骤2)的具体内容如下：

设第i台储能装置的储能代理采集到的该储能装置输出的频率为f_i，与第j台储能装置的储能代理交互频率信息，获得所有储能装置输出的频率值后，利用动态平均一致性算法计算频率的平均值，即其中f_i(k)和f_j(k)分别为储能代理i和j在第k次迭代计算时的频率值；α是综合考虑收敛速度和稳定性而选择的比例因子；δ_ij(k)是引入的一附加状态量，用于存储f_i(k)和f_j(k)间的累加差值信息，其初始值为零，即δ_ij(0)＝0；根据该动态平均一致性算法，当不同频率收敛到同一值时，一致性算法计算得到平均值，即f_mean＝f_i(k)＝f_j(k)。

3.根据权利要求1所述的孤岛微电网光伏-储能自主协调控制策略，其特征在于，步骤3)的具体内容如下：

设所有储能装置输出电压均相同，且储能装置输出电压为储能装置变流器的输入电压，即V_in，忽略与储能装置相连的变流器功率损耗，则变流器输出功率P等于变流器输入功率P_in，满足P＝P_in＝V_ini_b，则储能装置荷电状态为其中SoC₀、C_e和i_b分别为初始荷电状态、储能容量和储能装置的输出电流；储能装置输出频率由式f＝f_n-mP控制，其中f_n为频率的额定值，f_n＝50Hz；m为下垂系数，规定储能装置吸收功率时，P<0，输出功率时，P>0。

4.根据权利要求1所述的孤岛微电网光伏-储能自主协调控制策略，其特征在于，步骤4)的具体内容如下：

给储能装置的荷电状态设定上、下限，分别为SoC_u和SoC_d，设微电网中含N台储能装置；

当储能装置处于充电状态，SoC增加，当SoC达到SoC_u，若继续充电，储能将出现过充现象，为防止储能深度充电，光伏系统需减小功率输出，设储能代理i输出的逻辑判断信号为K_logi，当第i台储能装置的荷电状态小于SoC_u时，即SoC_i<SoC_u，K_logi＝0；当SoC_i≥SoC_u时，K_logi＝1；各储能代理通过与相邻的储能代理交互逻辑判断信号，获得N个逻辑判断信号，即K_logi，i＝1,2,……,N，通过“或”逻辑门获得最终的逻辑信号K_log；

K_log的判断规则为：所有储能装置的荷电状态均小于SoC_u时，K_logi均为零，i＝1,2,……,N，通过“或”逻辑门获得K_log＝0；当第i台储能装置的荷电状态达到SoC_u，其储能代理输出逻辑信号K_logi＝1，通过“或”逻辑门获得K_log＝1；

储能代理将K_log＝1发送给相邻的光伏代理，通知光伏系统转换工作模式，减小光伏输出功率，储能吸收功率随之减少，直到储能吸收功率为零，其荷电状态不再增加；

同理，当储能装置处于放电状态，且所有的荷电状态均大于SoC_d时，储能代理输出逻辑信号K_dis＝0，微电网不执行甩负荷操作，当某台储能装置的荷电状态减小到SoC_d，K_dis＝1，执行甩负荷操作，减小微电网内负荷消耗，抑制储能深度放电。

5.根据权利要求4所述的孤岛微电网光伏-储能自主协调控制策略，其特征在于，步骤5)的具体内容如下：

当所有荷电状态均小于SoC_u，光伏代理接收到的逻辑判断信号K_log＝0，光伏系统利用该逻辑信号，结合频率平均值f_mean，控制光伏输出电压V_PV为其中，V_MPP为光伏系统的输出功率P_PV为最大值时的输出电压，即P_PV＝P_MPP，有V_PV＝V_MPP；k_PVp和k_PVi分别为比例-积分调节的比例系数和积分系数，f_n为频率的额定值，S表示拉普拉斯微分算子；

当K_log＝0时，光伏输出电压等于V_MPP，此时光伏系统处于最大功率输出模式；设光伏输出功率大于负荷消耗功率，即P_PV>P_load，储能装置处于充电状态，有P_load＝P_ESS+P_PV，P_ESS为储能装置吸收的功率且P_ESS<0；SoC增加，当某台储能装置的SoC达到SoC_u时，K_log＝1，在比例-积分调节项的调节作用下，光伏输出电压V_PV增加，超过了最大输出功率点，即V_PV>V_MPP，光伏转换为非最大功率输出模式，输出功率随之减小，导致储能装置吸收功率减小，直到负荷消耗完全由光伏系统提供，即P_load＝P_PV，储能装置吸收功率P_ESS＝0，储能装置荷电状态不再增加，防止储能装置的深度充电；

当光伏输出功率小于负荷消耗功率，即P_PV<P_load，储能输出功率，满足P_load＝P_ESS+P_PV，此时P_ESS>0，其荷电状态SoC减小，当某台储能装置的SoC减小到SoC_d时，逻辑信号K_dis由0变为1，甩去微电网内优先级低的负荷，使P_load减小，直到P_PV≥P_load，P_ESS≤0，SoC不再减小，防止储能装置深度放电。

6.根据权利要求5所述的孤岛微电网光伏-储能自主协调控制策略，其特征在于：所述的孤岛微电网光伏-储能自主协调控制策略应用在风光储微电网自主协调控制中时，通过判断储能装置荷电状态的运行范围，即SoC是否处于安全工作范围以内SoC_d≤SoC≤SoC_u，自主切换间歇性能源的工作模式，并在微电网发电不足时执行甩负荷操作，维持功率平衡，同时避免储能装置出现过充或过放现象。

7.孤岛微电网光伏-储能自主协调控制系统，其特征在于，包括：

代理分配单元，用于给储能装置分配储能代理，给光伏系统分配光伏代理，由储能代理获得当地的储能装置输出的频率f和荷电状态SoC信息；

频率平均值计算单元，利用动态平均一致性算法计算频率的平均值f_mean；

计算与控制单元，用于荷电状态的计算与储能功率控制；

逻辑判断信号生成单元，用于生成逻辑判断信号；

工作模式转换与甩负荷操作单元，用于光伏系统工作模式转换与甩负荷操作。

8.根据权利要求7所述的孤岛微电网光伏-储能自主协调控制系统，其特征在于，所述计算与控制单元执行的具体内容如下：

设所有储能装置输出电压均相同，且储能装置输出电压为储能装置变流器的输入电压，即V_in，忽略与储能装置相连的变流器功率损耗，则变流器输出功率P等于变流器输入功率P_in，满足P＝P_in＝V_ini_b，则储能装置荷电状态为其中SoC₀、C_e和i_b分别为初始荷电状态、储能容量和储能装置的输出电流；储能装置输出频率由式f＝f_n-mP控制，其中f_n为频率的额定值，f_n＝50Hz；m为下垂系数，规定储能装置吸收功率时，P<0，输出功率时，P>0。

9.根据权利要求7所述的孤岛微电网光伏-储能自主协调控制系统，其特征在于，所述逻辑判断信号生成单元执行的具体内容如下：

给储能装置的荷电状态设定上、下限，分别为SoC_u和SoC_d，设微电网中含N台储能装置；

当储能装置处于充电状态，SoC增加，当SoC达到SoC_u，若继续充电，储能将出现过充现象，为防止储能深度充电，光伏系统需减小功率输出，设储能代理i输出的逻辑判断信号为K_logi，当第i台储能装置的荷电状态小于SoC_u时，即SoC_i<SoC_u，K_logi＝0；当SoC_i≥SoC_u时，K_logi＝1；各储能代理通过与相邻的储能代理交互逻辑判断信号，获得N个逻辑判断信号，即K_logi，i＝1,2,……,N，通过“或”逻辑门获得最终的逻辑信号K_log；

K_log的判断规则为：所有储能装置的荷电状态均小于SoC_u时，K_logi均为零，i＝1,2,……,N，通过“或”逻辑门获得K_log＝0；当第i台储能装置的荷电状态达到SoC_u，其储能代理输出逻辑信号K_logi＝1，通过“或”逻辑门获得K_log＝1；

储能代理将K_log＝1发送给相邻的光伏代理，通知光伏系统转换工作模式，减小光伏输出功率，储能吸收功率随之减少，直到储能吸收功率为零，其荷电状态不再增加；

同理，当储能装置处于放电状态，且所有的荷电状态均大于SoC_d时，储能代理输出逻辑信号K_dis＝0，微电网不执行甩负荷操作，当某台储能装置的荷电状态减小到SoC_d，K_dis＝1，执行甩负荷操作，减小微电网内负荷消耗，抑制储能深度放电。

10.根据权利要求9所述的孤岛微电网光伏-储能自主协调控制系统，其特征在于，所述工作模式转换与甩负荷操作单元执行的具体内容如下：

当所有荷电状态均小于SoC_u，光伏代理接收到的逻辑判断信号K_log＝0，光伏系统利用该逻辑信号，结合频率平均值f_mean，控制光伏输出电压V_PV为其中，V_MPP为光伏系统的输出功率P_PV为最大值时的输出电压，即P_PV＝P_MPP，有V_PV＝V_MPP；k_PVp和k_PVi分别为比例-积分调节的比例系数和积分系数，f_n为频率的额定值，S表示拉普拉斯微分算子；

当K_log＝0时，光伏输出电压等于V_MPP，此时光伏系统处于最大功率输出模式；设光伏输出功率大于负荷消耗功率，即P_PV>P_load，储能装置处于充电状态，有P_load＝P_ESS+P_PV，P_ESS为储能装置吸收的功率且P_ESS<0；SoC增加，当某台储能装置的SoC达到SoC_u时，K_log＝1，在比例-积分调节项的调节作用下，光伏输出电压V_PV增加，超过了最大输出功率点，即V_PV>V_MPP，光伏转换为非最大功率输出模式，输出功率随之减小，导致储能装置吸收功率减小，直到负荷消耗完全由光伏系统提供，即P_load＝P_PV，储能装置吸收功率P_ESS＝0，储能装置荷电状态不再增加，防止储能装置的深度充电；

当光伏输出功率小于负荷消耗功率，即P_PV<P_load，储能输出功率，满足P_load＝P_ESS+P_PV，此时P_ESS>0，其荷电状态SoC减小，当某台储能装置的SoC减小到SoC_d时，逻辑信号K_dis由0变为1，甩去微电网内优先级低的负荷，使P_load减小，直到P_PV≥P_load，P_ESS≤0，SoC不再减小，防止储能装置深度放电。