CN110137994A - 一种直流微电网互联储能系统能量管理的分布式控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流微电网互联储能系统能量管理的分布式控制方法，属于电网控制技术领域。本发明利用低带宽通信网络在互联直流微电网中的各个储能系统之间建立信息上的交互，使得储能单元能根据自身的剩余容量及额定容量分担互联系统的负载功率或以充电的方式吸收微源过剩的能量，防止储能单元过度充放电而影响使用寿命，提高整个直流微电网群的可靠性。本发明同时通过讨论控制策略中调整因子γ的取值大小，建立系统离散控制模型，研究了储能系统剩余容量对互联系统稳定性的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种直流微电网互联储能系统能量管理的分布式控制方法,属于电网控制技术领域。
背景技术
微电网是集分布式电源、储能装置、电力电子变换装置、相关负荷和监控、保护装置为一体的小规模发配电系统。其孤岛运行时能够更有效的利用可再生能源，并网时则将它们更好的融入大电网中。新时代的需求促使技术的发展，而技术的发展又催生了新的能源结构、形式的出现、成熟。最大功率点跟踪控制(MPPT)提高了光伏发电、风力发电等可再生能源的发电效率；电流源型并网逆变器(CSI)和虚拟同步发电机技术(VSG)的出现使得大规模的可再生能源并网成为可能；下垂控制(Droop Control)和分层控制的出现又使得微电网内部的各单元能够协同高效运行。在这样的背景下，随着微电网数量的增多，微电网的互联必将成为一种趋势。互联能够进一步提高能效，满足可持续发展需求；同时微电网结构简单，互联可能性大，尤其是直流微电网互联的可能性。直流微电网凭借其结构简单、电能质量高、控制难度低等优势，具有较大的发展潜力。从单微电网到微电网的互联也提出了具体的技术要求：即互联控制技术。而在互联微电网中储能系统在能量管理方面起着至关重要的作用，虽然针对单微网的储能系统控制，已有不少成熟的方法，但对互联微电网中储能系统的协调配合机理还有挖掘。
发明内容
本发明提出了一种直流微电网互联储能系统能量管理的分布式控制方法，基于二阶一致性算法，各单元通过低带宽通信与相邻单元信息交互，获得相邻微电网储能系统的输出电流和剩余容量等信息，使各直流微电网中储能单元根据自身的剩余容量及额定容量分担互联系统的负载功率或以充电的方式吸收微源过剩的能量，以防止储能单元过度充放电而影响使用寿命，提高整个直流微电网群的可靠性。
本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：
一种直流微电网互联储能系统能量管理的分布式控制方法，包括如下步骤：
步骤一：采集互联系统中相邻直流微电网储能系统的充放电电流瞬时值，并根据所述电流瞬时值计算各个直流微电网储能系统的剩余容量SOC的大小；
步骤二：根据获得的相邻直流微电网储能系统充放电电流瞬时值与剩余容量瞬时值，与自身输出电流及剩余容量进行比较，获得控制量ui；
步骤三：控制量ui经过比例积分调节器获得电压修正量δi2,并与电压二次控制的电压修正量δi1及电压参考值作和，获得MGi母线参考电压；
步骤四：参考电压值通过下垂控制以及储能单元变换器的电压电流双闭环控制得到调制信号；
步骤五：将所述调制信号调制得到脉冲波，利用所述脉冲波控制各个储能变换器功率管的开通和关断。
步骤一中根据所述电流瞬时值计算各个直流微电网储能系统的剩余容量SOC的大小的方法包括：
采用电流积分法计算储能系统SOC，表达式为
其中iLi为蓄电池输出电流，ηi为充放电效率，Ci为第i个储能单元的容量，SOCi(t)为t时刻蓄电池剩余容量，SOCi(0)为蓄电池剩余容量初始值。
步骤二的具体过程如下：
各直流微电网自身储能系统剩余电量SOCi与相邻直流微电网储能系统剩余电量SOCj作差后乘以调整因子γ，再加上自身输出电流标幺值与相邻直流微电网输出电流标幺值的差值，经比例放大器bij环节后，得到控制量ui。
步骤三中所述电压修正量δi1通过以下方法获得：节点i下一时刻的平均母线电压与母线电压额定值比较得到的差值经PI调节器得到电压补偿量δi1。
步骤四的具体过程如下：
引入虚拟电阻rd作为下垂系数，将电压参考值与输出电流和下垂系数的乘积作差得到新的电压参考值Vref，电压参考值Vref再与电压采样实时值vdci(k)相减经过电压比例积分调节器后得到电流环的参考值。
本发明的有益效果如下：
本发明通过引入二阶一致性算法，利用低带宽通信网络在互联直流微电网中的各个储能系统之间建立信息上的交互，使得储能单元能根据自身的剩余容量及额定容量分担互联系统的负载功率或以充电的方式吸收微源过剩的能量，防止储能单元过度充放电而影响使用寿命，提高整个直流微电网群的可靠性。同时讨论了控制策略中调整因子γ的取值大小对互联系统稳定性的影响。
附图说明
图1为本发明对应互联微电网结构示意图。
图2为本发明中控制策略的控制框图。
图3为各微电网蓄电池容量相同时，各ESU输出电流及MG3母线电压vdc3。
图4为各微电网蓄电池容量相同时，各联络线上的电流及MG3母线电压vdc3的实验波形图。
图5为各微电网蓄电池容量不同时，各ESU输出电流及MG3母线电压vdc3。
图6为各微电网蓄电池容量不同时，各联络线上的电流及MG3母线电压vdc3的实验波形图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述，显然，所描述的实施例使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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出了一种直流微电网互联储能系统能量管理的分布式控制方法。
首先说明的是，本发明中所描述的实施例包含一个三直流微电网互联系统。每个直流微电网配置有光伏单元、储能系统及相应直流负荷。在互联系统运行的过程中，存在着各个微电网储能系统互联互供的情况，这时候需要对不同的储能系统做出具有针对性的控制策略，让整个互联系统中储存的电能能够得到最大化利用。
当需要对各个储能系统进行功率调度时，该分布式控制方法具体包括以下几个步骤：
步骤A.采集互联系统中相邻直流微电网储能系统的充放电电流瞬时值。
步骤B.根据所述电流瞬时值计算各个直流微电网储能系统的SOC(剩余容量)的大小。
步骤C.根据获得的相邻直流微电网储能系统充放电电流瞬时值与剩余容量瞬时值，与自身输出电流及剩余容量进行比较，获得控制量ui。
步骤D.控制量ui经过比例积分调节器获得电压修正量δi2,并与电压二次控制的电压修正量δi1及电压参考值作和，获得MGi母线参考电压。
步骤E.参考电压值通过下垂控制以及储能单元变换器的电压电流双闭环控制得到调制信号。将所述调制信号调制得到脉冲波，利用所述脉冲波控制各个储能变换器功率管的开通和关断。
下面以一个具体例子来说明该实施例的分布式控制过程：
首先需说明的是本实施例中的互联直流微电网包含三个配置、参数相同的直流微电网MG1,MG2,MG3，它们之间通过物理的连接线两两相连，每个直流微电网中含有储能系统、光伏单元，通过DC/DC(直流/直流)电力电子变换器接入直流母线。图1给出了微电网互联后的结构图。
从通信的角度上看每一个直流微电网代表一个智能体系统(Agent)，每个智能体中都带有独立的处理器，负责采样数据的传输和控制方法的运行。控制器在接收外部离散信号的同时也会采集本地物理设备的运行状态信息(包括电压、电流等)，其次控制器需要对收集到的信息按照设定的算法进行处理并给本地设备发送控制指令，保证整个系统的高效运行。
为了说明所提出的分布式控制策略的有效性，使每个微电网带载大小不同，MG1,MG2,MG3所带负载分别为15.4Ω,10.2Ω,5.4Ω。每个智能体首先采集本地储能系统充放电电流的瞬时值，并通过通信线路获得相邻微电网储能系统的充放电电流数值，并通过电流积分法计算各个储能系统当前的剩余容量SOC的大小，即
其中iLi为蓄电池输出电流，ηi为充放电效率，Ci为第i个储能单元的容量，SOCi(t)为t时刻蓄电池剩余容量，SOCi(0)为蓄电池剩余容量初始值。
得到各直流微电网储能系统的剩余容量信息后，各直流微电网自身储能系统剩余电量SOCi与相邻直流微电网储能系统剩余电量SOCj作差后乘以调整因子γ，再加上自身输出电流标幺值与相邻直流微电网输出电流标幺值的差值，经比例放大器bij环节后，得到控制量ui，如图2所示,其中DR表示微电网中的分布式电源，PWM表示变换器的脉宽调制波输出。
控制量ui经过比例积分调节器获得电压修正量δi2。另一方面，电压二次控制的电压修正量δi1与δi2之和构成了母线参考电压的总修正值。其中电压二次控制的δi1修正值包括：
式中aij为该级控制的邻接加权矩阵，vdci(k)为节点i实时采样的母线电压值，为k时刻节点i平均母线电压，由离散一致性算法获得，为从邻接节点j获得的平均母线电压，为k+1时刻节点i平均母线电压，ε为收敛系数，Ni为微电网个数。节点i下一时刻的平均母线电压与母线电压额定值比较得到的差值经PI(比例积分调节器)调节器得到电压补偿量δi1。
修正值与额定电压之和可以得到MGi新的参考电压值参考电压值通过下垂控制以及储能单元变换器的电压电流双闭环控制得到调制信号。
其中下垂控制包括：
引入虚拟电阻rd作为下垂系数，将电压参考值与输出电流和下垂系数的乘积作差得到新的电压参考值Vref，电压参考值Vref再与电压采样实时值vdci(k)相减经过电压比例积分调节器后得到电流环的参考值。
将所述调制信号调制得到脉冲波，利用所述脉冲波控制各个储能变换器功率管的开通和关断，此为完整的一个周期控制器中所完成的算法过程。经过多个周期的运算之后，各个微电网的储能系统剩余电量SOC值将在二阶多智能体一致性算法的作用下，达到各直流微电网按照各自储能系统剩余容量的大小来分配负载功率或吸收微源过剩的发电功率的目标。
其中二阶多智能体一致性算法包括：
其中，i＝1，2，……n，xi(t)表示第i个智能体的变量xi在t时刻的状态值，vi(t)表示第i个智能体的变量vi在t时刻的状态值，如位置、速度、温度、电流、电压等。ui(t)则表示第i个智能体在t时刻的控制输入变量，为变量xi(t)的一阶导数，为变量vi(t)的一阶导数。系统最终要实现一致性，即对于系统中所有智能体来说，xi(0)、vi(0)都要满足当t→∞时，||xi(t)-xj(t)||→0且||vi(t)-vj(t)||→0，其中||·||为欧几里得范数。一致性协议的形式如下式：
式中，γ为调整因子，xj(t)为第j个智能体的变量xj在t时刻的状态值，vj(t)为第j个智能体的变量vj在t时刻的状态值。
调整因子γ包括：二阶系统一致性收敛的充分条件是通信拓扑含有一棵生成树，并且其存在最小值，同时，调整因子还会影响收敛速度。
图3、4给出了各储能单元容量相同条件下，各ESU(储能单元)输出电流及MG3母线电压vdc3以及各联络线上的电流及MG3母线电压vdc3的实验波形图。从图3中可以看出，SOC越大的储能单元向负载提供的能量越多，而SOC越小的储能单元向负载提供的能量越少，随着时间的推移，各储能单元输出电流均趋于一致，同时也表征各储能单元的SOC趋于一致。图4给出了各联络线上的电流波形图，通过直流微电网之间功率的流动，实现直流微电网群中根据储能单元的剩余容量分配负载功率，防止某些储能单元过度放电，提高储能单元的寿命。
图5、6给出了储能单元容量不同条件下，各ESU输出电流及MG3母线电压vdc3以及各联络线上的电流及MG3母线电压vdc3的实验波形图，其中C1＝C2＝0.5C3＝0.04A.h。从图5中看出，刚开始的时候，由于ESU3的剩余容量低，因此向负载提供的能量少，而又因为ESU3的容量是ESU1和ESU2容量的两倍，其放电速率不断上升，最终ESU3的输出电流是ESU1和ESU2的两倍，同时也表明各储能单元的SOC趋于一致。从图6中可以看出，由于ESU3的容量是ESU1和ESU2容量的两倍，ESU3提供的能量较多，因此MG3向MG1和MG2传输能量。而MG2中负载较大，因此MG1向MG2传输能量，最终通过直流微电网之间功率的调节，使负载功率按照各直流微电网中ESU的剩余容量SOC及额度容量来分配，使得储能能量得到更好地利用。
最后应当说明以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例，不能以此来限定本发明的权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (5)
1.一种直流微电网互联储能系统能量管理的分布式控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：采集互联系统中相邻直流微电网储能系统的充放电电流瞬时值，并根据所述电流瞬时值计算各个直流微电网储能系统的剩余容量SOC的大小；
步骤二：根据获得的相邻直流微电网储能系统充放电电流瞬时值与剩余容量瞬时值，与自身输出电流及剩余容量进行比较，获得控制量ui；
步骤三：控制量ui经过比例积分调节器获得电压修正量δi2,并与电压二次控制的电压修正量δi1及电压参考值作和，获得MGi母线参考电压；
步骤四：参考电压值通过下垂控制以及储能单元变换器的电压电流双闭环控制得到调制信号；
步骤五：将所述调制信号调制得到脉冲波，利用所述脉冲波控制各个储能变换器功率管的开通和关断。
2.根据权利要求1所述的一种直流微电网互联储能系统能量管理的分布式控制方法，其特征在于，步骤一中根据所述电流瞬时值计算各个直流微电网储能系统的剩余容量SOC的大小的方法包括：
采用电流积分法计算储能系统SOC，表达式为
其中iLi为蓄电池输出电流，ηi为充放电效率，Ci为第i个储能单元的容量，SOCi(t)为t时刻蓄电池剩余容量，SOCi(0)为蓄电池剩余容量初始值。
3.根据权利要求1所述的一种直流微电网互联储能系统能量管理的分布式控制方法，其特征在于，步骤二的具体过程如下：
各直流微电网自身储能系统剩余电量SOCi与相邻直流微电网储能系统剩余电量SOCj作差后乘以调整因子γ，再加上自身输出电流标幺值与相邻直流微电网输出电流标幺值的差值，经比例放大器bij环节后，得到控制量ui。
4.根据权利要求1所述的一种直流微电网互联储能系统能量管理的分布式控制方法，其特征在于，步骤三中所述电压修正量δi1通过以下方法获得：节点i下一时刻的平均母线电压与母线电压额定值比较得到的差值经PI调节器得到电压补偿量δi1。
5.根据权利要求1所述的一种直流微电网互联储能系统能量管理的分布式控制方法，其特征在于，步骤四的具体过程如下：
引入虚拟电阻rd作为下垂系数，将电压参考值与输出电流和下垂系数的乘积作差得到新的电压参考值Vref，电压参考值Vref再与电压采样实时值vdci(k)相减经过电压比例积分调节器后得到电流环的参考值。
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| CN111416402A (zh) * | 2020-03-18 | 2020-07-14 | 湖北工业大学 | 一种基于智慧蓄电池的矩阵式储能系统的构建方法 |
| CN111987712A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-11-24 | 浙江大学 | 多电压等级直流配电网储能下垂系数分布式控制方法 |
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| 徐佳林: "直流微电网互联稳定运行分布式控制策略研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111416402A (zh) * | 2020-03-18 | 2020-07-14 | 湖北工业大学 | 一种基于智慧蓄电池的矩阵式储能系统的构建方法 |
| CN111987712A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-11-24 | 浙江大学 | 多电压等级直流配电网储能下垂系数分布式控制方法 |
| CN111987712B (zh) * | 2020-07-29 | 2021-11-12 | 浙江大学 | 多电压等级直流配电网储能下垂系数分布式控制方法 |
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