CN112510270A - 一种储能系统多层级荷电状态均衡统一控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储能系统多层级荷电状态均衡统一控制方法及系统。储能系统正朝着大规模、大容量、层次化的方向发展，为充分利用储能系统，需要考虑电站、电池堆、电池簇等多层级SoC的均衡。本发明采用一连续非线性函数，将采样得到的电站、电池堆、电池簇等需均衡单元的荷电状态与放电深度值进行变换，进而根据变换后的荷电状态或放电深度，对各需要均衡单元的有功功率指令进行依序按比例给定。本发明为层次化储能系统提供了一种统一的SoC均衡策略，通过选择适宜的连续非线性函数，可以保障均衡过程平稳、快速，最大程度增加储能系统的可用性、并网友好性，实现快速即插即用。

Description

一种储能系统多层级荷电状态均衡统一控制方法及系统

技术领域

本发明属于储能控制领域，涉及储能系统的控制，尤其是一种基于非线性函数的储能系统多层级荷电状态均衡统一控制方法及系统。

背景技术

储能系统可以实现电能的灵活存储与释放，是实现我国能源转型与2060“碳中和”目标的关键技术之一。通过在电源侧、电网侧、用户侧储能系统，可以显著提高电力系统运行的灵活性、促进新能源消纳、提高能源综合利用效率，具有显著的综合效益。此外，电化学储能系统可以在毫秒内实现快速功率变换，相比于传统机组具有巨大的优势。

近年来，随着锂电池等电化学储能元件成本的快速下降以及国家相关政策激励，储能系统在电网中装机迅速增加，并朝着大规模、大容量、层次化的方向发展。为了保证储能系统的最大可用性，储能系统的荷电状态应在电站-电池堆-电池簇-电池模块等多层级保持一致。

考虑到储能系统的规模，多层级的SoC均衡需要满足具备以下几个特征：1)快速均衡，提高可用性；2)控制过程平滑、波动小，减少对电网与储能系统自身的冲击；3)结构统一，便于部署。但现有的技术均无法有效解决这些问题。

发明内容

为实现现有储能系统多层级SoC的快速均衡，保证储能系统具备最大的可用率，本发明提供一种基于非线性函数的储能系统多层级荷电状态均衡统一控制方法及系统，其通过构造连续非线性函数，将采样与计算得到的荷电状态与放电深度数值进行变换，进而对需要均衡的单元指令进行依序按比例给定，以实现各单元荷电状态的快速均衡，均衡过程平滑无冲击。

为此，本发明采用如下的技术方案：一种储能系统多层级荷电状态均衡统一控制方法，其包含需均衡单元数据采集、荷电状态与放电深度非线性变换、有功功率指令依序按比例给定3个步骤，具体内容如下：

1)通过通讯设备采集储能系统所需均衡层次的所有单元荷电状态数据SoC_sample，并计算得到相应的放电深度数据DoD_sample；

2)构造连续非线性函数f(x)与g(x)，将采样与计算得到的荷电状态与放电深度数值进行变换，SoC＝f(SoC_sample)、DoD＝g(DoD_sample)，f(x)和g(x)函数满足在SoC控制区间内单调连续且其二阶导数大于等于零，f”(x)≥0、g”(x)≥0；

3)按照变换后荷电状态或者放电深度大小，依序按比例对所需均衡单元给定有功功率指令。

作为上述控制方法的补充，所述步骤1)，采集的SoC数据属于同一层次，如一个区域内所有储能电站、一个电站中的所有电池堆、一个电池堆中所有电池簇。

作为上述控制方法的补充，所述步骤3)中，按照变换后荷电状态或者放电深度大小，对需要均衡的所有单元进行降序排列，依序按比例对各单元给定有功功率指令。

作为上述控制方法的补充，当储能系统收到放电指令时，按如下步骤依序按荷电状态比例对各需要均衡的单元给定有功功率指令：

步骤A)，按照变换后荷电状态大小，从大到小对各单元进行排序；

步骤B)，计算所有需均衡单元变换后荷电状态之和，记为SoC_sum；

步骤C)，若需均衡单元的功率指令之和为P_ESScmd，则对于排序为第j的单元，其功率指令P_cmd(j)为：

式中，P_max为储能单元最大充放电功率绝对值；SoC(j)表示第j个需均衡单元变换后的SoC；

步骤D)，每次赋值后，需要对SoC_Sum和P_ESScmd进行更新，得到未分配功率指令的储能单元荷电状态之和SoC_Sum,updated与功率指令之和P_{ESScmd,updated}，其更新规则为：

重复步骤C)与步骤D)，直到完成所有单元功率指令的给定。

作为上述控制方法的补充，当储能系统收到充电指令时，按如下步骤依序按放电深度比例对各需要均衡的单元给定有功功率指令：

步骤a)，按照更新后放电深度大小，从大到小对各需均衡单元进行排序；

步骤b)，计算所有需均衡单元更新后放电深度之和，记为DoD_sum；

步骤c)，若需均衡单元的功率指令之和为P_ESScmd，则对于排序为第j的单元，其功率指令P_cmd(j)为：

式中，DoD(j)表示第j个需均衡单元变换后的DoD；

步骤d)，每次赋值后，需要对DoD_Sum和P_ESScmd进行更新，得到未分配功率指令的单元放电深度之和DoD_Sum,updated与功率指令之和P_{ESScmd,updated}，其更新规则为：

重复步骤c)与步骤d)，直到完成所有单元功率指令的给定。

本发明采用的另一种技术方案为：一种储能系统多层级荷电状态均衡统一控制系统，其包含需均衡单元数据采集单元、荷电状态与放电深度非线性变换单元和有功功率指令依序按比例给定单元；

所述的需均衡单元数据采集单元：通过通讯设备采集储能系统所需均衡层次的所有单元荷电状态数据SoC_sample，并计算得到相应的放电深度数据DoD_sample；

所述的荷电状态与放电深度非线性变换单元：构造连续非线性函数f(x)与g(x)，将采样与计算得到的荷电状态与放电深度数值进行变换，SoC＝f(SoC_sample)、DoD＝g(DoD_sample)；f(x)和g(x)函数满足在SoC控制区间内单调连续且其二阶导数大于等于零，f”(x)≥0、g”(x)≥0；

所述的有功功率指令依序按比例给定单元：按照变换后荷电状态或者放电深度大小，依序按比例对所需均衡单元给定有功功率指令。

作为上述控制系统的补充，所述的需均衡单元数据采集单元中，采集的SoC_sample数据属于同一层次。

作为上述控制系统的补充，所述的有功功率指令依序按比例给定单元中，按照变换后荷电状态或者放电深度大小，对需要均衡的所有单元进行降序排列，依序按比例对各单元给定有功功率指令。

作为上述控制系统的补充，所述的有功功率指令依序按比例给定单元中，当储能系统收到放电指令时，按如下步骤依序按荷电状态比例对各需要均衡的单元给定有功功率指令：

步骤A)，按照变换后荷电状态大小，从大到小对各单元进行排序；

步骤B)，计算所有需均衡单元变换后荷电状态之和，记为SoC_sum；

步骤C)，若需均衡单元的功率指令之和为P_ESScmd，则对于排序为第j的单元，其功率指令P_cmd(j)为：

式中，P_max为储能单元最大充放电功率绝对值；SoC(j)表示第j个需均衡单元变换后的SoC；

步骤D)，每次赋值后，需要对SoC_Sum和P_ESScmd进行更新，得到未分配功率指令的储能单元荷电状态之和SoC_Sum,updated与功率指令之和P_{ESScmd,updated}，其更新规则为：

重复步骤C)与步骤D)，直到完成所有单元功率指令的给定。

作为上述控制系统的补充，所述的有功功率指令依序按比例给定单元中，当储能系统收到充电指令时，按如下步骤依序按放电深度比例对各需要均衡的单元给定有功功率指令：

步骤a)，按照更新后放电深度大小，从大到小对各需均衡单元进行排序；

步骤b)，计算所有需均衡单元更新后放电深度之和，记为DoD_sum；

步骤c)，若需均衡单元的功率指令之和为P_ESScmd，则对于排序为第j的单元，其功率指令P_cmd(j)为：

式中，DoD(j)表示第j个需均衡单元变换后的DoD；

步骤d)，每次赋值后，需要对DoD_Sum和P_ESScmd进行更新，得到未分配功率指令的单元放电深度之和DoD_Sum,updated与功率指令之和P_{ESScmd,updated}，其更新规则为：

重复步骤c)与步骤d)，直到完成所有单元功率指令的给定。

本发明具有的有益效果是：通过构造的非线性函数对需均衡储能单元的荷电状态与放电深度进行变换，使得较大的SoC或DoD能够按非线性函数得到更高比例的放大，进而在后续按比例分配时，分配得到更大的放电或充电功率，加速各单元荷电状态均衡，提高储能系统的可用性。由于构造的非线性函数是连续的，可以保证均衡过程平稳，无冲击，可以满足储能系统各个层级均衡的需求，本发明为层次化的储能系统提供了一种统一的SOC均衡策略。

附图说明

图1为本发明实施例中储能系统均衡对象示意图，图1a为一个配电网中的多个储能电站(储能电站群)示意图，图1b为一个储能电站中的多个电池堆示意图，图1c为一个电池堆中的多个电池簇示意图；

图1a中，ESS表示储能电站，DG表示分布式电源，Load表示负荷；

图2为本发明控制方法流程图；

图3为本发明实施例1中储能电站群有功与无功输出图：图3a为有功，图3b为无功，横坐标为时间(s)，纵坐标为功率(p.u.)；

图4为本发明实施例1中储能电站群中各电站有功与无功输出图：图4a为有功，图4b为无功，横坐标为时间(s)，纵坐标为功率(p.u.)；

图5为本发明实施例1中储能电站群中各储能电站SoC图；

图6为本发明实施例2中储能电站有功与无功输出图：图6a为有功，图6b为无功，横坐标为时间(s)，纵坐标为功率(p.u.)；

图7为本发明实施例2中储能电站各电池堆有功与无功输出图：图7a为有功，图7b为无功，横坐标为时间(s)，纵坐标为功率(p.u.)；

图8为本发明实施例2中储能电站各电池堆SoC图；

表1本发明附图中部分系统变量的符号定义与说明

符号	定义与说明
		SoC<sub>sample</sub>	需均衡单元采样得到的荷电状态
DoD<sub>sample</sub>	需均衡单元采样得到的放电深度
		f(SoC<sub>sample</sub>)	荷电状态变换函数
g(DoD<sub>sample</sub>)	放电深度变换函数
		SoC	变换后需均衡单元的荷电状态
DoD	变换后需均衡单元的放电深度
		P<sub>max</sub>	需均衡单元最大充放电功率绝对值
P<sub>ESScmd</sub>	需均衡单元总功率指令
		P<sub>cmd</sub>(j)	排序为第j个均衡单元功率指令
SoC<sub>sum</sub>	所有需均衡单元的SoC之和
		DoD<sub>sum</sub>	所有需均衡单元的DoD之和
SoC(j)	排序为第j个需均衡单元变换后的SoC
		DoD(j)	排序为第j个需均衡单元变换后的DoD
P<sub>ESScmd,updated</sub>	未分配功率指令的需均衡单元总功率指令
		SoC<sub>sum,updated</sub>	未分配功率指令的需均衡单元的SoC之和
DoD<sub>sum,updated</sub>	未分配功率指令的需均衡单元的DoD之和

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本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对本发明一部分实例，而不是全部的实例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付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

本实施例提供一种基于非线性函数的多储能电站(储能电站群)荷电状态均衡控制方法。

区域配电网中有多个储能电站，如图1a所示，各储能电站与配网监控与能量管理系统进行信息交互，并接受其发出的功率指令。配网监控与能量管理系统是本实施例控制方法实现场所，控制方法流程如图2所示。

配网监控与能量管理系统通过通讯设备采集所有处于运行状态的储能电站SoC_sample数据，计算得到相应的DoD_sample数据(DoD_sample＝1-SoC_sample)，构造f(x)和g(x)函数：

SoC＝f(SoC_sample)＝(SoC_sample)⁵

DoD＝g(DoD_sample)＝(DoD_sample)²

f(x)和g(x)函数满足在SoC控制区间内单调连续且其二阶导数大于等于零，f″(x)≥0、g″(x)≥0。

在完成SoC与DoD变换后，按照变换后SoC(指令为放电)或者DoD(指令为充电)大小，对各储能电站进行降序排列，依序按比例对各储能电站分配有功功率指令。

当配网监控与能量管理系统收到储能电站群放电指令时，按如下步骤依序按SoC比例对各储能电站给定有功功率指令：

1)按照变换后SoC大小，从大到小对各储能电站进行排序；

2)计算所有储能电站变换后SoC之和，记为SoC_sum；

3)若储能电站群功率指令为P_ESScmd，则对于排序为第j的储能电站，其功率指令为：

式中，P_max为储能电站最大充放电功率绝对值,SoC(j)为第j个储能电站变换后的SoC；

4)每次赋值后，需要对SoC_Sum和P_ESScmd进行更新，得到未分配功率指令的储能电站SoC之和SoC_Sum,updated与功率指令之和P_{ESScmd,updated}，其更新规则为：

重复步骤3)与步骤4)，直到完成所有储能电站功率指令的给定。

当配网监控与能量管理系统收到储能电站群充电指令时，按如下步骤依序按DoD比例对各储能电站给定有功功率指令：

1)按照变换后DoD大小，从大到小对各储能电站进行排序；

2)计算所有储能电站变换后DoD之和，记为DoD_sum；

3)若储能电站功率指令为P_ESScmd，则对于排序为第j的储能电站，其功率指令为：

式中，DoD(j)为第j个储能电站变换后的DoD；

4)每次赋值后，需要对DoD_Sum和P_ESScmd进行更新，得到未分配功率指令的储能电站DoD之和DoD_Sum,updated与功率指令之和P_{ESScmd,updated}，其更新规则为：

重复步骤3)与步骤4)，直到完成所有储能电站指令的给定。

以一包含4个电站的储能电站群为例，进行仿真验证。为减小仿真所需时间，每一电站配置电池容量较小而变流器容量较大，即配置100kWh电池和10MW变流器，初始SoC分别为30％，40％，50％，60％。仿真所需的其他参数列于表2。仿真结果图采用标幺值说明，基值为10MVA，初始储能电站群有功指令为3p.u.，无功指令为0，在20s和40s有功指令阶跃，阶跃后指令分别为-3p.u.和3p.u.。

表2实施例1仿真所需参数的取值

参数	取值
		P<sub>max</sub>	10MW
电站容量	100kWh
		f(SoC<sub>sample</sub>)	(SoC<sub>sample</sub>)<sup>5</sup>
g(DoD<sub>sample</sub>)	(DoD<sub>sample</sub>)<sup>2</sup>

图3-图5给出了采用本发明控制方法时，储能电站群的响应情况。其中图3给出了储能电站群输出有功和无功情况。可以看到，储能电站群可以有效跟踪功率指令(由于变压器与线路要消耗一定无功，所以输出无功略低于零点)。图4给出了储能电站群中各电站的输出(吸收)功率情况，图5给出了储能电站群中各电站的SoC变化情况。可以看到各电站输出功率完全遵循本发明设计原则，即放电时SoC较高的电站其放电功率非线性地增大，充电时SoC较高的电站充电功率非线性地减小，SoC可以较快达到均衡。

实施例2

本实施例提供一种基于非线性函数的多电池堆荷电状态均衡控制方法。

一个储能电站由多个电池堆组成，如图1b所示，各电池堆(包括配套变流器)与电站控制与保护系统进行信息交互，并接受其发出的功率指令。电站控制与保护系统是本实施例控制方法实现场所，控制方法流程如图2所示。

电站控制与保护系统通过通讯设备采集所有处于运行状态的电池堆SoC_sample数据，计算得到相应的DoD_sample数据(DoD_sample＝1-SoC_sample)，构造f(x)和g(x)函数：

SoC＝f(SoC_sample)＝(SoC_sample)³

DoD＝g(DoD_sample)＝(DoD_sample)³

f(x)和g(x)函数满足在SoC控制区间内单调连续且其二阶导数大于等于零，f″(x)≥0、g″(x)≥0。

在完成SoC与DoD变换后，按照变换后SoC(指令为放电)或者DoD(指令为充电)大小，对各电池堆进行降序排列，依序按比例对各电池堆分配有功功率指令。

当电站控制与保护系统收到储能电站放电指令时，按如下步骤依序按SoC比例对各电池堆给定有功功率指令：

1)按照变换后SoC大小，从大到小对各电池堆进行排序；

2)计算所有电池堆变换后SoC之和，记为SoC_sum；

3)若储能电站功率指令为P_ESScmd，则对于排序为第j的电池堆，其功率指令为：

式中，P_max为电池堆最大充放电功率绝对值,SoC(j)为第j个电池堆变换后的SoC；

4)每次赋值后，需要对SoC_Sum和P_ESScmd进行更新，得到未分配功率指令的电池堆SoC之和SoC_Sum,updated与功率指令之和P_{ESScmd,updated}，其更新规则为：

重复步骤3)与步骤4)，直到完成所有电池堆功率指令的给定。

当电站控制与保护系统收到储能电站充电指令时，按如下步骤依序按DoD比例对各电池堆给定有功功率指令：

1)按照变换后DoD大小，从大到小对各电池堆进行排序；

2)计算所有电池堆变换后DoD之和，记为DoD_sum；

3)若储能电站功率指令为P_ESScmd，则对于排序为第j的电池堆，其功率指令为：

式中，DoD(j)为第j个电池堆变换后的DoD；

4)每次赋值后，需要对DoD_Sum和P_ESScmd进行更新，得到未分配功率指令的电池堆DoD之和DoD_Sum,updated与功率指令之和P_{ESScmd,updated}，其更新规则为：

重复步骤3)与步骤4)，直到完成所有电池堆指令的给定。

以一包含4个电池堆的储能电站为例，进行仿真验证。为减小仿真所需时间，每一电池堆配置电池容量较小而变流器容量较大，即配置10kWh电池和1MW变流器，初始SoC分别为25％，30％，50％，70％。仿真所需的其他参数列于表3。仿真结果图采用标幺值说明，基值为1MVA，初始储能电站群有功指令为3p.u.，无功指令为0，在20s和40s有功指令阶跃，阶跃后指令分别为-2.5p.u.和2p.u.。

表3实施例2仿真所需参数的取值

参数	取值
		P<sub>max</sub>	1MW
电池堆容量	10kWh
		f(SoC<sub>sample</sub>)	(SoC<sub>sample</sub>)<sup>3</sup>
g(DoD<sub>sample</sub>)	(DoD<sub>sample</sub>)<sup>3</sup>

图6-图8给出了采用本发明控制方法时，储能电站的响应情况。其中图6给出了储能电站输出有功和无功情况。可以看到，储能电站可以有效跟踪功率指令。图7给出了各电池堆的输出(吸收)功率情况，图8给出了各电池堆的SoC变化情况。可以看到各电池堆输出功率完全遵循本发明设计原则，即放电时SoC较高的电池堆其放电功率非线性地增大，充电时SoC较高的电池堆充电功率非线性地减小，SoC可以较快达到均衡。

实施例3

本实施例提供一种基于非线性函数的多电池簇荷电状态均衡控制方法。

一个储能电站电池堆由多个电池簇组成，如图1c所示，各电池簇与电池簇管理系统进行信息交互，并接受其发出的功率指令。电池簇管理系统是本实施例控制方法实现场所，控制方法流程如图2所示。

电池簇管理系统通过通讯设备采集所有处于运行状态的电池簇SoC_sample数据，计算得到相应的DoD_sample数据(DoD_sample＝1-SoC_sample)，构造f(x)和g(x)函数：

SoC＝f(SoC_sample)＝(SoC_sample)²

DoD＝g(DoD_sample)＝(DoD_sample)⁵

f(x)和g(x)函数满足在SoC控制区间内单调连续且其二阶导数大于等于零，f″(x)≥0、g″(x)≥0；

在完成SoC与DoD变换后，按照变换后SoC(指令为放电)或者DoD(指令为充电)大小，对各电池簇进行降序排列，依序按比例对各电池簇分配有功功率指令。

当电池簇管理系统收到电池堆放电指令时，按如下步骤依序按SoC比例对各电池簇给定有功功率指令：

1)按照变换后SoC大小，从大到小对各电池簇进行排序；

2)计算所有电池簇变换后SoC之和，记为SoC_sum；

3)若电池堆功率指令为P_ESScmd，则对于排序为第j的电池簇，其功率指令为：

式中，P_max为电池簇最大充放电功率绝对值，SoC(j)为第j个电池簇变换后的SoC；

4)每次赋值后，需要对SoC_Sum和P_ESScmd进行更新，得到未分配功率指令的电池簇SoC之和SoC_Sum,updated与功率指令之和P_{ESScmd,updated}，其更新规则为：

重复步骤3)与步骤4)，直到完成所有电池簇功率指令的给定。

当电池簇管理系统收到电池堆充电指令时，按如下步骤依序按DoD比例对各电池簇给定有功功率指令：

1)按照变换后DoD大小，从大到小对各电池簇进行排序；

2)计算所有电池簇变换后DoD之和，记为DoD_sum；

3)若电池堆功率指令为P_ESScmd，则对于排序为第j的电池簇，其功率指令为：

式中，DoD(j)为第j个电池簇变换后的DoD；

4)每次赋值后，需要对DoD_Sum和P_ESScmd进行更新，得到未分配功率指令的电池簇DoD之和DoD_Sum,updated与功率指令之和P_{ESScmd,updated}，其更新规则为：

重复步骤3)与步骤4)，直到完成所有电池簇指令的给定。

实施例3可以得到和实施例1和实施例2类似的均衡效果，仿真结果不在此进行赘述。

实施例4

本实施例提供一种储能系统多层级荷电状态均衡统一控制系统，其包含需均衡单元数据采集单元、荷电状态与放电深度非线性变换单元和有功功率指令依序按比例给定单元。

所述的需均衡单元数据采集单元：通过通讯设备采集储能系统所需均衡层次的所有单元荷电状态数据SoC_sample，并计算得到相应的放电深度数据DoD_sample；

所述的荷电状态与放电深度非线性变换单元：构造连续非线性函数f(x)与g(x)，将采样与计算得到的荷电状态与放电深度数值进行变换，SoC＝f(SoC_sample)、DoD＝g(DoD_sample)；f(x)和g(x)函数满足在SoC控制区间内单调连续且其二阶导数大于等于零，f”(x)≥0、g”(x)≥0；

所述的有功功率指令依序按比例给定单元：按照变换后荷电状态或者放电深度大小，依序按比例对所需均衡单元给定有功功率指令。

所述的需均衡单元数据采集单元中，采集的SoC_sample数据属于同一层次，如一个区域内所有储能电站、一个电站中的所有电池堆、一个电池堆中所有电池簇。

所述的有功功率指令依序按比例给定单元中，按照变换后荷电状态或者放电深度大小，对需要均衡的所有单元进行降序排列，依序按比例对各单元给定有功功率指令。

当储能系统收到放电指令时，按如下步骤依序按荷电状态比例对各需要均衡的单元给定有功功率指令：

步骤A)，按照变换后荷电状态大小，从大到小对各单元进行排序；

步骤B)，计算所有需均衡单元变换后荷电状态之和，记为SoC_sum；

步骤C)，若需均衡单元的功率指令之和为P_ESScmd，则对于排序为第j的单元，其功率指令P_cmd(j)为：

式中，P_max为储能单元最大充放电功率绝对值；SoC(j)表示第j个需均衡单元变换后的SoC；

步骤D)，每次赋值后，需要对SoC_Sum和P_ESScmd进行更新，得到未分配功率指令的储能单元荷电状态之和SoC_Sum,updated与功率指令之和P_{ESScmd,updated}，其更新规则为：

重复步骤C)与步骤D)，直到完成所有单元功率指令的给定。

当储能系统收到充电指令时，按如下步骤依序按放电深度比例对各需要均衡的单元给定有功功率指令：

步骤a)，按照更新后放电深度大小，从大到小对各需均衡单元进行排序；

步骤b)，计算所有需均衡单元更新后放电深度之和，记为DoD_sum；

步骤c)，若需均衡单元的功率指令之和为P_ESScmd，则对于排序为第j的单元，其功率指令P_cmd(j)为：

式中，DoD(j)表示第j个需均衡单元变换后的DoD；

步骤d)，每次赋值后，需要对DoD_Sum和P_ESScmd进行更新，得到未分配功率指令的单元放电深度之和DoD_Sum,updated与功率指令之和P_{ESScmd,updated}，其更新规则为：

重复步骤c)与步骤d)，直到完成所有单元功率指令的给定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种储能系统多层级荷电状态均衡统一控制方法，其特征在于，包含需均衡单元数据采集、荷电状态与放电深度非线性变换和有功功率指令依序按比例给定，具体内容如下：

1)通过通讯设备采集储能系统所需均衡层次的所有单元荷电状态数据SoC_sample，并计算得到相应的放电深度数据DoD_sample；

2)构造连续非线性函数f(x)与g(x)，将采样与计算得到的荷电状态与放电深度数值进行变换，SoC＝f(SoC_sample)、DoD＝g(DoD_sample)；f(x)和g(x)函数满足在SoC控制区间内单调连续且其二阶导数大于等于零，f”(x)≥0、g”(x)≥0；

3)按照变换后荷电状态或者放电深度大小，依序按比例对所需均衡单元给定有功功率指令。

2.根据权利要求1所述的储能系统多层级荷电状态均衡统一控制方法，其特征在于，所述步骤1)中，采集的SoC_sample数据属于同一层次。

3.根据权利要求1所述的储能系统多层级荷电状态均衡统一控制方法，其特征在于，所述步骤3)中，按照变换后荷电状态或者放电深度大小，对需要均衡的所有单元进行降序排列，依序按比例对各单元给定有功功率指令。

4.根据权利要求3所述的储能系统多层级荷电状态均衡统一控制方法，其特征在于，当储能系统收到放电指令时，按如下步骤依序按荷电状态比例对各需要均衡的单元给定有功功率指令：

步骤A)，按照变换后荷电状态大小，从大到小对各单元进行排序；

步骤B)，计算所有需均衡单元变换后荷电状态之和，记为SoC_sum；

步骤C)，若需均衡单元的功率指令之和为P_ESScmd，则对于排序为第j的单元，其功率指令P_cmd(j)为：

式中，P_max为储能单元最大充放电功率绝对值；SoC(j)表示第j个需均衡单元变换后的SoC；

步骤D)，每次赋值后，需要对SoC_Sum和P_ESScmd进行更新，得到未分配功率指令的储能单元荷电状态之和SoC_Sum,updated与功率指令之和P_{ESScmd,updated}，其更新规则为：

重复步骤C)与步骤D)，直到完成所有单元功率指令的给定。

5.根据权利要求3所述的储能系统多层级荷电状态均衡统一控制方法，其特征在于，当储能系统收到充电指令时，按如下步骤依序按放电深度比例对各需要均衡的单元给定有功功率指令：

步骤a)，按照更新后放电深度大小，从大到小对各需均衡单元进行排序；

步骤b)，计算所有需均衡单元更新后放电深度之和，记为DoD_sum；

步骤c)，若需均衡单元的功率指令之和为P_ESScmd，则对于排序为第j的单元，其功率指令P_cmd(j)为：

式中，DoD(j)表示第j个需均衡单元变换后的DoD；

步骤d)，每次赋值后，需要对DoD_Sum和P_ESScmd进行更新，得到未分配功率指令的单元放电深度之和DoD_Sum,updated与功率指令之和P_{ESScmd,updated}，其更新规则为：

重复步骤c)与步骤d)，直到完成所有单元功率指令的给定。

6.一种储能系统多层级荷电状态均衡统一控制系统，其特征在于，包含需均衡单元数据采集单元、荷电状态与放电深度非线性变换单元和有功功率指令依序按比例给定单元；

所述的需均衡单元数据采集单元：通过通讯设备采集储能系统所需均衡层次的所有单元荷电状态数据SoC_sample，并计算得到相应的放电深度数据DoD_sample；

所述的荷电状态与放电深度非线性变换单元：构造连续非线性函数f(x)与g(x)，将采样与计算得到的荷电状态与放电深度数值进行变换，SoC＝f(SoC_sample)、DoD＝g(DoD_sample)；f(x)和g(x)函数满足在SoC控制区间内单调连续且其二阶导数大于等于零，f”(x)≥0、g”(x)≥0；

所述的有功功率指令依序按比例给定单元：按照变换后荷电状态或者放电深度大小，依序按比例对所需均衡单元给定有功功率指令。

7.根据权利要求6所述的储能系统多层级荷电状态均衡统一控制系统，其特征在于，所述的需均衡单元数据采集单元中，采集的SoC_sample数据属于同一层次。

8.根据权利要求6所述的储能系统多层级荷电状态均衡统一控制系统，其特征在于，所述的有功功率指令依序按比例给定单元中，按照变换后荷电状态或者放电深度大小，对需要均衡的所有单元进行降序排列，依序按比例对各单元给定有功功率指令。

9.根据权利要求8所述的储能系统多层级荷电状态均衡统一控制系统，其特征在于，所述的有功功率指令依序按比例给定单元中，当储能系统收到放电指令时，按如下步骤依序按荷电状态比例对各需要均衡的单元给定有功功率指令：

步骤A)，按照变换后荷电状态大小，从大到小对各单元进行排序；

步骤B)，计算所有需均衡单元变换后荷电状态之和，记为SoC_sum；

步骤C)，若需均衡单元的功率指令之和为P_ESScmd，则对于排序为第j的单元，其功率指令P_cmd(j)为：

式中，P_max为储能单元最大充放电功率绝对值；SoC(j)表示第j个需均衡单元变换后的SoC；

步骤D)，每次赋值后，需要对SoC_Sum和P_ESScmd进行更新，得到未分配功率指令的储能单元荷电状态之和SoC_Sum,updated与功率指令之和P_{ESScmd,updated}，其更新规则为：

重复步骤C)与步骤D)，直到完成所有单元功率指令的给定。

10.根据权利要求8所述的储能系统多层级荷电状态均衡统一控制系统，其特征在于，所述的有功功率指令依序按比例给定单元中，当储能系统收到充电指令时，按如下步骤依序按放电深度比例对各需要均衡的单元给定有功功率指令：

步骤a)，按照更新后放电深度大小，从大到小对各需均衡单元进行排序；

步骤b)，计算所有需均衡单元更新后放电深度之和，记为DoD_sum；

步骤c)，若需均衡单元的功率指令之和为P_ESScmd，则对于排序为第j的单元，其功率指令P_cmd(j)为：

式中，DoD(j)表示第j个需均衡单元变换后的DoD；

步骤d)，每次赋值后，需要对DoD_Sum和P_ESScmd进行更新，得到未分配功率指令的单元放电深度之和DoD_Sum,updated与功率指令之和P_{ESScmd,updated}，其更新规则为：

重复步骤c)与步骤d)，直到完成所有单元功率指令的给定。

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