CN113890004A - 一种基于直流微电网的多储能控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种基于直流微电网的多储能控制方法，方法包括：根据每个储能单元的荷电状态，确定所有储能单元的平均荷电状态；根据每个储能单元的输出功率，确定平均输出功率；根据平均荷电状态以及平均输出功率，确定动态调整参考电压。本申请提供的方法控制参数选定简单，控制方法简单，并且控制效果优良。

Description

一种基于直流微电网的多储能控制方法

技术领域

本申请涉及能源控制技术领域，特别涉及一种基于直流微电网的多储能控制方法。

背景技术

目前，世界各地的电池储能系统(BESS)的额定功率约为4.5GW。过去，阻碍BESS项目实施的主要原因之一是前期安装成本。随着近十年来BESS技术的发展和电池边际成本的下降，各种BESS技术的总成本将继续下降到目前成本的一半甚至三分之一。电池技术成本的大幅降低以及2015年巴黎协议之后对减少化石燃料消耗的迫切要求，预期到2030年BESS装机容量的增加为当前装机容量的17倍。新兴电池技术，特别是并网储能技术的快速发展，对不同环境下的连接、运行和性能，特别是频率响应，提出了新的标准和要求。

微电网作为一种集区域内分布式能源和负荷于一体的小型电力系统，以其灵活的运行方式和可控性成为大规模开发利用可再生能源的解决方案之一。与交流微电网相比，直流微网减少了换流设备和功率转换环节以及交流微电网不存在相位同步、无功潮流和谐波等问题。它易于控制，因此受到广泛关注。由于可再生能源之间的差距和负荷波动的不确定性，需要储能电池在正常电压水平下保持功率的实时平衡，以满足相应换流器的功率水平，确保储能系统的安全可靠，多个储能单元需要配置为储能系统。

但是，由于储能电池之间的差异以及充放电过程中的功率分布不均，导致储能电池的荷电状态(SOC)不同，可能导致储能电池过充或过放电，这不仅会影响电池的寿命，而且会影响整个直流微电网系统的稳定性，因此，需要对每个储能单元换流器进行协调控制，以实现储能单元之间的功率均衡分配。但是传统下垂控制存在修正项正定困难，控制参数难以选择以及下垂系数计算复杂等缺点，

发明内容

本申请提供了一种基于直流微电网的多储能控制方法，可用于解决现有技术中的修正项正定困难，控制参数难以选择以及下垂系数计算复杂的技术问题。

本申请提供一种基于直流微电网的多储能控制方法，所述方法包括：

根据每个储能单元的荷电状态，确定所有储能单元的平均荷电状态；

根据每个储能单元的输出功率，确定平均输出功率；

根据所述平均荷电状态以及所述平均输出功率，确定动态调整参考电压。

可选的，所述平均荷电状态采用以下方法确定：

式中，SOC_avg为平均荷电状态；n为储能单元的个数；SOC_i为第i个储能单元的荷电状态的状态，其中，i≤n。

可选的，所述平均输出功率采用以下方法确定：

式中，P_avg为平均输出功率；P_i为第i个储能单元的输出功率，其中，i≤n。

可选的，所述方法还包括：

根据功率因数以及所述平均输出功率，确定荷电影响系数。

可选的，所述荷电影响系数采用以下方法确定：

k₁＝k₂(P_i-P_avg)+k₃

式中，k₁是所述荷电影响系数，k₂是功率因数，k₃是常数。

可选的，所述动态调整参考电压采用以下方法确定：

V_dc＝V_dc-ref+[k₂(P_i-P_avg)+k₃](SOC_i-SOC_avg)-k_dP_b

式中，V_dc为动态调整参考电压，V_dc-ref为储能单元通过直流换流器后的输出电压参考值，P_b为储能输出功率，k_d为下垂系数，P_b为储能输出功率。

本申请提供的方法控制参数选定简单，控制方法简单，并且控制效果优良。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种直流直流微电网的结构图；

图2为本申请实施例提供的一种基于直流微电网的多储能控制方法的流程示意图；

图3为本申请实施例提供的一种下垂控制策略示意图；

图4为本申请实施例提供的控制策略示意图；

图5为本申请实施例提供的一种传统控制的仿真效果示意图；

图6为本申请实施例提供的一种基于直流微电网的多储能控制方法对应的仿真示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

如图1所示，为本申请实施例提供的一种直流直流微电网的结构图。一般直流微电网都由分布式发电系统、储能单元、电动汽车等直流负载组成，其中储能单元能够起到削峰填谷，平抑可再生能源出力，维持系统安全稳运行的作用。

在具体叙述本申请实施提供的方法之前，首先对传统技术进行一定的阐述。如下所示，为传统下垂控制的方法：

V_dc＝V_dc-ref-k_dP_b

式中，V_dc为动态调整参考电压，V_dc-ref为储能单元通过直流换流器后的输出电压参考值，k_d为下垂系数，P_b为储能输出功率。

传统技术中，存在存在修正项正定困难，控制参数难以选择以及下垂系数计算复杂等缺点。

本申请实施例中，提出的下垂控制的方法为：

式中，

为新的动态调整参考电压，k₁是荷电影响系数，SOC_i为第i个储能单元的荷电状态的状态，SOC_avg为平均荷电状态。

如图2所示，为本申请实施例提供的一种基于直流微电网的多储能控制方法的流程示意图。本申请提供的方法包括以下步骤：

步骤S201，根据每个储能单元的荷电状态，确定所有储能单元的平均荷电状态。

本申请实施例中，平均荷电状态采用以下方法确定：

式中，SOC_avg为平均荷电状态。n为储能单元的个数。SOC_i为第i个储能单元的荷电状态的状态，其中，i≤n。

步骤S202，根据每个储能单元的输出功率，确定平均输出功率。

本申请实施例中，平均输出功率采用以下方法确定：

式中，P_avg为平均输出功率。P_i为第i个储能单元的输出功率，其中，i≤n。

本申请提供的方法还包括，根据功率因数以及平均输出功率，确定荷电影响系数。

荷电影响系数采用以下方法确定：

k₁＝k₂(P_i-P_avg)+k₃

式中，k₁是荷电影响系数，k₂是功率因数，k₃是常数。

步骤S203，根据平均荷电状态以及平均输出功率，确定动态调整参考电压。

结合前述提出的下垂控制的方法，本申请实施例中，动态调整参考电压采用以下方法确定：V_dc＝V_dc-ref+[k₂(P_i-P_avg)+k₃](SOC_i-SOC_avg)-k_dP_b

式中，V_dc为动态调整参考电压，V_dc-ref为储能单元通过直流换流器后的输出电压参考值，P_b为储能输出功率，k_d为下垂系数，P_b为储能输出功率。

如图3所示，为本申请实施例提供的一种下垂控制策略示意图，曲线与垂直轴的交点值为调整后的动态调整参考电压。

如图4所示，为本申请实施例提供的控制策略示意图。本申请提供的控制策略包括参考电压环路，下垂控制环路和电流内部环路控制。通过调节每个储能单元的动态调整参考电压，合理地实现了每个储能单元的功率分配，并且电荷状态具有平衡作用。

为了进一步说明本申请实施例的实施效果，下面结合一个具体例子进行说明。如表1所示，为本申请实施例中，仿真模型的系统参数。

表1：仿真模型的系统参数表

参数	值
		Battery terminal voltage(V)	300
SOC of battery 1(％)	70.2
		SOC of battery 2(％)	70
SOC of battery 3(％)	69.8
		DC bus voltage(V)	144
DC load resistance(Ω)	160
		Simulation time(s)	1

具体的，各电池端子电压为144V，电池1-3的SOC分别为70.2％，70％，69.8％。直流总线电压为400V，直流负载电阻为160Ω，直流负载的功率为1000W。

如图5所示，为本申请实施例提供的一种传统控制的仿真效果示意图。在传统控制下，直流母线电压保持恒定，每个储能单元的电荷状态保持恒定。每个储能单元的输出功率和电池端子电压基本相同。

如图6所示，为本申请实施例提供的一种基于直流微电网的多储能控制方法对应的仿真示意图。在改进的下垂控制下，DC总线电压保持恒定，但是随着储能电池放电时间的增加，每个电池的储能单元趋于相同，并且每个储能单元的输出功率趋于相同，结果表明所提所提控制策略的控制效果较传统控制方法良好。

本申请提供的方法控制参数选定简单，控制方法简单，并且控制效果优良。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于服务构建装置和服务加载装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (6)

1.一种基于直流微电网的多储能控制方法，其特征在于，所述方法包括：

根据每个储能单元的荷电状态，确定所有储能单元的平均荷电状态；

根据每个储能单元的输出功率，确定平均输出功率；

根据所述平均荷电状态以及所述平均输出功率，确定动态调整参考电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述平均荷电状态采用以下方法确定：

式中，SOC_avg为平均荷电状态；n为储能单元的个数；SOC_i为第i个储能单元的荷电状态的状态，其中，i≤n。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述平均输出功率采用以下方法确定：

式中，P_avg为平均输出功率；P_i为第i个储能单元的输出功率，其中，i≤n。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据功率因数以及所述平均输出功率，确定荷电影响系数。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述荷电影响系数采用以下方法确定：

k₁＝k₂(P_i-P_avg)+k₃

式中，k₁是所述荷电影响系数，k₂是功率因数，k₃是常数。

6.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述动态调整参考电压采用以下方法确定：

V_dc＝V_dc-ref+[k₂(P_i-P_avg)+k₃](SOC_i-SOC_avg)-k_dP_b

式中，V_dc为动态调整参考电压，V_dc-ref为储能单元通过直流换流器后的输出电压参考值，P_b为储能输出功率，k_d为下垂系数，P_b为储能输出功率。

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