CN114583738B - 一种考虑老化速率的储能系统均衡控制方法 - Google Patents

一种考虑老化速率的储能系统均衡控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114583738B
CN114583738B CN202210496435.4A CN202210496435A CN114583738B CN 114583738 B CN114583738 B CN 114583738B CN 202210496435 A CN202210496435 A CN 202210496435A CN 114583738 B CN114583738 B CN 114583738B
Authority
CN
China
Prior art keywords
energy storage
storage unit
storage system
aging rate
microgrid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210496435.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114583738A (zh
Inventor
赵倩林
何正友
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest Jiaotong University
Original Assignee
Southwest Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest Jiaotong University filed Critical Southwest Jiaotong University
Priority to CN202210496435.4A priority Critical patent/CN114583738B/zh
Publication of CN114583738A publication Critical patent/CN114583738A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114583738B publication Critical patent/CN114583738B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048—Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/005—Detection of state of health [SOH]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本发明公开了一种考虑老化速率的储能系统均衡控制方法，属于电池管理技术领域，本发明针对不同储能单元之间老化速率不相等的现象，提出一种考虑老化速率的储能系统均衡控制方法。目的是延长储能系统的使用寿命，提高微电网的稳定性和经济性。该控制策略由两层控制组成，在下层控制中，根据老化速率一致性原则计算每个储能单元的下垂系数，以保证同一个微电网中各储能单元的老化速率相等；在上层控制中，基于各储能系统的自适应下垂系数重新分配微电网之间的功率，以实现不同微电网中储能系统老化速率的相等，该控制策略避免了储能单元之间老化状态的不一致性所带来的电池使用寿命缩短和安全事故的发生，提高了系统运行的稳定性和经济性。

Description

一种考虑老化速率的储能系统均衡控制方法
技术领域
本发明属于电池管理技术领域，特别涉及适用于储能系统老化速率的均衡控制方法。
背景技术
随着化石燃料日益枯竭以及其造成的环境污染日益严重，可持续发展的可再生能源如风、光等受到越来越多的关注。微电网作为一种有效整合和高效利用分布式能源、负荷的有效形式，近年来得到了极大的发展。为了缓解微电网中清洁能源的负荷波动，电池储能系统是不可或缺的微电网重要组成部分。在储能系统运行过程中，由于环境的差异，导致储能系统之间的老化速率的不一致，使得储能系统之间电池健康状态的不一致更加严重。储能系统健康状态的不一致，会显著减少电池的使用寿命，甚至会带来火灾和爆炸等事故的发生，给生产生活造成巨大的经济损失。
目前对于延长储能系统使用寿命的方法主要分为两类，分别是：荷电状态（SOC）均衡方法，健康状态（SOH）均衡方法。这些控制策略能达到SOC均衡或SOH均衡的目的，但并未考虑对电池老化速率的控制。如果能通过控制实现电池老化速率始终相等，则能保证储能系统老化状态始终一致。
因此，为保证储能系统老化速率相等，以达到延长储能系统使用寿命、提高储能系统安全性能及经济性、提高电池组能量利用率、减少微电网投资的目的，本发明研究了一种考虑老化速率的储能系统均衡控制方法。该方法通过引入吞吐量的概念，通过研究储能系统的吞吐量，充放电深度（DOD）及充放电速率之间的关系，建立了储能老化速率均衡的原理。基于老化速率均衡原理设计了微电网中储能单元的下垂系数，在底层控制中，通过下垂控制自动分配功率，保证同一个储能系统中不同储能单元的老化速率相等；在上层控制中，通过储能系统中各电池组下垂系数之和来重新分配微电网之间的功率流。通过所提的双层老化速率均衡控制策略，可以保证微电网群中不同微电网中所有储能单元老化速率相等。
发明内容
本发明针对不同储能单元之间老化速率不相等的现象，提出了一种考虑老化速率的储能系统均衡控制方法。该方法的目的是延长储能系统的使用寿命，提高微电网的稳定性和经济性。该控制策略由两层控制组成，在下层控制中，根据老化速率一致性原则计算每个储能单元的下垂系数，以保证同一个微电网中各储能单元的老化速率相等；在上层控制中，基于各储能系统的自适应下垂系数重新分配微电网之间的功率，以实现不同微电网中储能系统老化速率的相等。
实现本发明目的的技术方案如下：
第一步：引入吞吐量来定义储能系统的老化状态，通过分析吞吐量与SOC、DOD和输入输出功率之间的关系，建立储能系统老化速率一致性原则，具体过程为：
A.首先定义电池的吞吐量
Figure DEST_PATH_IMAGE001
和放电深度
Figure DEST_PATH_IMAGE002
如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
Figure DEST_PATH_IMAGE004
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为在
Figure DEST_PATH_IMAGE007
时间内电池的充放电深度，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为电池容量，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为电池电流，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为电池在
Figure DEST_PATH_IMAGE011
时间内消耗的吞吐量。
从吞吐量的定义式可以看出，对于一个使用寿命已知且固定的储能电池来说，在整个寿命周期中电池能消耗的吞吐量也是固定值，因此用消耗的吞吐量来代表电池的使用寿命是合理的。
B.分析吞吐量与SOC、DOD和输入输出功率之间的关系
Figure DEST_PATH_IMAGE012
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
和
Figure DEST_PATH_IMAGE014
分别是实际放电深度和额定放电深度下的吞吐量，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
和
Figure DEST_PATH_IMAGE016
分别是实际和额定的充放电深度，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
和
Figure DEST_PATH_IMAGE018
分别是实际和额定的电池容量，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
和
Figure DEST_PATH_IMAGE020
是通过拟合电池寿命数据得到的参数。
由SOC的定义式得知：
Figure DEST_PATH_IMAGE021
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE022
为电池容量，
Figure DEST_PATH_IMAGE023
为电池电流，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure DEST_PATH_IMAGE025
分别为储能系统在时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE026
和时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE027
的荷电状态。
由（1）中电池充放电深度的定义和SOC的定义式（4），可以得到两者之间的关系如下
Figure DEST_PATH_IMAGE028
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE029
为在
Figure DEST_PATH_IMAGE030
时间内电池的充放电深度，
Figure DEST_PATH_IMAGE031
是储能在
Figure DEST_PATH_IMAGE032
时刻的荷电状态差值，
Figure DEST_PATH_IMAGE033
和
Figure DEST_PATH_IMAGE034
分别为储能系统在时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE035
和时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE036
的荷电状态。
由上式可得，吞吐量与
Figure DEST_PATH_IMAGE037
、
Figure DEST_PATH_IMAGE038
和输入输出功率之间的关系为
Figure DEST_PATH_IMAGE039
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE040
和
Figure DEST_PATH_IMAGE041
分别为储能系统在时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE042
和时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE043
的荷电状态，
Figure DEST_PATH_IMAGE044
和
Figure DEST_PATH_IMAGE045
是通过拟合电池寿命数据得到的参数，
Figure DEST_PATH_IMAGE046
是额定的充放电深度，
Figure DEST_PATH_IMAGE047
为额定充放电深度的测试条件下储能系统在单位时间内消耗的吞吐量。
因此，吞吐量的变化率可以表示电池的老化速率，对式（6）求导可得
Figure DEST_PATH_IMAGE048
Figure DEST_PATH_IMAGE049
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE050
为储能单元的老化速率系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE051
和
Figure DEST_PATH_IMAGE052
是通过拟合电池寿命数据得到的参数，
Figure DEST_PATH_IMAGE053
是额定的充放电深度，SOC(t)和SOC(t 1)分别为储能系统在时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE054
和时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE055
的荷电状态，
Figure DEST_PATH_IMAGE056
为储能系统在
Figure DEST_PATH_IMAGE057
时间段内荷电状态的变化量，
Figure DEST_PATH_IMAGE058
为额定充放电深度的测试条件下储能系统在单位时间内消耗的吞吐量，
Figure DEST_PATH_IMAGE059
为额定测试条件下储能系统消耗的有效吞吐量。
在SOC的定义式（4）中，考虑到
Figure DEST_PATH_IMAGE060
，则式（7）可以改写为
Figure DEST_PATH_IMAGE061
老化速率一致性原理即
Figure DEST_PATH_IMAGE062
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE063
是第
Figure DEST_PATH_IMAGE064
个储能单元的老化速率系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE065
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE066
个储能单元的输出功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE067
是第
Figure DEST_PATH_IMAGE068
个储能单元的输出电压，
Figure DEST_PATH_IMAGE069
是第
Figure DEST_PATH_IMAGE070
个储能单元的容量。
第二步：基于老化速率一致性原理，设计下层控制保证各储能单元之间老化速率相等以延长整个储能系统的使用寿命：
微电网中的储能系统主要是平滑新能源出力，提供电压支撑，因此采用下垂控制的控制模式，控制方程为
Figure DEST_PATH_IMAGE071
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE072
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE073
个微电网中第
Figure DEST_PATH_IMAGE074
个储能单元的电压值，
Figure DEST_PATH_IMAGE075
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE076
个微电网中第
Figure DEST_PATH_IMAGE077
个储能单元的电压参考值，
Figure DEST_PATH_IMAGE078
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE079
个微电网中第
Figure DEST_PATH_IMAGE080
个储能单元的下垂系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE081
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE082
个微电网中第
Figure DEST_PATH_IMAGE083
个储能单元的储能单元的充放电功率。
同一个储能系统中各储能单元都连接到同一条母线上，各储能单元输出电压值相等，因此
Figure DEST_PATH_IMAGE084
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE085
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE086
个微电网中第
Figure DEST_PATH_IMAGE087
个储能单元的电压值，
Figure DEST_PATH_IMAGE088
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE089
个微电网中第
Figure DEST_PATH_IMAGE090
个储能单元的参考电压值。
从式（11）和式（12）可以得到，
Figure DEST_PATH_IMAGE091
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE092
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE093
个微电网中第
Figure DEST_PATH_IMAGE094
个储能单元的下垂系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE095
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE096
个微电网中第
Figure DEST_PATH_IMAGE097
个储能单元的储能单元的充放电功率。
联合式（13）和老化一致性原理式（10），可以得到储能单元下垂系数的设计原则为
Figure DEST_PATH_IMAGE098
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE099
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE100
个微电网中第
Figure DEST_PATH_IMAGE101
个储能单元的下垂系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE102
是第
Figure DEST_PATH_IMAGE103
个微电网中第
Figure DEST_PATH_IMAGE104
个储能单元的老化速率系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE105
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE106
个微电网中第
Figure DEST_PATH_IMAGE107
个储能单元的储能单元的容量，
Figure DEST_PATH_IMAGE108
为第
Figure 282995DEST_PATH_IMAGE106
个微电网中第
Figure 147045DEST_PATH_IMAGE107
个储能单元的电压值。
按式（14）来计算每个储能单元的下垂系数可以保证每个储能单元在运行过程中的老化速率相等。
第三步：从全局出发，基于底层控制为下垂控制的基础上，设计上层控制，实现微电网之间功率的重新分配，具体过程如下：
从下垂控制的定义式（13），可以得到整个微电网群中各个储能单元的功率分配为
Figure DEST_PATH_IMAGE109
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE110
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE111
个微电网中第
Figure DEST_PATH_IMAGE112
个储能单元的下垂系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE113
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE114
个微电网中第
Figure DEST_PATH_IMAGE115
个储能单元的储能单元的充放电功率。
同时，整个微电网系统应该保持功率平衡，系统功率流满足下式：
Figure DEST_PATH_IMAGE116
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE117
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE118
个微电网内负荷功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE119
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE120
个微电网中光伏输出功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE121
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE122
个微电网中所包含的储能单元个数，n为整个微电网群所包含的微电网个数。
根据式（15）和（16），可以得到储能单元的功率输出为：
Figure DEST_PATH_IMAGE123
因此，第
Figure DEST_PATH_IMAGE124
个微电网的功率参考值为
Figure DEST_PATH_IMAGE125
式中，P MGi 为第i个微电网的功率参考值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明给出了一种考虑老化速率的储能系统均衡控制方法，解决了现有技术中未考虑储能老化速率的问题，同时解决了微电网中不同储能单元老化状态不一致的问题。所提方法通过分析储能单元老化过程中各物理量的关系，建立了老化一致性原则，并以此为基础，考虑各个储能单元的SOC和充放电功率P设计了各储能单元下垂控制系数，为重新分配了微电网之间的功率流提供了参考依据。避免了储能单元之间老化状态的不一致性所带来的电池使用寿命缩短和安全事故的发生，提高了系统运行的稳定性和经济性。
附图说明
图1为本申请实施例提供的储能系统均衡控制方法的流程图。
图2为本申请实施例提供的IEEE 33 节点结构图。
图3为本申请实施例提供的微电网结构图。
图4为本申请实施例提供的下层控制的控制框图。
图5为本申请实施例提供的上层控制的控制框图。
图6为本申请实施例提供的控制模式由普通下垂控制变更为老化速率均衡控制策略时储能系统老化速率图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了解决储能系统中各电池单元的老化状态的不一致而导致的储能系统使用寿命缩减的问题，提高微电网的稳定性，本发明提出了一种考虑老化速率的储能系统均衡控制方法，该方法的策略为：采用集中分布式控制方法，分为上层集中控制和下层本地控制。首先通过拟合储能系统中电池寿命和充放电深度曲线，得到关键参数u 0，u 1。引入吞吐量这个物理量来量化储能单元的老化状态，通过相关物理量之间的关系得到老化速率与荷电状态和电池充放电功率之间的数学关系式，以此建立老化速率一致性原则。在下层控制中采用下垂控制，考虑到下垂控制特点，即并联在同一条母线的各储能单元下垂系数和功率值相乘等于固定值，以此为基础，建立下垂控制系数与老化速率之间的关系。实时检测储能单元的SOC(t)和P bat并传输到下垂系数计算模块，得到较为准确的下垂系数值，再通过下垂控制实现同一个微电网中各储能单元老化速率相等。在上层集中控制中，由于不同的微电网电压母线的不同，仅依靠下垂公式不能保证各微电网内不同储能单元老化速率的相等，因此关键在于重新分配各微电网的负荷功率。从整个系统的层面上分析了各储能单元的下垂系数，并以此重新分配各微电网的负荷功率，再通过电流内环控制和电压外环控制实现对并网逆变器的功率控制。
本发明的目的由以下技术方案实现：
微电网系统中，通过储能系统的双层老化速率均衡控制策略，延长储能系统使用寿命和提高系统经济性，包括如图1所示的以下几点关键步骤：
第一步：确定微电网中所用的电池类型，通过历史实验数据拟合电池寿命和放电深度之间的函数关系式，得到关键参数u 0,u 1。引入吞吐量的概念量化电池的老化速率，并建立了老化速率一致性原则。
第二步：基于老化一致性原则，设计储能单元的下垂控制系数，通过下垂控制的公式，设计的下垂系数可以保证同一个微电网中各储能单元老化速率的一致。
第三步：实时采集储能单元的荷电状态SOC(t)和充放电功率
Figure DEST_PATH_IMAGE126
，计算各个储能单元的下垂系数，控制储能单元并网DC-DC变压器的功率输出。
第四步：在上层控制中，从整个微电网系统的角度出发按照下垂系数重新分配各个微电网功率，计算储能单元的最大出力值。若最大出力值未超过储能单元功率上限，则按现有的功率分配值控制微电网并网逆变器；否则，令
Figure DEST_PATH_IMAGE127
，重新计算各微电网的功率值，由此产生的功率缺额由大电网提供支撑。
具体为：
如图2所示，为了验证本发明方法的有效性，建立IEEE33节点的交流配电网，并分别在第16节点接入直流微电网1,20节点接入直流微电网2。
如图3所示，本实施案例中的微电网由以下几个部分组成：PV光伏发电系统、由n个储能单元组成的储能系统、直流负荷、交流负荷和交流大电网组成。
如图4所示，下层控制策略的设计为：实时检测储能单元的输出电压
Figure DEST_PATH_IMAGE128
、电池容量
Figure DEST_PATH_IMAGE129
和输入输出功率
Figure DEST_PATH_IMAGE130
，通过SOC定义式获得储能单元的荷电状态
Figure DEST_PATH_IMAGE131
。将
Figure DEST_PATH_IMAGE132
和微网系统功率缺额输入基于老化速率一致性的下垂系数计算模块，计算得到系统的下垂系数值。通过低通滤波器得到储能单元的功率输出值，一并传输到下垂控制模块，通过下垂控制公式得到储能单元的电压参考值输入PI模块，最终产生PWM控制波，控制DC-DC变流器的功率输出，从而达到对同一个微电网系统中各储能单元老化速率相等的控制目标。
如图5所示，上层控制策略的设计为：将所有储能单元的下垂系数传输到上层控制中的基于老化速率一致性的功率分配模块，得到该微电网的有功功率参考值。再通过电流内环控制环节和电压外环控制环节，生成PWM控制波控制微电网DC-AC并网逆变器的功率输出，以保证不同微电网之间各储能单元老化速率的一致性。
该措施的重要技术要求如下：
1、拟合电池寿命和放电深度之间的函数关系式，得到关键参数u 0,u 1。
拟合公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE133
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE134
为储能单元在整个寿命周期的循环次数，
Figure DEST_PATH_IMAGE135
分别是额定的充放电深度。
Figure DEST_PATH_IMAGE136
和
Figure DEST_PATH_IMAGE137
是通过拟合电池寿命数据得到的参数，
Figure DEST_PATH_IMAGE138
和
Figure DEST_PATH_IMAGE139
分别是实际充放电深度和额定的充放电深度，
2、消耗的吞吐量代表电池的老化程度，建立吞吐量与储能单元
Figure DEST_PATH_IMAGE140
和
Figure DEST_PATH_IMAGE141
之间的关系
吞吐量与储能单元关键特征量之间的关系：
Figure DEST_PATH_IMAGE142
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE143
为额定测试条件下储能系统消耗的有效吞吐量，
Figure DEST_PATH_IMAGE144
和
Figure DEST_PATH_IMAGE145
分别为储能系统在时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE146
和时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE147
的荷电状态，
Figure DEST_PATH_IMAGE148
和
Figure DEST_PATH_IMAGE149
是通过拟合电池寿命数据得到的参数，
Figure DEST_PATH_IMAGE150
是额定的充放电深度，
Figure DEST_PATH_IMAGE151
为额定充放电深度的测试条件下储能系统在单位时间内消耗的吞吐量，
Figure DEST_PATH_IMAGE152
为
Figure DEST_PATH_IMAGE153
的
Figure DEST_PATH_IMAGE154
次幂的表达。
3、定义电池的老化速率等于吞吐量的变化率，建立储能单元老化速率一致性原则
老化速率一致性原则：
Figure DEST_PATH_IMAGE155
Figure DEST_PATH_IMAGE157
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE158
为储能单元的老化速率系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE159
和
Figure DEST_PATH_IMAGE160
是通过拟合电池寿命数据得到的参数，
Figure DEST_PATH_IMAGE161
是额定的充放电深度，
Figure DEST_PATH_IMAGE162
和
Figure DEST_PATH_IMAGE163
分别为储能系统在时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE164
和时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE165
的荷电状态，
Figure DEST_PATH_IMAGE166
为储能系统在
Figure DEST_PATH_IMAGE167
时间段内荷电状态的变化量，
Figure DEST_PATH_IMAGE168
为额定充放电深度的测试条件下储能系统在单位时间内消耗的吞吐量，
Figure DEST_PATH_IMAGE169
为额定测试条件下储能系统消耗的有效吞吐量。
4、在下层控制策略中，下垂控制中下垂系数的计算方法，具体过程为：
下垂系数的计算方法：
Figure DEST_PATH_IMAGE170
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE171
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE172
个微电网中第
Figure DEST_PATH_IMAGE173
个储能单元的功率分配系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE174
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE175
个微电网中第
Figure DEST_PATH_IMAGE176
个储能单元的老化速率系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE177
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE178
个微电网中第
Figure DEST_PATH_IMAGE179
个储能单元的容量，
Figure DEST_PATH_IMAGE180
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE181
个微电网中第
Figure DEST_PATH_IMAGE182
个储能单元的电压。
5、在上层控制中，重新对各个微电网功率进行重新分配，分配方法为：
Figure DEST_PATH_IMAGE183
Figure DEST_PATH_IMAGE184
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE185
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE186
个微电网中第
Figure DEST_PATH_IMAGE187
个储能单元的功率分配系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE188
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE189
个微电网中第
Figure DEST_PATH_IMAGE190
个储能单元的输出功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE191
为微电网内负荷功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE192
为整个微电网群的光伏输入功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE193
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE194
个微电网的功率参考值，
Figure DEST_PATH_IMAGE195
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE196
个微电网中光伏输出功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE197
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE198
个微电网中第
Figure DEST_PATH_IMAGE199
个储能单元的下垂系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE200
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE201
个微电网中第
Figure DEST_PATH_IMAGE202
个储能单元的输出功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE203
为整个微电网群所包含的微电网个数，
Figure DEST_PATH_IMAGE204
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE205
个微电网中所包含的储能单元个数，
Figure DEST_PATH_IMAGE206
为储能单元的最大出力值。
本技术方案的一个具体实施方式：
以IEEE33节点为算例，利用本发明方法进行微电网储能单元的控制。其中在IEEE33节点中的第16节点和20节点接入微电网，微电网1含有储能单元1和储能单元2，微电网2含有储能单元3和储能4。
各参数如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE208
四个储能单元的老化速率由普通下垂控制转换为双层老化速率均衡控制策略的变化图如图6所示，可以看到在普通下垂控制中，四个储能单元的老化速率并不相等，经过长时间运行之后，储能单元老化状态差异会越来越大；而采用双层老化速率均衡控制策略后，四个储能单元的老化速率相等，从而保证储能单元老化状态的一致性，最终可以延长储能系统的使用寿命和提高微电网经济性。通过仿真算例，验证了适用于微电网储能系统的双层老化速率均衡控制方法的有效性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的得同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种考虑老化速率的储能系统均衡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：通过历史实验数据，拟合储能系统寿命函数模型，推导储能系统老化速率表达式，并建立上层控制的储能系统老化速率一致性原则；
步骤2：基于储能系统老化速率一致性原则，计算确定储能单元的功率分配系数，确定下层控制中同一微电网内各储能单元的功率分配原则；
步骤3：通过微电网群的中央控制器采集各微电网中不同储能单元的功率分配系数，并传输到上层控制的老化速率一致性模块中，完成不同电压等级的微电网之间负载功率的重新分配，进而实现微电网中不同储能单元的均衡控制；
所述步骤1中，建立储能系统老化速率一致性原则包括以下步骤：
S1：分析加快电池老化速率的各种影响因素，建立吞吐量的定义式：
Figure FDA0003701781960000011
式中：Γeff和Γact分别是实际放电深度和额定放电深度下的吞吐量，DA和DR分别是实际和额定的充放电深度，QA和QR分别是实际和额定的电池容量，u0和u1是通过拟合电池寿命数据得到的参数；
S2：分析Δt时间内储能单元的充放电深度与储能单元荷电状态之间的关系：
Figure FDA0003701781960000012
式中：DΔt是Δt时间内储能单元的充放电深度，SOC(t)和SOC(t1)分别为储能系统在时刻t和时刻t1的荷电状态，ΔSOC为储能系统在t-t1时间段内荷电状态的变化量；
S3：基于吞吐量的定义式和储能单元的充放电深度与储能单元荷电状态之间的关系，得到储能系统吞吐量与SOC和充放电功率之间的关系为：
Figure FDA0003701781960000013
式中：，SOC(t)和SOC(t1)分别为储能系统在时刻t和时刻t1的荷电状态，dR为额定充放电深度的测试条件下储能系统在单位时间内消耗的吞吐量，
Figure FDA0003701781960000014
为DR的u0次幂的表达；
S4：定义储能单元老化率等于吞吐量的变化率，推导储能单元的老化率与SOC，DOD之间的关系式为：
Figure FDA0003701781960000015
Figure FDA0003701781960000021
式中：α为储能单元的老化速率系数ΔSOC为储能系统在t-t1时间段内荷电状态的变化量；
S5：基于储能单元老化率的定义，建立储能系统老化速率一致性原则为：
Figure FDA0003701781960000022
式中，αi是第i个储能单元的老化速率系数，SOCi(t)是第i个储能单元在时刻t的荷电状态；
所述步骤2中，下层控制中建立同一微电网内各储能单元的老化速率一致性功率分配原则包括以下步骤：
S1：对储能单元的控制主要包括对电压和电流进行控制，因此考虑到P＝U*I，则储能系统的老化速率表示为：
Figure FDA0003701781960000023
式中：U和Q分别为储能单元的输出电压和容量，P(t)为储能系统在时刻t的充放电功率，Γeff为额定测试条件下储能系统消耗的有效吞吐量，α为储能单元的老化速率系数；
S2：基于老化速率一致性原理，计算储能单元的功率分配系数以保证各储能单元之间老化速率相等以延长整个储能系统的使用寿命，下垂系数的计算公式如下：
Figure FDA0003701781960000024
式中：rij为第i个微电网中第j个储能单元的下垂系数，αij是第i个微电网中第j个储能单元的老化速率系数，Qij为第i个微电网中第j个储能单元的储能单元的容量，Uij为第i个微电网中第j个储能单元的电压值。
2.根据权利要求1所述的一种考虑老化速率的储能系统均衡控制方法，其特征在于，所述步骤1中的历史实验数据包括储能系统吞吐量、荷电状态以及放电深度。
3.根据权利要求1所述的一种考虑老化速率的储能系统均衡控制方法，其特征在于，所述上层控制的老化速率一致性模块建立包括以下步骤：
S1：通过中央控制器采集各微电网中不同储能单元的功率分配系数，基于储能系统老化速率一致性原则，设计上层控制中各储能单元功率分配原则为：
Figure FDA0003701781960000031
式中：rij为第i个微电网中第j个储能单元的功率分配系数，Pij为第i个微电网中第j个储能单元的输出功率；
S2：微电网系统应该保持功率平衡，各储能单元的功率应满足下式：
Figure FDA0003701781960000032
式中：Ploadi为第i个微电网内负荷功率，Ppvi为第i个微电网中光伏输出功率，n为整个微电网群所包含的微电网个数，m为第i个微电网中所包含的储能单元个数；
S3：由此得到各微电网在上层控制中应该满足的分配原则为：
Figure FDA0003701781960000033
Figure FDA0003701781960000034
式中：Pload为微电网内负荷功率，Ppv为整个微电网群的光伏输入功率，PMGi为第i个微电网的功率参考值，rij为第i个微电网中第j个储能单元的下垂系数。
CN202210496435.4A 2022-05-09 2022-05-09 一种考虑老化速率的储能系统均衡控制方法 Active CN114583738B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210496435.4A CN114583738B (zh) 2022-05-09 2022-05-09 一种考虑老化速率的储能系统均衡控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210496435.4A CN114583738B (zh) 2022-05-09 2022-05-09 一种考虑老化速率的储能系统均衡控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114583738A CN114583738A (zh) 2022-06-03
CN114583738B true CN114583738B (zh) 2022-08-02

Family

ID=81767746

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210496435.4A Active CN114583738B (zh) 2022-05-09 2022-05-09 一种考虑老化速率的储能系统均衡控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114583738B (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105514966A (zh) * 2016-01-21 2016-04-20 上海电力学院 一种直流微电网群储能优化及协调控制方法
WO2017161785A1 (zh) * 2016-03-23 2017-09-28 严利容 基于储能运行状态的光伏功率稳定输出控制方法
CN109066739A (zh) * 2018-07-26 2018-12-21 西南交通大学 一种牵引供电系统再生制动能量储能介质功率及容量配置方法
CN112713605A (zh) * 2020-12-24 2021-04-27 太原科技大学 一种交流微电网非等容电池储能单元soc均衡方法
WO2021148726A1 (fr) * 2020-01-24 2021-07-29 Psa Automobiles Sa Procédé et dispositif de contrôle d'un système de stockage d'énergie, par exemple une batterie de véhicule
CN113794254A (zh) * 2021-09-13 2021-12-14 湖北亿纬动力有限公司 一种热管理策略配置方法、装置、计算机设备和存储介质
CN113937799A (zh) * 2021-10-21 2022-01-14 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 最小化设备平准化成本的多功能储能系统容量分配方法
CN114024328A (zh) * 2021-10-11 2022-02-08 上海电气集团股份有限公司 储能电站系统的综合评估方法、设备及可读介质
WO2022056486A1 (en) * 2020-09-14 2022-03-17 Bia Power Llc Electrochemical energy storage system for high-energy and high-power requirements

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9442165B2 (en) * 2012-07-07 2016-09-13 Nec Corporation Method for estimating battery life in presence of partial charge and discharge cycles
CN106026152B (zh) * 2016-05-19 2017-06-06 合肥工业大学 一种电动汽车接入微电网的充放电调度方法
US20170371306A1 (en) * 2016-06-27 2017-12-28 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) System and Method for Dispatching an Operation of a Distribution Feeder with Heterogeneous Prosumers
WO2018209038A1 (en) * 2017-05-12 2018-11-15 Ohio State Innovation Foundation Real-time energy management strategy for hybrid electric vehicles with reduced battery aging

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105514966A (zh) * 2016-01-21 2016-04-20 上海电力学院 一种直流微电网群储能优化及协调控制方法
WO2017161785A1 (zh) * 2016-03-23 2017-09-28 严利容 基于储能运行状态的光伏功率稳定输出控制方法
CN109066739A (zh) * 2018-07-26 2018-12-21 西南交通大学 一种牵引供电系统再生制动能量储能介质功率及容量配置方法
WO2021148726A1 (fr) * 2020-01-24 2021-07-29 Psa Automobiles Sa Procédé et dispositif de contrôle d'un système de stockage d'énergie, par exemple une batterie de véhicule
WO2022056486A1 (en) * 2020-09-14 2022-03-17 Bia Power Llc Electrochemical energy storage system for high-energy and high-power requirements
CN112713605A (zh) * 2020-12-24 2021-04-27 太原科技大学 一种交流微电网非等容电池储能单元soc均衡方法
CN113794254A (zh) * 2021-09-13 2021-12-14 湖北亿纬动力有限公司 一种热管理策略配置方法、装置、计算机设备和存储介质
CN114024328A (zh) * 2021-10-11 2022-02-08 上海电气集团股份有限公司 储能电站系统的综合评估方法、设备及可读介质
CN113937799A (zh) * 2021-10-21 2022-01-14 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 最小化设备平准化成本的多功能储能系统容量分配方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
废旧三元动力电池电热特性的实验研究;潘帅等;《化工学报》;20191204(第03期);403-415 *
微网中的蓄电池循环寿命均衡化管理;周天沛等;《电网技术》;20170307(第07期);195-204 *
新形态城市电网保护与控制关键技术;何正友等;《中国电机工程学报》;20200805(第19期);168-180 *
计及微电网储能系统寿命损耗的容量配置;杨晶晶等;《山东电力技术》;20171125(第11期);15-20 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114583738A (zh) 2022-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wong et al. Review on the optimal placement, sizing and control of an energy storage system in the distribution network
Reddy et al. A review of Integration, Control, Communication and Metering (ICCM) of renewable energy based smart grid
EP3057192B1 (en) An energy internet and a hierarchical control system and a control method thereof
Sen et al. Distributed adaptive-MPC type optimal PMS for PV-battery based isolated microgrid
Sutikno et al. A review of recent advances on hybrid energy storage system for solar photovoltaics power generation
Hossain et al. Design a novel controller for stability analysis of microgrid by managing controllable load using load shaving and load shifting techniques; and optimizing cost analysis for energy storage system
Ghanbari et al. A review and modeling of different droop control based methods for battery state of the charge balancing in dc microgrids
CN110208700A (zh) 一种直流微网中储能系统虚拟电池开路电压的计算方法
CN113472016B (zh) 一种户用型能量路由器的控制方法
CN110535187A (zh) 一种主动配电网的复合储能容量的能量调度方法及系统
Anvari-Moghaddam et al. Optimal design and operation management of battery-based energy storage systems (bess) in microgrids
CN114583738B (zh) 一种考虑老化速率的储能系统均衡控制方法
Li et al. Research on modeling and control strategy of lithium battery energy storage system in new energy consumption
CN115473284A (zh) 区域电力交换约束下配电系统运行的鲁棒优化方法、系统及计算机设备
Ghanbari et al. Battery state of charge management by voltage feedback modification
Li et al. Optimal dispatch of battery energy storage in distribution network considering electrothermal-aging coupling
CN114254551A (zh) 分布式储能多目标优化配置方法及系统
Liao et al. Dynamic reconfiguration of AC/DC hybrid distribution network considering non-ideal linear BES model
CN112636376A (zh) 一种混合储能装置在配电网中的运行优化方法和架构
Cong et al. Multi-objective capacity optimal allocation of photovoltaic microgrid energy storage system based on time-sharing energy complementarity
Gandhi Reactive power support using photovoltaic systems: Techno-economic analysis and implementation algorithms
Ma et al. Power mileage-based allocation and dispatch strategy of battery energy storage system
Su et al. Hybrid Management of Distributed PVs and BESSs in Unbalanced Distribution Networks Based on Day-ahead optimization and Real-time Droop Control
CN114142496B (zh) 基于微电网的电力储能设备与方法
Quan et al. Multi-objective optimal dispatch method based on source-network-load-storage interaction system for DC distribution network

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant