CN115207898A - 一种基于SoC的光储电力推进船舶直流组网协调控制方法 - Google Patents

一种基于SoC的光储电力推进船舶直流组网协调控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115207898A
CN115207898A CN202210800541.7A CN202210800541A CN115207898A CN 115207898 A CN115207898 A CN 115207898A CN 202210800541 A CN202210800541 A CN 202210800541A CN 115207898 A CN115207898 A CN 115207898A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power
voltage
photovoltaic
unit
current
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.)
Pending
Application number
CN202210800541.7A
Other languages
English (en)
Inventor
张勤进
屈腾达
刘彦呈
胡志勇
于鹤扬
黄昊泽
陈浩
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.)
Dalian Maritime University
Original Assignee
Dalian Maritime 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 Dalian Maritime University filed Critical Dalian Maritime University
Priority to CN202210800541.7A priority Critical patent/CN115207898A/zh
Publication of CN115207898A publication Critical patent/CN115207898A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/10—Parallel operation of dc sources
    • H02J1/12—Parallel operation of dc generators with converters, e.g. with mercury-arc rectifier
    • 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
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/14—Balancing the load in a network
    • 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
    • H02J7/00032—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by data exchange
    • 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
    • H02J7/0019—Circuits for equalisation of charge between batteries using switched or multiplexed charge circuits
    • 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
    • H02J7/0068—Battery or charger load switching, e.g. concurrent charging and load supply
    • 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
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • 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
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • 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
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

本发明一种基于自适应调节因子的蓄电池荷电状态的均衡控制方法，属于直流组网运行控制技术领域，方法包括以下步骤：利用蓄电池本地荷电状态与其直接相邻蓄电池荷电状态之间的通信，采用一致性算法计算获得所有蓄电池的平均值；将下垂系数与DC/DC变换器输出端的电流求积得到传送到双闭环控制层；将母线输出电压的理想电压和差值I、功率补偿值求和，所求和再与下垂跌落单元与母线电压作差，得到差值II；差值II经过电压电流控制，得到控制信号I；控制信号I经过脉宽调制技术调解，实现稳定输出电压和达到多个蓄电池的荷电状态均衡生成控制信号II，该方法引入三个SoC平衡调整因子加快SoC收敛速度，解决传统SoC后期均衡较慢问题。

Description

一种基于SoC的光储电力推进船舶直流组网协调控制方法
技术领域
本发明属于直流组网运行控制技术领域，涉及一种基于SoC的光储电力推进船舶直流组网协调控制方法。
背景技术
随着全球贸易和航运业的发展，化石能源逐渐枯竭，船舶污染排放问题日益突出。以新能源发电为主的船舶分布式发电技术得到了广泛关注。相比船舶交流组网方式，船舶直流组网成本低且无频率、相位等问题，更适合新能源接入，发展前景日益广阔。由于考虑成本、安全和技术等原因，通常在电力推进船舶上配备多台蓄电池储能单元(BESU)，BESUs通过变换器并联于直流母线为全船提供动力，变换器起到控制输出电压和抑制BESUs间环流的作用，比如最近下水的“Yara Birkeland”和“君旅号”等纯电动船舶，均是采用此类技术。然而由于生产过程、存放条件以及使用过程中存在的差异，各BESU会出现SoC不一致的问题，而SoC的不均衡严重时会导致部分BESU提前退出运行，加快剩余BESU的放电速度，影响储能系统寿命和船舶直流组网的稳定性。因此BESUs间的功率分配及SoC均衡问题得到广泛研究。
针对太阳能与蓄电池协调控制问题，文献[1-3]提出基于母线电压分层的直流微网系统协调控制策略，构建以太阳能发电为主的直流微网系统结构，但在光伏功率发生剧烈波动时，会导致较大的母线电压波动，严重影响电能质量，不利于直流微电网的稳定运行。
发明内容
现有技术中存在的上述技术问题，一种基于SoC的光储电力推进船舶直流组网协调控制方法，包括：
通过比较光伏单元的光伏功率与负载的功率和与蓄电池单元的输入输出功率之和的大小关系，确定光储电力推进船舶直流组网的工作模式，实现当光伏单元输出的光伏功率不同时，控制蓄电池单元按照负载的需求进行充电或放电。
进一步地：所述通过比较光伏单元的光伏功率与负载的功率和与蓄电池的输入输出功率之和的大小关系，还可以确定储电力推进船舶直流组网的预警状态。
进一步地：所述通过比较光伏单元的光伏功率与负载的功率和与蓄电池的输入输出功率之和的大小关系，确定光储电力推进船舶直流组网的工作模式，具体包括：
工作模式一：当蓄电池荷电状态SoC<20％，光伏输出功率PV<PL,光伏单元工作在MPPT模式，但光伏单元输出功率和BESUs最大放电功率不足以支撑船用负荷所消耗的功率，船舶将停止运行；
工作模式二：此时蓄电池荷电状态SoC>30％，光伏输出功率PL-PB1<PV<PL-0.5PB1，光伏单元工作在MPPT模式，蓄电池工作在放电模式；
工作模式三：当蓄电池荷电状态20％<SoC<90％，光伏输出功率PL<PV<PL+PB2,光伏单元工作MPPT模式，BESUs以小于最大充电电流Iin的速度进行充电；
工作模式四：当蓄电池荷电状态20％<SoC<85％，光伏输出功率PLref+PB2<PV,PLref为额定负载功率，光伏单元工作将在恒压模式一,BESUs以最大充电电流Iin进行充电；
工作模式五：当蓄电池荷电状态SoC>90％，光伏输出功率PLref<PV,此时光伏单元工作在恒压模式二，光伏单元负责额定负载的功率消耗，BESUs工作在涓流状态。
进一步地：所述通过比较光伏单元的光伏功率与负载的功率和与蓄电池的输入输出功率之和的大小关系，还可以确定储电力推进船舶直流组网的预警状态，具体包括：
预警模式一：当满足蓄电池荷电状态SoC>20％，PV<PL-PB1或者PL-PB1<PV<PL-0.5PB1,20％<SoC<30％时，则显示光伏和蓄电池不足以提供负载所消耗的功率，则切去不必要的负载或者关闭部分光伏单元，使储电力推进船舶直流组网切换到正常工作模式；
预警模式二：若85％<SoC<90％，PLref+PB2<PV，此时若BESUs以最大功率充电，增加负载或者关闭部分光伏单元切换至稳定工作模式。
进一步地：所述所述蓄电池单元包括n个蓄电池和n个蓄电池能量控制器；所述蓄电池和蓄电池能量控制器相连接；所述蓄电池能量控制器的工作过程如下：
获取n个蓄电池的输出电流，基于安时积分法获得每个蓄电池的荷电状态；
结合下垂控制，将所有蓄电池的平均值通过荷电状态均流算法生成下垂系数；
将下垂系数与DC/DC变换器输出端的电流求积得到传送到双闭环控制层；
获取负载两侧的母线电压，将负载两侧的母线电压与理想电压值求差，得到用于增加电压跌落补偿来维持母线电压稳定的差值I，将得到的差值I传送到双闭环控制层；
利用得到下垂系数和DC/DC变换器输出端的电压和电流，通过功率补偿算法，得到用来消除线路阻抗带来的均流误差的功率补偿值，传送到双闭环控制层；
将母线输出电压的理想电压和差值I、功率补偿值求和，所求和再与下垂跌落单元与母线电压作差，得到差值II；
所述差值II经过电压电流控制，得到控制信号I；
所述控制信号I经过脉宽调制技术调解，实现稳定输出电压和达到多个蓄电池的荷电状态均衡生成控制信号II。
进一步地：光伏单元的输出电压为Upv1和Upv2，分别对应不同的工作模式；Upv1对应恒压模式一的表达式如下：
Figure BDA0003733799170000031
Upv2对应恒压模式一的表达式如下：
Figure BDA0003733799170000032
其中：Iin为最大充电电流，Ra为调节电阻，
Figure BDA0003733799170000033
为母线电压额定值，
Figure BDA0003733799170000034
是维持船舶运行的重要设备所需功率。
进一步地：其特征在于：所述下垂系数Rdroopi采用的公式为：
当蓄电池放电时的下垂系数为：
Figure BDA0003733799170000035
当蓄电池进行充电时的下垂系数：
Figure BDA0003733799170000041
其中：Rdroopi表示下垂系数；Kd0、θ和p为平衡调节因子，SoCi是BESUs间SoC值，SoCav是BESUs间SoC的平均值。
进一步地：所述用于消除线路阻抗带来的均流误差，具体方法如下所示：
Figure BDA0003733799170000042
其中：
Figure BDA0003733799170000043
为电压补偿，
Figure BDA0003733799170000044
理想单位输出电压，Vi *是第i台单位输出电压，kp和ki是PI控制器I的PI值。Vdci是变换器理想输出电压，Vdci是变换器实际输出电压，ΔVi为期望值和输出电压的偏差，K'p和K′i是PI控制器II的PI值。
进一步地，所述定光伏单元工作在MPPT模式或恒压模式；
所述MPPT模式的过程如下：将采集到的光伏单元输出两侧的电压与电流求积，将得到功率送入MPPT控制器，将得到的值电压电流控制，得到控制信号Ⅲ，所述控制信号Ⅲ经过脉宽调制技术调解，得到控制信号Ⅳ。
所述恒压模式的过程如下：将采集到的光伏单元输出两侧的电压与电压设定值作差，将得到差值Ⅲ经过电压电流控制，得到控制信号Ⅲ，所述控制信号Ⅲ经过脉宽调制技术调解，得到控制信号Ⅳ。
一种基于SoC的光储电力推进船舶直流组网协调控制装置，包括：
调制电压、稳定母线电压的双向DC/DC变换器单元，所述双向DC/DC变换器单元与直流母线相连接；
提供负载和蓄电池所需要的功率的光伏单元；所述光伏单元提供负载和蓄电池所需要的功率，通过DC/DC变换器单元连接到直流母线；
当光伏功率不足以维持负载功率消耗时，为负载提供功率，并且起到稳定母线电压的作用的蓄电池单元；所述蓄电池单元通过DC/DC变换器单元连接到直流母线；
控制所述DC/DC变换器单元的关断，达到控制母线电压的目的的均衡控制单元所述均衡控制单元与DC/DC变换器单元及直流母线相连接；
放大所述均衡控制单元信号，控制IGBT关断的驱动单元，所述驱动单元与所述DC/DC变换器、均衡控制单元相连接。
本发明公开了一种基于基于SoC的光储电力推进船舶直流组网协调控制方法，该方法提出一种考虑SoC的光储电力推进船舶直流组网协调控制策略；该策略共划分五种工作模式和二种预警模式，在实现光储单元协调控制的同时，实现蓄电池储能单元(BESUs)和光伏单元功率精确分配，达到延长BESUs使用寿命的目的；该装置包括：双向DC/DC变换器单元、光伏单元、采集单元和控制单元，该装置考虑了各变换器单元的线路阻抗，提高了能源利用率，并且该装置结构简单，实用性强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明采用的系统整体控制框图；
图2是本发明采用的是光储协调控制工作模态划分；
图3电导增量法流程图；
图4是本发明的采用的直流推进船舶微电网结构图；
图5(a)BESUs的SoCs；(b)光伏单元输出电压；(c)直流母线电压(d)BESUs的输出电流。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
一种基于SoC的光储电力推进船舶直流组网协调控制方法，包括：
光伏单元的光伏功率与负载的功率和与蓄电池单元的输入输出功率之和的大小关系，确定光储电力推进船舶直流组网的工作模式，实现当光伏单元输出的光伏功率不同时，控制蓄电池单元按照负载的需求进行充电或放电。
所述通过比较光伏单元的光伏功率与负载的功率和与蓄电池的输入输出功率之和的大小关系，还可以确定储电力推进船舶直流组网的预警状态。
图1是本发明采用的系统整体控制框图，
BESUs和光伏单元通过DC/DC变换器并联在母线上。
BESUs采用分层控制结构，分为一次控制层、二次控制层。
光伏单元采用MPPT和CVC控制模式(恒压模式)，最大限度的满足光储电力推进船舶的功率需求，保障船舶的安全运行。以光伏单元发电输出功率和BESUs的SoC为判断基准，可将光储推进船舶直流微电网划分为五种工作模式和两种预警状态。
图2是本发明采用的是光储协调控制工作模态划分；根据光伏输出功率和BESUs的SoC,结合BESUs最大放电功率PB1和最大充电功率PB2，提出五种模式协调控制输出功率，如下所示：
蓄电池电池放电模式如下：
工作模式一：当蓄电池荷电状态SoC<20％,光伏输出功率PV<PL,光伏单元工作在MPPT模式，但光伏单元输出功率和BESUs最大放电功率不足以支撑船用负荷所消耗的功率，船舶将停止运行。
工作模式二：当蓄电池荷电状态SoC>30％，光伏输出功率PL-PB1<PV<PL-0.5PB1,光伏单元工作在MPPT模式，蓄电池工作在放电模式。
蓄电池充电模式如下：
工作模式三：此时20％<SoC<90％，光伏输出功率PL<PV<PL+PB2，光伏单元工作MPPT模式，BESUs以小于最大充电电流的速度进行充电。
工作模式四：此时20％<SoC<85％，光伏输出功率PLref+PB2<PV,PLref为额定负载功率，光伏单元工作将在恒压模式一,BESUs以最大充电电流Iin进行充电；
工作模式五：此时SoC>90％，光伏输出功率PLref<PV,此时光伏单元工作在恒压模式二，光伏单元负责额定负载的功率消耗，BESUs工作在涓流状态。
所述两种预警模式如下，如下所示：
预警模式一：若此时满足SoC>20％，PV<PL-PB1或者PL-PB1<PV<PL-0.5PB1,20％<SoC<30％时，则显示光伏和蓄电池不足以提供负载所消耗的功率，需要切去不必要的负载或者关闭部分光伏单元，使系统切换到正常工作模式，其中PV(t)是光伏单元发电功率；PB(t)是蓄电池的充放电功率；Pan(t)是岸电的充电功率；PL(t)是负载消耗功率；Pa(t)是调节电阻Ra消耗功率，用来协调光伏单元和BESUs功率平衡；t为单位时间。PLref为额定负载功率；
预警模式二：若85％<SoC<90％，PLref+PB2<PV，此时若BESUs以最大功率充电，需要增加负载或者关闭部分光伏单元切换至稳定工作模式。
图3是电导增量法流程图，光伏单元工作在MPPT模式时，通过设置临界值flag的方式来判定当前功率点和最大功率点的相对位置，当工作点远离最大功率点时，用大步长逼近最大功率点；当工作点靠近最大功率点时，则改用小步长逼近最大功率点，在最大功率点处保持电压不变。
光伏单元工作在恒压模式时，光伏单元的输出电压为Upv1和Upv2，分别对应不同的工作模式。Upv1和Upv2的取值如下所示：
Figure BDA0003733799170000081
Figure BDA0003733799170000082
其中：Iin为最大充电电流，Ra为调节电阻，
Figure BDA0003733799170000083
为母线电压额定值，
Figure BDA0003733799170000084
是维持船舶运行的重要设备所需功率。所述公式(1)和公式(2)分别表示恒压模式一和恒压模式二的表达式；
进一步地，所述所述蓄电池单元包括n个蓄电池和n个蓄电池能量控制器；所述蓄电池和蓄电池能量控制器相连接；所述蓄电池能量控制器的工作过程如下：
获取n个蓄电池的输出电流，基于安时积分法获得每个蓄电池的荷电状态；
结合下垂控制，将所有蓄电池的平均值通过荷电状态均流算法生成下垂系数；
将下垂系数与DC/DC变换器输出端的电流求积得到传送到双闭环控制层；
将采集到的负载两侧的母线电压与理想电压值求差，得到用于增加电压跌落补偿来维持母线电压稳定的差值I，将得到的差值I传送到双闭环控制层；
利用得到下垂系数和DC/DC变换器输出端的电压和电流，通过功率补偿算法，得到用来消除线路阻抗带来的均流误差的功率补偿值，传送到双闭环控制层；
将母线输出电压的理想电压和差值I、功率补偿值求和，所求和再与下垂跌落单元与母线电压作差，得到差值II；
所述差值II经过电压电流控制，得到控制信号I；
所述控制信号I经过脉宽调制技术调解，实现稳定输出电压和达到多个蓄电池的荷电状态均衡生成控制信号II。
所述光伏单元工作在MPPT模式或恒压模式
所述MPPT模式的工作过程如下：将采集到的光伏单元输出两侧的电压与电流求积，将得到功率送入MPPT控制器，将得到的值电压电流控制，得到控制信号Ⅲ，所述控制信号Ⅲ经过脉宽调制技术调解，得到控制信号Ⅳ。
所述恒压模式的工作过程如下：将采集到的光伏单元输出两侧的电压与电压设定值作差，将得到差值Ⅲ经过电压电流控制，得到控制信号Ⅲ，所述控制信号Ⅲ经过脉宽调制技术调解，得到控制信号Ⅳ。
通过安时积分法获得每个蓄电池的荷电状态如下所示：
Figure BDA0003733799170000091
其中：SoCi(0)和SoCi(t)是第i个储能单元初始SoC值和t时刻的SoC值，CNi是第i个蓄电池的额定容量，ηi为第i个蓄电池的充放电效率，本申请取1，idci是变换器的输出电流。
对两台相同DC/DC变换器(变换器I和变换器II)进行分析，传统下垂控制下的DC/DC变换器输出电流值比为：
Figure BDA0003733799170000092
其中：idc1和idc2是变换器I和变换器II的理想输出电流，R1和R2是ESUI和ESUII的线路阻抗，Rdroop1和Rdroop2是ESUI和ESUII的下垂系数。
蓄电池的输出电压相同，如果忽略变换器的损耗，可以得到以下方程式：
Pin-i＝Pout-i＝Vdciidci (5)
其中：Pin-i和Pout-i是第i个变换器的输入和输出功率，Vdci是第i个变换器的输出电压，结合式子(1)和(3)，安时积分法可以写成：
Figure BDA0003733799170000101
Figure BDA0003733799170000102
结合(2)和(4)，我们可以得到公式(5)，可以看出SoC均衡与变换器线路阻抗和下垂系数以及蓄电池额定容量有关。将SoC与下垂系数相结合，提出一种基于SoC的自适应下垂控制方法，实现电流均衡目标，改进后的下垂系数如下所示，当蓄电池放电时下垂系数Rdroopi为：
Figure BDA0003733799170000103
当蓄电池进行充电时：
Figure BDA0003733799170000104
Figure BDA0003733799170000105
为了减小母线电压偏差和线路阻抗偏差，用一种二次母线电压补偿控制，包括功率补偿和电压补偿控制；
线路阻抗补偿
Figure BDA0003733799170000106
叠加在每个变换器的参考输出电压上，用来消除线路阻抗带来的均流误差，具体方法如下所示：
Figure BDA0003733799170000111
其中：
Figure BDA0003733799170000112
为线路阻抗补偿，
Figure BDA0003733799170000113
理想单位输出电压，Vi *是第i台单位输出电压，kp和ki是PI控制器I的PI值，Vdci是变换器理想输出电压，Vdci是变换器实际输出电压，ΔVi为期望值和输出电压的偏差，K'p和K′i是PI控制器II的PI值。
Figure BDA0003733799170000114
Figure BDA0003733799170000115
Figure BDA0003733799170000116
其中：
Figure BDA0003733799170000117
是单位平均输出电压，
Figure BDA0003733799170000118
是第n台单位输出电压，Irate-i是虚拟单位输出电流，ΔVmax是所允许的最大电压偏差，Pout-i是第i个变换器的输出功率，当(12)满足时，可以抵消掉不同线路电阻对SoC均衡的影响，从而达到功率精确分配的目的。
综上所述，我们可以推导出新的下垂公式：
Figure BDA0003733799170000119
Figure BDA00037337991700001110
有效的解决了下垂控制和线路电阻不一致影响SoC平衡的问题，可以实现母线电压恢复和负载电流的精确均流。
所述蓄电池能量控制器对应的虚拟控制单元，包括：
光伏单元输出模块：包括用与跟踪光伏的最大功率MPPT模式和跟踪理想电压的恒压模式；
荷电状态获取模块：用于获取多个蓄电池的输出电流，基于安时积分法获得每个蓄电池的荷电状态；
平均值获取模块：用于利用蓄电池本地荷电状态与其直接相邻蓄电池荷电状态之间的通信，采用改进的一致性算法计算获得所有蓄电池的平均值；
下垂系数生成模块：结合下垂控制，将所有蓄电池的平均值通过荷电状态均流算法生成下垂系数；
下垂跌落单元模块：用于将下垂系数与DC/DC变换器输出端的电流求积，得到的积值传送到双闭环控制层；
电压补偿单元模块：用于将采集到的负载两侧的母线电压与理想电压值求差，得到用于增加电压跌落补偿来维持母线电压稳定的差值I，将得到的差值I传送到双闭环控制层；
功率补偿单元模块：利用得到下垂系数和DC/DC变换器输出端的电压和电流，通过功率补偿算法，得到用来消除线路阻抗带来的均流误差的功率补偿值，传送到双闭环控制层；
差值计算模块：用于将母线输出电压的理想电压和差值I、功率补偿值求和，求和后和值再与积值及母线电压作差，得到差值II，
双控模块：用于将所述差值II经过电压和电流控制，得到控制信号I；
脉宽调制技术调解模块：用于将所述控制信号I经过脉宽调制技术(PWM)调解，实现稳定输出电压和达到多个蓄电池的荷电状态均衡生成控制信号II。
图4是本发明的采用的直流推进船舶微电网结构图；一种基于自适应调节因子的电力推进船舶蓄电池SoC均衡装置，包括：
调制电压、稳定母线电压的双向DC/DC变换器单元，所述双向DC/DC变换器单元与直流母线相连接；
提供负载和蓄电池所需要的功率的光伏单元；所述光伏单元提供负载和蓄电池所需要的功率，通过DC/DC变换器单元连接到直流母线；
当光伏功率不足以维持负载功率消耗时，为负载提供功率，并且起到稳定母线电压的作用的蓄电池单元；所述蓄电池单元通过DC/DC变换器单元连接到直流母线；
控制DC/DC变换器单元的关断，达到控制母线电压的目的的均衡控制单元所述均衡控制单元与DC/DC变换器单元及直流母线相连接；
放大均衡控制单元信号，控制IGBT关断的驱动单元，所述驱动单元与所述DC/DC变换器、均衡控制单元相连接。
为了验证本发明的有效性，通过MATLAB/Simulink软件进行仿真验证，图5(a)BESUs的SoCs(b)光伏单元输出电压(c)直流母线电压(d)BESUs的输出电流；
在t＝0-10s时，光照强度保持在80W/m2，此时光储电力推进船舶工作在模式二，光伏单元输出功率为2013W。
在t＝10-15s时，增加光照强度并保持在330W/m2，此时光伏单元所发功率为8200W,恰好满足负载需求，此时BESUs既不充电也不放电。
在t＝15-30s时，增加光照强度并保持在550W/m2，此时光储电力推进船舶工作在模式三，光伏单元输出功率为14613W。
在t＝30-33.5s时，增加光照强度并保持在950W/m2，此时光储电力推进船舶工作在模式四，光伏单元输出功率为21250W。
在t＝33.5s时，协调控制系统发出预警信号，此时增加负载，负载所需功率从8kW增加至12kW。
在t＝33.5-38.05s时，光照强度保持不变，维持在950W/m2，由于增加负载所需功率，此时光储电力推进船舶工作在模式四。
在t＝38.05-50s时，光照强度保持在950W/m2，由于BESUs的SoC达到90％，此时光储电力推进船舶工作在模式五。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。
[1]MI Yang,WU Yanwei,FU Yang,et al.SoC dynamic balancing Strategy formulti-energy storage based on adaptive droop control in DC microgrid[J].PowerSystem Protection and Control,2017,45(8):37-45..
[2]HOU Shiying,FANG Yong,SUN Tao,PENG Wenxiong,et al.Application ofHybrid Energy Storage System in Power Balance of Stand-Alone PhotovoltaicPower System[J].Power System Technology,2011，35(5):183..
[3]ZHENG Lijun,WANG Zipeng,LYU Shixuan,et al.Hierarchical operationcontrol of multi-energy storage in DC microgrid based on state of charge[J].Power System Technology,2021,45(3):1006-1015..

Claims (10)

1.一种基于SoC的光储电力推进船舶直流组网协调控制方法，其特征在于：包括：
通过比较光伏单元的光伏功率与负载的功率和与蓄电池单元的输入输出功率之和的大小关系，确定光储电力推进船舶直流组网的工作模式，实现当光伏单元输出的光伏功率不同时，控制蓄电池单元按照负载的需求进行充电或放电。
2.根据权利要求1所述的一种基于SoC的光储电力推进船舶直流组网协调控制方法，其特征在于：所述通过比较光伏单元的光伏功率与负载的功率和与蓄电池的输入输出功率之和的大小关系，还可以确定储电力推进船舶直流组网的预警状态。
3.根据权利要求1所述的一种基于SoC的光储电力推进船舶直流组网协调控制方法，其特征在于：所述通过比较光伏单元的光伏功率与负载的功率和与蓄电池的输入输出功率之和的大小关系，确定光储电力推进船舶直流组网的工作模式，具体包括：
工作模式一：当蓄电池荷电状态SoC<20％，光伏输出功率PV<PL,光伏单元工作在MPPT模式，但光伏单元输出功率和BESUs最大放电功率不足以支撑船用负荷所消耗的功率，船舶将停止运行；
工作模式二：此时蓄电池荷电状态SoC>30％，光伏输出功率PL-PB1<PV<PL-0.5PB1，光伏单元工作在MPPT模式，蓄电池工作在放电模式；
工作模式三：当蓄电池荷电状态20％<SoC<90％，光伏输出功率PL<PV<PL+PB2,光伏单元工作MPPT模式，BESUs以小于最大充电电流Iin的速度进行充电；
工作模式四：当蓄电池荷电状态20％<SoC<85％，光伏输出功率PLref+PB2<PV,PLref为额定负载功率，光伏单元工作将在恒压模式一,BESUs以最大充电电流Iin进行充电；
工作模式五：当蓄电池荷电状态SoC>90％，光伏输出功率PLref<PV,此时光伏单元工作在恒压模式二，光伏单元负责额定负载的功率消耗，BESUs工作在涓流状态。
4.根据权利要求2所述的一种基于SoC的光储电力推进船舶直流组网协调控制方法，其特征在于：所述通过比较光伏单元的光伏功率与负载的功率和与蓄电池的输入输出功率之和的大小关系，还可以确定储电力推进船舶直流组网的预警状态，具体包括：
预警模式一：当满足蓄电池荷电状态SoC>20％，PV<PL-PB1或者PL-PB1<PV<PL-0.5PB1,20％<SoC<30％时，则显示光伏和蓄电池不足以提供负载所消耗的功率，则切去不必要的负载或者关闭部分光伏单元，使储电力推进船舶直流组网切换到正常工作模式；
预警模式二：若85％<SoC<90％，PLref+PB2<PV，此时若BESUs以最大功率充电，增加负载或者关闭部分光伏单元切换至稳定工作模式。
5.根据权利要求1所述的一种基于SoC的光储电力推进船舶直流组网协调控制方法，其特征在于：所述所述蓄电池单元包括n个蓄电池和n个蓄电池能量控制器；所述蓄电池和蓄电池能量控制器相连接；所述蓄电池能量控制器的工作过程如下：
获取n个蓄电池的输出电流，基于安时积分法获得每个蓄电池的荷电状态；
结合下垂控制，将所有蓄电池的平均值通过荷电状态均流算法生成下垂系数；
将下垂系数与DC/DC变换器输出端的电流求积得到传送到双闭环控制层；
获取负载两侧的母线电压，将负载两侧的母线电压与理想电压值求差，得到用于增加电压跌落补偿来维持母线电压稳定的差值I，将得到的差值I传送到双闭环控制层；
利用得到下垂系数和DC/DC变换器输出端的电压和电流，通过功率补偿算法，得到用来消除线路阻抗带来的均流误差的功率补偿值，传送到双闭环控制层；
将母线输出电压的理想电压和差值I、功率补偿值求和，所求和再与下垂跌落单元与母线电压作差，得到差值II；
所述差值II经过电压电流控制，得到控制信号I；
所述控制信号I经过脉宽调制技术调解，实现稳定输出电压和达到多个蓄电池的荷电状态均衡生成控制信号II。
6.根据权利要求1所述的一种基于SoC的光储电力推进船舶直流组网协调控制方法，其特征在于：光伏单元的输出电压为Upv1和Upv2，分别对应不同的工作模式；Upv1对应恒压模式一的表达式如下：
Figure FDA0003733799160000031
Upv2对应恒压模式一的表达式如下：
Figure FDA0003733799160000032
其中：Iin为最大充电电流，Ra为调节电阻，
Figure FDA0003733799160000033
为母线电压额定值，
Figure FDA0003733799160000034
是维持船舶运行的重要设备所需功率。
7.根据权利要求1所述的一种基于SoC的光储电力推进船舶直流组网协调控制方法，其特征在于：其特征在于：所述下垂系数Rdroopi采用的公式为：
当蓄电池放电时的下垂系数为：
Figure FDA0003733799160000035
当蓄电池进行充电时的下垂系数：
Figure FDA0003733799160000036
其中：Rdroopi表示下垂系数；Kd0、θ和p为平衡调节因子，SoCi是BESUs间SoC值，SoCav是BESUs间SoC的平均值。
8.根据权利要求1所述的一种基于SoC的光储电力推进船舶直流组网协调控制方法，其特征在于：
所述用于消除线路阻抗带来的均流误差，具体方法如下所示：
Figure FDA0003733799160000037
其中：
Figure FDA0003733799160000038
为电压补偿，
Figure FDA0003733799160000039
理想单位输出电压，Vi *是第i台单位输出电压，kp和ki是PI控制器I的PI值。Vdci是变换器理想输出电压，Vdci是变换器实际输出电压，ΔVi为期望值和输出电压的偏差，K′p和K′i是PI控制器II的PI值。
9.根据权利要求1所述的一种基于SoC的光储电力推进船舶直流组网协调控制方法，所述定光伏单元工作在MPPT模式或恒压模式；
所述MPPT模式的过程如下：将采集到的光伏单元输出两侧的电压与电流求积，将得到功率送入MPPT控制器，将得到的值电压电流控制，得到控制信号Ⅲ，所述控制信号Ⅲ经过脉宽调制技术调解，得到控制信号Ⅳ。
所述恒压模式的过程如下：将采集到的光伏单元输出两侧的电压与电压设定值作差，将得到差值Ⅲ经过电压电流控制，得到控制信号Ⅲ，所述控制信号Ⅲ经过脉宽调制技术调解，得到控制信号Ⅳ。
10.一种基于SoC的光储电力推进船舶直流组网协调控制装置，其特征在于：包括：
调制电压、稳定母线电压的双向DC/DC变换器单元，所述双向DC/DC变换器单元与直流母线相连接；
提供负载和蓄电池所需要的功率的光伏单元；所述光伏单元提供负载和蓄电池所需要的功率，通过DC/DC变换器单元连接到直流母线；
当光伏功率不足以维持负载功率消耗时，为负载提供功率，并且起到稳定母线电压的作用的蓄电池单元；所述蓄电池单元通过DC/DC变换器单元连接到直流母线；
控制所述DC/DC变换器单元的关断，达到控制母线电压的目的的均衡控制单元所述均衡控制单元与DC/DC变换器单元及直流母线相连接；
放大所述均衡控制单元信号，控制IGBT关断的驱动单元，所述驱动单元与所述DC/DC变换器、均衡控制单元相连接。
CN202210800541.7A 2022-07-06 2022-07-06 一种基于SoC的光储电力推进船舶直流组网协调控制方法 Pending CN115207898A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210800541.7A CN115207898A (zh) 2022-07-06 2022-07-06 一种基于SoC的光储电力推进船舶直流组网协调控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210800541.7A CN115207898A (zh) 2022-07-06 2022-07-06 一种基于SoC的光储电力推进船舶直流组网协调控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115207898A true CN115207898A (zh) 2022-10-18

Family

ID=83580753

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210800541.7A Pending CN115207898A (zh) 2022-07-06 2022-07-06 一种基于SoC的光储电力推进船舶直流组网协调控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115207898A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024130486A1 (zh) * 2022-12-19 2024-06-27 宁德时代新能源科技股份有限公司 产生船舶动力的方法和船舶

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024130486A1 (zh) * 2022-12-19 2024-06-27 宁德时代新能源科技股份有限公司 产生船舶动力的方法和船舶

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Khorsandi et al. A decentralized control method for a low-voltage DC microgrid
CN109119983B (zh) 一种电-氢孤岛直流微电网能量管理方法
CN107017615B (zh) 一种基于一致性的直流电弹簧分布式控制方法及系统
Zeng et al. State-of-charge dynamic balancing strategy for distributed energy storage system in DC shipboard microgrid
Yamashita et al. Distributed control of a user-on-demand renewable-energy power-source system using battery and hydrogen hybrid energy-storage devices
CN105552949A (zh) 一种直流配电网的电压协调控制方法
Zeng et al. An improved distributed secondary control strategy for battery storage system in DC shipboard microgrid
CN114726034A (zh) 一种基于自适应调节因子的蓄电池荷电状态的均衡方法
CN104836247B (zh) 实现储能容量动态优化的光储微网系统
CN112952862B (zh) 平抑风电功率波动的混合储能分频协调控制器及实现方法
CN110808599B (zh) 一种孤岛直流微电网并联多储能荷电状态均衡控制方法
CN111987713A (zh) 一种基于荷电状态均衡的直流微网改进下垂控制方法
CN115313453B (zh) 一种基于soc改进下垂控制算法的多储能系统协调控制方法
CN109120018B (zh) 基于一致性迭代算法的混合配电网分布式控制方法及系统
CN104810843A (zh) 基于电池荷电状态的mw级电池储能系统有功功率控制方法
CN111446725B (zh) 一种用于微电网的混合储能调频控制方法
CN112310990A (zh) 一种基于荷电状态的直流微电网多储能系统均衡控制方法
CN115207898A (zh) 一种基于SoC的光储电力推进船舶直流组网协调控制方法
Pandi et al. Adaptive coordinated feeder flow control in distribution system with the support of distributed energy resources
CN110380398B (zh) 一种直流微电网功率分配方法和系统
CN116404671B (zh) 基于分层协同控制的直流微电网多储能荷电状态均衡策略
CN112531756A (zh) 用于储能系统电量平衡的分布式控制方法及系统、设备
CN106786803A (zh) 独立运行光伏发电系统供大于需时的一种无损功率平衡法
CN113937751B (zh) 一种直流微网群功率协调控制方法及系统
Debnath et al. Voltage regulation and battery stress-reduction strategy for dc microgrid

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