CN109390927A - 一种基于soc的无互联通信分布式储能下垂控制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于SOC的无互联通信分布式储能下垂控制方法，构建两台分布式储能模块并联的直流微电网***；获取储能模块荷电状态SOC；得到各分布式储能模块充放电下垂系数；基于SOC的无互联通信的下垂控制方法，将直流母线参考电压与下垂系数和储能模块输出功率的乘积作差，得到储能模块输出端参考电压；将储能模块输出端参考电压与输出端实际电压作差得到电压误差值，经PI调节器输出后作为电流信号参考值，再与实际电流作差得到误差电流值，并输入到PI调节器得到调制信号；将调制信号通过PWM调制生成PWM脉冲波，控制双向DC/DC变换器开关管的导通与关断，实现分布式储能模块的充放电过程。本发明提高了***的可靠性，实现负载功率均分和各分布式储能模块的SOC均衡。

Description

一种基于SOC的无互联通信分布式储能下垂控制方法

技术领域

本发明涉及分布式储能***控制方法，尤其是一种分布式储能***功率控制方法。

背景技术

随着能源短缺与环境污染问题的日益凸显，可再生能源分布式发电和微电网技术受到国内外学者们的广泛关注。由于直流微电网在减少能量转换次数、提高电能质量等方面展现出巨大的优势，因此得到了人们越来越多的重视。储能单元在直流微电网中是必不可少的一部分，因为可再生能源发电具有间歇性、波动性的缺点，而储能单元可根据分布式电源输出不稳定和负荷变化改变运行方式向***输出或吸收电能，解决***功率平衡问题，增强***稳定性。单台储能通常难以满足***大容量的要求，因此可将多个储能单元采用模块化技术分布式的接入直流微电网***中实现负载功率的合理分配。分布式储能***功率分配控制方法主要有主从控制、平均电流控制、下垂控制等。下垂控制中并联模块间无需高频通讯线传输控制信号，***可靠性高，易于实现***扩容，满足分布式发电的要求，故分布式储能***功率分配中多采用下垂控制方法。

针对传统下垂控制中的下垂系数固定，各储能模块输出功率比值不变，且在实现过程中不可避免的会引入直流母线电压跌落的问题，许多学者对传统下垂控制进行了改进，使各储能模块可动态调整输出功率，实现***功率的合理分配，同时补偿了下垂控制引起的直流母线跌落，但多是采用低带宽通信进行控制信号的传输。例如，在文献[1]《State-of-Charge Balance UsingAdaptive Droop Control for Distributed Energy StorageSystems in DC Microgrid》中所述的自适应SOC下垂控制虽然实现了各储能模块根据SOC动态调整输出功率，但此方法引发的直流母线电压跌落值偏大，尤其在储能模块SOC较小的放电过程中将导致直流母线电压超出允许范围，影响微电网运行的稳定性，因此需要低带宽通信对母线电压进行补偿，增加了***的复杂程度，降低了***的可靠性。

发明内容

本发明目的在于提供一种简化***复杂度、提高***可靠性、实现负载功率均分和各分布式储能模块SOC均衡的基于SOC的无互联通信分布式储能下垂控制方法。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述方法步骤如下：

步骤1，构建两台分布式储能模块并联的直流微电网***；

步骤2，获取各储能模块当前时刻的荷电状态SOC；

步骤3，按照新拟合的函数关系式得到各分布式储能模块的充放电下垂系数；

步骤4，基于SOC的无互联通信的下垂控制方法，将直流母线参考电压与下垂系数和储能模块输出功率的乘积作差，得到储能模块输出端参考电压；

步骤5，将储能模块输出端参考电压与输出端实际电压作差得到电压误差值，经PI调节器输出后作为电流信号参考值，再与实际电流作差得到误差电流值，并输入到PI调节器得到调制信号；

步骤6，将调制信号通过PWM调制生成PWM脉冲波，从而控制双向DC/DC变换器开关管的导通与关断，实现分布式储能模块的充放电过程。

进一步的，在步骤3中，所述的新拟合的函数关系式为：

放电过程：

其中，SOC→1时，R_d→R₀/eⁿ；SOC→0时，R_d→R₀；

充电过程：

其中SOC→0时，R_c→R₀/eⁿ；SOC→1时，R_c→R₀；

式中，R_d为储能模块放电下垂系数，R_c为储能模块充电下垂系数，R₀为储能模块初始下垂系数，n为均衡速度调节因子，SOC为储能模块剩余容量。

进一步的，根据步骤4所得下垂系数和储能模块输出功率的乘积，即直流母线电压跌落值为：

放电过程：Δu_dc-d＝R_d·P＝(R₀/e^nSOC)·P (3)；

充电过程：Δu_dc-c＝R_c·P＝(R₀/e^n(1-SOC))·P (4)；

式中，Δu_dc-d为放电过程中直流母线电压跌落值，Δu_dc-c为充电过程中直流母线电压跌落值，P为储能模块输出功率。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、分布式储能模块功率分配仍采用下垂控制，保留了下垂控制原有控制算法的优点；

2、在传统下垂控制的基础上，构造下垂系数与各储能模块剩余容量SOC的关系，使各储能模块根据剩余容量的大小向***输出或吸收功率，从而实现负载功率均分和各分布式储能模块的SOC均衡；

3、此控制方法使***运行过程中直流母线电压的跌落值足够小，因此无需采用低带宽通讯进行电压补偿即可保证直流母线电压运行在允许范围内，简化了***的复杂程度并提高了***的可靠性。

附图说明

图1是分布式储能模块并联控制结构图。

图2为传统下垂控制策略下储能模块充放电波形图。

图3为文献[1]自适应下垂控制无电压补偿时储能模块充放电波形图。

图4为新控制策略下储能模块充放电波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

本发明方法步骤如下：

步骤1、构建两台分布式储能模块并联的直流微电网***，整体控制框图如附图1所示；

步骤2、获取各储能模块当前时刻的荷电状态SOC；

步骤3、按照新拟合的函数关系式得到各分布式储能模块的充放电下垂系数；所述的新拟合的函数关系式为：

放电过程：

其中，SOC→1时，R_d→R₀/eⁿ；SOC→0时，R_d→R₀；

充电过程：

其中SOC→0时，R_c→R₀/eⁿ；SOC→1时，R_c→R₀；

式中，R_d为储能模块放电下垂系数，R_c为储能模块充电下垂系数，R₀为储能模块初始下垂系数，n为均衡速度调节因子，SOC为储能模块剩余容量。

步骤4、基于SOC的无互联通信的下垂控制方法，将直流母线参考电压与下垂系数和储能模块输出功率的乘积作差，得到储能模块输出端参考电压；

所得下垂系数和储能模块输出功率的乘积，即直流母线电压跌落值为：

放电过程：Δu_dc-d＝R_d·P＝(R₀/e^nSOC)·P (3)；

充电过程：Δu_dc-c＝R_c·P＝(R₀/e^n(1-SOC))·P (4)；

式中，Δu_dc-d为放电过程中直流母线电压跌落值，Δu_dc-c为充电过程中直流母线电压跌落值，P为储能模块输出功率。

步骤5、将储能模块输出端参考电压与输出端实际电压作差得到电压误差值，经PI调节器输出后作为电流信号参考值，再与实际电流作差得到误差电流值，并输入到PI调节器得到调制信号；

步骤6、将调制信号通过PWM调制生成PWM脉冲波，从而控制双向DC/DC变换器开关管的导通与关断，实现分布式储能模块的充放电过程。

下面对本发明的有效性进行验证。

***参数如下：***直流母线侧电压760V；电池侧电压250V；储能模块初始下垂系数R₀为6e-4；均衡速度调节因子n为5；放电模式下，储能模块1、2初始SOC分别为0.9、0.8；充电模式下，储能模块1、2初始SOC为0.4、0.3；仿真结果如附图2～4所示。图2为传统下垂控制策略下储能模块充放电波形图，图3为文献[1]自适应下垂控制无电压补偿时储能模块充放电波形图，图4为新控制策略下储能模块充放电波形图。对比图2～4可以看出，采用传统下垂控制策略各储能模块输出功率比值不变，各储能模块SOC无法均衡，且直流母线电压出现明显的偏差；采用文献[1]中自适应下垂控制虽然实现了各储能模块根据SOC动态调整输出功率，但此方法引发的直流母线电压跌落值偏大，尤其在储能模块SOC较小的放电过程中将导致直流母线电压超出允许范围，影响微电网运行的稳定性，因此需要低带宽通信对母线电压进行补偿，增加了***的复杂程度，降低了***的可靠性；采用本发明提出的控制策略使各储能模块根据剩余容量的大小向***输出或吸收功率，从而实现负载功率均分和各分布式储能模块的SOC均衡，同时此控制方法无需低带宽通讯进行电压补偿即可保证直流母线电压运行在允许范围内，因此简化了***的复杂程度并提高了***的可靠性。结合上文所述以及各波形图可以验证本发明所提出方法的有效性与可行性。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于SOC的无互联通信分布式储能下垂控制方法，其特征在于，所述方法步骤如下：

步骤1，构建两台分布式储能模块并联的直流微电网***；

步骤2，获取各储能模块当前时刻的荷电状态SOC；

步骤3，按照新拟合的函数关系式得到各分布式储能模块的充放电下垂系数；

步骤4，基于SOC的无互联通信的下垂控制方法，将直流母线参考电压与下垂系数和储能模块输出功率的乘积作差，得到储能模块输出端参考电压；

步骤5，将储能模块输出端参考电压与输出端实际电压作差得到电压误差值，经PI调节器输出后作为电流信号参考值，再与实际电流作差得到误差电流值，并输入到PI调节器得到调制信号；

步骤6，将调制信号通过PWM调制生成PWM脉冲波，从而控制双向DC/DC变换器开关管的导通与关断，实现分布式储能模块的充放电过程。

2.根据权利要求1所述的一种基于SOC的无互联通信分布式储能下垂控制方法，其特征在于，在步骤3中，所述的新拟合的函数关系式为：

放电过程：

其中，SOC→1时，R_d→R₀/eⁿ；SOC→0时，R_d→R₀；

充电过程：

其中SOC→0时，R_c→R₀/eⁿ；SOC→1时，R_c→R₀；

式中，R_d为储能模块放电下垂系数，R_c为储能模块充电下垂系数，R₀为储能模块初始下垂系数，n为均衡速度调节因子，SOC为储能模块剩余容量。

3.根据权利要求1所述的一种基于SOC的无互联通信分布式储能下垂控制方法，其特征在于，根据步骤4所得下垂系数和储能模块输出功率的乘积，即直流母线电压跌落值为：

放电过程：Δu_dc-d＝R_d·P＝(R₀/e^nSOC)·P (3)；

充电过程：Δu_dc-c＝R_c·P＝(R₀/e^n(1-SOC))·P (4)；

式中，Δu_dc-d为放电过程中直流母线电压跌落值，Δu_dc-c为充电过程中直流母线电压跌落值，P为储能模块输出功率。