应用于直流微电网分布式超级电容储能的协调控制方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于直流微电网分布式超级电容储能的协调控制方法，通过搭建直流微电网分布式超级电容储能系统模型，计算超级电容的荷电状态，得到各自功率分配系数；当有负载从微电网接入或切除时，采集电压、电流信息；采用虚拟电阻下垂控制微源，采用虚拟电容下垂控制超级电容，控制中引入计算得到的功率分配系数，以确定参考比例电流，使内部电流环输入电流跟随当前参考，实现功率按比例分配；根据得到的功率比例分配，利用超级电容补偿瞬时功率，直到输出为零，达到稳态。本发明专利技术可以实现超级电容器功率按照SOC比例分配，并且维持母线电压恒定。

【技术实现步骤摘要】
应用于直流微电网分布式超级电容储能的协调控制方法
本专利技术涉及一种微电网协调控制方法，具体的说，是一种应用于直流微电网分布式超级电容储能的基于虚拟阻抗的协调控制方法。
技术介绍
微电网是含有分布式发电单元、储能单元和负荷，并具备一定自我调节和控制能力的自制系统，既可以并网运行，也可以在大电网故障时孤岛运行。与交流微电网相比，将微源、储能单元和负荷通过直流传输线路连接起来的直流微电网，无须考虑相位和无功功率损耗等问题，减少了多级变换带来的能量损耗，提高了变流器利用率，备受国内外研究学者重视。如图1为直流微电网典型结构图。储能系统作为直流微电网的重要组成部分，是其稳定运行的关键，特别是在孤岛运行时，储能系统在稳定直流母线电压和补偿功率供需不平衡方面发挥着重要作用。储能系统可以平衡系统功率，当加载时，储能系统可以提供不足的功率；当减载时，储能系统可以吸收多余的功率。对于一个只含有蓄电池的储能系统，其局限性在于：电池难以在短时间内快速充放电，它的动态响应不能跟上快速的瞬变过程，这将降低系统的效率；而且充放电的次数也很有限，反复快速充放电会缩短电池的使用寿命。与电池相比，超级电容功率密度大、动态响应快，并且具有较长的使用寿命，它可以不断快速的提供瞬时功率补偿。因此，在储能系统中，超级电容有较广泛的应用前景。目前对于储能系统的研究多为蓄电池和超级电容构成的混合储能系统，一般采用集中式主从控制能量管理策略，超级电容作为辅助电流源为系统供电。但是，大多数方法需要准确的电流参考信号，对传感器和通信链路的要求比较高，测量难度也比较大；还有一些能量管理策略分别控制各储能单元变换器充放电，通过状态切换实现能量控制，但是该方法需要保证稳定的状态过渡，一般控制过程较复杂。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种应用于直流微电网分布式超级电容储能的协调控制方法，本专利技术应用于直流微电网分布式超级电容储能系统，在不影响储能系统外部特性的前提下，对储能单元进行合理控制，为分布式超级电容器动态分配功率，实现多个超级电容器之间的功率按SOC比例分配，进行能量管理，达到增强系统可靠性的目的。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术应用的直流微电网分布式超级电容储能系统，具体结构包括微源、储能单元和直流负荷，其中微源通过双向DC/DC变换器连接到直流母线；储能单元采用多台超级电容并联，分别通过双向DC/DC变换器连接到直流母线；负荷直接连接在直流母线上。微源采用蓄电池。一种应用于直流微电网分布式超级电容储能的协调控制方法，包括以下步骤：(1)搭建直流微电网分布式超级电容储能系统模型，计算超级电容的荷电状态，得到各自功率分配系数；(2)当有负载从微电网接入或切除时，采集电压、电流信息；(3)采用虚拟电阻下垂控制微源，采用虚拟电容下垂控制超级电容，控制中引入计算得到的功率分配系数，以确定参考比例电流，使内部电流环输入电流跟随当前参考，实现功率按比例分配；(4)根据得到的功率比例分配，利用超级电容补偿瞬时功率，直到输出为零，达到稳态。所述步骤(1)中，在MATLAB/Simulink环境中搭建直流微电网分布式超级电容储能系统模型，模型包括微源、储能单元和直流负荷，其中微源通过双向DC/DC变换器连接到直流母线；储能单元采用多台超级电容并联，分别通过双向DC/DC变换器连接到直流母线；负荷直接连接在直流母线上。所述步骤(1)中，各个超级电容的荷电状态为超级电容输出电压与其额定电压的比值。所述步骤(1)中，各个超级电容的功率分配系数为各个超级电容的荷电状态的比值。所述步骤(2)中，有负载从微电网接入或切除时，微电网系统的功率平衡被打破，电压、电流信息通过低带宽通信网络传送到各个本地控制器。低带宽通信网络只负责传递电压和电流等信息，所有计算都是在本地控制器中实现的，且各本地控制器相同，均包括外部电压环控制，下垂控制及内部电压环、电流环控制。所述步骤(3)中，微源的下垂控制为，控制电压等于参考电压与微源下垂控制虚拟电阻与输出电流的乘积之间的差值。所述步骤(3)中，超级电容下垂控制为，超级电容的控制电压为参考电压与超级电容器的输出电流与超级电容器下垂控制虚拟电容的比值之间的差值。所述步骤(4)中，超级电容补偿瞬时功率后，发挥作用逐渐减小，直到稳态时输出为零，同时，蓄电池逐渐发挥作用，为负载供电。所述步骤(4)中，经过电压环后的电流参考信号，乘以功率分配比例系数，得到参考比例电流信号作为电流环的参考输入，使电流环输入电流跟随当前参考，进而实现功率按比例分配。当功率波动再次发生时，重复调节步骤(1)-步骤(4)。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术将超级电容作为独立储能元件进行研究，采用低带宽通信，控制方法简单易操作，且系统具有较强的鲁棒性。(2)本专利技术可以实现瞬时功率补偿，当母线电压波动或者功率不平衡时，超级电容器迅速响应使其恢复平衡；(3)本专利技术可以实现超级电容器功率按照SOC比例分配，并且维持母线电压恒定。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为直流微电网典型结构图；图2为直流微电网分布式超级电容储能系统结构图；图3为直流微电网分布式超级电容储能系统等效电路图；图4为并联超级电容器基于虚拟阻抗的协调控制框图；图5是在传统控制方法下，加载时，电流瞬时响应仿真结果；图6(a)为在延时2ms情况下，加载时，电流瞬时响应仿真结果；图6(b)为在延时2ms情况下，加载时，功率瞬时响应仿真结果；图6(c)为在延时2ms情况下，加载时，母线电压响应仿真结果；图7(a)为在延时2ms情况下，减载时，电流瞬时响应仿真结果；图7(b)为在延时2ms情况下，减载时，功率瞬时响应仿真结果；图7(c)为在延时2ms情况下，减载时，母线电压响应仿真结果；图8(a)为在延时30ms情况下，加载时，电流瞬时响应仿真结果；图8(b)为在延时30ms情况下，加载时，功率瞬时响应仿真结果；图8(c)为在延时30ms情况下，加载时，母线电压响应仿真结果；图9(a)为在延时30ms情况下，减载时，电流瞬时响应仿真结果；图9(b)为在延时30ms情况下，减载时，功率瞬时响应仿真结果；图9(c)为在延时30ms情况下，减载时，母线电压响应仿真结果。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。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申请的示例性实施方式。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。作为一种典型实施例，一种直流微电网分布式超级电容储能系统，包括：直流微电网分布式超级电容储能系统由微源、储能单元、直流负荷组成。微源选取蓄电池，通过双向DC/DC变换器连接到直流母线；储能单元采用两台超级电容并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于直流微电网分布式超级电容储能的协调控制方法，其特征是：包括以下步骤：(1)搭建直流微电网分布式超级电容储能系统模型，计算超级电容的荷电状态，得到各自功率分配系数；(2)当有负载从微电网接入或切除时，采集电压、电流信息；(3)采用虚拟电阻下垂控制微源，采用虚拟电容下垂控制超级电容，控制中引入计算得到的功率分配系数，以确定参考比例电流，使内部电流环输入电流跟随当前参考，实现功率按比例分配；(4)根据得到的功率比例分配，利用超级电容补偿瞬时功率，直到输出为零，达到稳态。

【技术特征摘要】
1.一种应用于直流微电网分布式超级电容储能的协调控制方法，其特征是：包括以下步骤：(1)搭建直流微电网分布式超级电容储能系统模型，计算超级电容的荷电状态，得到各自功率分配系数；(2)当有负载从微电网接入或切除时，采集电压、电流信息；(3)采用虚拟电阻下垂控制微源，采用虚拟电容下垂控制超级电容，控制中引入计算得到的功率分配系数，以确定参考比例电流，使内部电流环输入电流跟随当前参考，实现功率按比例分配；(4)根据得到的功率比例分配，利用超级电容补偿瞬时功率，直到输出为零，达到稳态。2.如权利要求1所述的一种应用于直流微电网分布式超级电容储能的协调控制方法，其特征是：所述步骤(1)中，在MATLAB/Simulink环境中搭建直流微电网分布式超级电容储能系统模型，模型包括微源、储能单元和直流负荷，其中微源通过双向DC/DC变换器连接到直流母线；储能单元采用多台超级电容并联，分别通过双向DC/DC变换器连接到直流母线；负荷直接连接在直流母线上。3.如权利要求1所述的一种应用于直流微电网分布式超级电容储能的协调控制方法，其特征是：所述步骤(1)中，各个超级电容的荷电状态为超级电容输出电压与其额定电压的比值。4.如权利要求1所述的一种应用于直流微电网分布式超级电容储能的协调控制方法，其特征是：所述步骤(1)中，各个超级电容的功率分配系数为各个超级电容的荷电状态的比值。5.如权利要求1所述的一种应用于直流微电网分布式超级电容储能的协调控制方法，其特征是：所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：张承慧，高敏，陈杰，陈阿莲，杜春水，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37