一种直流微电网离网状态下的下垂控制方法技术

本发明专利技术涉及一种直流微电网离网状态下的下垂控制方法，采用k初始虚拟阻抗、N加速因子、蓄电池的容量、荷电状态、放电深度自适应调整虚拟阻抗，引入λ因子消除不匹配线阻影响，引入电压恢复项恢复母线参考电压。与现有技术相比，本发明专利技术消除不匹配线路阻抗对储能单元电流分配的影响，同时在储能单元中实现电流按容量进行分配，使得各储能单元的荷电状态逐步达到均衡，避免部分储能单元过度充放电，且本发明专利技术不需要测得线路阻抗信息，只需要加入消除不匹配线阻影响的补偿项，进而实现荷电状态均衡，同时加入电压恢复项来保证电压恢复到参考值。

A Drop Control Method for DC Microgrid Off-grid

【技术实现步骤摘要】
一种直流微电网离网状态下的下垂控制方法
本专利技术涉及直流微电网领域，尤其是涉及一种直流微电网离网状态下的下垂控制方法。
技术介绍
为了减少化石燃料有关的环境污染问题，近十年来，以可再生能源(renewableenergysource,RES)为基础的分布式发电(distributedgenerators,DGs)技术得到了广泛的发展，微电网是一种集成可再生能源与负载的解决方案。微电网具有各种直流源(如光伏(Photovoltaic,PV))、交流源(如风机(WindTurbinegenerator,WTG))和负载(如电动汽车)，与交流微电网相比，直流微电网不会存在谐波、无功等问题，因此，直流微电网得到了广泛地研究和关注。为了保证微电网的可靠运行和电能质量，如何降低太阳能、风能等RES引起的功率波动是研究微电网的重点所在，因此，配置储能系统(energystoragesystem,ESS)的协调控制显得十分重要。由于微电网的分布特性，这些储能单元通常并联运行在直流母线上，当出现储能单元(distributedenergystorageunits,DESUs)的荷电状态(stateofcharge,SoC)不均衡时，会导致部分储能单元的深度充电或过度放电，缩短储能系统的使用寿命。为了避免储能系统损坏，各储能单元的SoC必须达到均衡。在直流微电网中，通常采用I-U下垂来控制母线上的DC/DC变流器，但在传统下垂控制中，各储能单元只能按照其输出电流成比例地分配功率，并没有考虑到初始SoC是否相同，所以DESUs之间的SoC无法达到均衡。为了使SoC快速达到均衡，诸多国内外学者提出了不同的解决方法，一种方法是幂函数SoCn自适应地调节各储能单元的下垂系数，其中n为收敛因子，该控制方法在储能单元SoC均衡实验中显示了有效性，但并没有考虑直流微电网因下垂控制而造成的电压偏差；有学者提出一种自适应分级协调控制方法，先利用功率分配级确定储能系统的主导储能单元，进而通过功率平衡级控制，实现SoC均衡；除此之外，各个储能独立自治的模糊算法被提出来实现功率按照储能荷电状态自动分配，但最终的功率平衡需要通过储能的恒压充电才能实现，在放电期间无法确定各储能单元荷电状态是否可以达到平衡，且复杂的控制器设计并不适用于实际工程。在上述的研究中，即使通过调整每个DESU的虚拟阻抗实现SoC均衡，但在储能单元中，不可避免地存在不匹配线阻，所以不能保证DESUs之间的准确的电流或功率分配。利用电压变化率替代下垂控制中的电压，可有效降低线路阻抗对负荷分配精度的影响，但是该方法未考虑荷电状态的信息，用于储能单元SoC均衡控制时不能按容量进行功率分配；另一种方法提出利用SoC相关的e指数下垂控制，对下垂系数中的控制参数进行分析，通过选择合适的参数减小线路阻抗的影响，实现SoC的均衡，但该方法不能完全消除线路阻抗对电流负荷分配的影响，并且设置的控制参数要足够的大，这势必会引起一定程度的直流母线电压偏差。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种考虑线阻与容量的直流微电网在离网状态下的下垂控制方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种直流微电网离网状态下的下垂控制方法，所述的直流微电网包括多个连接在母线上的储能单元，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1，自适应调整各储能单元的虚拟阻抗，第i个储能单元虚拟阻抗Rv_i计算式为：其中，k为初始虚拟阻抗，N为加速因子，SoCi为第i个储能单元的当前荷电状态，DoDi为第i个储能单元放电深度，DoDi＝1-SoCi，SoCave与DoDave分别为储能单元平均荷电状态与平均放电深度，Cbat_i为第i个储能单元的容量，Ii为第i个储能单元的输出电流；S2，采用PI控制器，将电压补偿项加入到参考电压上，消除不匹配线阻对功率分配的影响，第i个储能单元的电压补偿项ΔVR_i计算式为：其中，λave为个储能单元的中间量λi的平均值，kP_R和kI_R为用于消除不匹配线阻的PI控制器的系数；其中，ΔVmax为最大母线电压偏差；S3，采用PI控制器，将电压恢复项加入到参考电压上，恢复母线参考电压，电压恢复项ΔVV计算式为：其中，Vref为母线参考电压，Vave为储能单元输出电压的平均值，kP_V和kI_V为用于恢复母线参考电压的PI控制器的系数。恢复母线参考电压即消除公共母线电压偏差，公共母线电压偏差由下垂控制方法引入。所述的第i个储能单元的当前荷电状态为：其中，SoCi_0为第i个储能单元的初始荷电状态。所述的PI控制器为基于电压电流的双PI控制器，包括电压外环以及电流内环。所述的第i个储能单元放电时，若当前荷电状态高于储能单元平均荷电状态，则第i个储能单元的虚拟阻抗减小，当前荷电状态低于储能单元平均荷电状态时，则第i个储能单元的虚拟阻抗增大；在充电期间，若第i个储能单元的放电深度高于平均放电深度时，则第i个储能单元的虚拟阻抗减小，放电深度低于平均放电深度时，则第i个储能单元的虚拟阻抗增大。不匹配线阻对每个储能单元荷电状态的影响消除时，所述的每个储能单元的λi值相等。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)虚拟阻抗与储能单元容量关联，在储能单元中实现电流按容量进行分配。(2)消除不匹配线路阻抗对储能单元电流分配的影响，使得各储能单元的荷电状态逐步达到均衡，避免部分储能单元过度充放电。(3)本专利技术不需要测得线路阻抗信息，只需要加入消除不匹配线阻影响的补偿项，即可实现荷电状态均衡。(4)本专利技术同时加入电压恢复项来保证电压恢复到参考值。(5)本专利技术基于电压电流的双PI控制器，速度较快，精确度较高。附图说明图1为直流微电网典型的结构示意图；图2为并联双储能单元结构示意图；图3为基于虚拟电流额定值的下垂控制方法示意图；图4为有精确电流分配和电压恢复的下垂控制方法示意图；图5(a)为采用本专利技术方法储能单元稳定充电时储能单元SoC与输出电流示意图；图5(b)为采用SoC相关的e指数下垂控制方法储能单元稳定充电时储能单元SoC与输出电流示意图；图5(c)为储能单元稳定充电时直流母线电压波形；图6(a)为采用本专利技术方法储能单元稳定放电时储能单元SoC与输出电流示意图；图6(b)为采用SoC相关的e指数下垂控制方法储能单元稳定放电时储能单元SoC与输出电流示意图；图6(c)为储能单元稳定放电时直流母线电压波形；图7为光伏系统出现扰动时系统功率分配情况；图8(a)为采用本专利技术方法光伏系统出现扰动时储能单元SoC与输出电流示意图；图8(b)为采用SoC相关的e指数下垂控制方法光伏系统出现扰动时储能单元SoC与输出电流示意图；图8(c)为光伏系统出现扰动时直流母线电压波形；图9为负荷出现扰动时系统功率分配情况；图10(a)为采用本专利技术方法负荷出现扰动时储能单元SoC与输出电流示意图；图10(b)为采用SoC相关的e指数下垂控制方法负荷出现扰动时储能单元SoC与输出电流示意图；图10(c)为负荷出现扰动时直流母线电压波形；图11为本专利技术流程图；附图标记：1为光伏；2为风机；3为线阻；4为母线；5为储能系统；6为负载。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流微电网离网状态下的下垂控制方法，所述的直流微电网包括多个连接在母线上的储能单元，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1，自适应调整各储能单元的虚拟阻抗，第i个储能单元虚拟阻抗Rv_i计算式为：

【技术特征摘要】
1.一种直流微电网离网状态下的下垂控制方法，所述的直流微电网包括多个连接在母线上的储能单元，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1，自适应调整各储能单元的虚拟阻抗，第i个储能单元虚拟阻抗Rv_i计算式为：其中，k为初始虚拟阻抗，N为加速因子，SoCi为第i个储能单元的当前荷电状态，DoDi为第i个储能单元放电深度，DoDi＝1-SoCi，SoCave与DoDave分别为储能单元平均荷电状态与平均放电深度，Cbat_i为第i个储能单元的容量，Ii为第i个储能单元的输出电流；S2，采用PI控制器，将电压补偿项加入到参考电压上，消除不匹配线阻对功率分配的影响，第i个储能单元的电压补偿项ΔVR_i计算式为：其中，λave为个储能单元的中间量λi的平均值，kP_R和kI_R为用于消除不匹配线阻的PI控制器的系数；其中，ΔVmax为最大母线电压偏差。2.根据权利要求1所述的一种直流微电网离网状态下的下垂控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：S3，采用PI控制器，将电压恢复项加入到参考电压上，恢复母线参考电压，电压恢复项ΔVV计算式为：其中，Vref为母线参考电压，Vave为储能单元输出电压的平均值，kP_V和kI_V为用于恢复母线参考电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：米阳，陈鑫，韩云昊，何星瑭，喻思，颜丽，季亮，蔡杭谊，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31