多组混合储能系统多状态协同一致性控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种结合虚拟阻抗控制和一致性控制的多组由锂电池和超级电容构成的混合储能系统协同控制方法，包括锂电池变换器的输出电压观测器计算值与基准输出电压的误差调节，消除虚拟阻抗和线路阻抗带来的电压偏差，实现多组输出电压平均控制；基于一致性控制器调节相邻单元锂电池变换器电感电流状态值，实现均流控制。基于超级电容变换器一致性控制器调节相邻超级电容单元间的端电压偏差，实现超级电容端电压的一致性控制；基于超级电容变换器的电压观测器计算值与端电压变化稳态基准值的误差调节，实现超级电容瞬态功率响应后的能量快速恢复。本发明专利技术适用于混合储能系统在新能源交通工具、新能源电力系统等场合的电压控制。制。制。

【技术实现步骤摘要】
多组混合储能系统多状态协同一致性控制方法


[0001]本专利技术涉及储能
，具体是一种多组由锂电池和超级电容构成的混合储能系统多状态协同一致性控制方法。

技术介绍

[0002]由锂电池和超级电容构成的混合储能系统同时兼顾了能量特性和功率特性，被广泛的用于复杂功率场合，如可再生能源发电系统、新能源交通工具以及一些独立供电系统。为了提高用电系统的可靠性，通常采用多组混合储能系统并联，分担系统功率需求，降低系统对单组混合储能系统的依赖。
[0003]多组混合储能系统不仅要考虑内部的功率分配，还要考虑各组之间的功率分配。集中式控制通过中央控制单元根据响应单元的特性合理地分配功率，中央控制单元为系统中唯一的数据处理单元，存在单点故障而导致系统崩溃的可能。因此，采用基于一致性控制理论的分布式协同控制方法，将系统视为一个多智能体系统，无需中央控制单元，仅与相邻单元交换状态信息，即可实现混合储能系统中功率分配和输出状态变量一致性控制。然而，多组混合储能系统中锂电池变换器输出电流不均流，会导致输出电流值超过变换器设计的额定电流值；超级电容组会随着自放电率等因素影响，而导致端电压的差异，较低的端电压会影响其变换器瞬态功率输出的能力。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决现有技术的问题，提供了一种多组混合储能系统多状态协同一致性控制方法，能够通过电压观测器分别实现锂电池变换器输出电压和超级电容端电压的平均值控制，以及通过一致性控制器分别实现锂电池变换器电感电流和超级电容端电压变化值的一致性控制。/>[0005]本专利技术先通过电压观测器分别实现锂电池变换器输出电压和超级电容端电压的平均值控制，再通过一致性控制器分别实现锂电池变换器电感电流和超级电容端电压变化值的一致性控制。
[0006](1)锂电池变换器的虚拟电阻协同一致性控制
[0007]虚拟阻抗控制实现了混合储能系统的分散式控制，锂电池变换器的虚拟电阻控制中虚拟电阻值会引起输出电压偏差，且多组混合储能系统中锂电池变换器间存在均流问题。因此，提出锂电池变换器的虚拟电阻协同一致性控制，将输出电压调节控制δu
vb
和均流控制δu
ib
加入基准，同时作用于变换器的电压环基准，可表示为：
[0008][0009]式中，u
*ref
电压环实际基准值；u
ref
为电压参考值；R
d
为虚拟电阻值；i
11
为锂电池变换器的电感电流值。
[0010]输出电压调节控制δu
vb
通过电压观测器计算相邻单元实际输出电压状态信息交互值得到输出电压计算值，收敛于实际输出电压的平均值。通过调节器G
vb
对计算值与参考值
的误差调节，实现输出电压补偿。输出电压平均值跟随变换器控制电压的基准值，可表示为：
[0011][0012]式中，u
12
为锂电池变换器的输出电压值；a
ij
为1，表示两个节点有边连接；j和i分别表示第j和第i个变换器；s为复变量。
[0013]均流控制δu
ib
通过一致性控制器G
ib
对相邻单元锂电池变换器电感电流状态进行误差调节，并加入变换器电压环路，实现均流控制，可表示为：
[0014]δu
ib
＝G
ib
(∑a
ij
(i
11j
‑
i
11i
))(3)
[0015](2)超级电容变换器的虚拟电容协同一致性控制
[0016]超级电容变换器的虚拟电容控制实现超级电容瞬态功率输出，然而在多组混合储能系统中不同超级电容间存在端电压差异，易引起超级电容瞬态输出功率差异及能量越限的可能。将超级电容端电压一致性控制δu
ic
和能量恢复平均值控制δu
vc
加入电压环基准，可表示为：
[0017][0018]式中，C
d
为虚拟电容值；i
21
为超级电容变换器电感电流。
[0019]超级电容能量恢复控制δu
vc
，即端电压恢复初始平均值控制，通过电压观测器计算超级电容端电压变化平均值。为了实现超级电容瞬态功率响应后，能够快速补偿输出能量，即超级电容端电压变化基准值u
210
为0。将电压观测器的端电压变化平均值与基准值进行误差调节，经过调节器G
vc
的调节后加入电压环基准。因此，为了实现超级电容端电压瞬态功率输出后恢复至稳态值，超级电容端电压控制，可表示为：
[0020][0021]式中，u
21
为超级电容端电压值；u
210
为超级电容的端电压稳态变化值，为了实现超级电容瞬态响应后能量恢复值初始稳态值，通常设为0。
[0022]超级电容端电压一致性控制δu
ic
通过相邻单元的超级电容端电压状态信息交互与自身端电压进行一致性控制，经过调节器G
ic
进行误差调节，消除多组混合储能系统中超级电容端电压差异，可表示为：
[0023]δu
ic
＝G
ic
(∑a
ij
(u
21j
‑
u
21i
))(6)
[0024]本专利技术有益效果在于：
[0025]1、基于超级电容变换器一致性控制器调节相邻超级电容单元间的端电压偏差，实现超级电容端电压的一致性控制。
[0026]2、基于超级电容变换器的电压观测器计算值与端电压变化稳态基准值的误差调节，实现超级电容瞬态功率响应后的能量快速恢复。
[0027]3、适用于混合储能系统在新能源交通工具、新能源电力系统等场合的电压控制。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0029]图1多组混合储能系统结构图；
[0030]图2锂电池变换器的虚拟电阻协同一致性控制框图；
[0031]图3超级电容变换器的虚拟电容协同一致性控制框图；
[0032]图4多组混合储能系统的虚拟阻抗控制结果；
[0033]图5多组混合储能系统的多状态一致性控制结果。
具体实施方式
[0034]为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。
[0035]根据锂电池变换器的虚拟电阻协同一致性控制的表达式建立系统控制框图，如图2所示。多组混合储能系统中相同状态变量较多，同时为了便于一致性控制理论分析，因此采用拉普拉斯变换。U＝[u
*本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多组混合储能系统多状态协同一致性控制方法，其特征在于包括以下步骤：先通过电压观测器分别实现锂电池变换器输出电压和超级电容端电压的平均值控制，再通过一致性控制器分别实现锂电池变换器电感电流和超级电容端电压变化值的一致性控制。2.根据权利要求1所述的多组混合储能系统多状态协同一致性控制方法，其特征在于：所述的一致性控制器的控制过程包括锂电池变换器的虚拟电阻协同一致性控制和超级电容变换器的虚拟电容协同一致性控制。3.根据权利要求1所述的多组混合储能系统多状态协同一致性控制方法，其特征在于：所述的锂电池变换器的虚拟电阻协同一致性控制包括以下步骤：1)将输出电压调节控制δu
vb
和均流控制δu
ib
加入基准，同时作用于变换器的电压环基准，表示为：式中，电压环实际基准值；u
ref
为电压参考值；R
d
为虚拟电阻值；i
11
为锂电池变换器的电感电流值。2)输出电压调节控制δu
vb
通过电压观测器计算相邻单元实际输出电压状态信息交互值得到输出电压计算值，收敛于实际输出电压的平均值，通过调节器G
vuub
对计算值与参考值的误差调节，实现输出电压补偿，输出电压平均值跟随变换器控制电压的基准值，表示为：式中，u
12
为锂电池变换器的输出电压值；a
ij
为1，表示两个节点有边连接；j和i分别表示第j和第i个变换器；s为复变量。3)均流控制δu
ib
通过一致性控制器G
ib
对相邻单元锂电池变换器电感电流状态进行误差调节，并加入变换器电压环路，实现均流控制，表示为：δu
ib<...

【专利技术属性】
技术研发人员：程龙，张方华，
申请(专利权)人：安徽农业大学，
类型：发明
国别省市：