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制造技术

本发明专利技术公开了一种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，主要包括通信层、一级控制层和二级控制层。在通信层中，通过一致性算法，各储能单元只需与相邻通信节点交换信息，无需中央控制器就能获取储能系统的平均值信息，在一级控制层中，通过本地的荷电状态以及储能系统的荷电状态平均值等信息，自适应调节各储能单元下垂系数，实现了直流微电网中含不同容量储能单元的荷电状态均衡，二级控制层中引入了能量状态因子，通过PI控制器，动态调节储能单元的输出电流和直流母线电压大小，实现了直流微电网中储能单元的电流精准分配，保证了直流母线电压在允许范围内波动，提高了系统的稳定性。提高了系统的稳定性。提高了系统的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
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


[0001]本专利技术涉及直流微电网分布式储能系统领域，特别是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。

技术介绍

[0002]在双碳的大背景下，太阳能、风力发电等可再生能源占比逐渐提高，分布式电源具有投资小、环保及灵活性高等优点，发展规模迅速扩大。但分布式电源的随机性和波动性具有不可控性，且大规模应用及接入也给传统电网带来巨大的挑战及冲击。微电网的提出实现了分布式电源灵活、数量大、多样性的并网问题。实现对负荷多种能源形式的可靠供给，是实现主动式配电网的一种有效方式，使传统电网向智能电网过渡。
[0003]为了满足微电网的功率等级要求，往往需要多台储能单元并联配置，形成分布式储能系统，其中各储能单元的容量可能不一致，因此在充放电过程中会出现各储能单元的荷电状态不一致的情况，从而导致储能单元过充或者过放，提前退出系统，加速了储能单元寿命衰减，同时也降低了微电网的稳定性。因此，需要对储能单元的输出电流及荷电状态进行协调控制，保证各储能单元的输出电流按容量比例精确分配以及荷电状态的均衡。

技术实现思路

[0004]为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：1)在通信层中，检测到储能系统中各储能单元的荷电状态SOC
i
和能量状态因子ξ
i
，经过一致性算法后得到储能系统的荷电状态平均值SOC
avg
和能量状态因子平均值ξ
avg
，其中一致性算法的表达式为：式中，将每台储能单元看作一个节点，X
i
(k)=[SOC
avgi
(k),ξ
avgi
(k)]、X
i
(k+1)=[SOC
avgi
(k+1),ξ
avgi
(k+1)]分别为节点i在第k次、第k+1次迭代时对全网数据平均值的估算值，X
j
(k)=[SOC
avgj
(k),ξ
avgj
(k)]为节点j在第k次迭代时对全网数据平均值的估算值，D
ij
(k)、D
ij
(k+1)分别为第k次、第k+1次迭代时节点i与节点j估算值的差值累积量，N
i
为与节点i连接的节点集合，ε表示一个与通信拓扑有关的常数权重，a
ij
表示第i节点和第j节点之间的连接状态，a
ij
=1表示相邻节点相互连接，a
ij
=0表示节点不连接，在动态一致性算法的作用下，各储能单元的荷电状态迭代值SOC
avgi
和能量状态因子迭代值ξ
avgi
将分别收敛到储能系统的荷电状态平均值SOC
avg
和能量状态因子平均值ξ
avg
；节点i与节点j估算值的初始差值累积量D
ij
(k)=[0,0,0]，常数权重ε的取值范围为0<ε≤0.5。
[0005]2)在一次控制层中，将储能系统的荷电状态平均值SOC
avg
和储能单元的荷电状态SOC
i
相除，再减去系数1，最后乘以n2得到中间系数β
i
，n为加速因子，将中间系数β
i
平方后加
1的结果再开方得到过程系数α
i
，将中间系数β
i
和过程系数α
i
相加的结果取自然对数，之后乘以调节因子m，再加上1，所得结果乘以本地储能单元的下垂系数初始值R
oi
，得到本地储能单元调整后的下垂系数R
i
，即调整后的下垂系数R
i
的表达式为：加速因子n的取值范围为200≤n≤800且n为奇数，调节因子m的取值范围为5≤m≤20，下垂系数初始值R
oi
的取值要求为，，其中C
i
为第i台储能单元的额定容量。
[0006]3)在二次控制层中，调整后的下垂系数R
i
乘以本地储能单元的输出电流I
i
得到本地储能单元的虚拟压降V
i
，将母线电压参考值V
ref
乘以选择因子k得到电压变化量ΔV，1减去虚拟压降V
i
除以电压变化量ΔV的值得到影响因子λ
i
，影响因子λ
i
乘以母线电压V
bus
得到能量状态因子ξ
i
，能量状态因子ξ
i
经过一致性算法得到能量状态因子平均值ξ
avg
，母线电压参考值V
ref
减去能量状态因子平均值ξ
avg
除以影响因子λ
i
的结果，再经过能量分配环节PI控制器G
PI3
(s)得到电压补偿量Δu
Vi
；选择因子k的取值范围为0.1≤k≤0.5。
[0007]4)将母线电压参考值V
ref
减去虚拟压降V
i
，再加上电压补偿量Δu
Vi
得到输出电容电压参考值V
refi
，将输出电容电压参考值V
refi
和本地储能单元的输出电容电压V
Ci
相减后，再经过电压环PI控制器G
PI1
(s)得到参考电流I
refi
，将其与本地储能单元的输出电感电流I
Li
相减后经过电流环PI控制器G
PI2
(s)得到驱动电压u
si
，驱动电压u
si
再与三角载波比较得到调制信号。
[0008]与现有技术相比，本方案的原理和优点如下：本专利技术公开了一种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，主要包括通信层、一级控制层和二级控制层。在通信层中，通过一致性算法，各储能单元只需与相邻通信节点交换信息，无需中央控制器就能获取储能系统的平均值信息，在一级控制层中，通过本地的荷电状态以及储能系统的荷电状态平均值等信息，自适应调节各储能单元下垂系数，实现了直流微电网中含不同容量储能单元的荷电状态均衡，二级控制层中引入了能量状态因子，通过PI控制器，动态调节储能单元的输出电流和直流母线电压大小，实现了直流微电网中储能单元的电流精准分配，保证了直流母线电压在允许范围内波动，提高了系统的稳定性。
附图说明
[0009]图1为本专利技术实施例中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的主电路图；图2为本专利技术实施例中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的控制框图；图3为本专利技术实施例中传统控制策略的荷电状态波形图；图4为本专利技术实施例中改进控制策略的荷电状态波形图；图5为本专利技术实施例中传统控制策略的输出电流波形图；
图6为本专利技术实施例中改进控制策略的输出电流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.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，其特征在于，包括以下步骤：1)在通信层中，检测到储能系统中各储能单元的荷电状态SOC
i
和能量状态因子ξ
i
，经过一致性算法后得到储能系统的荷电状态平均值SOC
avg
和能量状态因子平均值ξ
avg
，其中一致性算法的表达式为：式中，将每台储能单元看作一个节点，X
i
(k)=[SOC
avgi
(k), ξ
avgi
(k)]、X
i
(k+1)=[SOC
avgi
(k+1), ξ
avgi
(k+1)]分别为节点i在第k次、第k+1次迭代时对全网数据平均值的估算值，X
j
(k)=[SOC
avgj
(k), ξ
avgj
(k)]为节点j在第k次迭代时对全网数据平均值的估算值，D
ij
(k)、D
ij
(k+1)分别为第k次、第k+1次迭代时节点i与节点j估算值的差值累积量，N
i
为与节点i连接的节点集合，ε表示一个与通信拓扑有关的常数权重，a
ij
表示第i节点和第j节点之间的连接状态，a
ij
=1表示相邻节点相互连接，a
ij
=0表示节点不连接，在动态一致性算法的作用下，各储能单元的荷电状态迭代值SOC
avgi
和能量状态因子迭代值ξ
avgi
将分别收敛到储能系统的荷电状态平均值SOC
avg
和能量状态因子平均值ξ
avg
；2)在一次控制层中，将储能系统的荷电状态平均值SOC
avg
和储能单元的荷电状态SOC
i
相除，再减去系数1，最后乘以n2得到中间系数β
i
，n为加速因子，将中间系数β
i
平方后加1的结果再开方得到过程系数α
i
，将中间系数β
i
和过程系数α
i
相加的结果取自然对数，之后乘以调节因子m，再加上1，所得结果乘以本地储能单元的下垂系数初始值R
oi
，得到本地储能单元调整后的下垂系数R
i
，即调整后的下垂系数R
i
的表达式为：3...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏茂华，杨苓，罗栋涛，文旭涛，陈思哲，章云，陈璟华，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：