[发明专利]一种直流微电网多储能SOC均衡的分段自适应下垂控制方法

说明书

本发明公开了一种直流微电网多储能SOC均衡的分段自适应下垂控制方法，控制器采集各储能单元的SOC和实际容量信息，经过分段自适应下垂系数算法对下垂系数重新设定，控制储能单元充放电功率，实现SOC的快速均衡；为了弥补传统下垂控制固有的电压跌落，利用母线电压偏差经PI调节器输出一个公共电压偏差量ΔU，以此对下垂曲线进行补偿，进而自动恢复母线电压；本发明分段自适应下垂系数算法根据锂电池SOC偏差动态调节下垂系数；当SOC偏差较大时，调整下垂系数使放(充)电时SOC较高(低)的锂电池最大功率放(充)电，同时控制另一组锂电池补足剩余功率，加快均衡速度；SOC偏差较小时，在考虑不同线路阻抗和实际容量的基础上优化下垂系数，实现SOC均衡控制。

技术领域

本发明涉及的是分段自适应下垂系数算法及其在独立运行直流微电网多储能SOC均衡控制中的应用领域，具体涉及一种直流微电网多储能SOC均衡的分段自适应下垂控制方法。

背景技术

近年来，国际社会越来越关注清洁可再生能源的发展，越来越多的学者投入到了可再生能源分布式发电的研究当中。为了克服可再生能源功率的功率随机性问题，提出了利用微电网就地消纳的方案，得到了研究人员的广泛认同。直流微电网具有造价较低，损耗较少，效率较高，结构简单和控制方便等优点，从众多微电网方案中脱颖而出。由于分布式能源功率具有间歇性和负荷波动的不可预测性，为了保证微电网稳定运行，常常需要在直流微电网内装设分布式储能系统来起到平抑网内功率差额的作用。

直流微电网中，当多组储能单元(Distributed Energy Storage Unit，DESU)并列运行时，采用传统的下垂控制，由于线路阻抗和储能单元实际容量不同，导致储能单元的荷电状态(State of Charge，SOC)产生偏差，从而导致部分储能单元过度充电或者过度放电，严重影响了锂电池的使用寿命。模糊控制和自适应控制的下垂控制可以实现SOC均衡控制，但均衡速度较慢。

传统的下垂控制及SOC不均衡产生的机理：

1、储能系统的常规下垂控制

独立运行的直流微电网中，为了同时对母线电压和锂电池输出电流加以控制，常采用母线电压外环，电池电流内环的PI调节器双闭环结构。通常采用下垂控制获得储能系统DC/DC输出参考电压，实现储能单元之间的功率分配。下垂控制表达式为：

U_out＝U_ref-kI_out (1)

式中，U_ref为变换器端口参考电压；U_out为变换器端口电压(即直流母线电压)；k为下垂系数；I_out为变换器输出电流。

2、锂电池产生SOC不均衡的机理分析

锂电池荷电状态计算公式为：

式中，SOC为锂电池的荷电状态；SOC₀为锂电池的初始荷电状态；i(t)为锂电池输出电流；C_e为锂电池的最大容量。

考虑线路阻抗和锂电池的实际容量，由式(1)和式(2)可得两组锂电池SOC的变化率为：

式中，R_line1、k₁、U_ref1分别为储能单元1的线路阻抗、下垂系数、端口电压参考值；R_line2、k₂、U_ref2储能单元2的线路阻抗、下垂系数、端口电压参考值。

通常情况下U_ref1＝U_ref2，由式(3)可得：