基于电池SOC分级的波浪能发电直流微电网能量管理方法和系统与流程

本发明涉及电网能量管理，具体涉及基于电池soc分级的波浪能发电直流微电网能量管理方法和系统。

背景技术：

1、波浪能发电直流微电网已成为海岛供电、海上平台及沿海区域的重要能源解决方案，然而波浪能发电具有显著的间歇性、随机性和波动性特征，波浪能发电装置输出的电功率随海况条件实时变化，导致直流母线电压频繁波动，严重影响微电网的电能质量与供电可靠性。目前业界普遍采用电池储能系统来平抑功率波动，现有的能量管理策略主要分为两类：一是基于直流母线电压的闭环控制策略，通过检测母线电压跌落或抬升来切换系统工作模式；二是基于电池荷电状态的分区控制策略，将soc划分为离散区间，不同区间采用不同的充放电策略。

2、但是现有策略普遍存在以下不足：未能建立交流负载供电优先级的量化保障机制，在功率不足时无法确保重要交流负载的供电连续性；缺乏对波浪能变化趋势的预判能力，控制策略仅被动响应功率偏差，响应滞后；母线电压参考值固定为额定值，未与电池soc状态协同调节，当soc处于极端值时加剧了电池过充或过放风险。

3、因此，需要一种能够平滑连续调节充放电功率、具备波浪能趋势预判能力、并保障交流负载优先级的波浪能发电直流微电网能量管理方法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了基于电池soc分级的波浪能发电直流微电网能量管理方法和系统。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、基于电池soc分级的波浪能发电直流微电网能量管理方法，包括如下步骤：

4、步骤s1、实时采集波浪能发电单元的总发电功率、电池储能单元的荷电状态、直流母线电压、直流负载功率、交流负载的实际供电功率和交流负载的额定参考功率，同时根据历史功率数据判断当前波浪能处于上升期还是衰减期；

5、步骤s2、根据采集到的电池荷电状态值，通过连续sigmoid函数映射为0至1之间的连续分级值，所述连续分级值表征当前荷电状态在分级体系中所处的区位；

6、步骤s3、以所述连续分级值为自变量，分别计算放电抑制因子、充电抑制因子、波浪能间歇性修正因子和交流负载优先保障系数；

7、步骤s4、根据波浪能发电功率、交流负载实际功率和直流负载功率计算系统净功率，综合放电抑制因子、充电抑制因子、交流负载优先保障系数和系统净功率，计算电池储能单元的充放电功率指令并下发执行；

8、步骤s5、根据连续分级值计算母线电压修正量，对直流母线额定电压进行自适应修正得到自适应母线电压参考值，再根据实际母线电压与自适应母线电压参考值的偏差计算双向dc/dc变换器的电压控制指令并下发执行；

9、步骤s6、根据连续分级值执行并网逆变器的分级补电控制和直流负载的分级投切控制，然后等待下一个控制周期返回步骤s1，形成持续的能量管理闭环控制。

10、进一步地，所述步骤s2中，所述连续分级值的计算方式为：以自然常数e为底数，以负的分级陡峭系数乘以荷电状态值与分级基准偏置点之差的积为指数，计算指数函数值，再将1除以1加该指数函数值之和，得到连续分级值；其中分级陡峭系数用于控制分级值随荷电状态变化的敏感度，分级基准偏置点为连续分级值等于0.5时对应的荷电状态值；当荷电状态为0时连续分级值趋近于0，当荷电状态为1时连续分级值趋近于1。

11、进一步地，所述步骤s3中，所述放电抑制因子的计算方式为：以自然常数e为底数，以负的放电陡峭系数乘以连续分级值与放电抑制分级阈值之差为指数，计算指数函数值，再将1除以1加该指数函数值之和，得到放电抑制因子；

12、所述充电抑制因子的计算方式为：以自然常数e为底数，以充电陡峭系数乘以连续分级值与充电抑制分级阈值之差为指数，计算指数函数值，再将1除以1加该指数函数值之和，得到充电抑制因子；

13、所述波浪能间歇性修正因子的计算方式为：以1加上间歇性修正系数乘以波浪能趋势方向值再乘以连续分级值的乘积，得到波浪能间歇性修正因子。

14、进一步地，所述步骤s3中，所述交流负载优先保障系数的计算具体包括以下步骤：

15、以交流负载额定参考功率与交流负载实际功率之差除以交流负载额定参考功率与防止分母为零的小正数之和，得到功率偏差比值；对该功率偏差比值取双曲正切函数值，乘以调节增益后加上基准优先系数，得到基础优先保障系数；当交流负载实际功率低于额定参考功率时，基础优先保障系数大于基准优先系数，交流负载优先程度提高；

16、用连续分级值和所述波浪能间歇性修正因子对所述基础优先保障系数进行调制，将基础优先保障系数乘以波浪能间歇性修正因子再乘以1减去分级调制系数乘以连续分级值再加上分级调制系数之和，得到最终优先保障系数；其中分级调制系数用于控制连续分级值对最终优先保障系数的影响强度。

17、进一步地，所述步骤s4具体包括以下步骤：

18、步骤s4.1、用波浪能发电功率减去交流负载实际功率再减去直流负载功率，得到系统净功率，系统净功率为正时表示功率盈余，为负时表示功率缺额；

19、步骤s4.2、将放电抑制因子、充电抑制因子和最终优先保障系数三者相乘，再乘以系统净功率，最后取负值，得到电池充放电功率指令；电池充放电功率指令为正值时表示电池放电，为负值时表示电池充电；当系统净功率为正时电池充放电功率指令为负值，电池充电以吸收盈余功率；当系统净功率为负时电池充放电功率指令为正值，电池放电以弥补功率缺额。

20、进一步地，所述步骤s5具体包括以下步骤：

21、步骤s5.1、根据所述连续分级值计算母线电压修正量，具体包括：对连续分级值减去0.5之差取双曲正切函数值，乘以最大电压修正幅度，得到母线电压修正量；最大电压修正幅度根据直流母线额定电压设定，单位为伏特；当连续分级值大于0.5时母线电压修正量为正，当连续分级值小于0.5时母线电压修正量为负；

22、步骤s5.2、将直流母线额定电压与母线电压修正量相加，得到自适应母线电压参考值；

23、步骤s5.3、将采集到的实际直流母线电压减去自适应母线电压参考值，得到实际母线电压偏差；

24、步骤s5.4、将得到的实际母线电压偏差送入pid调节器，经pid运算后生成双向dc/dc变换器的电压控制指令并下发执行。

25、进一步地，所述步骤s6中，所述并网逆变器的分级补电控制具体包括：当连续分级值低于补电启动阈值时，启动并网逆变器从交流电网取电为电池充电；当连续分级值高于补电停止阈值时，停止并网逆变器；当连续分级值大于等于补电启动阈值且小于补电停止阈值时，补电功率随连续分级值升高连续线性递减；所述补电启动阈值小于补电停止阈值，补电启动阈值与补电停止阈值之间构成滞回区间。

26、进一步地，所述步骤s6中，所述直流负载的分级投切控制具体为：当连续分级值高于投入阈值且波浪能发电功率与交流负载实际功率之差大于预设的直流负载投入功率阈值时，投入直流负载以消纳多余电能；当连续分级值低于切除阈值时，切除直流负载；所述切除阈值小于所述投入阈值，切除阈值与投入阈值之间构成滞回区间。

27、基于电池soc分级的波浪能发电直流微电网能量管理系统，用于实现任一项所述的基于电池soc分级的波浪能发电直流微电网能量管理方法，包括：

28、数据采集单元，用于实时采集波浪能发电单元的总发电功率、电池储能单元的荷电状态、直流母线电压、直流负载功率、交流负载的实际供电功率和额定参考功率，并根据历史功率数据判断当前波浪能处于上升期还是衰减期；

29、soc分级映射单元，用于根据采集到的电池荷电状态值，通过连续sigmoid函数映射为0至1之间的连续分级值；

30、控制因子计算单元，用于以连续分级值为自变量，计算放电抑制因子、充电抑制因子、波浪能间歇性修正因子和交流负载优先保障系数；

31、功率指令计算单元，用于根据波浪能发电功率、交流负载实际功率和直流负载功率计算系统净功率，并综合放电抑制因子、充电抑制因子、交流负载优先保障系数和系统净功率计算电池的充放电功率指令；

32、母线电压控制单元，用于根据连续分级值计算母线电压修正量，对直流母线额定电压进行自适应修正得到自适应母线电压参考值，并根据实际母线电压与自适应母线电压参考值的偏差计算电压控制指令；

33、分级投切控制单元，用于根据连续分级值执行并网逆变器的分级补电控制和直流负载的分级投切控制。

34、一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，当所述处理器执行所述计算机程序时，使所述处理器执行任一项所述的基于电池soc分级的波浪能发电直流微电网能量管理方法。

35、相比于现有技术，本发明的有益效果如下：

36、1、本发明通过连续sigmoid函数将电池soc映射为0~1之间的连续分级值，替代传统离散阶梯分区，实现了充放电功率在soc范围内的连续平滑调节，消除了离散分级边界处的控制跳变和母线电压振荡问题。

37、2、本发明通过波浪能间歇性修正因子将波浪能变化趋势提前耦合到控制策略中，使系统具备预判性调节能力，在波浪能衰减前主动减小充电和消纳力度，优先保障负载供电，提升直流母线电压的稳定性。

38、3、本发明通过基础优先系数结合分级调制系数构成的交流负载优先保障系数，建立了交流负载供电优先级的量化保障机制，当交流负载供电不足时优先分配功率，确保了重要交流负载的供电连续性。

39、4、本发明通过分级值经双曲正切函数自适应修正母线电压参考值，使母线电压控制与soc分级状态协同响应，soc偏高时升高母线参考电压诱导放电、soc偏低时降低母线参考电压诱导充电，有效抑制电池过充过放，延长电池循环寿命。