一种锂离子电池储能系统SOC均衡控制方法

本发明属于锂离子电池储能系统领域，尤其涉及一种锂离子电池储能系统soc均衡控制方法。

背景技术：

1、随着新能源发电并网规模不断扩大，锂离子电池储能系统被广泛应用于新能源功率平抑、削峰填谷、调频调压及微电网能量管理等场景。锂离子电池储能系统通常由多个锂离子电池簇共同组成，各锂离子电池簇需要按照系统下达的总功率指令协同完成充电或放电任务。

2、受额定容量、端电压、充放电效率、老化程度及运行环境等因素影响，不同锂离子电池簇在相同功率作用下具有不同的荷电状态变化速度。在长期运行过程中，各锂离子电池簇的荷电状态容易产生差异。若直接采用平均功率分配方式，容量较小或荷电状态变化速度较快的锂离子电池簇可能更早达到充放电边界，进而限制整个锂离子电池储能系统的可用容量和功率输出能力。因此，在满足系统总功率指令的同时，实现不同锂离子电池簇之间的荷电状态均衡，是锂离子电池储能系统协调控制中的重要问题。

3、现有荷电状态均衡控制方法包括集中式控制方法和分布式控制方法。集中式控制方法通常需要中央控制器持续采集全部锂离子电池簇的状态信息，并统一计算各锂离子电池簇的功率分配结果。当锂离子电池簇数量较多时，该方法存在通信负担较大、计算任务集中以及对中央控制器依赖程度较高的问题。分布式控制方法通过相邻锂离子电池簇之间的信息交互实现荷电状态协调，具有较好的扩展性和容错能力，但传统分布式控制通常采用周期性通信方式，各锂离子电池簇需要在每个采样时刻传输状态信息，容易造成不必要的通信资源占用。

4、为降低通信负担，部分现有方法在分布式荷电状态均衡控制中引入事件触发机制，仅在状态误差满足设定条件时进行信息传输。然而，现有事件触发均衡方法通常采用固定通信边权或预先设定的耦合强度，难以根据相邻锂离子电池簇之间的荷电状态差异和通信链路变化情况调整均衡作用强度。当通信链路受到干扰、链路增益发生波动或有效通信权重降低时，固定边权控制方法的均衡速度和鲁棒性可能下降。

5、若事件触发条件、功率控制律和通信边权更新过程所采用的信息状态不一致，可能影响荷电状态均衡效果。同时，现有方法在进行荷电状态均衡时，还需要兼顾系统总功率指令的分配与跟踪，避免均衡修正过程对储能系统整体功率任务造成较大影响。

6、因此，需要适用于异构锂离子电池簇和不确定通信网络的荷电状态均衡控制方法，在满足总功率分配要求的基础上，根据锂离子电池簇之间的荷电状态差异自适应调整通信边权，并通过事件触发方式减少不必要的信息传输，从而提高锂离子电池储能系统在存在通信扰动条件下的荷电状态均衡能力、通信效率和运行鲁棒性。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于，针对现有锂离子电池储能系统soc均衡控制方法在异构锂离子电池簇功率分配、通信资源利用以及不确定通信网络适应能力方面存在的不足，提供一种锂离子电池储能系统soc均衡控制方法。

2、本发明采用以下方案实现：一种锂离子电池储能系统soc均衡控制方法，包括以下步骤：

3、步骤s1：构建锂离子电池簇离散时刻下的soc演化模型；

4、步骤s2：根据soc变化率系数计算基准功率，并构造用于均衡控制的soc均衡偏差值；

5、步骤s3：根据锂离子电池簇通信拓扑确定邻接矩阵，基于邻接矩阵构造拉普拉斯矩阵，并建立含未知有界扰动的实际通信边权模型；

6、步骤s4：设计基于soc均衡偏差值的自适应边权事件触发机制；

7、步骤s5：设计基于自适应边权事件触发机制的soc均衡控制律和边权自适应更新律；

8、步骤s6：初始化算法所需相关参数；

9、步骤s7：根据所述 soc 均衡控制律计算各锂离子电池簇分配功率，并更新各锂离子电池簇 soc 及自适应边权，判断是否达到设定的控制目标，若达到所述控制目标，则输出各锂离子电池簇soc和功率分配结果，否则继续执行步骤s7。

10、进一步地，所述步骤s1具体为：

11、构建锂离子电池簇离散时刻下的soc演化模型：

12、

13、其中，=1,2,…,n；n为锂离子电池簇数量；为采样时刻；为采样周期；为第个锂离子电池簇在第次采样时刻的soc值；为第个锂离子电池簇在第次采样时刻的soc值；为第个锂离子电池簇的soc变化率系数，满足，式中为第个锂离子电池簇用于控制设计的平均等效因子，，为第个锂离子电池簇变换器放电时的转换效率；为第个锂离子电池簇的库伦效率，满足，为第个锂离子电池簇变换器充电时的转换效率；为第个锂离子电池簇的额定容量，为第个锂离子电池簇的端电压；为第个锂离子电池簇在第次采样时刻的分配功率。

14、进一步地，所述步骤s2具体为：

15、根据soc变化率系数计算基准功率，具体为：

16、

17、其中，为第个锂离子电池簇在第次采样时刻的基准功率，为第个锂离子电池簇的功率分配因子，满足，为第个锂离子电池簇的soc变化率系数；

18、构造用于均衡控制的soc均衡偏差值，具体为：

19、

20、其中，为第个锂离子电池簇在第次采样时刻的soc均衡偏差值；为第次采样时刻的公共soc参考量，用于表征总功率指令作用下各锂离子电池簇共同的soc变化趋势，满足，为第次采样时刻的公共soc参考量，为第次采样时刻的总功率指令。

21、进一步地，所述步骤s3具体为：

22、根据锂离子电池簇通信拓扑确定邻接矩阵a，具体为：

23、

24、其中，为邻接矩阵a的第行第列元素，=1,2,…,n；表示与第个锂离子电池簇直接通信的邻居锂离子电池簇集合；

25、基于邻接矩阵构造拉普拉斯矩阵l，具体为：

26、

27、其中，表示拉普拉斯矩阵l的第行第列元素；

28、建立含未知有界扰动的实际通信边权模型，具体为：

29、

30、其中，为第次采样时刻第个锂离子电池簇与第个锂离子电池簇之间的实际通信边权；为第次采样时刻第个锂离子电池簇与第个锂离子电池簇之间的自适应边权；为第次采样时刻第个锂离子电池簇与第个锂离子电池簇之间的未知通信扰动，满足，为通信扰动上界。

31、进一步地，所述步骤s4具体为：

32、设计基于soc均衡偏差值的自适应边权事件触发机制，具体为：

33、

34、其中，为第个锂离子电池簇在第次事件触发时刻，为第个锂离子电池簇在第次事件触发时刻，表示下确界，表示第次采样时刻对应的实际时间；其中，为第个锂离子电池簇在第次采样时刻的事件触发误差，满足，为第个锂离子电池簇在第次采样时刻存储的最近一次传输的soc均衡偏差值；为事件触发灵敏度参数，满足；为第个锂离子电池簇在第次采样时刻的实际加权度，满足；为第个锂离子电池簇的局部加权soc不一致度，满足，为第个锂离子电池簇在第次采样时刻存储的最近一次传输的soc均衡偏差值；为指数衰减触发阈值的初始系数，；为指数衰减系数，。

35、进一步地，所述步骤s5具体为：

36、设计基于自适应边权事件触发机制的soc均衡控制律，具体为：

37、

38、其中，为soc均衡控制增益；为第个锂离子电池簇与第个锂离子电池簇之间的实际通信边权；为第个锂离子电池簇最近一次传输的soc均衡偏差值；为第个锂离子电池簇最近一次传输的soc均衡偏差值；

39、设计自适应边权更新律，具体为：

40、

41、其中，为第次采样时刻第个锂离子电池簇与第个锂离子电池簇之间的自适应边权；为第次采样时刻第个锂离子电池簇与第个锂离子电池簇之间的自适应边权；为自适应边权上限；为边权自适应增益。

42、进一步地，所述步骤s6具体为：

43、初始化算法所需相关参数，具体为：

44、

45、

46、

47、

48、

49、其中，为第个锂离子电池簇的初始soc值，为预设的第个锂离子电池簇初始soc；为公共soc参考量的初始值；为第个锂离子电池簇的初始soc均衡偏差值；为第个锂离子电池簇初始存储的传输soc均衡偏差值；为第个锂离子电池簇与第个锂离子电池簇之间的初始自适应边权，为预设的自适应边权初值，。

50、进一步地，所述步骤s7中设定的控制目标，具体为：

51、

52、

53、其中，为soc均衡误差阈值；为总功率跟踪误差阈值；若达到所述控制目标，则输出各锂离子电池簇soc和功率分配结果，否则继续执行步骤s7。

54、本发明提供一种锂离子电池储能系统soc均衡控制方法，与现有技术相比，本发明的有益效果是：

55、1.本发明通过构造公共soc参考量和soc均衡偏差值，将总功率指令引起的soc共同变化趋势与锂离子电池簇之间的不均衡变化相区分，使事件触发判断和均衡修正主要针对soc不一致部分进行，同时兼顾soc均衡与总功率跟踪。

56、2.本发明采用事件触发方式传输soc均衡偏差值，仅在当前状态与最近一次传输状态之间的误差超过触发阈值时进行信息传输，能够减少周期性通信产生的不必要通信次数，降低通信资源占用。

57、3.本发明通过边权自适应更新律，根据相邻锂离子电池簇之间的soc均衡偏差差异在线调节通信边权，并设置边权上限，能够增强均衡控制对未知有界通信扰动的适应能力，同时避免通信边权无限增大。

58、4.本发明在控制过程中采用经过通信时延后可用的最近一次传输信息，能够适用于存在采样、信息保持、通信时延及通信扰动的锂离子电池储能系统通信网络，提高soc均衡控制方法的工程适用性和运行鲁棒性。