一种光储充一体化能量管理控制方法及系统与流程

本发明涉及一种光储充一体化能量管理控制方法及系统，属于供电及配电的电路装置。

背景技术：

1、在由分布式光伏发电系统、电化学储能系统和大功率快充设施构成的微电网供配电系统中，直流母线承担各支路电能汇集和分配的作用，现有系统通常采用双向直流变换器的下垂控制，在各支路之间分配功率并稳定直流母线电压，以保证微电网的供电质量和配电安全，传统下垂控制根据系统功率平衡和电荷变化情况，采集直流母线电压偏差，调整变流器的脉宽调制占空比，使储能系统在负荷或光伏出力发生变化时进行暂态充放电。

2、然而，在大功率快充桩离散接入以及光伏变流器高频开关运行的情况下，大量半导体开关器件频繁通断，吸收电路、滤波电感和分布电容等元件会随着开关状态变化而反复接入直流母线，受此影响，直流母线的等效容抗会随电路拓扑变化产生不连续波动，现有控制方式通常将母线等效电容作为固定参数进行计算，当多个支路的功率开关器件连续动作时，按照标称电容计算得到的瞬态功率缺口容易出现相位偏差和幅值失真，使储能变流器的响应滞后，并可能引起直流母线电压二次谐振，造成配电网进线开关过载跳闸，为缓解上述问题，现有技术通常在直流母线侧并联大容量超级电容器组等硬件缓冲设备，或者在控制器中采用高算力的短期功率预测模型，前一种方案会增加配电设备的建设成本和占地空间；后一种方案受通信延迟和边缘控制器计算能力限制，难以及时跟踪高频开关动作引起的电路状态变化，也难以消除控制指令的相位失真，例如，公开号为cn121813294a的中国发明专利申请公开了一种光储直流微电网的母线电压控制方法及系统，该现有技术在进行电压调节时，未能对电容参数时变性与外部负载扰动进行正交化解耦，导致其在动态工况剧烈变化时无法有效剥离容值偏差引发的内部分量，进而使得生成的前馈补偿指令产生偏差，这在宽电压波动场景下易引发补偿失真与系统振荡，因而需要引入正交投影解耦与自适应参数修正机制。

3、因此，如何利用直流母线电压的高阶变化特征识别等效容抗的变化，并在使用系统现有处理器的条件下提高储能变流器的响应速度，同时兼顾不同工况下的安全保护，仍是本领域需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、为解决背景技术中的问题，本发明的技术方案如下：一种光储充一体化能量管理控制方法，包括以下步骤：

2、步骤s1，通过微电网集中控制器高频采集直流母线实时电压与配电网进线电流；

3、步骤s2，根据直流母线实时电压与当前微电网集中控制器中存储的上一采样周期的直流母线电压计算直流母线电压一阶变化率，并根据直流母线电压一阶变化率与存储的上一采样周期的直流母线电压一阶变化率计算直流母线电压二阶变化率；

4、步骤s3，根据直流母线电压一阶变化率与直流母线电压二阶变化率，确定用以表征开关网络拓扑切变程度的无量纲容抗修正系数；

5、步骤s4，根据无量纲容抗修正系数与直流母线的标称电容值计算修正后功率缺口量，并依据网侧额定电压与配电网进线电流计算配电网进线实时功率，将配电网进线允许功率上限与配电网进线实时功率的差值作为配电网进线剩余缓冲空间，根据修正后功率缺口量、配电网进线剩余缓冲空间以及预设的比例增益系数确定储能变流器的下垂增益修正量；

6、步骤s5，根据下垂增益修正量调整储能变流器内部脉宽调制发生器的调制波比较节点，更新脉宽调制占空比指令，调节储能变流器的暂态输出功率。

7、优选的，步骤s3中，根据直流母线电压一阶变化率与直流母线电压二阶变化率，确定用以表征开关网络拓扑切变程度的无量纲容抗修正系数，具体包括：将直流母线电压一阶变化率作为运算分子，并以直流母线电压一阶变化率与直流母线电压二阶变化率和阻尼时间常数的乘积之和作为运算分母，通过计算运算分子与运算分母的比值确定无量纲容抗修正系数，其中，阻尼时间常数预先固化于控制器寄存器中，用于表征变流器电路的固有电磁响应迟滞。

8、优选的，步骤s4中，依据网侧额定电压与配电网进线电流计算配电网进线实时功率，将配电网进线允许功率上限与配电网进线实时功率的差值作为配电网进线剩余缓冲空间，具体包括：通过配电网进线电流传感器采集三相交流进线电流，并通过有效值计算模块计算三相交流进线电流的有效值，将网侧额定电压与有效值的乘积作为配电网进线实时功率，并将配电网进线允许功率上限与配电网进线实时功率的差值作为配电网进线剩余缓冲空间。

9、优选的，步骤s4中，根据修正后功率缺口量、配电网进线剩余缓冲空间以及预设的比例增益系数确定储能变流器的下垂增益修正量，具体包括：将修正后功率缺口量乘以预设的比例增益系数作为分子项，并以配电网进线剩余缓冲空间与预设的微小常数之和作为分母项，通过计算分子项与分母项的比值得到下垂增益修正量。

10、优选的，在步骤s5中更新脉宽调制占空比指令时，还包括以下下属子步骤：步骤s51，采集储能变流器输出端的滤波电感值与储能电池包输出电流的实时变化率；步骤s52，根据滤波电感值、储能电池包输出电流的实时变化率和直流母线实时电压，计算电感电流前馈补偿量；步骤s53，将电感电流前馈补偿量直接叠加至储能变流器内部脉宽调制发生器的调制波比较节点。

11、优选的，下属子步骤s52中，根据滤波电感值、储能电池包输出电流的实时变化率和直流母线实时电压，计算电感电流前馈补偿量，包括：将滤波电感值与储能电池包输出电流的实时变化率的乘积作为放电对冲分子项，并以直流母线实时电压作为分母项，通过计算放电对冲分子项与分母项的比值确定电感电流前馈补偿量。

12、优选的，步骤s4中，在计算修正后功率缺口量之前，还包括基于电池包状态动态调整触发阈值的过程，其包括以下下属子步骤：步骤s41，周期性采集储能电池包的实时温度与累积循环次数；步骤s42，根据实时温度与累积循环次数确定储能电池包的当前等效内阻；步骤s43，利用当前等效内阻修正预设波动阈值，得到自适应触发阈值；步骤s44，比对直流母线电压一阶变化率的绝对值与自适应触发阈值，在直流母线电压一阶变化率的绝对值大于自适应触发阈值时，触发步骤s4中计算修正后功率缺口量的操作。

13、优选的，下属子步骤s43中，利用当前等效内阻修正预设波动阈值，得到自适应触发阈值，包括：将预设阻抗补偿系数与当前等效内阻的乘积加1作为自适应修正系数，并计算自适应修正系数与预设波动阈值的乘积，得到自适应触发阈值，用以在大电流吞吐工况下调高储能变流器的功率响应门槛。

14、优选的，在当前等效内阻确定后，还包括以下下属子步骤：步骤s45，实时判断当前等效内阻或实时温度是否超过对应的安全极限阈值；步骤s46，在当前等效内阻或实时温度超过对应的安全极限阈值时，向充电桩本地控制单元下发基于电压跌落幅度的电流限制脉冲，截断充电桩的最大输出功率，从而降低储能电池包发生热失控的潜在风险。

15、一种光储充一体化能量管理控制系统，其用于实现一种光储充一体化能量管理控制方法，包括：

16、采集模块，用于通过微电网集中控制器高频采集直流母线实时电压与配电网进线电流；

17、变化率计算模块，用于根据直流母线实时电压与当前微电网集中控制器中存储的上一采样周期的直流母线电压计算直流母线电压一阶变化率，并根据直流母线电压一阶变化率与存储的上一采样周期的直流母线电压一阶变化率计算直流母线电压二阶变化率；

18、修正系数确定模块，用于根据直流母线电压一阶变化率与直流母线电压二阶变化率，确定用以表征开关网络拓扑切变程度的无量纲容抗修正系数；

19、修正量确定模块，用于根据无量纲容抗修正系数与直流母线的标称电容值计算修正后功率缺口量，并依据网侧额定电压与配电网进线电流计算配电网进线实时功率，将配电网进线允许功率上限与配电网进线实时功率的差值作为配电网进线剩余缓冲空间，根据修正后功率缺口量、配电网进线剩余缓冲空间以及预设的比例增益系数确定储能变流器的下垂增益修正量；

20、功率调控模块，用于根据下垂增益修正量调整储能变流器内部脉宽调制发生器的调制波比较节点，更新脉宽调制占空比指令，调节储能变流器的暂态输出功率。

21、相比于现有技术，本发明的有益效果是：

22、1、在光储充一体化能量管理控制中，通过直流母线电压一阶变化率和二阶变化率对母线等效容抗的变化进行修正，能够减少高频开关动作造成的功率缺口计算偏差，使储能变流器更及时、准确地补偿负荷突变引起的功率变化，由此可减小控制过程中的相位偏差和直流母线电压二次谐振，避免配电网进线功率因响应滞后而超限，有利于保持直流母线电压和各支路功率分配的稳定。

23、2、通过设置电感电流前馈补偿量，能够补偿滤波电感造成的电流建立滞后，使储能变流器在充电负荷突然增大时更快输出所需功率，该方式可减小直流母线电压跌落和高频振荡，降低配电网进线断路器因瞬时功率过大而过载跳闸的可能，提高供配电系统的运行连续性。

24、3、根据储能电池包的实时温度和累积循环次数调整自适应触发阈值，能够使瞬态功率调节与电池当前状态相适应，当电池温度升高或老化导致当前等效内阻增大时，可减少不必要的高倍率充放电冲击，从而降低电池过热和热失控风险，在维持直流母线稳定的同时，提高储能电池包的运行可靠性和使用寿命。