基于蓄电池剩余电量的改进下垂控制方法及系统与流程

1.本发明涉及工业技术领域，具体地，涉及基于蓄电池剩余电量的改进下垂控制方法及系统，更为具体地，涉及基于蓄电池剩余电量的改进下垂控制策略。


背景技术：

2.目前，下垂控制在微电网运行中应用较为广泛，利用变换器输出电流与线缆阻抗和输出阻抗成比例关系，达到对于母线上的电压控制，使母线电压控制在一定范围内波动。由于实际运行过程中，线缆阻抗并不能忽略，考虑线缆阻抗时，每个分布式发电单元电压并不完全相同，导致分流精度降低。因此，需要对于下垂控制进行改进，从而达到保证一定的分流精度和较小的电压偏差。
3.专利文献cn104901394a(申请号：201510362466.0)公开了一种基于soc的光储式充电站准pr下垂控制方法，涉及微电网技术领域，所解决的是调节控制交流逆变器的技术问题。该方法利用一个准pr下垂控制公式计算交流逆变器的交流侧相角及电压的偏移量，并经过一个自pi环节分别附加到交流侧的额定电压及额定相角上，获得三相电压参考信号；再将三相电压参考信号转换为两相静止坐标系上的分量后与对应分量实际电压相减，并通过一个准pr控制器计算，获得两相静止坐标下的电流参考信号；再将两相静止坐标下的电流参考信号与对应分量实际电流相减，并经过比例p调节器获得输出电压的参考信号，从而实现对交流逆变器的调节控制。
4.现有技术中，当选取较小的下垂系数时，电压偏差较小，但是对应分流精度较差。当选取较大的下垂系数时，电压偏差较大。目前下垂控制方法需要控制方法的改进，从而达到分流精度和母线电压偏差的平衡。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于蓄电池剩余电量的改进下垂控制方法及系统。
6.根据本发明提供的一种基于蓄电池剩余电量的改进下垂控制方法，包括：
7.步骤s1：检测变换器输出电压u
dc1
和输出电流i
dc1
，并根据输出电压u
dc1
和输出电流i
dc1
得到变换器输出功率p
dc1
；
8.步骤s2：检测蓄电池剩余容量的值soc1，根据变换器输出功率和下垂法计算公式，得到新的参考电压u
dcref
；
9.步骤s3：实际输出电压u
dc1
与新的参考电压u
dcref
进行比较，经过电压控制环得到电流的参考值；
10.步骤s4：电流参考值与实际输出电流i
dc1
进行比较，经过电流控制环得到变换器开关pwm驱动波形；
11.步骤s5：通过pwm驱动波形控制变换器的电压，从而控制蓄电池输出功率。
12.优选地，所述步骤s2采用：
[0013][0014]
其中，u
dcref
为新的参考电压；m0表示初始下垂系数；soc1表示剩余电量数值；p1表示变换器输出功率p
dc1
通过低通滤波器的功率；n表示并联运行的蓄电池个数。
[0015]
优选地，所述步骤s3采用：当实际输出电压u
dc1
大于新的参考电压u
dcref
，则减小当前蓄电池的输出电压，减缓soc状态的下降速度；当实际输出电压u
dc1
小于新的参考电压u
dcref
，则增大蓄电池的输出电压，加速soc状态的下降速度。
[0016]
优选地，所述步骤s4采用：实际输出电流与电流参考值作差运算，根据差的正负号控制蓄电池输出电流。
[0017]
优选地，所述电流的参考值采用：
[0018]
u
dc1
‑
u
dcref
＝r
d
i
dc
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0019]
其中，i
dc
表示电流参考值；r
d
表示电阻。
[0020]
根据本发明提供的一种基于蓄电池剩余电量的改进下垂控制系统，包括：
[0021]
模块m1：检测变换器输出电压u
dc1
和输出电流i
dc1
，并根据输出电压u
dc1
和输出电流i
dc1
得到变换器输出功率p
dc1
；
[0022]
模块m2：检测蓄电池剩余容量的值soc1，根据变换器输出功率和下垂法计算公式，得到新的参考电压u
dcref
；
[0023]
模块m3：实际输出电压u
dc1
与新的参考电压u
dcref
进行比较，经过电压控制环得到电流的参考值；
[0024]
模块m4：电流参考值与实际输出电流i
dc1
进行比较，经过电流控制环得到变换器开关pwm驱动波形；
[0025]
模块m5：通过pwm驱动波形控制变换器的电压，从而控制蓄电池输出功率。
[0026]
优选地，所述模块m2采用：
[0027][0028]
其中，u
dcref
为新的参考电压；m0表示初始下垂系数；soc1表示剩余电量数值；p1表示变换器输出功率p
dc1
通过低通滤波器的功率；n表示并联运行的蓄电池个数。
[0029]
优选地，所述模块m3采用：当实际输出电压u
dc1
大于新的参考电压u
dcref
，则减小当前蓄电池的输出电压，减缓soc状态的下降速度；当实际输出电压u
dc1
小于新的参考电压u
dcref
，则增大蓄电池的输出电压，加速soc状态的下降速度。
[0030]
优选地，所述模块m4采用：实际输出电流与电流参考值作差运算，根据差的正负号控制蓄电池输出电流。
[0031]
优选地，所述电流的参考值采用：
[0032]
u
dc1
‑
u
dcref
＝r
d
i
dc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0033]
其中，i
dc
表示电流参考值；r
d
表示电阻。
[0034]
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明在下垂控制系数的调整中，引入蓄电池剩余容量，根据蓄电池剩余电量与输出功率的关系，从而实现功率均衡。
附图说明
[0035]
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、
目的和优点将会变得更明显：
[0036]
图1为基于蓄电池剩余电量的改进下垂控制框图。
[0037]
图2为电压环、电流环具体控制框图。
[0038]
图3为基于蓄电池剩余电量的下垂控制电路。
[0039]
图4为控制电路输出驱动波形图。
[0040]
图5为控制电路驱动波形展开图。
[0041]
图6为n＝2蓄电池剩余电量曲线。
[0042]
图7为n＝2蓄电池输出功率曲线。
[0043]
图8为n＝3蓄电池剩余电量曲线。
[0044]
图9为n＝3蓄电池输出功率曲线。
[0045]
图10为n＝6蓄电池剩余电量曲线。
[0046]
图11为n＝6蓄电池输出功率曲线。
具体实施方式
[0047]
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0048]
实施例1
[0049]
根据本发明提供的一种基于蓄电池剩余电量的改进下垂控制方法，包括：
[0050]
步骤s1：检测变换器输出电压u
dc1
和输出电流i
dc1
，并根据输出电压u
dc1
和输出电流i
dc1
得到变换器输出功率p
dc1
；
[0051]
步骤s2：检测蓄电池剩余容量的值soc1，根据变换器输出功率和下垂法计算公式，得到新的参考电压u
dcref
；
[0052]
步骤s3：实际输出电压u
dc1
与新的参考电压u
dcref
进行比较，经过电压控制环得到电流的参考值；
[0053]
步骤s4：电流参考值与实际输出电流i
dc1
进行比较，经过电流控制环得到变换器开关pwm驱动波形；
[0054]
步骤s5：通过pwm驱动波形控制变换器的电压，因为电压与电流有固定关系，从而可通过驱动波形影响蓄电池输出功率。
[0055]
具体地，所述步骤s2采用：
[0056][0057]
其中，u
dcref
为新的参考电压；m0表示初始下垂系数；soc1表示剩余电量数值；p1表示变换器输出功率p
dc1
通过低通滤波器的功率；n表示并联运行的蓄电池个数。
[0058]
具体地，所述步骤s3采用：当实际输出电压u
dc1
大于新的参考电压u
dcref
，则减小当前蓄电池的输出电压，减缓soc状态的下降速度；当实际输出电压u
dc1
小于新的参考电压u
dcref
，则增大蓄电池的输出电压，加速soc状态的下降速度。
[0059]
具体地，所述步骤s4采用：实际输出电流与电流参考值作差运算，根据差的正负号控制蓄电池输出电流。
[0060]
具体地，所述电流的参考值采用：
[0061]
u
dc1
‑
u
dcref
＝r
d
i
dc
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0062]
其中，i
dc
表示电流参考值；r
d
表示电阻。
[0063]
根据本发明提供的一种基于蓄电池剩余电量的改进下垂控制系统，包括：
[0064]
模块m1：检测变换器输出电压u
dc1
和输出电流i
dc1
，并根据输出电压u
dc1
和输出电流i
dc1
得到变换器输出功率p
dc1
；
[0065]
模块m2：检测蓄电池剩余容量的值soc1，根据变换器输出功率和下垂法计算公式，得到新的参考电压u
dcref
；
[0066]
模块m3：实际输出电压u
dc1
与新的参考电压u
dcref
进行比较，经过电压控制环得到电流的参考值；
[0067]
模块m4：电流参考值与实际输出电流i
dc1
进行比较，经过电流控制环得到变换器开关pwm驱动波形；
[0068]
模块m5：通过pwm驱动波形控制变换器的电压，因为电压与电流有固定关系，从而可通过驱动波形影响蓄电池输出功率。
[0069]
具体地，所述模块m2采用：
[0070][0071]
其中，u
dcref
为新的参考电压；m0表示初始下垂系数；soc1表示剩余电量数值；p1表示变换器输出功率p
dc1
通过低通滤波器的功率；n表示并联运行的蓄电池个数。
[0072]
具体地，所述模块m3采用：当实际输出电压u
dc1
大于新的参考电压u
dcref
，则减小当前蓄电池的输出电压，减缓soc状态的下降速度；当实际输出电压u
dc1
小于新的参考电压u
dcref
，则增大蓄电池的输出电压，加速soc状态的下降速度。
[0073]
具体地，所述模块m4采用：实际输出电流与电流参考值作差运算，根据差的正负号控制蓄电池输出电流。
[0074]
具体地，所述电流的参考值采用：
[0075]
u
dc1
‑
u
dcref
＝r
d
i
dc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0076]
其中，i
dc
表示电流参考值；r
d
表示电阻。
[0077]
实施例2
[0078]
实施例2是实施例1的优选例
[0079]
本发明在下垂控制系数的调整中，引入蓄电池剩余容量，根据蓄电池剩余电量与输出功率的关系，初始剩余电量较大的蓄电池开始应该输出较高的负荷功率，初始剩余电量较小的蓄电池开始应该输出较低的负荷功率，从而实现功率均衡。
[0080]
本发明通过变换器功率与蓄电池剩余容量状态，荷电状态较高的蓄电池会输出更高的功率，容量下降会更快，并将对应剩余容量引入下垂系数中，动态修正下垂系数，从而实现不同剩余容量的蓄电池组之间的平衡，进而使蓄电池之间的功率出力达到允许的范围内。
[0081]
根据蓄电池剩余电量与输出功率的关系，初始剩余电量较大的蓄电池开始应该输出较高的负荷功率，初始剩余电量较小的蓄电池开始应该输出较低的负荷功率，从而实现功率均衡。因此，得出如图1的控制框图：
[0082]
(1)检测变换器输出电压和输出电流。(2)根据变换器的输出电压和输出电流得出
输出功率。(3)检测蓄电池剩余容量的值，结合输出功率和下垂法计算公式，得到基于蓄电池剩余电量的控制电路，基于蓄电池剩余电量的控制电路根据soc状态与蓄电池电压电流发出控制信号。(4)实际输出电压与新的参考电压进行比较，经过电压控制环得到电流的参考值。(5)电流参考值与实际输出电流进行比较，经电流控制环得到变换器开关管pwm驱动波形，从而达到控制效果。
[0083]
控制模块先检测变换器输出电压u
dc1
和输出电流i
dc1
，经过运算得到变换器输出功率p
dc1
，经过低通滤波器输出p1。检测蓄电池soc的值，结合通过低通滤波器的功率p1和下垂法计算公式，给出基于蓄电池剩余电量的控制电路。实际输出电压与新的参考电压进行比较，经过电压控制环得到电流参考值。电流参考值与实际输出电流进行比较，经电流控制换得到变换器开关管pwm驱动波形。具体控制框图如图2所示：
[0084]
基于matlab/simulink搭建了系统仿真模型，对理论分析结果进行验证。蓄电池参数如表1所示：
[0085]
表1蓄电池模块参数
[0086][0087][0088]
基于蓄电池剩余电量的下垂控制电路如图3所示：
[0089]
驱动信号如图4所示，波形展开如图5所示：如图4、图5所示，两个变换器开关管驱动波形占空比在不断发生变化，同一时刻占空比不同，可以动态地调节变换器输出电流和变换器的输出功率。
[0090]
当两个蓄电池并联运行时，根据改进的下垂控制策略，两个蓄电池剩余电量逐渐趋于相同。当n＝2时，两个蓄电池soc数值变化和两个蓄电池soc差值变化如图6和图7所示：
[0091]
当n＝3时，两个蓄电池soc数值变化和两个蓄电池soc差值变化如图8和图9所示
[0092]
两个并联的蓄电池剩余电量在900s左右达到平衡，这与上文公式计算结构的时间近似。初始输出总功率1001w，实现均衡以后单个变换器输出均在500w左右，随着剩余电量的差值从0.1降为0，输出功率的差值也从174.5w左右降为基本相等。
[0093]
当n＝6时，两个蓄电池soc数值变化和两个蓄电池soc差值变化如图10和图11所示：
[0094]
两个并联的蓄电池剩余电量在200s左右就达到平衡，速度明显快于n＝2和n＝3的
情况，这也符合上文所述n在合理范围内越大实现均衡的速度越快。初始输出总功率1000w，差值333w，随着蓄电池剩余电量逐渐趋于相等，在250s以后，两变换器输出功率基本相等，均为501w左右，实现了功率均衡。
[0095]
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
[0096]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。