一种基于下垂控制的电池储能系统SOC均衡控制方法与流程

一种基于下垂控制的电池储能系统soc均衡控制方法
技术领域
1.本发明涉及微电网电池储能系统控制技术领域，具体涉及一种基于下垂控制的电池储能系统soc均衡控制方法。


背景技术：

2.随着传统能源的日益枯竭以及对环境的不断污染，各国政府加大了对经济可持续性发展的重视，光伏、风电等可再生能源(renewable energy sources,res)由于发电的过程中对环境造成的污染小、发电成本低、安装配置灵活性好，近几年得到广泛关注和快速发展。但由于res发电具有间歇性和波动性，微电网内一般安装储能系统来保证负荷供电的稳定性和可靠性。但在储能系统中储能电池受制备工艺制约影响，单体电池之间存在不一致性，在使用过程中受工作环境温度、放电效率、保护电路对电池组的影响等因素导致差异的放大，特别是现有电池储能系统中储能电池大多采用梯次电池，并且数量巨大，这种不一致性造成环流损耗和短板效应，尤其危害系统的安全可靠性。
3.现有技术中，电池储能系统实现电池一致性控制多采用改进型下垂控制，例如专利(授权号为cn 111244931 b)提出一种多储能模块并联运行的荷电状态(state of charge,soc)自均衡控制方法，通过在下垂控制中引入soc实现各并联储能模块输出功率均衡和储能电池soc均衡，但每个储能模块需要获取所有储能电池的soc，丧失了下垂控制的无通讯特性。又例如专利(公开号cn 113507151 a)提出一种应用于多储能单元的soc协同控制方法，利用稀疏通信的动态一致性算法实现大规模多储能单元的信息交互，虽然减少了通讯范围，只需相邻储能单元间相互获取信息，但依然存在通讯，同时此专利通过在下垂控制中加入soc和电池容量实现了储能电池soc均衡控制，但针对电池容量不相同的情况只能实现两个储能电池间soc均衡。并且以上技术都只考虑了储能电池放电状态下的soc均衡，并没有考虑电池充电状态。


技术实现要素：

4.本发明针对以上技术的不足，提供了一种基于下垂控制的电池储能系统soc均衡控制方法，不但具备下垂控制无通讯的优点，而且可以实现电池容量不同以及整流状态下的电池储能系统soc均衡。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
6.本发明包括以下步骤：
7.步骤一：构建多台储能变换器并联的交流微电网系统：
8.所述交流微电网系统包括n个储能变换器，各储能变换器的交流侧并联设置，通过并离网开关ss1连接交流电网，储能变换器直流侧各连接一个电池簇；
9.步骤二：获取各储能变换器三相输出电压和三相输出电流，经过功率计算得到相应储能变换器输出有功功率和输出无功功率；
10.步骤三：获取各直流侧电池簇soc、最大可用容量和输出电压，根据所述电池簇
soc、最大可用容量、输出电压、输出有功功率和输出无功功率通过改进下垂控制得到调节频率和调节电压值；
11.步骤四：获取各储能变换器交流侧电感电流，根据所述电感电流、三相输出电压和调节电压值，采用电压电流双环调控，内环为电感电流，外环为负载电压控制，通过脉宽调制得到各储能变换器调制波。
12.和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
13.本发明通过获取各电池簇soc、最大可用容量和电压，采用改进型下垂控制，确定每个储能变换器的调节频率和调节电压值，控制每个储能变换器输出有功功率，实现功率的合理分配，使电池簇soc高的储能变换器输出功率高，soc低的储能变换器输出功率低，即soc高的电池簇放电多，soc低的电池簇放电低，最终在某一时刻实现soc均衡，消除环流和不一致性。在以往技术中基于soc均衡每个储能变换器都需要获取所有储能单元的信息，储能变换器间存在信息交互，丧失了下垂控制无通讯的优点，本发明每个储能变换器只需考虑对应直流侧的储能单元信息，满足下垂控制的特点；并且考虑了储能变换器充电状态下储能电池的均衡，保证了并网和离网状态下储能电池的一致性。
附图说明
14.图1是本发明的储能系统结构示意图；
15.图2是本发明的储能变换器运行控制策略；
16.图3是本发明的改进下垂控制框图。
具体实施方式
17.下面将通过具体的实例并结合附图来详细描述本发明。
18.以并联储能变换器为例，如图1所示，该储能系统包括n个储能变换器，各储能变换器的交流侧并联设置，通过并离网开关ss1连接交流电网，储能变换器直流侧各连接一个储能簇；所述电池簇由多个电池芯串并联组成。
19.基于上述储能系统，本发明所述的一种基于下垂控制的电池储能系统soc均衡控制方法如图2所示：
20.步骤一：获取各储能变换器三相输出电压u
abc
和三相输出电流i
abc
，经过功率计算得到相应储能变换器输出有功功率pi和输出无功功率qi；
21.步骤二：获取各直流侧电池簇soci、最大可用容量c
ni
和输出电压v
bati
，根据所述电池簇soci、最大可用容量c
ni
、输出电压v
bati
及输出有功功率pi和输出无功功率qi通过改进下垂控制得到调节频率fi和调节电压值ui；
22.根据每个所述储能变换器的调节频率和调节电压，对应调节所述储能变换器的输出功率，使电池簇soc高的对应储能变换器输出功率多，电池簇soc低的对应储能变换器输出功率少，通过控制输出电流的大小来实现soc一致。
23.优选的，所述改进下垂控制框图如图3所示，原理表达式具体如下：
[0024][0025]
其中，i表示储能变换器的台数，i＝1,2,3...n；fi表示第i台储能变换器的调节频率；fn表示额定频率；pi表示第i台储能变换器的有功功率；v
bati
表示第i台储能变换器直流侧电压；gi表示均衡因子，ui表示第i台储能变换器的调节电压值；un表示额定电压值；qi表示第i台储能变换器输出的无功功率；k
p
和kq表示改进下垂控制方法的下垂系数。
[0026]
在均衡因子gi表达式中，soci表示第i台储能变换器对应的电池簇的荷电状态，soc
min
表示电池簇放电的限值，取20％；c
ni
表示第i台储能变换器对应的电池簇最大可用容量；t表示在安全范围内最大倍率充放电的时间。
[0027]
优选的，所述方法步骤二具体包括以下步骤：
[0028]
步骤s1:获取各电池簇soci、最大可用容量c
ni
，当储能变换器工作于逆变状态(电池簇给负载供电)时，根据各电池簇soci、最大可用容量c
ni
、电池簇放电限值soc
min
和安全范围内最大倍率充放电的时间t计算得到放电均衡因子gi；
[0029]
当储能变换器工作于整流状态(交流电网给电池簇充电)时，根据各电池簇soci、最大可用容量c
ni
和安全范围内最大倍率充放电的时间t计算得到充电均衡因子gi；
[0030]
步骤s2：获取电池簇输出电压v
bati
，根据电池簇输出电压v
bati
、均衡因子gi、有功功率pi和无功功率qi计算得到调节频率fi和调节电压ui；
[0031]
步骤s3：根据调节频率fi和调节电压ui，经过电压合成和变换处理得到d轴给定电压分量v
dref
和q轴给定电压分量v
qref
。
[0032]
步骤三：获取各储能变换器交流侧电感电流i
labci
，根据所述电感电流i
labci
、三相输出电压u
abci
和给定电压分量v
dref
、v
qref
，采用电压电流双环调控，内环为电感电流，外环为负载电压控制，通过脉宽调制得到各储能变换器调制波；
[0033]
优选的，所述方法步骤三具体包括以下步骤：
[0034]
步骤s1:获取每个储能变换器三相输出电压u
abci
和电感电流i
labci
，根据下垂控制调节频率fi转换得到的相角θi，将所述三相输出电压u
abci
和电感电流i
labci
经过dq变换处理得到d轴输出电压分量ud、q轴输出电压分量uq和d轴电感电流分量i
ld
、q轴电感电流分量i
lq
；
[0035]
步骤s2:将所述d轴给定电压分量v
dref
与所述d轴输出电压分量ud做差，所述q轴给定电压分量v
qref
与所述q轴输出电压分量uq做差，经过比例积分调节得到d轴调节电流参考值和q轴调节电流参考；
[0036]
步骤s3:将所述d轴调节电流参考值与所述d轴电感电流分量做差，所述q轴调节电流参考值与所述q轴电感电流分量做差，经过比例积分调节与解耦得到d轴第一调节分量和q轴第一调节分量；
[0037]
步骤s4:将所述d轴第一调节分量和q轴第一调节分量进行逆变换处理，得到储能变换器的三相调节电压，并通过脉宽调制控制储能变换器运行。