一種基于多儲能單元的直流微電網協調控制方法及系統技術方案

本發明專利技術提出一種基于多儲能單元的直流微電網協調控制方法，該方法包括：(1)構建直流微電網及其組成單元，包括光伏發電單元、風力發電單元、多個儲能單元和負荷；(2)利用母線電壓分層控制方法對光伏發電單元進行控制；(3)利用母線電壓分層控制方法對風力發電單元進行控制，利用母線電壓分層控制方法；(4)利用SOC均衡控制方法對多儲能單元進行控制，使多儲能單元根據母線電壓及其自身SOC值運行于恒功率充/放電、下垂充/放電及待機方式。本發明專利技術考慮了含多種分布式電源及多儲能單元的直流微電網，對其進行協調控制，實現最大化能源利用率、母線電壓穩定、儲能單元SOC均衡、功率合理分配多目標的平衡。多目標的平衡。多目標的平衡。

【技術實現步驟摘要】
一種基于多儲能單元的直流微電網協調控制方法及系統


[0001]本專利技術屬于直流微電網協調控制領域，具體涉及一種基于多儲能單元的直流微電網協調控制方法及系統。

技術介紹

[0002]直流微電網具有控制簡單、轉換環節少、效率高等優勢。同時，直流微電網不存在相位、頻率同步及無功功率損耗問題，相較于交流微電網，其控制更簡單。因而，直流微電網技術受到廣泛的關注。直流微電網集成了分布式發電單元、儲能單元及用戶負荷，為了保證穩定的供電，各單元間的協調運行是至關重要的。
[0003]現有的直流微電網協調控制方案(王子鵬.直流微電網協調控制策略研究[D].太原理工大學,2021.)，其考慮的分布式發電單元種類單一，且儲能單元個數較少。而實際直流微網中包含各種各樣的分布式電源，比如光伏發電系統、風力發電系統等新能源。同時，對為驗證所提控制方法能夠實現多儲能單元間根據SOC值合理的進行功率分配，應采用不少于三個儲能單元接入微網。
[0004]現有的直流微電網協調控制方案(蔡杰.風儲直流微網虛擬慣性控制及儲能單元功率分配方法研究[D].華北電力大學,2016.)僅考慮了風力發電一種分布式發電方式，且未考慮最大化風能利用率。
[0005]儲能單元通常采用下垂控制，在理想條件下，下垂控制可以實現精確的功率分配。但是，由于線路阻抗及儲能單元內部阻抗的差異，儲能單元間存在功率分配誤差。設有兩臺相同容量、初始狀態相同的儲能單元，在下垂系數相同的前提下，由于儲能單元內阻抗與外部線路阻抗的差異，導致儲能單元外部特性存在差別，即兩條運行曲線斜率不同。相同的母線電壓下，斜率較大儲能單元充放電功率較大，而斜率較小的儲能系統充放電功率較小。傳統下垂控制存在功率分配的誤差導致多儲能單元出力不均，出力較大的單元在充放電兩階段的輸出功率均較大的問題，無法完全滿足多儲能并聯運行的需求，難以維持多儲能間荷電狀態的均衡，降低了儲能系統的可靠性與經濟性。因此，直流微電網中的分布式儲能單元需要根據自身輸出能力合理調節輸出功率。

技術實現思路

[0006]針對現有直流微電網協調控制策略研究僅考慮單一種類的分布式電源，且控制目標單一，往往顧此失彼的以上缺陷或改進需求，本專利技術提供一種基于多儲能單元的直流微電網協調控制方法及系統，將光伏、風電兩種普遍的分布式電源接入直流微網中，通過母線電壓分層控制，控制直流微網中各單元的工作模式，在傳統下垂控制中引入與SOC相關的量，根據SOC變化調節下垂曲線斜率以實現功率的優化分配，最終實現最大化能源利用率、母線電壓穩定、儲能單元SOC 均衡、功率合理分配多目標的平衡。
[0007]為了達到上述目的，本專利技術公開了一種基于多儲能單元的直流微電網協調控制方法，包括如下步驟：
[0008]1)構建直流微電網及其組成單元，包括光伏發電單元、風力發電單元、多個儲能單元和負荷；
[0009]2)對光伏發電單元進行控制，利用母線電壓分層控制方法，使光伏發電單元根據母線電壓值運行于MPPT及恒壓控制兩種工作模式；
[0010]3)對風力發電單元進行控制，利用母線電壓分層控制方法，使風力發電單元根據母線電壓值運行于MPPT及恒壓控制兩種工作模式；
[0011]4)對多儲能單元進行控制，利用SOC均衡控制方法，使多儲能單元根據母線電壓及其自身SOC值運行于五種工作模式，五種工作模式分別為恒功率充/放電、下垂充/放電及待機方式。
[0012]進一步的，所述步驟1)中直流微電網由一組光伏發電單元、一組風力發電單元、三個蓄電池儲能單元及直流負荷構成。
[0013]進一步的，所述步驟2)中對光伏發電單元的控制方法為：母線電壓分層控制，在不同母線電壓下有MPPT運行方式和恒壓控制運行方式：
[0014]當U
dc
<1.025v
*
時，光伏發電系統在MPPT控制的狀態下工作；當U
dc
>1.025v
*
時，光伏發電系統在恒壓控制的狀態下工作，其中U
dc
為換流器輸出端口電壓；
[0015]MPPT控制采用擾動觀察法，恒壓控制采用電壓閉環控制，將變換器輸出端口電壓值U
dc
與額定值U
dc*
作差，將差值送入PI控制器后得到變換器開關管占空比d，最后利用PWM模塊生成高頻PWM 波控制開關管通斷，調節輸出端口電壓至給定電壓。
[0016]進一步的，所述步驟4)中對多儲能單元進行控制時采用以儲能單元SOC值為依據的多個儲能單元之間分級運行的控制方法：
[0017]首先，儲能單元檢測自身SOC，將其輸入電壓區間調節控制器，以計算四個電壓臨界值1.025v
*
、v
stay_H
、v
stay_L
、0.975v
*
，其中v
*
為直流母線額定電壓，v
stay_H
、v
stay_L
分別為儲能單元從待機模式進入下垂充、放電模式的電壓閾值，確定儲能單元5種運行模式的電壓區間；
[0018]其次，功率調節控制器根據各電壓區間對應輸出功率表達式和換流器輸出端口電壓U
dc
計算功率外環給定值P
ref
；
[0019]最后，通過功率/電流雙環控制實現準確的功率追蹤；其中，儲能單元輸出功率P
out
通過檢測儲能電池輸出電壓v
BAT
及電流i
BAT
實時計算，并經過低通濾波器濾波后反饋至功率外環，防止功率變化太快造成電壓波動；i
dc
和i
dcref
為換流器輸出電流及其參考值，儲能單元輸出功率通過功率電流雙閉環控制，經PWM生成脈沖信號，控制換流器開關管關斷，改善多個存儲單元之間的SOC不平衡的狀況。
[0020]進一步的，所述電壓區間調節控制器以荷電狀態為依據，得到各儲能單元不同工作方式的電壓范圍，從而達到儲能單元依據SOC大小依次進入充放電狀態，降低各個存儲單元SOC不平衡性的目的；以儲能裝置的SOC值為依據，根據式(1)計算得v
stay_H
、v
stay_L
，再根據母線電壓額定值計算出1.025v
*
、0.975v
*
，從而得到工作模式為下垂充/放電的電壓范圍；
[0021][0022]其中，SOC
MAX
、SOC
MIN
分別表示在不影響電池使用壽命時，存儲單元荷電狀態的最大值和最小值(％)；Δv表示死區范圍(V)。
[0023]進一步的，所述功率調節控制器以不同母線電壓值作為切換根據，根據v
stay_H
、v
stay_L
、1.025v
*
、0.975v
*
四個母線電壓閾值設置運行曲線，實現儲能本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于多儲能單元的直流微電網協調控制方法，其特征在于，包括以下步驟：1)構建直流微電網及其組成單元，包括光伏發電單元、風力發電單元、多個儲能單元和負荷；2)對光伏發電單元進行控制，利用母線電壓分層控制方法，使光伏發電單元根據母線電壓值運行于MPPT及恒壓控制兩種工作模式；3)對風力發電單元進行控制，利用母線電壓分層控制方法，使風力發電單元根據母線電壓值運行于MPPT及恒壓控制兩種工作模式；4)對多儲能單元進行控制，利用SOC均衡控制方法，使多儲能單元根據母線電壓及其自身SOC值運行于五種工作模式，五種工作模式分別為恒功率充/放電、下垂充/放電及待機方式。2.根據權利要求1所述的基于多儲能單元的直流微電網協調控制方法，其特征在于，所述步驟1)中直流微電網由一組光伏發電單元、一組風力發電單元、三個蓄電池儲能單元及直流負荷構成。3.根據權利要求1所述的基于多儲能單元的直流微電網協調控制方法，其特征在于，所述步驟2)中對光伏發電單元的控制方法為：母線電壓分層控制，在不同母線電壓下有MPPT運行方式和恒壓控制運行方式：當U
dc
<1.025v
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時，光伏發電系統在MPPT控制的狀態下工作；當U
dc
>1.025v
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時，光伏發電系統在恒壓控制的狀態下工作，其中U
dc
為換流器輸出端口電壓；MPPT控制采用擾動觀察法，恒壓控制采用電壓閉環控制，將變換器輸出端口電壓值U
dc
與額定值U
dc*
作差，將差值送入PI控制器后得到變換器開關管占空比d，最后利用PWM模塊生成高頻PWM波控制開關管通斷，調節輸出端口電壓至給定電壓。4.根據權利要求1所述的基于多儲能單元的直流微電網協調控制方法，其特征在于，所述步驟3)中對風力發電單元的控制方法為：母線電壓分層控制，在不同母線電壓下有MPPT運行方式和恒壓控制運行方式。5.根據權利要求1所述的基于多儲能單元的直流微電網協調控制方法，其特征在于，所述步驟4)中對多儲能單元進行控制時采用以儲能單元SOC值為依據的多個儲能單元之間分級運行的控制方法：首先，儲能單元檢測自身SOC，將其輸入電壓區間調節控制器，以計算四個電壓臨界值1.025v
*
、v
stay_H
、v
stay_L
、0.975v
*
，其中v
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為直流母線額定電壓，v
stay_H
、v
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分別為儲能單元從待機模式進入下垂充、放電模式的電壓閾值，確定儲能單元5種運行模式的電壓區間；其次，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊志淳，胡偉，王晨霞，楊帆，韓佶，雷楊，宋蕙慧，閔懷東，沈煜，宿磊，陳鶴沖，朱一峰，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學威海，
類型：發明
國別省市：