一种多并联储能系统协调控制方法和装置与流程

1.本发明实施例涉及储能系统能量管理技术领域，尤其涉及一种多并联储能系统协调控制方法和装置。


背景技术：

2.化石燃料储备的日渐减少以及全球化碳排放与污染问题的逐步凸显使得能源形式的升级与大范围更替迫在眉睫。以光伏、风电为代表的可再生能源成为了缓解能源问题的重要方式。我国一直坚持践行能源可持续发展战略，新能源的发展进程被进一步提速。一方面，新能源具备传统化石能源无法比拟的清洁性与可再生性，而另一方面，其存在的出力不确定性与波动性也一直是限制其在电网中渗透率进一步提高的主导因素。
3.新能源配备储能协同运行是解决新能源出力不确定与波动问题的有效手段。由于单个储能单元的容量有限，同时配置多组储能单元的并联运行可有效提高系统容量。i-u下垂控制技术广泛被用于协调多组储能单元间功率分配。然而，下垂控制实现电压稳定控制与负荷功率分配的前提是牺牲输出电压对额定电压的跟随性，即出现一定程度上的电压偏差，这对在重载情况下电压敏感性负荷的正常运行带来了影响。此外，实际线路中线阻不一致，使得储能单元对负荷电流的精确分配难以实现。另外，实际应用场合中，储能单元存在容量、初始荷电状态以及功率限额等方面的差异性，而传统的下垂控制方法并没有专门考虑各储能单元的荷电状态信息，使得传统下垂控制运行中部分储能单元容易出现过充、过放现象，并使得对应储能单元提前退出运行，这对配储新能源系统的正常运行造成很大的威胁。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种多并联储能系统协调控制方法和装置，根据自身荷电状态信息以及计及全局信息的荷电状态平均估计值自适应地调节均衡电流大小，实现快速地荷电状态均衡控制目的以及负荷电流的精准分配目的；基于电压动态平均估计得到了输出电压的二次补偿量，改善了负载电压质量，缓解了负荷电流均分与电压修复之间存在的矛盾。
5.第一方面，本发明实施例提供一种多并联储能系统协调控制方法，所述多并联储能系统包括光伏电源、若干个储能单元，所述光伏电源和若干个所述储能单元并联至公共母线，所述方法包括：
6.基于各所述储能单元的本地信息及接收到相邻储能单元的信息，确定本地电压平均估计值、本地荷电状态平均估计值、本地虚拟电流平均估计值；
7.步骤s2、将所述本地电压平均估计值与公共母线额定电压参考值的比较值经过电压补偿器，得到二次电压修正量；
8.步骤s3、基于本地虚拟电流平均估计值和本地虚拟电流信息，确定均衡电压修正量；
9.步骤s4、基于所述二次电压修正量和所述均衡电压修正量确定综合电压修正量，
将所述综合电压修正量与一次控制的电压参考指令叠加后作为 dc/dc变流器电压外环控制指令。
10.作为优选的，所述储能单元包括蓄电池、dc/dc变流器。
11.作为优选的，所述步骤s1具体包括：
12.确定与第i个储能单元进行通信交互的相邻储能单元，并确定第i个储能单元的本地信息，以及与第i个储能单元进行通信交互的相邻储能单元的平均估计信息；
13.基于动态平均一致性算法求取本地电压平均估计值、本地虚拟电流平均估计值、本地荷电状态平均估计值：
[0014][0015][0016][0017]
上式中，为第i个储能单元的本地电压平均估计值，为第i个储能单元的本地虚拟电流平均估计值，为第i个储能单元的本地荷电状态平均估计值；ni为与第i个储能单元进行通信交互的相邻储能单元所组成的集合，|ni|为集合中元素的个数；v
oi
表示第i个储能单元的dc/dc变流器输出电压，i
viri
表示第i个储能单元的虚拟电流，soci表示第i个储能单元的本地荷电状态状态量；αi、βi、γi分别为第i个储能单元的本地输出电压、虚拟电流、荷电状态的一致性控制增益。
[0018]
作为优选的，在步骤s2中，所述二次电压修正量为：
[0019][0020]
上式中，δv
ai
表示二次电压修正量；为第i个储能单元的本地电压平均估计值，v
ref
为公共母线额定电压参考值，k
p_a
表示电压二次控制器比例系数， k
i_a
表示电压二次控制器积分系数，s表示拉普拉斯算子。
[0021]
作为优选的，步骤s3中，所述均衡电压修正量为：
[0022][0023]
上式中，δv
viri
表示均衡电压修正量，为第i个储能单元的本地虚拟电流平均估计值，i
viri
表示第i个储能单元的虚拟电流，k
p_vir
表示电流均衡控制器比例系数，k
i_vir
表示电流均衡控制器积分系数，s表示拉普拉斯算子。
[0024]
作为优选的，所述步骤s1中，还包括：
[0025]
基于实测得到本地荷电状态与本地荷电状态平均估计值计算均衡因子：
[0026]
[0027]
上式中，l《ψi《h；表示为第i个储能单元的本地荷电状态平均估计值， soci表示第i个储能单元的本地荷电状态；k为充放电模式切换系数，当光伏电源输出功率小于负荷用电功率时，k＝1；光伏电源输出功率大于负荷用电功率时，k＝-1；l、h分别为均衡因子的上、下限值；
[0028]
基于储能单元的容量、均衡因子、实际输出电流确定储能单元的虚拟电流：
[0029]iviri
＝ψ
icriipi
[0030]
上式中，i
viri
表示第i个储能单元的虚拟电流，c
ri
为第i个储能单元的相对容量系数，i
pi
为第i个储能单元输出电流。
[0031]
作为优选的，步骤s4中，所述综合电压修正量为：
[0032]
δv
bi
＝δv
viri
+δv
ai
[0033]
上式中，δv
bi
表示综合电压修正量，δv
viri
表示均衡电压修正量，δv
ai
表示二次电压修正量。
[0034]
第二方面，本发明实施例提供一种多并联储能系统协调控制系统，所述多并联储能系统包括光伏电源、若干个储能单元，所述光伏电源和若干个所述储能单元并联至公共母线，所述装置包括：
[0035]
本地计算模块，基于各所述储能单元的本地信息及接收到相邻储能单元的信息，确定本地电压平均估计值、本地荷电状态平均估计值、本地虚拟电流平均估计值；
[0036]
二次电压修正模块，将所述本地电压平均估计值与公共母线额定电压参考值的比较值经过电压补偿器，得到二次电压修正量；
[0037]
均衡电压修正模块，基于本地虚拟电流平均估计值和本地虚拟电流信息，确定均衡电压修正量；
[0038]
协调控制模块，基于所述二次电压修正量和所述均衡电压修正量确定综合电压修正量，将所述综合电压修正量与一次控制的电压参考指令叠加后作为dc/dc变流器电压外环控制指令。
[0039]
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明第一方面实施例所述多并联储能系统协调控制方法的步骤。
[0040]
第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如本发明第一方面实施例所述多并联储能系统协调控制方法的步骤。
[0041]
本发明实施例提供的一种多并联储能系统协调控制方法和装置，通过设置动态变化的均衡因子，各储能单元可根据自身荷电状态值、容量自适应地调整输出电流的大小，在保证均衡过程中各储能单元输出电流不超限的前提下实现网内所有储能单元的荷电状态快速均衡，同时使得输出电压平均估计值收敛于额定值从而改善公共母线电压质量，本发明基于分布式通信架构，可降低通信压力，提高系统可靠性，同时满足储能单元即插即用需求。
附图说明
[0042]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0043]
图1为根据本发明实施例的多并联储能系统协调控制方法流程框图；
[0044]
图2为根据本发明实施例的直流微电网拓扑结构图；
[0045]
图3为根据本发明实施例的多并联储能系统协调控制方法应用下各储能单元输出电流波形图；
[0046]
图4为根据本发明实施例的多并联储能系统协调控制方法应用下各储能单元荷电状态变化图；
[0047]
图5为根据本发明实施例的多并联储能系统协调控制方法应用下本地输出电压波形图；
[0048]
图6为根据本发明实施例的多并联储能系统协调控制方法应用下公共母线电压波形图；
[0049]
图7为根据本发明实施例的实体结构示意图。
具体实施方式
[0050]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0051]
本技术实施例中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。
[0052]
本技术实施例中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本技术的描述中，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列部件或单元的系统、产品或设备没有限定于已列出的部件或单元，而是可选地还包括没有列出的部件或单元，或可选地还包括对于这些产品或设备固有的其它部件或单元。本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0053]
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
[0054]
传统的下垂控制方法并没有专门考虑各储能单元的荷电状态信息，使得传统下垂控制运行中部分储能单元容易出现过充、过放现象，并使得对应储能单元提前退出运行，这对配储新能源系统的正常运行造成很大的威胁。
[0055]
因此，本发明实施例提供一种多并联储能系统协调控制方法和装置，通过设置动态变化的均衡因子，各储能单元可根据自身荷电状态值、容量自适应地调整输出电流的大小，在保证均衡过程中各储能单元输出电流不超限的前提下实现网内所有储能单元的荷电
状态快速均衡，同时使得输出电压平均估计值收敛于额定值从而改善公共母线电压的稳定性。以下将通过多个实施例进行展开说明和介绍。
[0056]
图1为本发明实施例提供一种多并联储能系统协调控制方法，搭建如图 2所示的直流微电网，所述直流微电网包含了一台光伏电源、n个储能单元 esui以及n个电阻负荷；所述储能单元包括蓄电池、dc/dc变流器，直流微电网公共母线处不接入负载，而光伏电源正常发电，此时各储能单元将进行充电。所述方法包括：
[0057]
步骤s1、基于各所述储能单元的本地信息及接收到相邻储能单元的信息，确定本地电压平均估计值、本地荷电状态平均估计值、本地虚拟电流平均估计值；
[0058]
本步骤中，基于各储能单元本地已知的状态信息以及接收到的来自相邻储能单元的平均估计状态量，得到本地电压平均估计值、本地虚拟电流平均估计值以及本地荷电状态平均估计值，具体包括：
[0059]
确定与第i个储能单元进行通信交互的相邻储能单元，并确定第i个储能单元的本地荷电状态信息，以及与第i个储能单元进行通信交互的相邻储能单元的本地荷电状态平均估计量；
[0060]
基于动态平均一致性算法求取本地电压平均估计值、本地虚拟电流平均估计值、本地荷电状态平均估计值：
[0061][0062][0063][0064]
上式中，为第i个储能单元的本地电压平均估计值，为第i个储能单元的本地虚拟电流平均估计值，为第i个储能单元的本地荷电状态平均估计值；ni为与第i个储能单元进行通信交互的相邻储能单元所组成的集合，|ni|为集合中元素的个数；v
oi
表示第i个储能单元的dc/dc变流器输出电压，i
viri
表示第i个储能单元的虚拟电流，soci表示第i个储能单元的本地荷电状态；αi、βi、γi分别为第i个储能单元的本地输出电压、虚拟电流、荷电状态的一致性控制增益。
[0065]
在本实施例中，还基于实测得到本地荷电状态与本地荷电状态平均估计值计算均衡因子：
[0066][0067]
上式中，l《ψi《h；表示为第i个储能单元的本地荷电状态平均估计值， soci表示第i个储能单元的本地荷电状态；k为充放电模式切换系数，当光伏电源输出功率小于负荷用电功率时，k＝1；光伏电源输出功率大于负荷用电功率时，k＝-1；l、h分别为均衡因子的上、下限值；可以通过额定负载条件下微电网中各储能单元的最大运行能力决定。由于充放电过程中各储能单元的荷电状态值大小处于不断变化当中，因此均衡因子也是一个动态
变化的量。
[0068]
基于储能单元的容量、均衡因子、实际输出电流确定储能单元的虚拟电流：
[0069]iviri
＝ψ
icriipi
[0070]
上式中，i
viri
表示第i个储能单元的虚拟电流，c
ri
为第i个储能单元的相对容量系数，i
pi
为第i个储能单元输出电流。虚拟电流与蓄电池实际输出电流的比例关系由相对容量系数和均衡因子的乘积有关。相对容量系数由蓄电池实际容量决定，设备选型完毕后其取值确定。
[0071]
步骤s2、将所述本地电压平均估计值与公共母线额定电压参考值的比较值经过电压补偿器，得到二次电压修正量；
[0072]
所述二次电压修正量为：
[0073][0074]
上式中，δv
ai
表示二次电压修正量；为第i个储能单元的本地电压平均估计值，v
ref
为公共母线额定电压参考值，k
p_a
表示电压二次控制器比例系数， k
i_a
表示电压二次控制器积分系数，s表示拉普拉斯算子。
[0075]
步骤s3、基于本地荷电状态平均估计值和本地荷电状态信息，确定均衡电压修正量；
[0076]
所述均衡电压修正量为：
[0077][0078]
上式中，δv
viri
表示均衡电压修正量，为第i个储能单元的本地虚拟电流平均估计值，i
viri
表示第i个储能单元的虚拟电流，k
p_vir
表示电流均衡控制器比例系数，k
i_vir
表示电流均衡控制器积分系数，s表示拉普拉斯算子。
[0079]
步骤s4、基于所述二次修正量和所述均衡电压修正量确定综合电压修正量，将所述综合电压修正量与一次控制的电压参考指令叠加后作为dc/dc变流器，所述综合电压修正量为：
[0080]
δv
bi
＝δv
viri
+δv
ai
[0081]
上式中，δv
bi
表示综合电压修正量，δv
viri
表示均衡电压修正量，δv
ai
表示二次电压修正量。
[0082]
图3为储能单元的充电电流波形，以3个储能单元为例，可以看出在仿真的前半段(0s～5s)，第3个储能单元充电电流接近于0，小于其他两个储能单元的充电电流。第2个储能单元的充电电流最大。对应图4所示的荷电状态变化情况可知，第3个储能单元的初始荷电状态最大，第2个储能单元的初始荷电状态最小，应用本发明实施例提供的方法，各储能单元充电电流可根据自身初始荷电状态信息进行主动的调整，使得初始荷电状态最大者对应充电电流最小，而初始荷电状态最小者对应充电电流最大，从而有效加速荷电状态的均衡速率。在t＝5s～9s仿真阶段，由于各荷电状态与荷电状态平均估计值的差值变小，储能单元的均衡因子脱离限幅区域，进入自适应变化阶段。从图3中可以看出，各储能单元输出电流逐步向负荷电流均分方向变化。 t＝9s以后，各储能单元的荷电状态趋近一致，此时各
储能单元输出电流按照电池容量大小实现精确分配。
[0083]
为了改善直流微电网公共母线电压的跌落情况，在t＝5s时启动了二次电压控制。从图5可以看出，t＝5s以前，所有dc/dc变流器输出电压皆高于 100v。因为各储能单元处于充电状态，因此母线电压也要高于100v，如图6 所示。启动电压二次控制后，各dc/dc变流器输出电压在100v处上下分布，且其平均电压等于100v。从图6可知，公共母线电压与额定电压的偏离情况显著改善。
[0084]
本发明实施例提供的一种多并联储能系统协调控制方法，通过设置动态变化的均衡因子，各储能单元可根据自身荷电状态值、容量自适应地调整输出电流的大小，在保证均衡过程中各储能单元输出电流不超限的前提下实现网内所有储能单元的荷电状态快速均衡，同时使得输出电压平均估计值收敛于额定值从而改善公共母线电压的稳定性；基于分布式通信架构，可降低通信压力，提高通信可靠性，同时满足储能单元即插即用需求。
[0085]
本发明实施例还提供一种多并联储能系统协调控制装置，基于上述各实施例中的多并联储能系统协调控制方法，所述多并联储能系统包括光伏电源、若干个储能单元，所述光伏电源和若干个所述储能单元并联至公共母线，，所述装置包括：
[0086]
本地计算模块，基于各所述储能单元的本地信息及接收到相邻储能单元的信息，确定本地电压平均估计值、本地荷电状态平均估计值、本地虚拟电流平均估计值；
[0087]
二次电压修正模块，将所述本地电压平均估计值与公共母线额定电压参考值的比较值经过电压补偿器，得到二次电压修正量；
[0088]
均衡电压修正模块，基于本地虚拟电流平均估计值和本地虚拟电流信息，确定均衡电压修正量；
[0089]
协调控制模块，基于所述二次电压修正量和所述均衡电压修正量确定综合电压修正量，将所述综合电压修正量与一次控制的电压参考指令叠加后作为dc/dc变流器电压外环控制指令。
[0090]
基于相同的构思，本发明实施例还提供了一种实体结构示意图，如图7 所示，该服务器可以包括：处理器(processor)810、通信接口(communications interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行如上述各实施例所述多并联储能系统协调控制方法的步骤。例如包括：
[0091]
步骤s1、基于各所述储能单元的本地信息及接收到相邻储能单元的信息，确定本地电压平均估计值、本地荷电状态平均估计值、本地虚拟电流平均估计值；
[0092]
步骤s2、将所述本地电压平均估计值与公共母线额定电压参考值的比较值经过电压补偿器，得到二次电压修正量；
[0093]
步骤s3、基于本地虚拟电流平均估计值和本地虚拟电流信息，确定均衡电压修正量；
[0094]
步骤s4、基于所述二次电压修正量和所述均衡电压修正量确定综合电压修正量，将所述综合电压修正量与一次控制的电压参考指令叠加后作为 dc/dc变流器电压外环控制指令。
[0095]
此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本
发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random accessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0096]
基于相同的构思，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序包含至少一段代码，该至少一段代码可由主控设备执行，以控制主控设备用以实现如上述各实施例所述多并联储能系统协调控制方法的步骤。例如包括：
[0097]
步骤s1、基于各所述储能单元的本地信息及接收到相邻储能单元的信息，确定本地电压平均估计值、本地荷电状态平均估计值、本地虚拟电流平均估计值；
[0098]
步骤s2、将所述本地电压平均估计值与公共母线额定电压参考值的比较值经过电压补偿器，得到二次电压修正量；
[0099]
步骤s3、基于本地虚拟电流平均估计值和本地虚拟电流信息，确定均衡电压修正量；
[0100]
步骤s4、基于所述二次电压修正量和所述均衡电压修正量确定综合电压修正量，将所述综合电压修正量与一次控制的电压参考指令叠加后作为 dc/dc变流器电压外环控制指令。
[0101]
基于相同的技术构思，本技术实施例还提供一种计算机程序，当该计算机程序被主控设备执行时，用以实现上述方法实施例。
[0102]
所述程序可以全部或者部分存储在与处理器封装在一起的存储介质上，也可以部分或者全部存储在不与处理器封装在一起的存储器上。
[0103]
基于相同的技术构思，本技术实施例还提供一种处理器，该处理器用以实现上述方法实施例。上述处理器可以为芯片。
[0104]
本发明的各实施方式可以任意进行组合，以实现不同的技术效果。
[0105]
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本技术所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘 solid statedisk)等。
[0106]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，该流程
可以由计算机程序来指令相关的硬件完成，该程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法实施例的流程。而前述的存储介质包括：rom或随机存储记忆体ram、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的介质。
[0107]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。