基于分层协同控制的直流微电网多储能荷电状态均衡策略

本发明涉及直流微电网分布式储能系统领域，特别是基于分层协同控制的直流微电网多储能荷电状态均衡策略。

背景技术：

1、在双碳的大背景下，太阳能、风力发电等可再生能源占比逐渐提高，分布式电源具有投资小、环保及灵活性高等优点，发展规模迅速扩大。但分布式电源的随机性和波动性具有不可控性，且大规模应用及接入也给传统电网带来巨大的挑战及冲击。微电网的提出实现了分布式电源灵活、数量大、多样性的并网问题。实现对负荷多种能源形式的可靠供给，是实现主动式配电网的一种有效方式，使传统电网向智能电网过渡。

2、为了满足微电网的功率等级要求，往往需要多台储能单元并联配置，形成分布式储能系统，其中各储能单元的容量可能不一致，因此在充放电过程中会出现各储能单元的荷电状态不一致的情况，从而导致储能单元过充或者过放，提前退出系统，加速了储能单元寿命衰减，同时也降低了微电网的稳定性。因此，需要对储能单元的输出电流及荷电状态进行协调控制，保证各储能单元的输出电流按容量比例精确分配以及荷电状态的均衡。

技术实现思路

1、为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：

2、1)在通信层中，检测到储能系统中各储能单元的荷电状态 soc i和能量状态因子 ξ i，经过一致性算法后得到储能系统的荷电状态平均值 socavg和能量状态因子平均值 ξavg，其中一致性算法的表达式为：

3、

4、式中，将每台储能单元看作一个节点， x i( k)=[ socavg i( k), ξavg i( k)]、 x i( k+1)=[ socavg i( k+1), ξavg i( k+1)]分别为节点 i在第 k次、第 k+1次迭代时对全网数据平均值的估算值， x j( k)=[ socavg j( k), ξavg j( k)]为节点 j在第 k次迭代时对全网数据平均值的估算值， d ij( k)、 d ij( k+1)分别为第 k次、第 k+1次迭代时节点 i与节点 j估算值的差值累积量， n i为与节点 i连接的节点集合， ε表示一个与通信拓扑有关的常数权重， a ij表示第 i节点和第 j节点之间的连接状态， a ij=1表示相邻节点相互连接， a ij=0表示节点不连接，在动态一致性算法的作用下，各储能单元的荷电状态迭代值 socavg i和能量状态因子迭代值 ξavg i将分别收敛到储能系统的荷电状态平均值 socavg和能量状态因子平均值 ξavg；节点 i与节点 j估算值的初始差值累积量 d ij( k)=[0,0,0]，常数权重 ε的取值范围为0< ε≤0.5。

5、2)在一次控制层中，将储能系统的荷电状态平均值 socavg和储能单元的荷电状态 soc i相除，再减去系数1，最后乘以 n2得到中间系数 β i， n为加速因子，将中间系数 β i平方后加1的结果再开方得到过程系数 α i，将中间系数 β i和过程系数 α i相加的结果取自然对数，之后乘以调节因子 m，再加上1，所得结果乘以本地储能单元的下垂系数初始值 ro i，得到本地储能单元调整后的下垂系数 r i，即调整后的下垂系数 r i的表达式为：

6、

7、加速因子 n的取值范围为200≤ n≤800且 n为奇数，调节因子 m的取值范围为5≤ m≤20，下垂系数初始值 ro i的取值要求为，，其中 c i为第 i台储能单元的额定容量。

8、3)在二次控制层中，调整后的下垂系数 r i乘以本地储能单元的输出电流 i i得到本地储能单元的虚拟压降 v i，将母线电压参考值 vref乘以选择因子 k得到电压变化量δ v，1减去虚拟压降 v i除以电压变化量δ v的值得到影响因子 λ i，影响因子 λ i乘以母线电压 vbus得到能量状态因子 ξ i，能量状态因子 ξ i经过一致性算法得到能量状态因子平均值 ξavg，母线电压参考值 vref减去能量状态因子平均值 ξavg除以影响因子 λ i的结果，再经过能量分配环节pi控制器 gpi3( s)得到电压补偿量δ uv i；选择因子 k的取值范围为0.1≤ k≤0.5。

9、4)将母线电压参考值 vref减去虚拟压降 v i，再加上电压补偿量δ uv i得到输出电容电压参考值 vref i，将输出电容电压参考值 vref i和本地储能单元的输出电容电压 vc i相减后，再经过电压环pi控制器 gpi1( s)得到参考电流 iref i，将其与本地储能单元的输出电感电流 il i相减后经过电流环pi控制器 gpi2( s)得到驱动电压 us i，驱动电压 us i再与三角载波比较得到调制信号。

10、与现有技术相比，本方案的原理和优点如下：

11、本发明公开了一种基于分层协同控制的直流微电网多储能荷电状态均衡策略，主要包括通信层、一级控制层和二级控制层。在通信层中，通过一致性算法，各储能单元只需与相邻通信节点交换信息，无需中央控制器就能获取储能系统的平均值信息，在一级控制层中，通过本地的荷电状态以及储能系统的荷电状态平均值等信息，自适应调节各储能单元下垂系数，实现了直流微电网中含不同容量储能单元的荷电状态均衡，二级控制层中引入了能量状态因子，通过pi控制器，动态调节储能单元的输出电流和直流母线电压大小，实现了直流微电网中储能单元的电流精准分配，保证了直流母线电压在允许范围内波动，提高了系统的稳定性。