直流微電網(wǎng)儲能優(yōu)化及協(xié)調(diào)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及微電網(wǎng)技術(shù)，特別是設(shè)及一種直流微電網(wǎng)儲能優(yōu)化及協(xié)調(diào)控制方法的 技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在微網(wǎng)中建立直流傳輸線，連接各微電源及儲能系統(tǒng)而形成直流微網(wǎng)，有利于各 微電源間的優(yōu)勢互補(bǔ)與協(xié)調(diào)控制，且直流系統(tǒng)不存在相位同步、諧波和無功功率損耗等方 面的問題，因此近年來直流微電網(wǎng)逐漸得到了人們的重視。分布式微源具有發(fā)電間歇性，不 可預(yù)測性和波動(dòng)性，運(yùn)可能導(dǎo)致系統(tǒng)功率供需失衡，進(jìn)而影響微網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。因此，儲能系 統(tǒng)巧S巧作為能量緩沖對于微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。儲能系統(tǒng)控制方法通常包括電 池管理系統(tǒng)（BMS，batteiTmanagementsystem)和功率變換系統(tǒng)（PCS,powerconve;rter system)兩部分；其中的BMS的作用是平衡各儲能單元巧SUs，energystorageunits)中 的電池組的荷電狀態(tài)（SOC，StateOf化arge)并控制其輸出電壓，且每個(gè)BMS只負(fù)責(zé)控制 一個(gè)ESUs,因此不能實(shí)現(xiàn)不同ESUs間SOC的平衡，而PCS主要控制輸出電壓和電流，同時(shí) 完成不同ESUs間的功率分配，從而實(shí)現(xiàn)ESUs間SOC的平衡。因此，需要BMS和PCS協(xié)同控 審IJ，W確保儲能系統(tǒng)安全可靠供電并防止某一ESUs的過充或過放。
[0003] 直流微電網(wǎng)中通常都采用簡單易實(shí)現(xiàn)的擾動(dòng)觀察法來實(shí)現(xiàn)微電源最大功率跟蹤 控制，并采用下垂控制法來控制光伏系統(tǒng)中的各個(gè)光伏發(fā)電單元。但是常規(guī)的擾動(dòng)觀察法 在光伏陣列輸出特性曲線的最大功率點(diǎn)附近會造成振蕩，且選擇擾動(dòng)的步長較為困難；而 傳統(tǒng)的下垂控制方法中，由于輸出電纜壓降的影響，各光伏發(fā)電單元的端電壓略有不同，運(yùn) 會影響各光伏發(fā)電單元的發(fā)電功率的準(zhǔn)確分配。
[0004] 直流微電網(wǎng)中目前所采用的儲能系統(tǒng)控制方法則存在著各儲能單元的SOC平衡 速度慢，及不同儲能單元間的SOC穩(wěn)態(tài)偏差大的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能克服 最大功率點(diǎn)處的震蕩，準(zhǔn)確分配各光伏發(fā)電單元的發(fā)電功率，且各儲能單元的SOC平衡速 度快，不同儲能單元間的SOC穩(wěn)態(tài)偏差小的直流微電網(wǎng)儲能優(yōu)化及協(xié)調(diào)控制方法。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的一種直流微電網(wǎng)儲能優(yōu)化及協(xié)調(diào)控制方 法，設(shè)及包含有光伏系統(tǒng)及儲能系統(tǒng)的直流微電網(wǎng)，其特征在于，采用方法1控制直流微電 網(wǎng)的光伏系統(tǒng)，采用方法2控制直流微電網(wǎng)的儲能系統(tǒng)； 陽007] 方法1 :控制直流微電網(wǎng)的光伏系統(tǒng)
[0008] 1. 1)采用擾動(dòng)觀察法控制光伏系統(tǒng)W最大功率輸出電能，具體控制方法為：先讀 取光伏系統(tǒng)的化、dv，再根據(jù)化/dV的值對Uw進(jìn)行修正；
[0009] 如果-1《dp/dV《2,則令Uref=Uref+dp/dV;
[0010] 如果dp/dV<-l，則令Uref=Uref+Cp; 1]如果dp/dV〉2,則令Uref=Uref+2Cp;
[0012] 其中，化為光伏系統(tǒng)的輸出功率值，dV為光伏系統(tǒng)的輸出電壓值，IU為光伏系統(tǒng) 的輸出電壓參考值，Cp為擾動(dòng)步長，CP的值為預(yù)先設(shè)定的常數(shù)；
[0013] 1. 2)采用下垂控制法控制光伏系統(tǒng)中的各個(gè)光伏發(fā)電單元的輸出功率，具體下垂 控制模型為：
[0016]其中，Vdu為光伏系統(tǒng)中的第y個(gè)光伏發(fā)電單元的端電壓，為光伏系統(tǒng)的輸出 電壓參考值，idu為光伏系統(tǒng)中的第y個(gè)光伏發(fā)電單元的輸出電流，Zdu為光伏系統(tǒng)中的第 y個(gè)光伏發(fā)電單元的電路阻抗，為光伏系統(tǒng)的最小允許輸出電壓，為光伏系統(tǒng) 的最大允許輸出電壓，？4^為光伏系統(tǒng)中的第7個(gè)光伏發(fā)電單元的輸出功率，^1^^"?.為光伏 系統(tǒng)中的第y個(gè)光伏發(fā)電單元的最大輸出功率；
[0017] 方法2 :控制直流微電網(wǎng)的儲能系統(tǒng)；
[0018] 2. 1)采用下垂控制法控制儲能系統(tǒng)充放電時(shí)的功率平衡；
[0019] 2. 2)將直流微電網(wǎng)中的各個(gè)分布式微電源視為恒功率源，將不同的儲能單元之間 的SOC差值作為模糊控制器的輸入，采用模糊控制法來調(diào)整儲能系統(tǒng)中的各儲能單元的下 垂控制器的虛擬阻抗值，為避免超過其最大充放電功率限制，虛擬阻抗的范圍根據(jù)下式確 定：
[OOW其中，Vdc為直流微電網(wǎng)的母線電壓，VfW為直流微電網(wǎng)的母線參考電壓，RdE為下 垂控制器的等值虛擬阻抗，Pws為恒功率源的發(fā)電總功率，Rhed是直流微網(wǎng)的負(fù)載電阻。
[0022] 本發(fā)明提供的直流微電網(wǎng)儲能優(yōu)化及協(xié)調(diào)控制方法，采用改進(jìn)的擾動(dòng)觀察法實(shí)現(xiàn) 分布式發(fā)電的最大功率追蹤，有利于克服最大功率點(diǎn)處的震蕩，且降低了擾動(dòng)步長的選取 難度，在離網(wǎng)運(yùn)行且儲能故障時(shí)采用了改進(jìn)的下垂控制模型，可W有效的降低擾動(dòng)引起的 電壓波動(dòng)，能準(zhǔn)確分配各光伏發(fā)電單元的發(fā)電功率，并且W不同儲能單元間的SOC差值作 為輸入變量，利用模糊推理輸出各儲能單元下垂控制器的虛擬阻抗值，對該差值按大小進(jìn) 行分段，可W加快各儲能單元的SOC平衡速度，還可W減少甚至消除不同儲能單元間的SOC 穩(wěn)態(tài)偏差。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的直流微電網(wǎng)儲能優(yōu)化及協(xié)調(diào)控制方法中的擾動(dòng)觀察法的 控制流程圖；
[0024] 圖2a-圖2f是在仿真實(shí)驗(yàn)中，不同分段數(shù)的SOC平衡示意圖；
[0025] 圖3a-圖3b是在仿真實(shí)驗(yàn)中，兩組儲能單元充放電時(shí)的SOC平衡響應(yīng)時(shí)間統(tǒng)計(jì) 圖，其中的圖3a為兩組儲能單元充電時(shí)的SOC平衡響應(yīng)時(shí)間統(tǒng)計(jì)圖，圖3b為兩組儲能單元 放電時(shí)的SOC平衡響應(yīng)時(shí)間統(tǒng)計(jì)圖；
[00%]圖4a-圖4e是在仿真實(shí)驗(yàn)中，采用分段模糊自適應(yīng)調(diào)整各儲能單元時(shí)的系統(tǒng)運(yùn)行 特性圖，其中的圖4a為微電源功率圖，圖4b為負(fù)載功率圖，圖4c為儲能功率圖，圖4d為 SOC平衡圖，圖4e為母線電壓圖；
[0027] 圖5a-圖5e是在仿真實(shí)驗(yàn)中，各儲能單元的垂控制器的虛擬阻抗值取恒值時(shí)的系 統(tǒng)運(yùn)行特性圖，其中的圖5a為微電源功率圖，圖化為負(fù)載功率圖，圖5c為儲能功率圖，圖 5d為SOC平衡圖，圖5e為母線電壓圖；
[00測圖6a-圖6d是在仿真實(shí)驗(yàn)中，采用本發(fā)明實(shí)施例的方法控制時(shí)，微電源穩(wěn)壓運(yùn)行 時(shí)的系統(tǒng)運(yùn)行特性圖，其中的圖6a為微電源功率分配圖，圖化為儲能功率圖，圖6c為負(fù)載 功率圖，圖6d為母線電壓圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] W下結(jié)合【附圖說明】對本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本實(shí)施例并不用于限 制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明 中的頓號均表示和的關(guān)系。
[0030] 本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種直流微電網(wǎng)儲能優(yōu)化及協(xié)調(diào)控制方法，設(shè)及包含有光 伏系統(tǒng)及儲能系統(tǒng)的直流微電網(wǎng)，其特征在于，采用方法1控制直流微電網(wǎng)的光伏系統(tǒng)，采 用方法2控制直流微電網(wǎng)的儲能系統(tǒng)；
[0031] 方法1:控制直流微電網(wǎng)的光伏系統(tǒng)
[0032] 1. 1)采用擾動(dòng)觀察法控制光伏系統(tǒng)W最大功率輸出電能，具體控制方法如圖1所 示，先讀取光伏系統(tǒng)的化、dV，再根據(jù)化/dV的值對Uw進(jìn)行修正； 陽03引 如果-1《dp/dV《2,則令Uref=Uref+dp/dV;
[0034]如果dp/dV<-l，則令Uref=Uref+Cp; 陽0對如果dp/dV〉2,則令Uref= U ref+2Cp;
[0036] 其中，化為光伏系統(tǒng)的輸出功率值，dV為光伏系統(tǒng)的輸出電壓值，UfW為光伏系統(tǒng) 的輸出電壓參考值，Cp為擾動(dòng)步長，CP的值為預(yù)先設(shè)定的常數(shù)；
[0037] 由于擾動(dòng)觀察法簡單易實(shí)現(xiàn)，已經(jīng)成為微電源最大功率跟蹤控制的常用方法，但 是常規(guī)的擾動(dòng)觀察法在光伏陣列輸出特性曲線的最大功率點(diǎn)附近會造成振蕩，且選擇擾動(dòng) 的步長較為困難，由于光伏陣列輸出特性曲線的最大功率點(diǎn)兩側(cè)是不對稱的，同樣的電壓 變動(dòng)在最大功率點(diǎn)兩側(cè)所引起的功率變化有較大的差別，在最大功率點(diǎn)右側(cè)相同功率的變 化率要比左側(cè)要大，因此本實(shí)施例設(shè)定最大功率點(diǎn)右側(cè)最大擾動(dòng)步長為Cp,最大功率點(diǎn)左 側(cè)最大擾動(dòng)步長為2Cp，W克服常規(guī)的擾動(dòng)觀察法的缺陷；
[0038] 1. 2)采用下垂控制法控制光伏系統(tǒng)中的各個(gè)光伏發(fā)電單元的輸出功率；
[0039] 傳統(tǒng)的光伏系統(tǒng)下垂控制模型為：
[0042] 由于輸出電纜壓降的影響，各光伏發(fā)電單元的端電壓略有不同，運(yùn)將影響各光伏 發(fā)電單元的發(fā)電功率的準(zhǔn)確分配，為了解決該問題，本實(shí)施例對傳統(tǒng)的光伏系統(tǒng)下垂控制 模型進(jìn)行了改進(jìn)，將光伏系統(tǒng)下垂控制模型修改為： 陽〇創(chuàng)叮e_,' -心.，如一，，-Ge=戶沁-Ce=今，尸沁 W44] 其中，Vdu為光伏系統(tǒng)中的第y個(gè)光伏發(fā)電單元的端電壓，r;。為光伏系統(tǒng)的輸 出電壓參考值，idu為光伏系統(tǒng)中的第y個(gè)光伏發(fā)電單元的輸出電流，Zdu為光伏系統(tǒng)中的 第y個(gè)光伏發(fā)電單元的電路阻抗，為光伏系統(tǒng)的最小允許輸出電壓，為光伏系 統(tǒng)的最大允許輸出電壓，Pdu為光伏系統(tǒng)中的第y個(gè)光伏發(fā)電單元的輸出功率，為光 伏系統(tǒng)中的第y個(gè)光伏發(fā)電單元的最大輸出功率；
[0045] 方法2 :控制直流微電網(wǎng)的儲能系統(tǒng)；
[0046] 2. 1)采用下垂控制法控制儲能系統(tǒng)充放電時(shí)的功率平衡；
[0047] 2. 2)將直流微電網(wǎng)中的各個(gè)分布式微電源視為恒功率源，將不同的儲能單元之間 的SOC差值作為模糊控制器的輸入，采用模糊控制法來調(diào)整儲能系統(tǒng)中的各儲能單元的下 垂控制器的虛擬阻抗值，為避免超過其最大充放電功率限制，虛擬阻抗的范圍根據(jù)下式確 定：
W例其中，Vd歷直流微電網(wǎng)的母線電壓，Vf。:為直流微電網(wǎng)的母線參考電壓，Rd。為下 垂控制器的等值虛擬阻抗，Pws為恒功率源的發(fā)電總功率，Rhed是直流微網(wǎng)的負(fù)載電阻； 陽化日]儲能單元的SOC值可表示為：
[0052] 其中，SOC(O)為儲能單元的SOC初始值，Iht為儲能單元的輸出電流，Cht為儲能 單元的儲能電容；
[0053] 儲能系統(tǒng)的輸出電壓可表示為：
[0054] Vdc=VW-Ili.Rdi
[00對其中，Vdc為直流微電網(wǎng)的母線電壓，V。巧直流微電網(wǎng)的母線參考電壓，IU為儲 能系統(tǒng)中第i個(gè)儲能單元的儲