基于SOC下垂控制的独立直流微电网协调控制策略研究

储能系统(ESS)作为独立直流微电网的关键组成部分,其主要由多组储能单元(ESUs)组成。针对多组ESUs荷电状态(SOC)均衡速度较慢,在SOC均衡过程中会产生母线电压偏差问题,提出一种改进SOC下垂控制策略。首先,该控制策略根据各储能单元(ESU)的充放电状态和SOC值寻找最优下垂曲线,合理分配负荷功率,减小母线电压偏差。然后通过确定主储能单元进行功率再分配,并在允许范围内动态调整下垂系数,使系统快速收敛到均衡状态,进一步减小该过程中产生的母线电压偏差。此外,考虑当ESS因满充等原因退出运行时,ESS稳压变为光伏系统稳压,光伏系统由变步长MPPT控制切换为带有前馈补偿的下垂控制,确保母线电压稳定和微电网安全运行。最后利用Matlab/Simulink搭建仿真模型,仿真结果表明所提控制策略可在保证SOC快速均衡的前提下,减小母线电压偏差,维持独立直流微电网的稳定运行。     

多储能直流微电网荷电状态均衡控制策略

针对独立运行的多储能直流微电网,为了实现储能单元间荷电状态(state of charge,SOC)均衡以及负荷功率动态分配,提出一种关联SOC幂指数的改进下垂控制策略。首先从理论上对负荷功率动态分配原理进行了分析,推导出影响储能单元SOC变化率的模型,在此基础上,设计新的下垂控制器。同时为了解决均衡后期因储能单元间SOC差别较小而导致均衡速度越来越慢的问题,引入加速因子对虚拟阻抗权重系数进行在线优化。此外,通过引入二次控制环节来补偿由下垂控制导致的母线电压偏移问题。最后利用MATLAB/SIMULINK仿真软件对所提控制策略进行了仿真验证。     

考虑SOC均衡的直流微网储能系统控制策略研究

在直流微电网中分布式储能系统起着稳定母线电压、维持系统功率平衡的关键作用。针对多个储能单元中荷电状态(SOC)不同会造成过充或者过放，从而影响系统稳定性的问题，提出一种改进SOC均衡下垂控制策略。首先，将储能装置的下垂系数与SOC嵌套反正切函数联系，充分利用反正切函数和幂函数的优点。其次引入变加速因子，在SOC差异较小时进一步加快均衡速度。同时，为了解决均衡过程中引起的母线电压偏差问题，在上述改进控制策略基础上增加二次电压补偿环节，使用一致性电压均衡器减少母线电压的波动。最后搭建了直流微网储能系统的仿真模型。仿真结果验证了所提控制策略可以动态实现SOC快速均衡，并有效维持了微网内功率平衡和母线电压稳定。     

考虑通信异常的直流微电网储能单元分布式协调控制研究

由于分布式新能源接入的波动性,需要针对孤岛直流微电网配置一定容量的储能设备。为了防止分布式储能单元的过度放电或深度充电,必须保证储能单元充放电过程中荷电状态(state of charge, SOC)均衡。针对该问题,提出了一种考虑通信异常的储能单元分布式控制策略。针对不同额定容量的储能单元,对传统下垂控制进行改进,利用采样保持器周期性修改下垂系数,直至储能单元SOC均衡。并利用电压和电流信息生成单一的补偿环实现输出电流按额定容量的比例分配和直流母线电压补偿,降低系统通信能力要求。若通信发生故障,通过Dijkstra算法更新拓扑结构矩阵,基于改进后的动态一致性算法获取相邻节点的信息,得到新通信拓扑结构下的信息平均值;并通过频域分析证明系统的稳定性。最后,在RTLAB平台中搭建4种案例模型,验证所提控制策略的有效性。     

改进互联通信荷电状态下垂控制及功率均衡优化

作为直流微电网中不可或缺的组成部分,分布式直流储能系统起着平抑系统能量波动、维持系统功率平衡的重要作用.为了提高储能系统工作的可靠性,该文对互联通信荷电状态(SOC)下垂控制策略进行深入研究.首先,对传统互联通信SOC下垂控制的系统性能及存在的问题进行分析,为之后控制策略的改进奠定基础;其次,提出改进互联通信SOC下垂控制策略,即在传统互联通信SOC下垂控制基础上引入变化系数;再次,通过对改进互联通信SOC下垂控制系统性能的分析,得到变化系数参数设计方法,在提高系统功率收敛速度的同时,限制功率输出最大值,从而提高系统可靠性;最后,对由两台储能模块构成的储能系统进行仿真和实验,实验结果验证了改进策略的快速性及对输出功率的限制.     

无储能风电微网系统的下垂控制策略

包含分布式风力发电系统的微网孤岛运行时,常采用下垂控制策略。由于风能的随机性,微网中风力发电单元发电功率与下垂控制输出功率不等,需要利用储能装置来均衡功率,维持直流电压恒定。对此,提出了一种改进下垂控制策略。通过检测直流电压,动态平移下垂特性曲线,改变下垂控制平衡工作点,调节下垂控制输出功率,以促进功率均衡,减小直流侧储能装置容量。仿真及实验结果验证了改进下垂控制策略的有效性。     

直流微网储能单元能量动态均衡控制研究

为了更好地提高直流微网系统运行性能,提出一种能够平衡各储能单元剩余电量(state of charge,SOC)的改进下垂控制策略。该方法在传统下垂控制基础上,以关联SOC参数的指数函数作为自适应下垂系数,根据各储能单元SOC改变其输出能力,实现各储能单元能量均衡。为解决传统下垂控制带来的母线电压偏移问题,加入母线电压二次控制环节,有效抑制直流母线电压偏差,满足负荷运行要求,并通过Matlab/Simulink仿真验证了该策略的有效性。     

考虑不同容量的储能单元荷电状态均衡研究

随着直流微电网的快速发展,分布式储能单元(DESU)并联下垂控制技术得到了高度重视.针对直流微电网DESU下垂控制中荷电状态(SOC)均衡及负荷电流分配问题,在传统I-U下垂控制的基础上,提出了一种考虑不同容量的储能单元SOC均衡策略.通过在下垂系数中引入相对容量因子,消除不同容量对SOC的影响,实现充放电过程中SOC均衡;同时增加电压均衡器以解决直流母线电压偏离额定值问题.实验结果表明:所提方法实现了不同容量储能单元的SOC均衡、负荷电流按比例分配及母线电压偏差小的目标,有利于系统高效稳定运行.     

直流微电网基于自适应下垂系数算法的多储能SOC均衡控制策略

本文针对独立运行直流微电网中多组储能单元之间荷电状态（SOC）的均衡问题,提出基于自适应下垂系数算法的多储能荷电状态均衡控制策略。自适应下垂系数算法根据锂电池SOC偏差动态调节下垂系数;当SOC偏差较大时,调整下垂系数使放（充）电时SOC较高（低）的锂电池最大功率放（充）电,同时控制另一组锂电池补足剩余功率,加快均衡速度;SOC偏差较小时,在考虑不同线路阻抗和实际容量的基础上优化下垂系数,实现SOC均衡控制。采用母线电压自动恢复控制实现母线电压的无差控制,控制母线电压稳定,提高供电质量。最后,利用Matlab/Simulink进行仿真验证,仿真结果表明所提控制策略可以实现多储能单元荷电状态快速均衡,并维持母线电压稳定。     

公共阻抗突变及变流器本地负载接入下储能单元荷电状态均衡研究EI北大核心CSCD

孤岛直流微电网常配备储能系统以消除分布式能源随机出力和负荷波动带来的不平衡功率。在线路阻抗不匹配场景下,公共负载阻抗的突变以及储能变流器本地负载的接入都会影响储能单元暂态均流精度,进而降低荷电状态(state of charge,SOC)均衡水平。该文通过关联储能单元输出电流与荷电状态信息,根据系统运行状态自适应分配二者在下垂系数中的权重。基于上述策略,储能单元在稳态运行与暂态突变期间,其下垂系数分别跟随荷电状态差值及电流差值,从而迅速调节自身外特性阻抗,保证均流效果及荷电状态均衡。同时,采用电压恢复策略消除下垂控制带来的电压偏移。考虑到下垂控制对系统的稳定性有影响,文中给出系统控制结构图和用于分析系统稳定性的特征方程,结合劳斯稳定判据验证了系统的稳定性。最后通过Matlab/simulink仿真对比验证所提策略的正确性和有效性。     

分布式储能系统电流负荷动态分配方法研究

为实现直流微电网内电流负荷在分布式储能系统(DESS)间的合理分配,克服传统下垂控制策略中电流分配精度低和母线电压跌落问题,提出一种适用于DESS的改进荷电状态(SOC)下垂控制策略。利用该策略可实现电流负荷在储能单元(ESU)的合理分配,避免ESU的过充过放;同时克服了线路阻抗对电流负荷分配的影响,实现了电流负荷的精确分配,且维持直流母线电压值恒定,从而保证了直流微电网的稳定性。最后对所提控制方法的有效性分别进行了仿真和实验验证。     

一种改进下垂控制的直流微电网多储能运行方法

基于低速通讯网络，提出一种改进功率下垂控制的直流微电网多储能运行方法，实现了荷电状态（state of charge,SOC）均衡，各储能单元间功率的合理分配以及稳定母线电压等三方面的平衡控制。首先，考虑到直流微网中随着各部分系统状态的不同其运行也有所差异，根据储能单元以及负荷的状态，将系统的运行方式分为三种工作模式；其次，为了使得各储能单元的SOC达到均衡分配的目的，引入一种根据储能单元SOC的大小来修改下垂系数的改进功率下垂控制方法；通过增加电压偏移量，有效地减小了直流母线偏差。最后，在Matlab/Simulink中搭建仿真模型并在RTDS搭建实验平台，仿真及实验结果证明了所提控制策略的有效性和正确性。     

孤岛运行交流微电网中分布式储能系统改进下垂控制方法

微电网系统中常采用分布式储能单元作为能量缓冲环节,以提升系统供电的稳定性和可靠性.为实现负荷功率在分布式储能单元之间的合理分配,提出了基于荷电状态(SOC)的改进下垂控制方法.该方法采用分布式控制方式,根据各储能单元的SOC,实时调整下垂系数,使SOC较大的储能单元提供较多的有功功率,而SOC较小的储能单元提供较少的有功功率,并采用传统下垂控制方法对无功功率进行均等分配.建立了基于SOC的下垂控制方法小信号模型,以验证控制系统的稳定性.同时,搭建了基于MATLAB/Simulink的仿真模型和2×2.2 kW的实验样机,仿真和实验证明了所提方法的正确性和有效性.     

考虑通信故障的直流微电网多储能荷电状态动态均衡策略

为实现直流微电网中分布式储能单元荷电状态(state of charge,SOC)均衡以及负荷功率的动态分配,提出新的下垂控制策略。首先,通信正常时,根据SOC分担负荷功率动态调节下垂控制参考电压来协调分布式储能(distributed energy storage,DES)。其次,无通信条件下提出基于Metropolis准则自适应调节下垂系数的控制方法,在无通信情况下自适应调节负荷功率分配。然后,给出了两种工作条件下控制策略的平滑切换方法,保证切换前后系统安全稳定运行的同时依然有效的实现负荷功率均衡分配。最后,通过Matlab/Simulink仿真对本文控制策略进行验证。     

一种直流微电网无母线电压偏移的均衡控制策略

为解决直流微电网中分布式储能系统存在的剩余容量(State Of Charge, SOC)不均衡问题,提出一种适用于孤岛直流微电网分布式储能的均衡控制策略。该方案采用对数形式设计参考电压函数,以单台储能单元的SOC与所有储能单元的SOC均值的比例作为对数函数输入,从而实现各储能单元充放电过程中,各参考电压相对于额定母线电压呈近似对称变化,继而实现无母线电压偏移的均衡控制。基于此提出利用储能单元的输出功率及其参考电压的比例关系简化了参数选取过程,通过李雅普诺夫第一法判断了系统的稳定性。最后,通过Matlab/Simulink仿真及实验验证了所提控制策略的正确性和实用性。     

基于荷电状态的直流微电网中多储能分级运行控制方法

无通信前提下,直流微电网中储能单元常用的控制策略难以实现储能荷电状态(state of charge,SOC)均衡、最大化新能源利用率和母线电压支撑三方面的平衡控制,提出一种基于荷电状态的直流微电网中多储能单元分级运行控制方法。首先,考虑微电网多运行状态下对储能单元的不同需求,将储能单元状态划分为5种工作模式,且各模式的电压区间是根据SOC动态调节的。利用直流母线电压信号作为工作模式判据,各储能单元根据SOC大小投入充放电,实现分级运行。随后,功率调节控制根据储能单元各模式的电压区间自动调整下垂曲线,使投入运行的储能单元间根据SOC合理分配功率。最后,搭建了Matlab/Simulink仿真模型,仿真结果表明所提控制策略在无通信条件下可实现各储能单元SOC均衡,并且能够实现与其他源储单元协调运行,以最大化新能源利用率,避免了工作模式切换过程中母线电压大幅波动,证明了所提控制策略的可行性和有效性。     

考虑不匹配线阻的分布式储能单元荷电状态均衡研究

孤岛直流微电网中,分布式储能单元利用充放电以保证分布式能源出力和负荷波动时的电压稳定和能量平衡。然而,由于线路阻抗不匹配,导致各分布式储能单元必然会出现荷电状态差异,造成蓄电池过充电或过放电,缩短储能单元的使用寿命。为此,提出一种考虑不匹配线路阻抗的储能单元荷电状态均衡的改进下垂控制策略。该方法在传统下垂控制的基础上引入电流和荷电状态信息,利用中央控制器发出的同步信号触发采样保持器,根据采样周期自动修改下垂特性曲线的参考电压,从而可以克服线路阻抗对电流负荷分配的影响,同时能实现电流负荷在储能单元的合理分配,避免过充过放。最后,通过RTDS实验验证了所提控制策略的有效性和正确性。     

基于一致性算法的直流微电网储能系统功率分配技术

以直流微电网中的分布式储能系统为研究对象,分析了储能单元间存在的功能、参数和信息的不对称性,并提出了混合储能单元多工作模式下最大输出功率及等效荷电状态(SOC)的评估方法。在此基础上,提出了一种基于离散一致性算法的分布式储能系统负荷功率分配分层控制策略:在下层,以储能单元多模式参数评估为依据,使用动态下垂控制对各储能单元输出功率进行一次分配;在上层,以减小分布式储能系统等效SOC差异为目标,利用相邻单元之间的的弱通信,使用离散一致性算法产生电流修正量,直接调节下垂控制电流参考值,动态调整处于不对称工作状态的各混合储能单元的输出功率。最后,在MATLAB/Simulink中建立了仿真模型,对所提控制策略进行了仿真验证。     

考虑储能SOC的微网接口变流器VSG协同控制

储能系统是微电网的重要组成部分,而保证储能系统的荷电状态(SOC)良好则是储能系统乃至整个微网安全高效运行的技术关键。文中提出了一种基于虚拟同步机(VSG)控制的交直流混合微网接口变流器与储能SOC协同控制策略,用以提高混合微网的频率、功率稳定性和系统内各储能SOC的分配合理性。首先对交直流微网两侧分布式电源的下垂控制方式及子网特性进行了分析,之后基于此特性提出了应用于接口变流器的VSG控制策略提高了系统频率功率稳定性,并且在功率分配环节中加入储能系统SOC控制策略,使各子网间储能SOC状态达到平衡,优化储能系统状态。最后利用Matlab/Simulink搭建了交直流混合微网模型对文中提出的算法进行了有效性验证。     

基于模块化多电平直流变换器的储能系统分布式能量均衡控制策略

为了解决级联式储能系统中储能模组间能量均衡问题,同时提升系统的模块化程度,提出一种分布式能量均衡控制策略。该策略充分利用了双向直流变换器模块化结构的特点,将各子模块采用独立闭环控制。为了使子模组能够独立进行能量均衡,将下垂控制思想以及超级电容荷电状态(SOC)引入到电流闭环中,使子模组能够根据自身SOC状态调整工作电流,进而实现能量自动分布调整,达到均衡控制目的。为了减小模组SOC对系统电流的影响,控制策略中引入了电流校正环节,从而改善系统电流的调整率。该策略不影响储能系统稳定母线电压的能力,同时各储能模组间不需要任何通信,使系统具备了完全的模块化特性。最后,通过实验验证了所提方法的有效性。