本發(fā)明涉及調(diào)節(jié)器應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種適用于分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)負(fù)荷電流分配方法。

背景技術(shù)：

基于直流母線的可再生能源發(fā)電，由于可再生能源輸出功率不穩(wěn)定且低壓線路呈現(xiàn)一定的阻性，需要增加儲(chǔ)能單元提升系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，同時(shí)需要考慮線路阻抗的影響。傳統(tǒng)的下垂控制進(jìn)行負(fù)荷分配時(shí)將下垂系數(shù)固定為常數(shù)，因此不能反應(yīng)儲(chǔ)能單元SOC信息，長期運(yùn)行導(dǎo)致儲(chǔ)能單元的加速老化，不能最大限度發(fā)揮儲(chǔ)能單元的優(yōu)勢。

實(shí)際的儲(chǔ)能單元容量較大，因此SOC在短時(shí)間內(nèi)變化并不明顯，可充分利用這一特點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，采用適當(dāng)?shù)目刂扑惴ㄟM(jìn)行負(fù)荷電流分配。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種充分考慮儲(chǔ)能單元自身容量、對(duì)負(fù)荷電流實(shí)現(xiàn)有效的動(dòng)態(tài)分配、SOC快速趨于一致且提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的應(yīng)用于分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的SOC最優(yōu)下垂因子控制方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用了以下技術(shù)方案：本發(fā)明所述方法步驟如下：

步驟1、構(gòu)建SOC最優(yōu)下垂因子；

步驟2、根據(jù)分布式儲(chǔ)能變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將整體控制系統(tǒng)描述為電壓源型變換器；

步驟3、將下垂因子與輸出端口電流i_dc的乘積與輸出端參考電壓u_dc作比較，形成新的下垂控制參考電壓u^*_dc；

步驟4、設(shè)計(jì)電壓電流調(diào)節(jié)器，使其相位裕度在45°，幅值裕度在10dB。

步驟5、加入二次控制補(bǔ)償母線電壓跌落，使整個(gè)系統(tǒng)有較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和較小的穩(wěn)態(tài)誤差；

步驟6，根據(jù)步驟4、5將硬件電路與控制電路構(gòu)成閉合回路。

進(jìn)一步的，所述步驟1的具體步驟為：

步驟1.1、構(gòu)建SOC最優(yōu)下垂因子，其傳遞函數(shù)G(soc)為，算法如下：

式中，k_D為比例系數(shù)；p為常數(shù)；i_dc為端口輸出電流；A_socⁿ為socⁿ平均值；socⁿ為soc的n次冪；

步驟1.2、SOC最優(yōu)下垂因子的參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)影響，SOC最優(yōu)下垂因子中參數(shù)k_D、p、n分別選取不同值。

SOC最優(yōu)下垂因子中參數(shù)k_D為基準(zhǔn)下垂系數(shù)，socⁿ與系統(tǒng)平均A_socⁿ相等時(shí)G(soc)值與k_D相等；ω_c為低通濾波器帶寬，ω_c越大根軌跡向左移動(dòng)，對(duì)系統(tǒng)影響減弱；p值影響SOC均衡速率，p越大均衡速率越快；n影響SOC均衡精度，n越大SOC收斂精度越高；p與n相互影響，最優(yōu)參數(shù)兼顧收斂速度與穩(wěn)定性；

步驟1.3、SOC最優(yōu)下垂因子控制的參數(shù)ω_c范圍20～100rad/s。

進(jìn)一步的，所述SOC最優(yōu)下垂及其電壓恢復(fù)算法如下：

式中，G(soc)為傳遞函數(shù)；idc為端口輸出電流；Δu_dc為電壓恢復(fù)因子。

進(jìn)一步的，所述電壓恢復(fù)因子Δu_dc的算法如下：

Δu_dc＝(1-K_v/(Ts+1))u_dc

式中，K_v為電壓系數(shù)；T為慣性時(shí)間常數(shù)，T的時(shí)間常數(shù)比G(soc)的時(shí)間常數(shù)高2倍以上；S為拉氏變換后的復(fù)頻域。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、解決由于儲(chǔ)能單元生產(chǎn)工藝不一致，儲(chǔ)能單元所處的外部環(huán)境差異，及初始SOC不一致導(dǎo)致的負(fù)荷電流分配不均問題。SOC最優(yōu)下垂因子控制將初始SOC偏差較大的儲(chǔ)能單元快速均衡，提高負(fù)荷電流分配精度同時(shí)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2、SOC最優(yōu)下垂因子控制，使得剩余電量較多的儲(chǔ)能單元提供較多的負(fù)荷功率；剩余容量較小的儲(chǔ)能單元提供較少的負(fù)荷功率，各個(gè)儲(chǔ)能單元SOC快速趨于一致。

3、對(duì)下垂控制引起的母線電壓跌落進(jìn)行二次調(diào)節(jié)具有重要的實(shí)際意義，有利于提高母線電壓的支撐能力。

4、SOC最優(yōu)下垂因子控制不依賴底層變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以跨平臺(tái)使用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法中SOC最優(yōu)下垂因子控制結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明方法中SOC最優(yōu)下垂因子中參數(shù)變化時(shí)對(duì)應(yīng)的根軌跡圖。

圖3為本發(fā)明方法中SOC最優(yōu)下垂因子控制超級(jí)電容充放電切換仿真圖。

圖4為本發(fā)明方法中SOC最優(yōu)下垂因子控制蓄電池充電實(shí)驗(yàn)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明：

本發(fā)明所述方法步驟如下：

步驟1、構(gòu)建SOC最優(yōu)下垂因子；SOC最優(yōu)下垂因子控制的控制框圖，如圖1所示：

步驟1.1、構(gòu)建SOC最優(yōu)下垂因子，其傳遞函數(shù)G(soc)為，算法如下：

式中，k_D為比例系數(shù)；p為常數(shù)；i_dc為端口輸出電流；A_socⁿ為socⁿ平均值；socⁿ為soc的n次冪；

步驟1.2、SOC最優(yōu)下垂因子的參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)影響，具體如下：

SOC最優(yōu)下垂因子中參數(shù)k_D、p、n分別選取不同值，其對(duì)應(yīng)根軌跡圖如附圖2所示。

SOC最優(yōu)下垂因子中參數(shù)k_D為基準(zhǔn)下垂系數(shù)，socⁿ與系統(tǒng)平均A_socⁿ相等時(shí)G(soc)值與k_D相等；ω_c為低通濾波器帶寬，ω_c越大根軌跡向左移動(dòng)，對(duì)系統(tǒng)影響減弱；p值影響SOC均衡速率，p越大均衡速率越快；n影響SOC均衡精度，n越大SOC收斂精度越高；p與n相互影響，最優(yōu)參數(shù)兼顧收斂速度與穩(wěn)定性；

步驟1.3、SOC最優(yōu)下垂因子控制的參數(shù)ω_c范圍20～100rad/s。

步驟2、根據(jù)分布式儲(chǔ)能變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將整體控制系統(tǒng)描述為電壓源型變換器；

步驟3、將下垂因子與輸出端口電流i_dc的乘積與輸出端參考電壓u_dc作比較，形成新的下垂控制參考電壓u^*_dc；

步驟4、設(shè)計(jì)電壓電流調(diào)節(jié)器，使其相位裕度在45°，幅值裕度在10dB。

步驟5、加入二次控制補(bǔ)償母線電壓跌落，使整個(gè)系統(tǒng)有較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和較小的穩(wěn)態(tài)誤差；

步驟6，根據(jù)步驟4、5將硬件電路與控制電路構(gòu)成閉合回路。

所述SOC最優(yōu)下垂及其電壓恢復(fù)算法如下：

式中，G(soc)為傳遞函數(shù)；i_dc為端口輸出電流；Δu_dc為電壓恢復(fù)因子。

其中，電壓恢復(fù)因子Δu_dc的算法如下：

Δu_dc＝(1-K_v/(Ts+1))u_dc

式中，K_v為電壓系數(shù)；T為慣性時(shí)間常數(shù)，T的時(shí)間常數(shù)比G(soc)的時(shí)間常數(shù)高2倍以上；S為拉氏變換后的復(fù)頻域。

以下就超級(jí)電容作為儲(chǔ)能單元和蓄電池作為儲(chǔ)能單元為例分別進(jìn)行說明。超級(jí)電容容量10F,電壓等級(jí)0～200V，經(jīng)過雙向DCDC變換器接入直流母線進(jìn)行仿真分析，其中SOC估計(jì)采用端電壓法，即當(dāng)前電壓與額定電壓的比值作為本地SOC信息。SOC最優(yōu)下垂因子中參數(shù)變化時(shí)，根軌跡均在左半平面如圖2所示，系統(tǒng)穩(wěn)定。直流母線接入50Ω負(fù)載電阻，并用500V電壓源與5Ω電阻組成的電壓源對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行沖擊，使超級(jí)電容處于交替充放電工作模式。

根據(jù)圖3所示的仿真結(jié)果，充分說明SOC最優(yōu)下垂因子控制可以有效工作。

圖4所示的充電實(shí)驗(yàn)，蓄電池所采用磷酸鐵鋰電池。電壓等級(jí)80V，容量50Ah，采用母線電壓250V的電壓源與5Ω電阻串聯(lián)接入母線。蓄電池處于充電狀態(tài)。

蓄電池充電實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電流可按SOC值快速充電，且系統(tǒng)穩(wěn)定。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。