直流微电网soc均衡问题的改进下垂控制策略

直流微电网soc均衡问题的改进下垂控制策略

0基于模糊控制的soc均衡控制策略直接微电网是一种将新能源发电系统、负荷和能源能力系统结合起来的新形式。通常有两种独立和合并功能。在直流微电网中，储能单元通常分布式的并入直流母线，可以满足系统大容量要求本文为了实现独立运行的含有多个储能单元的直流微电网储能单元间SOC趋于一致，提出基于模糊控制的SOC均衡控制策略，为解决下垂控制导致的母线电压偏差问题，控制策略中加入了二次控制，并通过Matlab/Simulink仿真平台验证了所提控制策略的正确性。1直接-微观电网系统的结构与衰落控制分析1.1电网的运行注意事项对于用电困难的偏远地区，独立运行的直流微电网就显得尤为重要。独立运行的多储能直流微电网系统结构如图1所示，主要包括风光发电单元、各储能单元、交直流负载和电力电子变换器1.2直流微电网系统的下行控制曲线直流微电网中，直流母线电压的波动情况直接反映了系统功率传输的信息，因此在直流微电网系统中通常采用基于直流母线电压信号的控制策略传统的下垂控制曲线表达式为：式中，u由式（2）可以看出储能单元的输出电流i式中，Δu2单元soc的恢复控制传统下垂控制中采用恒定不变的下垂系数，各储能单元输出功率固定，储能单元间的负荷功率不能得到合理的分配。因此可以将储能单元SOC值与下垂系数相关联，使得下垂系数R估测储能SOC值常用安时计量法式中，SOC(t),SOC(0）分别为储能单元当前和初始时刻SOC值；C对式（4）求导得：由式（5）可知，储能SOC值的变化率与其充放电电流成正比，即储能单元充电时，SOC的增长速率随着充电电流的增大而增大；放电时，SOC的下降速率随着放电电流的增大而增大。于是可由下垂控制来控制各储能单元的充放电功率（等同于电流）以实现各储能单元间负荷功率的协调分配，使得各储能单元SOC达到一致状态。模糊控制器具有较强的鲁棒性，通过模糊算法可由储能单元当前SOC值计算出所需要的下垂系数R式中，ΔSOC式（6）表明，各个储能单元SOC最终趋于平均值SOC表1为模糊控制规则，模糊控制规则建立的目的是根据不同的输入参数ΔSOC由式（6）可知，在储能单元SOC值差别较大时，模糊控制器的输入参数差别较明显，各储能单元间的下垂系数R式中：K由式（7）可知，在充放电开始时，若ΔSOC3控制策略仿真本文以三个储能单元为例，在Matlab/Simulink仿真软件中搭建了光伏—蓄电池直流微电网仿真模型，通过仿真来验证本文所提改进下垂控制策略的正确性。具体的仿真模型参数如表2所示。为更好的说明加速因子K式中，η为SOC间均衡精度；SOC3.1稳定充电两组单元当光伏发电单元输出功率大于负荷所需要的功率时，各储能单元在未达到充电上限时处于稳定充电状态；当光伏发电单元输出功率小于负荷所需要的功率时，各储能单元在未达到放电下限时处于稳定放电状态。仿真中，采用5kW的恒功率负载，储能单元的容量均设为3A·h，额定电压180V，储能单元最大充放电功率为3kW。光伏单元采用最大功率点跟踪控制，最大输出功率为8.5kW，通过改变光照强度来改变最大输出功率的大小。稳定充电时光伏单元最大输出功率为8.5kW，系统冗余3.5kW，对储能单元进行充电；稳定放电时改变光照强度使光伏单元输出功率降至2kW，系统源荷功率缺额3kW，由储能系统放电补充。依据公式（8）选取加速因子仿真参数，为说明本文所提控制策略正确性，仿真时设置K从图5(a）和图6(a）中可以看出，储能单元稳定充电时，初始状态时各储能单元间SOC值均衡精度为100%，t=30s时刻的储能单元1号和2号间、2号和3号间的均衡精度分别为2.2%和0.6%，并且可以看出储能单元3的SOC值增长速度最快；储能单元稳定放电时，初始状态时各储能单元间SOC值均衡精度为100%，t=30s时刻的储能单元1号和2号间、2号和3号间的均衡精度均为0.5%，并且可以看出储能单元1的SOC值下降速度最快。由以上分析可知，荷电状态较大的储能单元放电时提供较多能量，充电时则吸收较少能量；荷电状态较低的储能单元放电时提供较少能量，充电时吸收较多能量，最终可实现储能间SOC快速均衡。从图5(b）和图6(b）可分析出，在储能单元稳定充电时，1号储能单元初始充电功率最大，并且其值逐渐减小；在储能单元稳定放电时，3号储能单元的初始放电功率最小，并且其值逐渐增大，最终各储能单元输出功率趋于相同，实现各储能单元间负荷功率的快速均衡。3.2储能单元soc值均衡为了验证系统中因功率不平衡而产生的扰动对储能SOC均衡过程的影响，本文以改变光伏发电单元发电功率为扰动，对储能单元充放电切换过程中的SOC均衡过程和母线电压波动情况进行仿真分析。初始时刻光伏单元输出功率8.5kW，各储能单元处于充电状态；t=10s时光伏单元输出功率降至2kW，各储能单元由充电状态切换为放电状态。各储能单元的SOC值均衡过程及母线电压波形如图7所示，其中图7(a）为引入加速因子SOC均衡过程，且k=20、K由图7(a）可知，在扰动发生时，各储能单元可快速地由充电状态切换为放电状态，t=25s时，储能单元1号和2号、2号和3号间SOC值均衡精度分别为0%和4.9%，最终仍可实现各储能单元间SOC的快速均衡，并且具有较高的均衡精度。由图7(b）可知，在t=25s时，储能单元1号和2号、2号和3号间SOC值均衡精度分别为51.2%和55.8%，通过对比图7(a），显然引入加速因子后可以显著提高SOC差异较小时的均衡速度和均衡精度。由图7(c）可知，在t=10s时，在下垂控制中引入二次控制环节，可显著地解决由下垂控制造成的直流母线电压偏差问题。4井下控制策略本文针对独立运行的多储能直流微电网，以最大可能地提高系统内储能装置的利用效率为出发点，提出一种采用模糊控制算法的模糊下垂控制策略。直流微电网独立运行时，光伏单元采用MPPT控制，可最大效率地利用新能源，通