【《多储能直流微电网基于储能蓄电池SOC补偿下垂控制分析案例》3800字】

多储能直流微电网基于储能蓄电池SOC补偿下垂控制分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u5329多储能直流微电网基于储能蓄电池SOC补偿下垂控制分析案例 1275361.1基于储能蓄电池SOC的下垂控制 180751.2基于SOC改进下垂控制 3164181.2.1虚拟压降均衡器 3146421.2.2电压补偿器 4195121.2.3补偿下垂控制总体结构 5113831.3仿真分析 51.1基于储能蓄电池SOC的下垂控制一般情况下，直流微电网中其它单元(光伏、可控负载等)的转换器采用下垂控制时，基本都只考虑下垂系数以及参考电压等参数即可，但是由于储能单元的特殊性，当研究储能单元的下垂控制时，还需要多考虑的一个因素就是蓄电池的SOC。因为在理想状态下，当蓄电池处于放电模式时，即此时系统内的功率关系满足Ppv<P目前对储能单元转换器的下垂控制研究大部分是将SOC与下垂系数结合以实现等效下垂系数的自适应变化，由于SOC与下垂系数结合的方法较多，本文采取其中一种进行介绍，由式(3-9)可以得到SOC的计算方法，通过公式可以看出此方法是以不定积分进行计算的，变化率较低导致SOC均衡效果不太理想，因此有学者提出了一种方法。具体如下所示[43]：(4-1)(4-2)(4-3)(4-4)其中Udcref表示直流母线参考电压；Uref-i表示储能单元输出电压参考值，由于储能单元中的双向DC/DC转换器包含电压闭环，可认为输出电压无静差，即Uref-i=Udc；Udc为直流母线电压；SOCi、SOC0分别表示第i组蓄电池任意时刻和初始时刻的荷电状态；CB表示蓄电池的容量；iLi表示第i个转换器的电感电流；由式(4-3)可知，当ESU处于放电期间(即idci<0)，如果ESU的瞬时SOC大于其平均值(即SOCi>SOCavg)，此时kdi<1，这意味着ESU的下垂系数变小，向系统释放的功率增加；如果ESU的瞬时SOC小于其平均值(即分析如图3-5所示的直流微电网，可以得到以下关系： (4-5)(4-6)其中，RDeq表示将SOC和初始下垂系数结合之后的自适应下垂系数，RESU的输出电流定义为： (4-7)根据式(4-3)、(4-5)、(4-6)和(4-7)这几个式子进行化简计算，可以得到电流分配误差∆idc和电量不平衡度1)初始下垂系数相等时，即Roi(4-8)(4-9)2)初始下垂系数不等时，即Roi≠(4-10)如果储能系统不存在相同的特性，虽然补偿算法仍然可以促进SOC之间的差异最小化，但根据ESU下垂系数和额定电池组容量之间的关系，它可能不能同时满足∆idc=0和∆SOC=0，在平衡状态下补偿算法优先确保电流均衡分配，期望有最小的∆SOC(4-11)由式(4-11)还可以得到另一个结论，当收敛因子p增加时可以减弱下垂不匹配的影响，从而可以促进∆SOC1.2基于SOC改进下垂控制1.2.1虚拟压降均衡器当考虑线路阻抗时，根据式(3-5)可以得到n组储能转换器的输出电流和阻抗(下垂系数与线路阻抗之和)之间的关系式如下所示：(4-12)在理想情况下，下垂控制中输出电流的大小应与下垂系数的倒数成比例，即应该满足：(4-13)将idciRdi定义为虚拟压降[44]，图4-1给出了包含虚拟压降的第图4-1包含虚拟压降的ESU的等效电路由图4-1可以看出储能转换器的输出电压与虚拟压降的关系符合式(4-1)，当虚拟压降的大小发生变化时，储能转换器的输出电压就会发生变化，进而可以调整输出电流的大小；只有满足式(4-13)时，即虚拟压降相等时，输出电流的大小才能够按照下垂系数的倒数成比例精确分配。由于本章的分析前提是考虑线路阻抗对电流分配精度的影响，因此对比式(4-12)和式(4-13)可知，当考虑线路阻抗时传统下垂控制的输出电流就不再满足按比例分配，并且这种结果也会对SOC的均衡产生影响，同时由虚拟压降的存在必定会引起的一定的直流母线电压跌落，其值跟随输出电流的变化而变化，为了解决这个问题，需要加入电压补偿项，具体细节将在后序的章节中介绍。为了解决线路阻抗带来的影响，在传统下垂控制的基础上加入虚拟压降均衡器，其结构框图如下所示：图4-2虚拟压降均衡器虚拟压降均衡器的具体工作原理如下：通过采集到系统的平均虚拟压降Uvi,avg、本地输出电流idci及等效下垂系数Rdi，进行计算可以得到虚拟压降idciRdi，对Uvi,avg与idci(4-14)其中，GI-PI1.2.2电压补偿器根据之前的分析可知，当使用下垂控制时除了下垂系数影响均流精度之外，还有一个缺点就是母线电压会在一定程度上偏离参考值，因此本文在上一节消除线路阻抗对均流精度的影响的基础上加入了电压补偿器用于补偿电压偏差，其结构框图如下所示：图4-3次级电压补偿器图4-3的具体工作原理如下：通过采集转换器输出电压Udci的平均值Uavg并用来衡量直流母线的电压水平，对Uavg与Udci差值进行PI控制，得到电压补偿项(4-15)其中，GV-PI表示为次级电压器中PI控制器的传递函数。1.2.3补偿下垂控制总体结构 经过上面两个小节的分析，得到了δuI和图4-5改进下垂控制策略控制框图由图4-5可得到改进下垂控制策略的总体表达式为： (4-16)将δuI和δ(4-17)1.3仿真分析本小节具体参数如下表所示：表4-1仿真参数蓄电池1蓄电池2f55I3A3AR4Ω4ΩR4Ω/R/4Ωn3/n/2K0.10.2K11SOC0.75/SOC/0.7C0.5/C/0.5R140Ω140Ωp5/p/7K22K1010本小节考虑如图3-5所示的直流微电网系统，仿真条件为：负载所需功率恒定为1000W，光伏电池提供的初始功率为800W，在90s时光伏提供的功率减小至500W，在180s时减小至300W。母线参考电压为400V，两组蓄电池初始SOC相差为5%，图4-6和图4-7分别给出式(4-1)和式(4-17)所表示的下垂控制方法下输出电流仿真结果。图4-6未加补偿器时的输出电流图4-7加入补偿器时的输出电流仿真分析：由于负载消耗的功率固定为1000W，调节光伏电池的功率变化来模拟系统内功率的变化，光伏功率小于负载所需功率，此时系统内功率缺失需要蓄电池放电来补偿所缺功率。从图4-6可以看出，由于本文采用的自适应调节下垂系数是将下垂系数与蓄电池的SOC相结合，在刚开始的一段时间内，两组蓄电池之间的SOC差值较大时，此阶段电流分配精度受下垂系数影响大于线路阻抗的影响，随着时间的推移，两组蓄电池之间的SOC差值不断缩小，此阶段电流分配精度受线路阻抗的影响大于下垂系数的影响，但是因为线路阻抗的存在，导致两组蓄电池的输出电流不能均分，与之相比，从图4-7中可以看出，在前一阶段中由于电流分配精度主要受下垂系数影响，故消除线路阻抗对此阶段的电流分配影响较小，随着SOC之间的差值逐渐变小时，可以看出提出的方法可以很好的消除线路阻抗对均流精度的影响，证明了所提出方法的有效性。图4-8和4-9分别给出式(4-1)和式(4-17)所表示的两种下垂控制方法下蓄电池SOC的仿真结果。图4-8未加补偿器时的SOC图4-9加入补偿器时的SOC仿真分析：仿真条件与上一节相同，系统内功率变化相同，故不再赘述。从上面这两个图中可以看出，当把下垂系数和蓄电池的SOC结合在一起时，经过一段时间的调节就可以使蓄电池SOC均衡，这与文献[41]相对应，两组蓄电池SOC差值和输出电流差值可能不能同时为零[45]，虽然改进之后的输出电流差值经过调节之后为零，但其SOC差值相比改进之前更小却也不为零，说明提出的方法可以在一定程度上可以促进蓄电池SOC均衡，可以消除线路阻抗对均流精度的影响。图4-10和图4-11分别给出式(4-1)和式(4-17)所表示的两种下垂控制方法下输出电压的对比仿真结果。图4-10输出电压对比仿真结果图4-11加入补偿器时的输出电压仿真条件与上一节相同，系统内功率变化相同，故不再赘述。图4