本發明涉及調節器應用技術領域，尤其是一種適用于分布式儲能系統負荷電流分配方法。

背景技術：

基于直流母線的可再生能源發電，由于可再生能源輸出功率不穩定且低壓線路呈現一定的阻性，需要增加儲能單元提升系統的可靠性和穩定性，同時需要考慮線路阻抗的影響。傳統的下垂控制進行負荷分配時將下垂系數固定為常數，因此不能反應儲能單元SOC信息，長期運行導致儲能單元的加速老化，不能最大限度發揮儲能單元的優勢。

實際的儲能單元容量較大，因此SOC在短時間內變化并不明顯，可充分利用這一特點進行數據傳輸，采用適當的控制算法進行負荷電流分配。

技術實現要素：

本發明目的在于提供一種充分考慮儲能單元自身容量、對負荷電流實現有效的動態分配、SOC快速趨于一致且提高系統穩定性的應用于分布式儲能系統的SOC最優下垂因子控制方法。

為實現上述目的，采用了以下技術方案：本發明所述方法步驟如下：

步驟1、構建SOC最優下垂因子；

步驟2、根據分布式儲能變換器拓撲結構，將整體控制系統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、設計電壓電流調節器，使其相位裕度在45°，幅值裕度在10dB。

步驟5、加入二次控制補償母線電壓跌落，使整個系統有較高的動態響應和較小的穩態誤差；

步驟6，根據步驟4、5將硬件電路與控制電路構成閉合回路。

進一步的，所述步驟1的具體步驟為：

步驟1.1、構建SOC最優下垂因子，其傳遞函數G(soc)為，算法如下：

式中，k_D為比例系數；p為常數；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最優下垂因子的參數變化對系統影響，SOC最優下垂因子中參數k_D、p、n分別選取不同值。

SOC最優下垂因子中參數k_D為基準下垂系數，socⁿ與系統平均A_socⁿ相等時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，對系統影響減弱；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，最優參數兼顧收斂速度與穩定性；

步驟1.3、SOC最優下垂因子控制的參數ω_c范圍20～100rad/s。

進一步的，所述SOC最優下垂及其電壓恢復算法如下：

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

進一步的，所述電壓恢復因子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；T為慣性時間常數，T的時間常數比G(soc)的時間常數高2倍以上；S為拉氏變換后的復頻域。

與現有技術相比，本發明具有如下優點：

1、解決由于儲能單元生產工藝不一致，儲能單元所處的外部環境差異，及初始SOC不一致導致的負荷電流分配不均問題。SOC最優下垂因子控制將初始SOC偏差較大的儲能單元快速均衡，提高負荷電流分配精度同時提高系統的穩定性。

2、SOC最優下垂因子控制，使得剩余電量較多的儲能單元提供較多的負荷功率；剩余容量較小的儲能單元提供較少的負荷功率，各個儲能單元SOC快速趨于一致。

3、對下垂控制引起的母線電壓跌落進行二次調節具有重要的實際意義，有利于提高母線電壓的支撐能力。

4、SOC最優下垂因子控制不依賴底層變換器拓撲結構，可以跨平臺使用。

附圖說明

圖1為本發明方法中SOC最優下垂因子控制結構圖。

圖2為本發明方法中SOC最優下垂因子中參數變化時對應的根軌跡圖。

圖3為本發明方法中SOC最優下垂因子控制超級電容充放電切換仿真圖。

圖4為本發明方法中SOC最優下垂因子控制蓄電池充電實驗圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步說明：

本發明所述方法步驟如下：

步驟1、構建SOC最優下垂因子；SOC最優下垂因子控制的控制框圖，如圖1所示：

步驟1.1、構建SOC最優下垂因子，其傳遞函數G(soc)為，算法如下：

式中，k_D為比例系數；p為常數；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最優下垂因子的參數變化對系統影響，具體如下：

SOC最優下垂因子中參數k_D、p、n分別選取不同值，其對應根軌跡圖如附圖2所示。

SOC最優下垂因子中參數k_D為基準下垂系數，socⁿ與系統平均A_socⁿ相等時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，對系統影響減弱；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，最優參數兼顧收斂速度與穩定性；

步驟1.3、SOC最優下垂因子控制的參數ω_c范圍20～100rad/s。

步驟2、根據分布式儲能變換器拓撲結構，將整體控制系統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、設計電壓電流調節器，使其相位裕度在45°，幅值裕度在10dB。

步驟5、加入二次控制補償母線電壓跌落，使整個系統有較高的動態響應和較小的穩態誤差；

步驟6，根據步驟4、5將硬件電路與控制電路構成閉合回路。

所述SOC最優下垂及其電壓恢復算法如下：

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

其中，電壓恢復因子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；T為慣性時間常數，T的時間常數比G(soc)的時間常數高2倍以上；S為拉氏變換后的復頻域。

以下就超級電容作為儲能單元和蓄電池作為儲能單元為例分別進行說明。超級電容容量10F,電壓等級0～200V，經過雙向DCDC變換器接入直流母線進行仿真分析，其中SOC估計采用端電壓法，即當前電壓與額定電壓的比值作為本地SOC信息。SOC最優下垂因子中參數變化時，根軌跡均在左半平面如圖2所示，系統穩定。直流母線接入50Ω負載電阻，并用500V電壓源與5Ω電阻組成的電壓源對系統進行沖擊，使超級電容處于交替充放電工作模式。

根據圖3所示的仿真結果，充分說明SOC最優下垂因子控制可以有效工作。

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

蓄電池充電實驗結果表明，電流可按SOC值快速充電，且系統穩定。

以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，并非對本發明的范圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方案做出的各種變形和改進，均應落入本發明權利要求書確定的保護范圍內。