一种分布式储能系统SOC均衡方法及其装置与流程

本发明属于电力系统运行分析与控制技术领域，尤其涉及一种弱通信条件下的分布式储能系统soc均衡方法和相应的装置。

技术背景

储能系统作为智能电网和微电网系统的重要组成部分，发挥着移峰填谷、备用电源、电能质量治理和消纳新能源发电等作用。近年来，在储能元件成本降低，新能源发电装机量逐年攀升的背景下，储能系统发展迅猛。当前客户侧储能一般以单套系统为单位独自参与电网辅助服务，缺乏通过分布式协调控制满足全局功率需求的手段。各个储能单元在工作过程中，其soc(stateofcharge,荷电状态，即剩余电量)也在实时变化。传统的静态功率分配方法，仅适用于soc对称变化的储能系统。若各储能单元工作状态不对称，某些储能单元会过早失去充放电能力，影响系统整体工作性能。

技术实现要素：

由于分布式储能系统中一般不宜采用基于大规模通信的集中式控制，利用分布式储能系统中相邻储能单元之间的弱通信连接，在分布式储能系统工作过程中以减小soc差异为目标，使用离散一致性算法动态调整个储能单元的输出功率，可有效均衡各储能单元soc，保证整个系统的持续运行。

本发明的目的在于提供一种弱通信条件下的分布式储能系统soc均衡方法，在工作过程中采用一致性算法，在保证整体对外输出功率不变的前提下，对分布式储能系统中各个储能单元的输出功率进行动态调整，以减小各储能单元的soc差异，有效保证电网运行的稳定性。

技术方案：本发明建立了一种弱通信条件下的分布式储能系统soc均衡方法，使用一致性算法对各储能单元输出功率进行动态调整，包括以下步骤：

步骤1各储能单元与相邻储能单元通信，获取相邻储能单元当前soc值；

步骤2根据状态转移矩阵d和当前时刻一致性控制状态向量s(k)计算下一时刻的理想状态量；

步骤3计算下一时刻的理想状态量与当前时刻一致性控制状态向量之间的差值，并根据所述差值和一次功率分配中，储能单元的给定输出功率得到自功率变化量；

步骤4计算自功率变化量与该储能单元拥有的可通信的相邻储能单元数之间的比值，并取所述比值的负数得到互功率变化量；

步骤5与相邻储能单元通信，发送本单元的互功率变化量，接收各邻储能单元的互功率变化量；

步骤6计算功率修正量；

步骤7将所述功率修正量叠加至一次功率分配量上得到输出功率。

进一步的，所述步骤2中下一时刻的理想状态量的计算方法为：

其中，dij表示状态转移矩d第i行第j列的元素，ni与nj分别表示储能单元i和储能单元j拥有的可通信的相邻储能单元数，ni表示节点i的可通信的相邻储能单元集合；sj(k)为当前时刻一致性控制状态向量s(k)中的第j个元素。

进一步的，所述步骤3中自功率变化量δpi-i计算方法为：

其中，pi^*为一次功率分配中，储能单元i的给定输出功率；kp为比例调节系数；为下一时刻的理想状态量，si(k)为当前时刻一致性控制状态向量s(k)中的第i个元素。

进一步的，所述步骤4中互功率变化量δpi-j计算方法为：

其中，ni表示储能单元i拥有的可通信的相邻储能单元数，ni表示节点i的可通信的相邻储能单元集合，δpi-i表示储能单元i的自功率变化量。

进一步的，储能单元i的功率修正量δpi：

进一步的，在进行步骤1之前包括对系统进行初始化过程和条件判断过程，所述条件判断过程包括判断各储能单元检测当前是否为功率修正量更新时刻，若为功率修正量更新时刻，则重新生成功率修正量，否则维持上一功率修正量更新时刻生成的功率修正量。

进一步的，所述的对系统进行初始化包括

(1)判断需进行荷电状态均衡的n个储能单元之间的通信连接拓扑是否满足一致性算法使用条件，若满足则进行下一步，否则结束；

(2)设定一致性控制状态向量s(k)，

所述一致性控制状态量s(k)满足：

s(k)＝[soc1(k),soc2(k),...,socn(k)]^t

(3)生成状态转移矩阵d。

本发明还公开了一种弱通信条件下的分布式储能系统soc均衡装置，包括soc值获取模块，用于与相邻储能单元通信，获取相邻储能单元当前soc值；理想状态量计算模块，用于根据状态转移矩阵d和当前时刻一致性控制状态向量s(k)计算下一时刻的理想状态量；

自功率变化量计算模块，用于计算下一时刻的理想状态量与当前时刻一致性控制状态向量之间的差值，并根据所述差值和一次功率分配中，储能单元的给定输出功率得到自功率变化量；

互功率变化量计算模块，用于计算自功率变化量与该储能单元拥有的可通信的相邻储能单元数之间的比值，并取所述比值的负数得到互功率变化量；

互功率变换量发送和接收模块，用于与相邻储能单元通信，发送本单元的互功率变化量，接收各邻储能单元的互功率变化量；

功率修正量计算模块，用于计算功率修正量；

输出功率计算模块，用于将所述功率修正量叠加至一次功率分配量上得到输出功率。

进一步的，理想状态量计算模块中计算下一时刻的理想状态量的方法为：

其中，dij表示状态转移矩d第i行第j列的元素，ni与nj分别表示储能单元i和储能单元j拥有的可通信的相邻储能单元数，ni表示节点i的可通信的相邻储能单元集合；sj(k)为当前时刻一致性控制状态向量s(k)中的第j个元素。

进一步的，所述自功率变化量计算模块计算自功率变化量δpi-i的方法为：

δpi-i＝-kp[si^*(k+1)-si(k)]pi^*

其中，pi^*为一次功率分配中，储能单元i的给定输出功率；kp为比例调节系数；为下一时刻的理想状态量，si(k)为当前时刻一致性控制状态向量s(k)中的第i个元素。

有益效果：本发明具有如下优点和技术效果：

本发明建立一种弱通信条件下的分布式储能系统soc均衡方法，使用一致性算法，以soc一致为控制目标对无集中通信的分布式储能系统中的储能单元输出功率进行动态调整，有效保证含储能系统的电网运行的经济性与稳定性。本发明兼顾了分布式储能系统的弱通信条件与电网整体的功率输出需求，具有较好的实际意义。

附图说明：

图1是功率修正量生成方法流程图；

图2是本发明示例分布式储能系统结构图；

图3是本发明示例中各储能单元的输出功率波形图；

图4及本发明示例中各储能单元的soc波形图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明的实施作进一步说明，但本发明的实施和包含不限于此。

设由3个储能单元组成的分布式系统如图2所示，参数如表1所示。

表1示例系统参数

使用一致性算法对各储能单元输出功率进行动态调整，包括以下步骤：

步骤1：判断需进行soc均衡的n个储能单元之间的通信连接拓扑是否满足一致性算法使用条件，若满足则可使用本方法进行均衡，否则不可以；

步骤2：设定一致性控制状态向量s(k)；

步骤3：生成状态转移矩阵d。

步骤4：各储能单元检测当前是否为功率修正量更新时刻，若为功率修正量更新时刻，则重新生成功率修正量，否则维持上一功率修正量更新时刻生成的功率修正量。

步骤5：各储能单元将功率修正量叠加到一次分配功率上，进行输出功率修正，进而实现soc均衡

步骤6：重复步骤4、5。

进一步，步骤1中的一致性算法使用条件为：通信拓扑为无向连通图，即该拓扑中，任意两个节点之间都存在路径相连。

图2中，储能单元1与2之间存在通信连接，储能单元2与3之间存在通信连接，可看出结构满足连通条件，可以使用该方法。

进一步，步骤2中的一致性控制状态量s(k)满足：

s(k)＝[soc1(k),soc2(k),...,socn(k)]^t(1)

其中，soc1(k)～socn(k)为n个储能单元在k时刻的soc值。

本示例中s(k)＝[soc1(k),soc2(k),soc1(k)]^t

进一步，步骤3中的状态转移矩阵d生成方法为：

其中，dij表示状态转移矩d第i行第j列的元素，ni与nj分别表示储能单元i和储能单元j拥有的可通信的相邻储能单元数，ni表示节点i的可通信的相邻储能单元集合。

本示例中的状态转移矩阵d为：

进一步，步骤4中的功率修正量生成方法如下：

对于每个储能单元，功率修正量生成方法相同，以储能单元i为例

(1)与相邻储能单元通信，获取其当前soc值

(2)计算下一时刻的理想状态量

其中sj(k)为当前时刻一致性控制状态向量s(k)中的第j个元素。

(3)计算自功率变化量δpi-i：

δpi-i＝-kp[si^*(k+1)-si(k)]pi^*(4)

其中，pi^*为一次功率分配中，储能单元i的给定输出功率；kp为比例调节系数，人为预先设定；si(k)为当前时刻一致性控制状态向量s(k)中的第i个元素。

(4)计算互功率变化量δpi-j：

其中，ni表示储能单元i拥有的可通信的相邻储能单元数，ni表示节点i的可通信的相邻储能单元集合。由于需要保持总体对外输出功率不变，因此自功率变化量需要由相邻储能单元承担。

(5)与相邻储能单元通信，发送本单元的互功率变换量δpi-j，接收各邻单元的互功率变换量δpj-i。

(6)计算功率修正量δpi：

进一步，步骤5中的输出功率修正方法如下：

使用一次功率分配量pi^*与功率修正量δpi之和作为储能单元i的输出功率给定值pi:

pi＝pi^*+δpi(7)

本发明实施过程中各储能单元的输出功率如图3所示，soc如图4所示。可以看到，在维持对外输出功率不变的情况下，本发明利用储能单元间的弱通信快速减小了soc差异。

综上所述，本发明建立一种弱通信条件下的分布式储能系统soc均衡方法，使用一致性算法，以soc一致为控制目标对无集中通信的分布式储能系统中的储能单元输出功率进行动态调整，快速减小了各储能单元的soc差异，有效保证含储能系统的电网运行的经济性与稳定性。本发明兼顾了分布式储能系统的弱通信条件与电网整体的功率输出需求，具有较好的实际意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。