一种多类型储能间分散式协同控制方法与流程

本发明属于储能系统的控制领域，尤其是涉及一种多类型储能间分散式协同控制方法。

背景技术：

1、储能系统，具有功率双向流动、灵活安装、快速响应等特性，已成为新能源高渗透率下维持电网稳定运行的重要设备。储能类型多样，常见的有超级电容、化学燃料电池、抽水蓄能等。

2、从储能充放特性角度可分为功率型和能量型两种：功率型储能功率密度大，但储能容量较小，响应速度快，可支持短时间内快速的充放；能量型储能则功率密度稍小，而储能容量大，可支持长时间充放，但是响应速度较慢。所以，基于两类储能的不同功率能量和响应速度，两者一般配合使用以兼顾快速功率支持和稳态功率波动平抑。

3、如公开号为cn112383074a的中国专利文献公开了一种能量型与功率型混合储能系统及储能方法，包括以下步骤：预测配电网储能预测点的第一置信区间以及第二置信区间，其中，所述第一置信区间为预测点的功率波动区间，所述第二置信区间为预测点的能量波动区间；获取第一置信区间绝对值的最大值p峰与第二置信区间绝对值的最大值w峰，并计算w峰与p峰的比值w峰/p峰，将比值w峰/p峰与λ作比较，若w峰/p峰≥λ，则采用能量型储能，若w峰/p峰＜λ，则采用功率型储能，其中λ为能量型储能与功率型储能经济性的分界点。

4、公开号为cn110299717a的中国专利文献公开了基于模型预测控制的分布式混合储能系统能量均衡控制策略，混合储能系统整体功率指令通过滤波器分为高频功率和低频功率，其分别通过超级电容与蓄电池响应，能量均衡控制策略即通过采集每一子系统及其相邻子系统中的超级电容与蓄电池的soc参数和输出功率值，分别建立以储能元件soc均衡为优化目标的预测模型，得到各子系统在下一时刻的功率指令。

5、然而，目前多类型储能的配合一般是在功率波动的预测或测量的基础上，由集中式控制器调节各储能功率输出。集中式的调节方法不仅需要通讯设备，在响应速度上有一定延迟，而且对中央节点的可靠性依赖较高。

6、因此，寻找一种多类型储能间的高效协同控制方法，提升多类型储能间的协作效能，成了目前亟需解决的问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种多类型储能间分散式协同控制方法，同时考虑了储能的不同功率响应速度，以及当前的荷电状态，以分散式的方式被动功率调整，同时能够防止过充和过放。

2、一种多类型储能间分散式协同控制方法，将多个不同类型的储能元件分别通过逆变器电路接入交流母线，并在接入交流母线的位置加入外环控制部分和内环控制部分；

3、其中，外环控制部分包含无功下垂部分和有功下垂部分，无功下垂部分产生d轴电压参考信号有功下垂部分生成频率参考值fref，频率参考值fref经积分模块产生相角信息θ，用以park模块的dq轴转换；

4、内环控制部分接收电压参考信号对应的电压输出参考值经过电压控制环生成电流参考值再经过电流控制环生成端口电压参考值最后经过pwm生成脉冲信号驱动逆变器电路的开关管。

5、进一步地，有功下垂部分生成频率参考值fref的公式为：

6、

7、式中，表示第i个储能元件的频率参考值，表示第i个储能元件的额定频率；pi和分别为第i个储能元件的输出有功功率和额定有功功率；soci分别为第i个储能元件的荷电状态；ti为第i个储能元件对应的低通滤波器的时间常数；ni和ki为第i个储能元件的下垂系数；s表示拉普拉斯算子。

8、ti的值与储能元件的储能类型相关，ti越大，则对输出有功功率变化的响应越慢，因此，功率型储能元件的ti应大于能量型储能元件。

9、下垂系数ni可以设计为：

10、

11、式中，和分别为第i台和第j台储能元件的最大输出有功功率，nj为第j个储能元件的下垂系数。

12、下垂系数ki可以设计为：

13、

14、式中，fmax为最大频率，f*表示额定频率。

15、电压输出参考值的计算公式为：

16、

17、式中，表示输出电压d轴额定参考值，m表示无功下垂系数，q表示无功功率。

18、在逆变器出口设有lc滤波电路，其中，lc滤波电路的电阻rp、电感lp和电容cp，通过线路电阻rline和线路电感lline接入交流母线。

19、经电流传感器采集逆变器端口的三相电流ip(a,b,c)和输出电流io(a,b,c)，电压传感器采集网侧电压vg(a,b,c)，三者均由park变换转换成dq轴上的值ip(d,q)，io(d,q)，vg(d,q)。

20、外环控制部分生成的频率和角度信息θ用以进行park变换，电压输出参考值作为内环控制部分的输入，内环控制部分通过电压控制环和电流控制环，生成逆变器端口电压参考值以此驱动pwm。

21、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

22、1、本发明可以使不同类型的储能元件之间以分散式方式实现协同控制。

23、2、本发明可以使得功率型和能量型储能元件在不同时间尺度上实现配合。

24、3、本发明可以根据储能荷电状态被动调整输出功率，从而防止过充和过放。

技术特征：

1.一种多类型储能间分散式协同控制方法，其特征在于，将多个不同类型的储能元件分别通过逆变器电路接入交流母线，并在接入交流母线的位置加入外环控制部分和内环控制部分；

2.根据权利要求1所述的多类型储能间分散式协同控制方法，其特征在于，有功下垂部分生成频率参考值fref的公式为：

3.根据权利要求2所述的多类型储能间分散式协同控制方法，其特征在于，ti的值与储能元件的储能类型相关，ti越大，则对输出有功功率变化的响应越慢，因此，功率型储能元件的ti应大于能量型储能元件。

4.根据权利要求2所述的多类型储能间分散式协同控制方法，其特征在于，下垂系数ni设计为：

5.根据权利要求2所述的多类型储能间分散式协同控制方法，其特征在于，下垂系数ki设计为：

6.根据权利要求1所述的多类型储能间分散式协同控制方法，其特征在于，电压输出参考值的计算公式为：

7.根据权利要求1所述的多类型储能间分散式协同控制方法，其特征在于，在逆变器出口设有lc滤波电路，其中，lc滤波电路的电阻rp、电感lp和电容cp通过线路电阻rline和线路电感lline接入交流母线。

8.根据权利要求7所述的多类型储能间分散式协同控制方法，其特征在于，经电流传感器采集逆变器端口的三相电流ip(a,b,c)和输出电流io(a,b,c)，电压传感器采集网侧电压vg(a,b,c)，三者均由park变换转换成dq轴上的值ip(d,q)，io(d,q)，vg(d,q)；

技术总结
本发明公开了一种多类型储能间分散式协同控制方法，将多个不同类型的储能元件分别通过逆变器电路接入交流母线，并在接入交流母线的位置加入外环控制部分和内环控制部分；其中，外环控制部分包含无功下垂部分和有功下垂部分，无功下垂部分产生d轴电压参考信号，有功下垂部分生成频率参考值，频率参考值经积分模块产生相角信息，用以Park模块的dq轴转换；内环控制部分接收电压输出参考值，经过电压控制环生成电流参考值，再经过电流控制环生成端口电压参考值，最后经过PWM生成脉冲信号驱动逆变器电路的开关管。本发明同时考虑了储能的不同功率响应速度，以及当前的荷电状态，以分散式的方式被动功率调整，同时能够防止过充和过放。

技术研发人员：赵影,王达,赵晓敏,凌永辉,倪佳华,项基,郭金刚,石吉银,李斯特,郑婷婷,卢健强
受保护的技术使用者：国网内蒙古东部电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12