基于SOC和輸出功率均衡下垂的并聯儲能系統控制技術研究

馬寧+周憲+祁暉+吳倩+郭亮

摘 要：文章提出了一種并聯型儲能系統，儲能元件通過雙向DC/DC變換器連接至直流母線。針對不同SOC的儲能元件放電控制，提出了基于SOC和輸出功率均衡的下垂控制策略，根據輸出電流和SOC對雙向DC/DC變換器的參考電壓值進行設定，實現系統的均衡控制。最后，利用仿真驗證了所提出控制方法的可行性。

關鍵詞：并聯儲能系統；直流母線；下垂控制

中圖分類號：TM721.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）32-0022-02

Abstract： This paper proposes a paralleled energy storage system， which contains a dc bus connected to energy storage components through bidirectional dc/dc converter. An SOC and output power balanced droop method is proposed to control the discharge process of different energy storage components. The voltage references of dc/dc converters are determined according to the output current and SOC values of energy storage components. The validity of the proposed method is verified by simulation results.

Keywords： ParalleledEnergy Storage System； DC Bus； Droop Control

引言

基于標準化的儲能模塊，其低壓側均為多源輸入的儲能設備（蓄電池或超級電容器），高壓側為直流母線或交流母線，高壓側連接方式為串聯或并聯。模塊化儲能系統具有儲能設備和變換器易于設計制造，成本低，電壓、功率、能量定額易于調整，儲能系統冗余度和可靠性高等優點[1-5]。

綜合國內外在儲能系統領域的最新研究進展[6-8]，本文提出一種使用蓄電池作為儲能設備，輸出端并聯接入直流電網的模塊化儲能系統結構。每個儲能介質和DC/DC變換器構成一個基本儲能模塊，n個儲能模塊以輸出端并聯形式接入電網。該儲能系統最大的優勢在于可以通過調整儲能模塊的數量n和儲能介質的功率和容量以適應微網和負載不同的功率和容量要求。同時，由于系統包含多個輸出電壓相同的儲能模塊，單個模塊的故障不會使整個儲能系統失效，提高了系統的運行可靠性。多個儲能模塊并聯的結構也使得系統便于擴展和維修以及實現儲能介質的在線更換。

1 系統結構

本文中為研究方便取模塊數n=2，每個模塊中統一采用雙向BUCK/BOOST變換器，其低壓側分別連接額定電壓為48V，額定容量為13Ah的相同蓄電池模塊，高壓側以并聯形式接入直流電網，直流電網用阻值為20？贅的輸出電阻等效代替。如圖1所示。

2 基于SOC和輸出功率均衡的下垂控制策略

考慮到每個儲能單元的SOC狀態都是不一樣的，為了解決上述問題，應該采用有效的負載功率分配方法來平衡每個蓄電池模塊的輸出功率[9-10]。綜上，本文提出一種使蓄電池SOC均衡的新型下垂控制方法。原理為讓SOC值高的蓄電池模塊輸出更多的功率，SOC值低的模塊輸出較少的功率，最后達到不同儲能模塊間SOC均衡的目的。與傳統下垂控制以輸出功率均衡為唯一目標不同，該方法還要通過不同儲能模塊間按比例分配輸出功率來實現模塊間的SOC均衡。通過根據各個蓄電池SOC值來調整各自的下垂控制系數就能實現基于下垂控制輸出功率按比例分配的目標。分析SOC值大則輸出功率大這一要求可得下垂控制系數應與SOC值成反比。

分析仿真結果可知，仿真初期輸出電流差值不明顯而蓄電池SOC差值明顯，所以SOC均衡控制起主要作用，SOC值大的輸出較多電流，SOC值較少的輸出較少電流。模塊1初始電流約10.5A，模塊2初始電流約8.2A，SOC均衡控制導致的電流差約為2.3A。

通過以上仿真分析可知，本文提出的基于蓄電池SOC和輸出電流均衡的控制策略能良好地實現SOC和輸出功率同時達到均衡的控制目標，且均衡速度較快，并具有一定的系統穩定性。

4 結束語

本文提出了一種基于直流母線的并聯儲能系統結構，并提出了相應的基于SOC和輸出功率均衡的下垂控制策略對不同變換器進行協調控制。仿真驗證了所提出策略的正確性和可行性。

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