[发明专利]一种基于模型预测控制的改进幂指数型SOC协调控制方法

说明书

本发明公开了一种基于模型预测控制的改进幂指数型SOC协调控制方法，包括信号测量、计算下垂系数预测值、多目标优化求解最优值和通过电压电流双环控制求取占空比步骤。本发明采用模型预测控制对基于SOC的传统幂指数型功率分配策略中的幂指数进行优化，解决了固定幂指数下系统控制性能不稳定的问题，实现了各储能输出功率按SOC大小进行分配，对于直流微网的稳定运行具有良好的促进作用。

技术领域

本发明涉及一种多储能SOC协调控制方法，尤其涉及一种基于模型预测控制的改进幂指数型SOC协调控制方法，属于供电控制技术领域。

背景技术

作为分布式电源接入大电网的一种有效形式，直流微电网以其结构简单、无需考虑相位同步和无功补偿问题等优点引起了广泛研究。但分布式能源的间歇性和随机性会引发直流微电网的功率波动问题，在微电网中合理使用储能单元，可以有效平抑制新能源出力波动，解决新能源的并网和消纳问题。

在含多个储能单元的直流微网中，不同单元的荷电状态差别过大有可能导致个别储能单元提前退出运行，增加其他储能单元的出力，从而影响系统的安全性和稳定性。除此之外，SOC均衡控制还可以避免部分蓄电池过充过放，提高蓄电池的使用寿命。因此，许多学者基于均衡各储能单元SOC这一目标对功率分配方法展开了研究。陆晓楠等人在中国电机工程学报，2013，33(16)：37-46+20.“直流微电网储能系统中带有母线电压跌落补偿功能的负荷功率动态分配方法”公开了一种将初始下垂系数和储能单元荷电状态的n次幂作商得到改进下垂系数的功率分配方案，但其中并未对幂指数n的取值给出明确方法，且未考虑各蓄电池控制单元初始下垂系数不同的情况。除此之外，当幂指数较大时SOC收敛速度快，但系统功率响应速度慢，幂指数较小时功率响应速度快但SOC收敛速度慢，即采用固定不变的幂指数来进行SOC协调会导致功率响应速度和SOC收敛速度不可兼顾的问题。袁娜娜等人在电力系统保护与控制，2019，47(15)：17-23.“直流微网中基于SOC的改进下垂控制”中公开一种在上文提出的幂指数型功率分配策略的基础上加入调整量的方案，仅解决了SOC因子加入后母线电压跌落速度加快的问题。

因此，对于多储能直流微电网中蓄电池的功率协调控制问题，研究一种基于模型预测控制算法的变下垂系数控制策略，通过对幂指数的优化求解，减小不同初始下垂系数对改进下垂系数造成的影响，解决幂指数不变时功率响应速度和SOC收敛速度无法同时优化的问题，具有一定的实用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是对传统幂指数型SOC协调控制方法进行改进，解决该方法在初始下垂系数不同的情况下效果较差以及固定幂指数对控制性能的影响问题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种基于模型预测控制的改进幂指数型SOC协调控制方法，建立含多个能量单元的直流微电网系统：所述直流微电网系统由多个能量单元和大电网单元连接形成，所述能量单元包含分布式发电单元、储能单元和负荷单元；所述分布式发电单元、储能单元、大电网单元和负荷单元分别通过相应的电压源型换流器(Voltage Source Converter，VSC)或DC-DC换流器与直流母线相连；所述直流微电网系统包含的分布式发电单元、储能单元、大电网单元和负荷单元均包括控制系统、测量元件和换流器；所述直流微电网系统包含的分布式发电单元、储能单元、大电网单元和负荷单元的控制系统输入端分别与相应的测量元件输出端相连，其输出端与相应的换流器输入端相连；所述直流微电网系统中还包含各种直流测量元件以及交流测量元件，主要包括分布式发电单元、储能单元、大电网单元和负荷单元的直流母线侧电压传感器和电流传感器以及分布式发电单元、储能单元、大电网单元和负荷单元的分布式电源侧、储能元件侧、交流电网侧和负荷侧电压传感器和电流传感器等；所述储能单元包括蓄电池；包括以下步骤：

步骤1：信号测量：通过电压传感器测量直流微电网中各能量单元的母线电压v_busi和蓄电池输出电流i_bati，收集各蓄电池荷电状态及控制单元初始下垂系数等本地信息。