基于SOC和输出功率均衡下垂的并联储能系统控制技术研究

马宁+周宪+祁晖+吴倩+郭亮

摘 要：文章提出了一种并联型储能系统，储能元件通过双向DC/DC变换器连接至直流母线。针对不同SOC的储能元件放电控制，提出了基于SOC和输出功率均衡的下垂控制策略，根据输出电流和SOC对双向DC/DC变换器的参考电压值进行设定，实现系统的均衡控制。最后，利用仿真验证了所提出控制方法的可行性。

关键词：并联储能系统；直流母线；下垂控制

中图分类号：TM721.1 文献标志码：A 文章编号：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

基于標准化的储能模块，其低压侧均为多源输入的储能设备（蓄电池或超级电容器），高压侧为直流母线或交流母线，高压侧连接方式为串联或并联。模块化储能系统具有储能设备和变换器易于设计制造，成本低，电压、功率、能量定额易于调整，储能系统冗余度和可靠性高等优点[1-5]。

综合国内外在储能系统领域的最新研究进展[6-8]，本文提出一种使用蓄电池作为储能设备，输出端并联接入直流电网的模块化储能系统结构。每个储能介质和DC/DC变换器构成一个基本储能模块，n个储能模块以输出端并联形式接入电网。该储能系统最大的优势在于可以通过调整储能模块的数量n和储能介质的功率和容量以适应微网和负载不同的功率和容量要求。同时，由于系统包含多个输出电压相同的储能模块，单个模块的故障不会使整个储能系统失效，提高了系统的运行可靠性。多个储能模块并联的结构也使得系统便于扩展和维修以及实现储能介质的在线更换。

1 系统结构

本文中为研究方便取模块数n=2，每个模块中统一采用双向BUCK/BOOST变换器，其低压侧分别连接额定电压为48V，额定容量为13Ah的相同蓄电池模块，高压侧以并联形式接入直流电网，直流电网用阻值为20？赘的输出电阻等效代替。如图1所示。

2 基于SOC和输出功率均衡的下垂控制策略

考虑到每个储能单元的SOC状态都是不一样的，为了解决上述问题，应该采用有效的负载功率分配方法来平衡每个蓄电池模块的输出功率[9-10]。综上，本文提出一种使蓄电池SOC均衡的新型下垂控制方法。原理为让SOC值高的蓄电池模块输出更多的功率，SOC值低的模块输出较少的功率，最后达到不同储能模块间SOC均衡的目的。与传统下垂控制以输出功率均衡为唯一目标不同，该方法还要通过不同储能模块间按比例分配输出功率来实现模块间的SOC均衡。通过根据各个蓄电池SOC值来调整各自的下垂控制系数就能实现基于下垂控制输出功率按比例分配的目标。分析SOC值大则输出功率大这一要求可得下垂控制系数应与SOC值成反比。

分析仿真结果可知，仿真初期输出电流差值不明显而蓄电池SOC差值明显，所以SOC均衡控制起主要作用，SOC值大的输出较多电流，SOC值较少的输出较少电流。模块1初始电流约10.5A，模块2初始电流约8.2A，SOC均衡控制导致的电流差约为2.3A。

通过以上仿真分析可知，本文提出的基于蓄电池SOC和输出电流均衡的控制策略能良好地实现SOC和输出功率同时达到均衡的控制目标，且均衡速度较快，并具有一定的系统稳定性。

4 结束语

本文提出了一种基于直流母线的并联储能系统结构，并提出了相应的基于SOC和输出功率均衡的下垂控制策略对不同变换器进行协调控制。仿真验证了所提出策略的正确性和可行性。

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