[发明专利]一种基于自适应调节因子的蓄电池荷电状态的均衡方法

说明书

本发明一种基于自适应调节因子的蓄电池荷电状态的均衡控制方法，直流组网运行控制技术领域，方法包括以下步骤：利用蓄电池本地荷电状态与其直接相邻蓄电池荷电状态之间的通信，采用一致性算法计算获得所有蓄电池的平均值；将下垂系数与DC/DC变换器输出端的电流求积得到传送到双闭环控制层；将母线输出电压的理想电压和差值I、功率补偿值求和，所求和再与下垂跌落单元与母线电压作差，得到差值II；差值II经过电压电流控制，得到控制信号I；控制信号I经过脉宽调制技术调解，实现稳定输出电压和达到多个蓄电池的荷电状态均衡生成控制信号II，该方法引入三个SoC平衡调整因子加快SoC收敛速度，解决传统SoC后期均衡较慢问题。

技术领域

本发明属于直流组网运行控制技术领域，涉及一种基于自适应调节因子的蓄电池荷电状态的均衡方法。

背景技术

随着全球贸易和航运业的发展，化石能源逐渐枯竭，船舶污染排放问题日益突出。以新能源发电为主的船舶分布式发电技术得到了广泛关注。相比船舶交流组网方式，船舶直流组网成本低且无频率、相位等问题，更适合新能源接入，发展前景日益广阔。由于考虑成本、安全和技术等原因，通常在电力推进船舶上配备多台蓄电池储能单元(BESU)，BESUs通过变换器并联于直流母线为全船提供动力，变换器起到控制输出电压和抑制BESUs间环流的作用，比如最近下水的“Yara Birkeland”和“君旅号”等纯电动船舶，均是采用此类技术。然而由于生产过程、存放条件以及使用过程中存在的差异，各BESU会出现SoC不一致的问题，而SoC的不均衡严重时会导致部分BESU提前退出运行，加快剩余BESU的放电速度，影响储能系统寿命和船舶直流组网的稳定性。因此BESUs间的功率分配及SoC均衡问题得到广泛研究。

下垂控制作为对等控制中的一种方法常常用作直流组网的基本控制，为了保证蓄电池安全和实现功率精确分配。在文献^[1]中将函数和SoC结合，该方法操作难度低，但均流效果差。在文献^[2]中通过将SoC与指数函数联系起来设置下垂系数来实现SoC均衡。该方法通过引入指数n来实现SoC均衡，以加速SoC的收敛，然后通过增大下垂系数来减弱线路阻抗失配带来的影响。该方法可以实现SoC平衡和功率分配，但过大的下垂系数会使母线电压严重偏离给定值，影响系统的稳定性。文献^[3]提出的基于反正切函数的自适应下垂控制虽然可以限制下垂系数，但由于反正切函数的特性，需要适当设置初始下垂系数等限制条件，否则反向充电时，下垂系数可能为负，导致SoC差值变大。文献^[4]提出反余切函数的自适应下垂控制策略，由于函数本身总是大于0小于π，因此可以保证下垂系数限制在一定范围内，最终实现SoC的均衡。

由于多台BESUs并联运行，传统下垂控制会导致部分蓄电池提前退出运行，出现“过充过放”现象，使蓄电池能量无法得到充分利用，影响蓄电池的使用寿命。

发明内容

为了解决由于多台BESUs并联运行，传统下垂控制会导致部分蓄电池提前退出运行，出现“过充过放”现象，使蓄电池能量无法得到充分利用，影响蓄电池的使用寿命问题，本发明提供本发明采用的技术方案是：一种基于自适应调节因子的蓄电池荷电状态的均衡控制方法，包括以下步骤：

获取多个蓄电池的输出电流，基于安时积分法获得每个蓄电池的荷电状态；

利用蓄电池本地荷电状态与其直接相邻蓄电池荷电状态之间的通信，采用改进的一致性算法计算获得所有蓄电池的平均值；

结合下垂控制，将所有蓄电池的平均值通过荷电状态均流算法生成下垂系数；

将下垂系数与DC/DC变换器输出端的电流求积得到传送到双闭环控制层；

将采集到的负载两侧的母线电压与理想电压值求差，得到用于增加电压跌落补偿来维持母线电压稳定的差值I，将得到的差值I传送到双闭环控制层；