福建理工大学研究者提出一种变调节因子的不同容量储能系统能量控制方法

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随着以光伏为代表的直流微源的广泛应用和不断增加的直流负荷需求，直流微电网正在迅速发展，吸引了越来越多相关学者的关注和研究。直流微电网有两种运行模式：并网模式和孤岛模式。孤岛模式下，直流微电网不依赖外部电力网络，它能够通过本地可再生能源来满足当地负载需求，实现自给自足的电力供应。同时，考虑到可再生能源的间歇性和不确定性，独立型直流微电网需要设置锂电池储能系统来平稳管理能量波动，保持系统功率平稳，以及维持直流母线电压稳定。

随着微电网的功率需求逐渐增加，通常需要将多个储能单元（ESU）连接到直流母线上，从而形成一个分布式储能系统。这种配置可有效增加储能容量和功率输出，以应对更高的电能需求，同时提高微电网的稳定性和可靠性。

储能设备的老化、充放电速率差异、温度不均和制造差异会导致储能系统出现荷电状态（SOC）不一致现象，而荷电状态不一致会导致部分储能单元过充和过放，造成能量损失，大大降低其使用寿命，因此使用合理的荷电状态均衡控制策略消除储能单元之间的不一致性对于改善储能系统性能具有重要意义。

针对固定调节因子多储能单元荷电状态均衡控制策略存在的均衡速度和输出功率之间的固有矛盾，福建理工大学电子电气与物理学院、智能电网仿真分析与综合控制福建省高校工程研究中心的鄢仁武、姜雪儿，提出一种变调节因子的不同容量储能系统能量控制策略。

图1 系统整体结构

研究者在分析固定调节因子荷电状态均衡策略后，提出变调节因子的荷电状态均衡策略，以提高系统的整体收敛速度；同时，引入容量因子，使各个模块的输出功率趋于容量比。此外，采用相邻通信方式来实现分布式储能系统的能量管理，运用动态一致性算法来估计全局平均值信息，以降低通信负担和成本，增强系统的可靠性；考虑到通信故障，提出故障时的荷电状态控制策略，以保证系统稳定运行。最后，以三组储能单元为对象，对所提均衡策略进行仿真研究。

他们指出，以改变下垂系数为基础，通过前期控制因子调节系统最大输出功率，后期加速因子放大均衡后期荷电状态的差值，能够达到加快荷电状态均衡的目的。另外，引入容量权重因子，合理分配不同容量储能单元的功率，使其趋于容量比，旨在有效弥补各储能单元间的容量差异，有助于确保各个储能单元在充电和放电过程中的合理参与，提高系统的整体效能和使用寿命。

研究者表示，利用动态一致性算法估计全局平均值，能够提高系统的效率、响应速度和可靠性，此外还考虑了通信故障，制定了相应控制策略，使失去通信的储能单元也能稳定地进行充放电，保证系统有效运行。

本工作成果发表在2024年第2期《电气技术》，论文标题为“变调节因子的不同容量锂电池储能系统能量控制策略”，作者为鄢仁武、姜雪儿。本课题得到国家自然科学基金的支持。

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