一種分布式蓄電池組均衡化充放電方法及分布式微網結構與流程
2023-09-11 08:40:55
本發明涉及一種分布式蓄電池組均衡化充放電方法及分布式微網結構，屬於微電網技術領域。
背景技術：
微網又叫微電網，是相對傳統大電網的一個概念，是指多個分布式電源及其相關負載按照一定的拓撲結構組成的網絡，並通過靜態開關關聯至常規電網。
在微網中，由於分布式電源啟動時間較長，對負荷的瞬態響應較差，因此當電網的負荷發生突變時，其不能快速和及時地給負荷提供能量供應。因此需要在微網中加入如蓄電池之類的儲能設備來滿足負荷的需求。目前儲能裝置大多以分布式儲能的形式接入微網，即蓄電池作為一個附屬單元連接在各個分布式電源(Distributed Energy Resource，DER)的直流母線上，在該系統中，共有若干分布式電源和蓄電池組，這些分布式電源採用並聯方式連接時，即每個分布式電源都獨立地並接在母線上，所述蓄電池組與分布式電源並聯，其系統結構如圖3所示，其各個分布式電源的端電壓表達式如下：
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其中，vnp為現有技術並聯結構的第n個分布式電源的端電壓；PL為負載功率；ik為第k條支路電流，Xn為第n條支路的線路阻抗；j表示虛部。
如果這些分布式電源採用串聯方式連接時，即每個分布式電源逐級串聯，通過最接近負載的分布式電源連接在母線上，所述蓄電池組與分布式電源並聯，其系統結構如圖4所示，其各個分布式電源的端電壓表達式如下：
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其中，vns為現有技術串聯結構的第n個分布式電源的端電壓；PL為負載功率；ik為第k條支路電流，Xn為第n條支路的線路阻抗；j表示虛部。
由於這些分布式電源所處的地理位置不同和設備參數的差異，使得每個分布式電源距離負荷的阻抗值也不盡相同。無論並聯方式還是串聯方式，分布式電源越接近負荷，其阻抗值越小，即X1＝0，X2＜X3＜....＜Xn，其所連接的蓄電池上承受的壓力也就越大，放電電流越大，峰值溫度越高，必然導致該蓄電池首先出現老化。如果不及時處理，會導致剩餘的蓄電池很快老化，無法滿足負載的要求，最終會使整個微網無法正常工作。
技術實現要素：
本發明目的在於提供一種分布式蓄電池組均衡化充放電方法以及實現該方法的分布式微網結構，該方法以及實現該方法的分布式微網結構能夠在採用分布式儲能形式的各個蓄電池線路阻抗不一致的條件下實現充放電功率的均分，有效延長其使用壽命。
為實現上述目的，本發明一種分布式蓄電池組均衡化充放電方法，通過在各個分布式電源中串入虛擬阻抗來改變線路阻抗，所述虛擬阻抗為電流控制的電壓源。
實現上述方法的一種分布式微網結構，包括若干分布式電源、蓄電池組和若干電流控制的電壓源；這些分布式電源採用並聯方式連接，即每個分布式電源都獨立地並接在母線上，所述蓄電池組與分布式電源並聯，所述電流控制的電壓源與分布式電源串聯，極性相反，各個分布式電源的端電壓表達式如下：
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其中，vn′為採用本發明並聯結構後的第n個分布式電源的端電壓；PL為負載功率；in為第n條支路電流，Xn-add為第n條支路的線路虛擬附加阻抗；j表示虛部。
實現上述方法的另一種分布式微網結構，包括若干分布式電源、蓄電池組和若干電流控制的電壓源；這些分布式電源採用串聯方式連接，即每個分布式電源逐級串聯，通過最接近負載的分布式電源連接在母線上；所述蓄電池組與分布式電源並聯，所述電流控制的電壓源與分布式電源串聯，極性相反，各個分布式電源的端電壓表達式如下：
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其中，vn′為採用本發明串聯結構後的第n個分布式電源的端電壓；PL為負載功率；ik為第k條支路電流，Xn-add為第n條支路的線路虛擬附加阻抗；j表示虛部。
本發明採用電流控制的電壓源作為虛擬阻抗串聯接入各分布式電源的線路中，改變了接入點的電壓，使得各條線路的充放電電流達到均衡，避免了個別蓄電池充放電電流過大而率先老化的問題，蓄電池的循環壽命將更加均衡。相對於未採用虛擬阻抗控制的蓄電池的循環壽命，採用該方法後，其循環壽命延長了80％。另一方面，用於電流控制的電壓源的內阻基本為零，所以其功耗很低，其電路損耗基本可以忽略不計。
附圖說明
圖1是本發明並聯結構的微網示意圖；
圖2是本發明串聯結構的微網示意圖；
圖3是現有技術並聯結構的微網示意圖；
圖4是現有技術串聯聯結構的微網示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖及實施例對本發明做進一步說明。
一種分布式蓄電池組均衡化充放電方法，通過在各個分布式電源中串入虛擬阻抗來改變線路阻抗。
所述虛擬阻抗為電流控制的電壓源。
實現上述方法的一種分布式微網結構，如圖1所示，包括若干(圖中以3個為例)分布式電源和蓄電池組，所述分布式電源採用並聯方式連接，即每個分布式電源都獨立並接在母線上，所述蓄電池組與分布式電源並聯，還包括若干電流控制的電壓源；所述電流控制的電壓源與分布式電源串聯，極性相反，各個分布式電源的端電壓表達式如下：
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其中，vn′為採用本發明並聯結構後的第若干分布式電源的端電壓；PL為負載功率；in為第n條支路電流，Xn-add為第n條支路的線路的等效阻抗；j表示虛部。
實現上述方法的另一種分布式微網結構，如圖2所示，包括若干(圖中以3個為例)分布式電源和蓄電池組，所述分布式電源採用串聯方式連接時，即每個分布式電源逐級串聯，通過最接近負載的分布式電源連接在母線上，所述蓄電池組與分布式電源並聯，還包括若干電流控制的電壓源；所述電流控制的電壓源與分布式電源串聯，極性相反，各個分布式電源的端電壓表達式如下：
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其中，vn′為採用本發明串聯結構後的第若干分布式電源的端電壓；PL為負載功率；ik為第k條支路電流，Xn-add為第n條支路的線路虛擬附加阻抗；j表示虛部。
在圖1和圖2中，距離負載最近的分布式電源DER1等效電阻為零，相當與直接連接到母線上的A點，其充放電電流最大，在分布式電源DER2線路中串聯了電流控制的電壓源CCVS1，且電源極性相反。由於反向串入了電流控制的電壓源CCVS1，使得該條線路上的接入點電壓降低，在輸出功率一定的情況下，該條線路的電流增加，從而實現了分布式電源DER2與分布式電源DER1的充放電電流均衡。同樣，由於分布式電源DER3現對於DER2距離更遠，其線路阻抗更高，在電壓一定的情況下充放電電流更低，所以需要串入更多的電流控制的電壓源，即CCVS2和CCVS3。以下原理相同，在第若干分布式電源DERn上，需要串聯更多的電流控制的電壓源。