本发明公开了一种针对串并联电池储能系统的分布式均能控制方法及装置，串并联电池储能系统包括多个并联的储能组串子系统，每个储能组串子系统包括多个串联的电池变换模块，其中，多个模块分为领队型模块和跟随型模块，控制方法包括以下步骤：获取储能组串子系统在模式切换和目标分配过程中产生的补偿偏置信号；将补偿偏置信号发送至领队型模块，并通过分布式通信网络使得所有电池变换模块间共享领队型模块接收的补偿偏置信号；根据补偿偏置信号对储能组串子系统内所有模块进行串内功率因数角一致同步和能量均衡控制，以使得所有模块输出的有功功率和荷电状态一致。该方法可以有效提高系统通信干扰故障下的可靠性，并有效降低系统成本。
1.一种针对串并联电池储能系统的分布式均能控制方法，其特征在于，所述串并联电池储能系统包括多个并联的储能组串子系统，每个储能组串子系统包括多个串联的电池变换模块，其中，多个模块分为领队型模块和跟随型模块，所述控制方法包括以下步骤：获取所述储能组串子系统在模式切换和目标分配过程中产生的补偿偏置信号；
将所述补偿偏置信号发送至所述领队型模块，并通过分布式通信网络使得所有电池变换模块间共享所述领队型模块接收的所述补偿偏置信号；以及根据所述补偿偏置信号对所述储能组串子系统内所有模块进行串内功率因数角一致同步和能量均衡控制，以使得所有模块输出的有功功率和荷电状态一致；
当所述串并联电池储能系统处于组网开关断开状态时，所述补偿偏置信号Δω 和ΔV表示为：* *
式中，ωp和Vp是组网开关前端的组串公共点电压角频率和电压幅值，ω 和V是系统额定运行的角频率参考和电压幅值参考，kpω1和kiω1是频率恢复的比例积分系数，kpv1和kiv1是电压恢复的比例积分系数；
当所述串并联电池储能系统处于组网开关闭合状态时，所述补偿偏置信号Δω 和ΔV表示为：* *
其中，Pg和Qg是实时注入电网的有功和无功功率，P 和Q是注入电网的有功和无功功率参考，kpω2和kiω2是有功控制的比例积分系数，kpv2和kiv2是无功控制的比例积分系数；
当所述串并联电池储能系统处于组网开关从闭合切换至断开状态时，所述补偿偏置信* *号Δω和ΔV表示为：
其中，vgα和vgβ是电网的直轴和交轴电压分量，Vg和δg是并网点电压的幅值和相角，vpα和vpβ是组网开关前端并网点电压的直轴和交轴电压分量，Vp和δp是组网开关前端并网点电压的幅值和相角，kpω3和kiω3是相角预同步控制的比例积分系数，kpv3和kiv3是电压幅值预同步控制的比例积分系数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过分布式通信网络使得所有电池变换模块间共享所述领队型模块接收的所述补偿偏置信号，包括：利用所述领队型模块与周围跟随型模块间的分布式通信网络共享所述补偿偏置信号；
当跟随型模块获取所述补偿偏置信号后，利用跟随型模块之间的分布式通信网络将所述补偿偏置信号共享给周围模块，并利用分布式一致性原理实现所有模块间的补偿偏置信号共享。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，串内功率因数角一致同步和能量均衡控制的公式为：* *
其中，ωij和Vij是第ij个模块电压内环控制的角频率参考和电压幅值参考，ω 和V 是* *系统额定运行的角频率参考和电压幅值参考，Vi＝V/Mi是第i串Mi个子模块的额定电压幅值参考，φij是第ij个模块的输出功率因数角，mi、ki、kωi、kVi均是控制系数，Δωij和ΔVij分别是频率恢复项和电压恢复项，SoCij是第ij个电池模块的实时荷电状态，Mi是第i串的总模块个数，cij_l代表第l个模块向第ij个模块传递通信信息，l∈Nij代表所有与第ij个模块通信的串内模块子集， 代表第ij个模块的额定有功功率参考， 代表归一化输出有功功率， 代表电压幅值与输出有功功率的比值；γij>0代表第ij个模块从二次控制层接受补*偿信号，第ij个模块为领队模块，否则γij＝0代表第ij个模块为跟随模块，且 Δω*和ΔV是二次控制层为一次控制层提供补偿偏置信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
将储能组串子系统整串总体输出特性作为功率下垂特性，以控制并联的多个储能组串子系统间保持频率同步和能量均衡。
5.一种针对串并联电池储能系统的分布式均能控制装置，其特征在于，所述串并联电池储能系统包括多个并联的储能组串子系统，每个储能组串子系统包括多个串联的电池变换模块，其中，多个模块分为领队型模块和跟随型模块，所述控制装置包括：第一控制单元，用于获取所述储能组串子系统在模式切换和目标分配过程中产生的补偿偏置信号；
第二控制单元，用于将所述补偿偏置信号发送至所述领队型模块，并通过分布式通信网络使得所有电池变换模块间共享所述领队型模块接收的所述补偿偏置信号，根据所述补偿偏置信号对所述储能组串子系统内所有模块进行串内功率因数角一致同步和能量均衡控制，以使得所有模块输出的有功功率和荷电状态一致；
当所述串并联电池储能系统处于组网开关断开状态时，所述补偿偏置信号Δω 和ΔV表示为：* *
式中，ωp和Vp是组网开关前端的组串公共点电压角频率和电压幅值，ω 和V是系统额定运行的角频率参考和电压幅值参考，kpω1和kiω1是频率恢复的比例积分系数，kpv1和kiv1是电压恢复的比例积分系数；
当所述串并联电池储能系统处于组网开关闭合状态时，所述补偿偏置信号Δω 和ΔV表示为：* *
其中，Pg和Qg是实时注入电网的有功和无功功率，P 和Q是注入电网的有功和无功功率参考，kpω2和kiω2是有功控制的比例积分系数，kpv2和kiv2是无功控制的比例积分系数；
当所述串并联电池储能系统处于组网开关从闭合切换至断开状态时，所述补偿偏置信* *号Δω和ΔV表示为：
其中，vgα和vgβ是电网的直轴和交轴电压分量，Vg和δg是并网点电压的幅值和相角，vpα和vpβ是组网开关前端并网点电压的直轴和交轴电压分量，Vp和δp是组网开关前端并网点电压的幅值和相角，kpω3和kiω3是相角预同步控制的比例积分系数，kpv3和kiv3是电压幅值预同步控制的比例积分系数。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二控制单元进一步用于利用所述领队型模块与周围跟随型模块间的分布式通信网络共享所述补偿偏置信号；当跟随型模块获取所述补偿偏置信号后，利用跟随型模块之间的分布式通信网络将所述补偿偏置信号共享给周围模块，并利用分布式一致性原理实现所有模块间的补偿偏置信号共享。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，串内功率因数角一致同步和能量均衡控制的公式为：* *
其中，ωij和Vij是第ij个模块电压内环控制的角频率参考和电压幅值参考，ω 和V 是* *系统额定运行的角频率参考和电压幅值参考，Vi＝V/Mi是第i串Mi个子模块的额定电压幅值参考，φij是第ij个模块的输出功率因数角，mi、ki、kωi、kVi均是控制系数，Δωij和ΔVij分别是频率恢复项和电压恢复项，SoCij是第ij个电池模块的实时荷电状态，Mi是第i串的总模块个数，cij_l代表第l个模块向第ij个模块传递通信信息，l∈Nij代表所有与第ij个模块通信的串内模块子集， 代表第ij个模块的额定有功功率参考， 代表归一化输出有功功率， 代表电压幅值与输出有功功率的比值；γij>0代表第ij个模块从二次控制层接受补*偿信号，第ij个模块为领队模块，否则γij＝0代表第ij个模块为跟随模块，且 Δω*和ΔV是二次控制层为一次控制层提供补偿偏置信号。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：
第三控制单元，用于将储能组串子系统整串总体输出特性作为功率下垂特性，以控制并联的多个储能组串子系统间保持频率同步和能量均衡。
针对串并联电池储能系统的分布式均能控制方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及微电网技术、电力控制技术领域，特别涉及一种针对串并联电池储能系统的分布式均能控制方法及装置。
背景技术
[0002] 随着新能源电力系统的蓬勃发展，风电、光伏等可再生能源装机容量的快速增长，由于其波动性、间歇性增加了发电和需求的双重不确定性，引发了更为严重的负荷和发电的矛盾，如何科学应对，是摆在人们面前的重大难题。目前，利用储能系统与可再生能源发电相结合形成联合系统，储存多余电能以便在需求高峰期使用，不仅能够实现电能的平滑输出，提高电源质量，削峰填谷，减少波动，而且可以增强电力系统的灵活性，使其输出可控和可调度，成为解决上述难题的重要方式。
[0003] 目前，针对大规模储能电站的物理连接结构和协调控制算法，仍然处于探索示范性工程阶段，大多采用低压串并联后变压器升压或者中高压直挂的方式，前者由于储能规模较小，且采用变压器升压，其技术路线较为成熟；后者通过大量电池变换模块串并联后直接接入电网，由于减少了变换环节，具有更高的系统转换效率和功率占地比，受到了研究者和工程界越来越多的关注，当然其对应的系统协调控制和系统稳定提出了越来越高的要求。
[0004] 然而，目前电池储能系统的协调管理控制系统绝大多数采用集中式模式，对通信依赖度高，且集中控制器由于处理数据能力受限限制了储能模块串并联的数量，严重影响了应用规模。
发明内容
[0005] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0006] 为此，本发明的一个目的在于提出一种针对串并联电池储能系统的分布式均能控制方法，可以有效提高系统通信干扰故障下的可靠性，并有效降低系统成本。
[0007] 本发明的另一个目的在于提出一种针对串并联电池储能系统的分布式均能控制装置。
[0008] 为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种针对串并联电池储能系统的分布式均能控制方法，所述串并联电池储能系统包括多个并联的储能组串子系统，每个储能组串子系统包括多个串联的电池变换模块，其中，多个模块分为领队型模块和跟随型模块，所述控制方法包括以下步骤：获取所述储能组串子系统在模式切换和目标分配过程中产生的补偿偏置信号；将所述补偿偏置信号发送至所述领队型模块，并通过分布式通信网络使得所有电池变换模块间共享所述领队型模块接收的所述补偿偏置信号；根据所述补偿偏置信号对所述储能组串子系统内所有模块进行串内功率因数角一致同步和能量均衡控制，以使得所有模块输出的有功功率和荷电状态一致。
[0009] 本发明实施例的针对串并联电池储能系统的分布式均能控制方法，可以通过融合串内分布式协同和串间分散式自治的控制，实现整体储能系统内各个电池变换模块间的功率均衡和荷电状态均衡，并基于去中心化思想的串内分布式稀疏通信和串间无通信，无需复杂通信网络，即可提高了系统通信干扰故障下的可靠性，有效降低系统成本。
[0010] 另外，根据本发明上述实施例的针对串并联电池储能系统的分布式均能控制方法还可以具有以下附加的技术特征：
[0011] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述通过分布式通信网络使得所有电池变换模块间共享所述领队型模块接收的所述补偿偏置信号，包括：利用所述领队型模块与周围跟随型模块间的分布式通信网络共享所述补偿偏置信号；当跟随型模块获取所述补偿偏置信号后，利用跟随型模块之间的分布式通信网络将所述补偿偏置信号共享给周围模块，并利用分布式一致性原理实现所有模块间的补偿偏置信号共享。
[0012] 进一步地，在本发明的一个实施例中，当所述串并联电池储能系统处于组网开关* *断开状态时，所述补偿参考信号Δω和ΔV表示为：
[0013]
[0014] 式中，ωp和Vp是组网开关前端的组串公共点电压角频率和电压幅值，ω*和V*是系统额定运行的角频率参考和电压幅值参考，kpω1和kiω1是频率恢复的比例积分系数，kpv1和kiv1是电压恢复的比例积分系数；
[0015] 当所述串并联电池储能系统处于组网开关闭合状态时，所述补偿参考信号Δω**和ΔV表示为：
[0016]
[0017] 其中，Pg和Qg是实时注入电网的有功和无功功率，P*和Q*是注入电网的有功和无功功率参考，kpω2和kiω2是有功控制的比例积分系数，kpv2和kiv2是无功控制的比例积分系数；
[0018] 当所述串并联电池储能系统处于组网开关从闭合切换至断开状态时，所述补偿参* *考信号Δω和ΔV表示为：
[0019]
[0020] 其中，vgα和vgβ是电网的直轴和交轴电压分量，Vg和δg是并网点电压的幅值和相角，vpα和vpβ是组网开关前端并网点电压的直轴和交轴电压分量，Vp和δp是组网开关前端并网点电压的幅值和相角，kpω3和kiω3是相角预同步控制的比例积分系数，kpv3和kiv3是电压幅值预同步控制的比例积分系数。
[0021] 进一步地，在本发明的一个实施例中，串内功率因数角一致同步和能量均衡控制的公式为：
[0022]
[0023]
[0024] 其中，ωij和Vij是第ij个模块电压内环控制的角频率参考和电压幅值参考，ω*和* * *V是系统额定运行的角频率参考和电压幅值参考，Vi ＝V/Mi是第i串Mi个子模块的额定电压幅值参考，φij是第ij个模块的输出功率因数角，mi、ki、kωi、kVi均是控制系数，Δωij和ΔVij分别是频率恢复项和电压恢复项，SoCij是第ij个电池模块的实时荷电状态，Mi是第i串的总模块个数，cij_l代表第l个模块向第ij个模块传递通信信息，l∈Nij代表所有与第ij个模块通信的串内模块子集， 代表第ij个模块的额定有功功率参考， 代表归一化输出有功功率， 代表电压幅值与输出有功功率的比值；γij>0代表第ij个模块从二次控制层接受补偿信号，第ij个模块为领队模块，否则γij＝0代表第ij个模块为跟随模块，且* *
Δω和ΔV是二次控制层为一次控制层提供补偿参考信号。
[0025] 进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：将储能组串子系统整串总体输出特性作为功率下垂特性，以控制并联的多个储能组串子系统间保持频率同步和能量均衡。
[0026] 为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种针对串并联电池储能系统的分布式均能控制装置，所述串并联电池储能系统包括多个并联的储能组串子系统，每个储能组串子系统包括多个串联的电池变换模块，其中，多个模块分为领队型模块和跟随型模块，所述控制装置包括：第一控制单元，用于获取所述储能组串子系统在模式切换和目标分配过程中产生的补偿偏置信号；第二控制单元，用于将所述补偿偏置信号发送至所述领队型模块，并通过分布式通信网络使得所有电池变换模块间共享所述领队型模块接收的所述补偿偏置信号，根据所述补偿偏置信号对所述储能组串子系统内所有模块进行串内功率因数角一致同步和能量均衡控制，以使得所有模块输出的有功功率和荷电状态一致。
[0027] 本发明实施例的针对串并联电池储能系统的分布式均能控制装置，可以通过融合串内分布式协同和串间分散式自治的控制，实现整体储能系统内各个电池变换模块间的功率均衡和荷电状态均衡，并基于去中心化思想的串内分布式稀疏通信和串间无通信，无需复杂通信网络，即可提高了系统通信干扰故障下的可靠性，有效降低系统成本。
[0028] 另外，根据本发明上述实施例的针对串并联电池储能系统的分布式均能控制装置还可以具有以下附加的技术特征：
[0029] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第二控制单元进一步用于利用所述领队型模块与周围跟随型模块间的分布式通信网络共享所述补偿偏置信号；当跟随型模块获取所述补偿偏置信号后，利用跟随型模块之间的分布式通信网络将所述补偿偏置信号共享给周围模块，并利用分布式一致性原理实现所有模块间的补偿偏置信号共享。
[0030] 进一步地，在本发明的一个实施例中，当所述串并联电池储能系统处于组网开关* *断开状态时，所述补偿参考信号Δω和ΔV表示为：
[0031]
[0032] 式中，ωp和Vp是组网开关前端的组串公共点电压角频率和电压幅值，ω*和V*是系统额定运行的角频率参考和电压幅值参考，kpω1和kiω1是频率恢复的比例积分系数，kpv1和kiv1是电压恢复的比例积分系数；
[0033] 当所述串并联电池储能系统处于组网开关闭合状态时，所述补偿参考信号Δω**和ΔV表示为：
[0034]
[0035] 其中，Pg和Qg是实时注入电网的有功和无功功率，P*和Q*是注入电网的有功和无功功率参考，kpω2和kiω2是有功控制的比例积分系数，kpv2和kiv2是无功控制的比例积分系数；
[0036] 当所述串并联电池储能系统处于组网开关从闭合切换至断开状态时，所述补偿参* *考信号Δω和ΔV表示为：
[0037]
[0038] 其中，vgα和vgβ是电网的直轴和交轴电压分量，Vg和δg是并网点电压的幅值和相角，vpα和vpβ是组网开关前端并网点电压的直轴和交轴电压分量，Vp和δp是组网开关前端并网点电压的幅值和相角，kpω3和kiω3是相角预同步控制的比例积分系数，kpv3和kiv3是电压幅值预同步控制的比例积分系数。
[0039] 进一步地，在本发明的一个实施例中，串内功率因数角一致同步和能量均衡控制的公式为：
[0040]
[0041]
[0042] 其中，ωij和Vij是第ij个模块电压内环控制的角频率参考和电压幅值参考，ω*和*V是系统额定运行的角频率参考和电压幅值参考， 是第i串Mi个子模块的额定电压幅值参考，φij是第ij个模块的输出功率因数角，mi、ki、kωi、kVi均是控制系数，Δωij和ΔVij分别是频率恢复项和电压恢复项，SoCij是第ij个电池模块的实时荷电状态，Mi是第i串的总模块个数，cij_l代表第l个模块向第ij个模块传递通信信息，l∈Nij代表所有与第ij个模块通信的串内模块子集， 代表第ij个模块的额定有功功率参考， 代表归一化输出有功功率， 代表电压幅值与输出有功功率的比值；γij>0代表第ij个模块从二次控制层接受补偿信号，第ij个模块为领队模块，否则γij＝0代表第ij个模块为跟随模块，且 Δ* *
ω和ΔV是二次控制层为一次控制层提供补偿参考信号。
[0043] 进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：第三控制单元，用于将储能组串子系统整串总体输出特性作为功率下垂特性，以控制并联的多个储能组串子系统间保持频率同步和能量均衡。
[0044] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0045] 本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0046] 图1为根据本发明一个实施例的串并联电池储能系统物理结构示意图；
[0047] 图2为根据本发明一个实施例的分布式均能控制方法物理简化模型与通信网络示意图；
[0048] 图3为根据本发明一个实施例的针对串并联电池储能系统的分布式均能控制方法的流程图；
[0049] 图4为根据本发明一个实施例的分布式均能控制算法示意图；
[0050] 图5为根据本发明一个实施例的上层二次控制层的四大控制目标及其切换示意图；
[0051] 图6为根据本发明一个实施例的上层二次控制模式监测与管理算法；
[0052] 图7为根据本发明一个实施例的混合串并联电池储能系统等效简化模型；
[0053] 图8为根据本发明一个实施例的针对串并联电池储能系统的分布式均能控制装置的方框示意图。
具体实施方式
[0054] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0055] 为了保证大规模串并联电池储能系统在通信故障下的可靠性，本发明引入了基于“串内分布式通信+串间分散式无通信”的控制思路，保证每个组串的控制独立性和即插即用特性，串内邻近模块采用两层分布式控制算法，底层一次控制实现全局频率同步和基本运行，上层二次控制实现并离网模式切换监测、功率交互管理和电压质量改善功能，这种两层分布式控制具有并离网无缝切换能力、单点故障冗余能力和即插即用能力，为目前串并联电池储能系统的安全、经济、稳定、可靠运行提供了一种实用化的有效解决方案。
[0056] 为此，本发明提出了一种针对串并联电池储能系统的分布式均能控制方法及装置，其中，如图1所示，电池储能系统整体上由多个相互并联的储能组串子系统组成，每个储能组串子系统由若干个串联的电池变换模块形成，所提供的串并联系统结构能提升整体电压等级和系统容量。其中，如图2所示，每组串内的电池变换模块分为领队型模块和跟随型模块，储能组串子系统底层控制采用分布式通信网络。
[0057] 下面将参照附图描述根据本发明实施例提出的针对串并联电池储能系统的分布式均能控制方法及装置。
[0058] 图3是本发明一个实施例的针对串并联电池储能系统的分布式均能控制方法的流程图。
[0059] 如图3所示，该针对串并联电池储能系统的分布式均能控制方法包括以下步骤：
[0060] 在步骤S101中，获取储能组串子系统在模式切换和目标分配过程中产生的补偿偏置信号。
[0061] 可以理解的是，如图4所示，储能组串子系统采用双层分布式控制，上层二次控制层负责模式切换和控制目标分配。
[0062] 具体而言，如图5所示，储能组串子系统采用双层分布式控制，上层二次控制的模式监测和管理任务包括1)并网至离网无缝模式切换、2)并网模式下功率交互管理、3)离网下电压/频率恢复和模块间有功均衡输出、4)离网至并网的主动同步。
[0063] 如图6所示，在不同运行模式下为底层一次控制提供的补偿参考信号表示为Δω**和ΔV，具体的模式监测和管理规则为：
[0064] i)当组网开关断开状态时，单独的一个组串工作于离网模式，带本地负荷运行，上* *层二次控制的目标是恢复系统电压/频率和维持模块间有功均衡输出；Δω 和ΔV的表达式为：
[0065]
[0066] 式中，ωp和Vp是组网开关前端的组串公共点电压角频率和电压幅值，ω*和V*是系统额定运行的角频率参考和电压幅值参考，kpω1和kiω1是频率恢复的比例积分系数，kpv1和kiv1是电压恢复的比例积分系数。
[0067] ii)当组网开关闭合状态时，单独的一个组串工作于并网模式，上层二次控制的目* *标是灵活调节与电网的功率交互；Δω和ΔV的表达式为：
[0068]
[0069] 式中，Pg和Qg是实时注入电网的有功和无功功率，P*和Q*是注入电网的有功和无功功率参考，kpω2和kiω2是有功控制的比例积分系数，kpv2和kiv2是无功控制的比例积分系数。
[0070] iii)当组网开关从闭合切换至断开状态时，单独组串从并网切换至离网模式，上层二次控制的目标是实现无缝模式切换，保证单独组串本地负荷不间断供电。
[0071] iv)当组网开关从断开切换至闭合状态时，单独组串从离网切换至并网模式，上层二次控制的目标是实现主动并网同步，需要保证单独组串的总输出电压、幅值、相角与并网* *点一致，实现平滑并网；Δω和ΔV的表达式为：
[0072]
[0073] 式中，vgα和vgβ是电网的直轴和交轴电压分量，Vg和δg是并网点电压的幅值和相角，vpα和vpβ是组网开关前端并网点电压的直轴和交轴电压分量，Vp和δp是组网开关前端并网点电压的幅值和相角，kpω3和kiω3是相角预同步控制的比例积分系数，kpv3和kiv3是电压幅值预同步控制的比例积分系数。
[0074] 在步骤S102中，将补偿偏置信号发送至领队型模块，并通过分布式通信网络使得所有电池变换模块间共享领队型模块接收的补偿偏置信号。
[0075] 可以理解的是，如图4所示，上层二次控制层负责模式切换和控制目标分配，所产生的补偿偏置信号仅传送给每组串领队型模块，储能组串子系统底层控制采用分布式通信网络进行信息的共享。
[0076] 在本发明的一个实施例中，通过分布式通信网络使得所有电池变换模块间共享领队型模块接收的补偿偏置信号，包括：利用领队型模块与周围跟随型模块间的分布式通信网络共享补偿偏置信号；当跟随型模块获取补偿偏置信号后，利用跟随型模块之间的分布式通信网络将补偿偏置信号共享给周围模块，并利用分布式一致性原理实现所有模块间的补偿偏置信号共享。
[0077] 可以理解的是，如图4所示，领队型模块与临近位置的跟随型模块共享传递信息，跟随型模块也与临近位置的跟随型模块进行信息交互。
[0078] 在步骤S103中，根据补偿偏置信号对储能组串子系统内所有模块进行串内功率因数角一致同步和能量均衡控制，以使得所有模块输出的有功功率和荷电状态一致。
[0079] 可以理解的是，本发明实施例可以使得串内电池变换模块间通过分布式临近信息交互实现串内功率因数角一致同步和能量均衡控制，最终所有模块的输出有功功率和荷电状态一致以及电压频率稳定。
[0080] 具体而言，如图4所示，储能组串子系统采用双层分布式控制，底层一次控制的目标是实现频率同步和功率的成比例输出，针对第ij个模块(第i个组串第j个单元)，分布式算法设计包含功率‑频率控制和电压幅值控制，表述如下：
[0081]
[0082]
[0083] 其中，ωij和Vij是第ij个模块电压内环控制的角频率参考和电压幅值参考，ω*和* * *V是系统额定运行的角频率参考和电压幅值参考，Vi ＝V/Mi是第i串Mi个子模块的额定电压幅值参考，φij是第ij个模块的输出功率因数角，mi、ki、kωi、kVi均是控制系数，Δωij和ΔVij分别是频率恢复项和电压恢复项，SoCij是第ij个电池模块的实时荷电状态，Mi是第i串的总模块个数，cij_l代表第l个模块向第ij个模块传递通信信息，l∈Nij代表所有与第ij个模块通信的串内模块子集， 代表第ij个模块的额定有功功率参考， 代表归一化输出有功功率， 代表电压幅值与输出有功功率的比值；γij>0代表第ij个模块从二次控制层接受补偿信号，第ij个模块为领队模块，否则γij＝0代表第ij个模块为跟随模块，且* *
Δω和ΔV是二次控制层为一次控制层提供补偿参考信号。
[0084] 进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：将储能组串子系统整串总体输出特性作为功率下垂特性，以控制并联的多个储能组串子系统间保持频率同步和能量均衡。
[0085] 可以理解的是，并联的多个储能组串子系统采用分散式自治的控制方法，组串间无需任何通信，在保证整串总体输出特性为功率下垂特性的基础上，组串间实现自主频率同步和能量自动均衡。
[0086] 具体而言，如图7所示，储能组串子系统的整体等效输出可以通过叠加组串内所有模块的输出特性可得：
[0087]
[0088] 对比单个子模块控制律式和整个组串控制律式得出，尽管第i个组串中每个子模块控制律中含有功率因数角反馈来实现串内功率因数角一致性，但是整个组串的外输出特性为平均下垂控制形式，可以看作一个等效的综合下垂控制型电压源，因此能够保证并联组串间的频率同步和功率均分。
[0089] 根据稳态分析，可得以下结论：
[0090] 1)第i个组串所有Mi个子模块的功率因数角相等，均等于稳态值
[0091] 2)各个模块电压幅值与输出有功功率成正比，即
[0092] 3)各个模块实现了有功功率的精确按比例均衡输出，即
[0093] 当组串间的参数设计满足m1＝m2＝L＝mN＝m时，串并联电池储能系统稳态满足全局所有组串内子模块(N*MN个)的有功功率均衡和荷电状态一致：
[0094]
[0095]
[0096] 综上，为了实现整体储能系统内各个电池变换模块间的功率均衡和荷电状态均衡，本发明实施例提供了一种融合串内分布式协同和串间分散式自治的控制方法，串内电池变换模块间通过分布式临近信息交互实现串内功率因数角一致同步和能量均衡控制，同时保证整串总体输出特性为功率下垂特性，串间无需任何通信实现自主频率同步和能量自动均衡。与传统的集中式协调控制方法相比，本发明实施例基于去中心化思想的串内分布式稀疏通信和串间无通信，不需要复杂通信网络，提高了系统通信干扰故障下的可靠性，降低了系统成本。并且还有具有友好并离网模式切换能力和单模块物理故障冗余能力，可以通过对每个电池变换单元的独立灵活控制提高整体系统效率。
[0097] 其次参照附图描述根据本发明实施例提出的针对串并联电池储能系统的分布式均能控制装置。
[0098] 图8是本发明一个实施例的针对串并联电池储能系统的分布式均能控制装置的方框示意图。
[0099] 其中，串并联电池储能系统包括多个并联的储能组串子系统，每个储能组串子系统包括多个串联的电池变换模块，其中，多个模块分为领队型模块和跟随型模块。如图8所示，该针对串并联电池储能系统的分布式均能控制装置10包括：第一控制单元100和第二控制单元200。
[0100] 其中，第一控制单元100用于获取储能组串子系统在模式切换和目标分配过程中产生的补偿偏置信号；第二控制单元200用于将补偿偏置信号发送至领队型模块，并通过分布式通信网络使得所有电池变换模块间共享领队型模块接收的补偿偏置信号，根据补偿偏置信号对储能组串子系统内所有模块进行串内功率因数角一致同步和能量均衡控制，以使得所有模块输出的有功功率和荷电状态一致。
[0101] 进一步地，在本发明的一个实施例中，第二控制单元200进一步用于利用领队型模块与周围跟随型模块间的分布式通信网络共享补偿偏置信号；当跟随型模块获取补偿偏置信号后，利用跟随型模块之间的分布式通信网络将补偿偏置信号共享给周围模块，并利用分布式一致性原理实现所有模块间的补偿偏置信号共享。
[0102] 进一步地，在本发明的一个实施例中，当串并联电池储能系统处于组网开关断开* *状态时，补偿参考信号Δω和ΔV表示为：
[0103]
[0104] 式中，ωp和Vp是组网开关前端的组串公共点电压角频率和电压幅值，ω*和V*是系统额定运行的角频率参考和电压幅值参考，kpω1和kiω1是频率恢复的比例积分系数，kpv1和kiv1是电压恢复的比例积分系数；
[0105] 当串并联电池储能系统处于组网开关闭合状态时，补偿参考信号Δω*和ΔV*表示为：
[0106]
[0107] 其中，Pg和Qg是实时注入电网的有功和无功功率，P*和Q*是注入电网的有功和无功功率参考，kpω2和kiω2是有功控制的比例积分系数，kpv2和kiv2是无功控制的比例积分系数；
[0108] 当串并联电池储能系统处于组网开关从闭合切换至断开状态时，补偿参考信号Δ* *ω和ΔV表示为：
[0109]
[0110] 其中，vgα和vgβ是电网的直轴和交轴电压分量，Vg和δg是并网点电压的幅值和相角，vpα和vpβ是组网开关前端并网点电压的直轴和交轴电压分量，Vp和δp是组网开关前端并网点电压的幅值和相角，kpω3和kiω3是相角预同步控制的比例积分系数，kpv3和kiv3是电压幅值预同步控制的比例积分系数。
[0111] 进一步地，在本发明的一个实施例中，串内功率因数角一致同步和能量均衡控制的公式为：
[0112]
[0113]
[0114] 其中，ωij和Vij是第ij个模块电压内环控制的角频率参考和电压幅值参考，ω*和* * *V是系统额定运行的角频率参考和电压幅值参考，Vi ＝V/Mi是第i串Mi个子模块的额定电压幅值参考，φij是第ij个模块的输出功率因数角，mi、ki、kωi、kVi均是控制系数，Δωij和ΔVij分别是频率恢复项和电压恢复项，SoCij是第ij个电池模块的实时荷电状态，Mi是第i串的总模块个数，cij_l代表第l个模块向第ij个模块传递通信信息，l∈Nij代表所有与第ij个模块通信的串内模块子集， 代表第ij个模块的额定有功功率参考， 代表归一化输出有功功率， 代表电压幅值与输出有功功率的比值；γij>0代表第ij个模块从二次控制层接受补偿信号，第ij个模块为领队模块，否则γij＝0代表第ij个模块为跟随模块，且* *
Δω和ΔV是二次控制层为一次控制层提供补偿参考信号。
[0115] 进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的装置10还包括：第三控制单元。其中，第三控制单元用于将储能组串子系统整串总体输出特性作为功率下垂特性，以控制并联的多个储能组串子系统间保持频率同步和能量均衡。
[0116] 需要说明的是，前述对针对串并联电池储能系统的分布式均能控制方法实施例的解释说明也适用于该实施例的针对串并联电池储能系统的分布式均能控制装置，此处不再赘述。
[0117] 根据本发明实施例提出的针对串并联电池储能系统的分布式均能控制装置，可以通过融合串内分布式协同和串间分散式自治的控制，实现整体储能系统内各个电池变换模块间的功率均衡和荷电状态均衡，并基于去中心化思想的串内分布式稀疏通信和串间无通信，无需复杂通信网络，即可提高了系统通信干扰故障下的可靠性，有效降低系统成本。
[0118] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0119] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0120] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
