趙書強，孫科

（華北電力大學，河北保定，071003）

0 引言

當前儲能器件控制技術(shù)在各行業(yè)都得到了大力應用，其中包括航天、交通、航海等領(lǐng)域，為了進一步滿足其供電容量需求，應該不斷加強對優(yōu)化儲能裝置技術(shù)方案的研究力度。然而傳統(tǒng)的均流控制、下垂控制等方法都存在利用率低的弊端，面對這樣的問題，有效提升儲能裝置剩余容量的利用率成為技術(shù)創(chuàng)新的重點。

1 負荷分配控制方案設計

很多時候，各個并聯(lián)運行的儲能單元其剩余容量是不一致的，為了最大限度地提升其容量利用效率，應保持其相互之間的充放電極限狀態(tài)運行時間保持一致，進而剩余容量多的儲能單元需要承擔更多的負荷電流，而容量少的儲能單元承擔的也就更少。由于受到并聯(lián)運行狀態(tài)的影響，各個儲能單元的輸出電壓可以認為都相等，而同時輸出電流的大小也與自身的剩余容量相匹配，因此不論存在怎樣的剩余容量差異，都可以有效達到充放電的極限狀態(tài)[1]。在這樣的情況下，負荷電流與剩余容量之間的關(guān)系可以通過如下關(guān)系式1進行表示：

而將負荷系數(shù)kL,n代入其中以后，該關(guān)系式2可以表述為：

其中Io,n表示的是電流幅值，而N表示的為儲能單元的總數(shù)，CR,n為剩余容量。

結(jié)合以上的內(nèi)容進行分析，本文在進行實驗的過程中將各個儲能單元負荷系數(shù)相等作為總體的控制目標，借助互聯(lián)線結(jié)構(gòu)通信方案的落實來實現(xiàn)單元之間的負荷信息共享。通常情況下，基于互聯(lián)線的負荷分配方法主要可以分為主從式和對等式兩種，但為進一步提升負荷分配方案的靈活性和穩(wěn)定性，文本選用的為對等式的分配方法，其中相應的儲能單元硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

從圖1中可以看出，通過雙向Buck電路作為儲能單元的充放電主電路，RE和RL分別為主電路等效內(nèi)阻與等效電阻，而uout和iout分別為主電路輸出端口的電壓和電流，同時，圖中的兩條公共信號母線可以與所有的并聯(lián)儲能單元加以連接，進而有效實現(xiàn)各個儲能單元之間的負荷信息共享。

圖1 負荷分配方案儲能單元硬件結(jié)構(gòu)示意圖

2 以剩余容量匹配為基礎的儲能裝置負荷分配控制策略

例如在電壓-電流雙閉環(huán)充放電控制策略的運行過程中，借助最大負荷系數(shù)信號kL，max以及最大負荷系數(shù)差信號ΔkL，max可以構(gòu)建有效的負荷分配控制策略，具體的運行流程如圖2所示。

圖2 負荷分配控制策略運行示意圖

結(jié)合圖2內(nèi)容，在計算參考負荷系數(shù)kL，ref的時候可以應用以下關(guān)系式3：

在上式3中B所對應的為調(diào)節(jié)系數(shù)，進而根據(jù)調(diào)節(jié)系數(shù)取值的不同可以設計出最大負荷系數(shù)、中間負荷系數(shù)以及最小負荷系數(shù)等不同的負荷分配控制模式。

■2.1 最大負荷系數(shù)

在最大負荷系數(shù)控制模式下，將B值設定為0，此時kL，ref和kL，max相等，負荷分配控制過程中并不包括母線2。與此同時，除了最大負荷系數(shù)儲能單元以外，其他單元都會將最大負荷系數(shù)作為自身的控制目標，進而通過提升Uout以及iout的手段來提升負荷系數(shù)[2]。由于總體的負荷不變，其他儲能單元電流增加勢必會導致最大負荷系數(shù)儲能單元電流的降低，因此也會產(chǎn)生新的最大值傳送到母線1上。而且在調(diào)整的過程中，各個儲能單元負荷系數(shù)之間的差別會逐漸變小，負荷分配控制與剩余容量的匹配程度將會不斷提升，由于Δk值永遠≧0，因此要選擇比例控制器作為負荷控制器。

■2.2 中間負荷系數(shù)

在中間負荷系數(shù)控制模式下，將B值設定為0.5，此時kL，ref和 kL，max的關(guān)系為 kL，ref=kL，max-0.5ΔkL，max。此時，每一個儲能單元都會將中間負荷系數(shù)作為自身的控制目標，因此在進行電流調(diào)節(jié)的過程中相應的中間負荷系數(shù)也會在不停發(fā)生變化，最終趨于穩(wěn)定，進而使得所有儲能單元的負荷系數(shù)都將與中間負荷系數(shù)相等，由于ΔkL，n值可以發(fā)生正負轉(zhuǎn)換，因此可以選擇PI控制器作為負荷控制器。

■2.3 最小負荷系數(shù)

在最小負荷系數(shù)控制模式下，設定B與A相等，此時可得到kL，ref=kL，min，除了負荷系數(shù)最小負荷系數(shù)儲能單元以外，其他都將最小負荷系數(shù)作為控制目標，通過降低Uout以及iout的方法降低負荷系數(shù)，進而使得所有的負荷系數(shù)都等于最小負荷系數(shù)。在此過程中，由于ΔkL，n永遠≦0，因此也只能選擇比例控制器。

以上三種方法雖然在負荷系數(shù)的取值上有所不同，但都是為儲能單元提出一個統(tǒng)一的調(diào)節(jié)標準，但在實際的運行過程中，儲能單元實際輸出電流會受到最大允許電流等因素的影響，為有效滿足負荷分配要求，儲能單元可以通過降低負荷系數(shù)剩余容量的方法來提升自身的負荷系數(shù)，從而最大限度地保證儲能裝置的穩(wěn)定運行。

3 柔性熱投切控制方法分析

在多個儲能單元并聯(lián)的環(huán)境下，為有效實現(xiàn)故障維護、效率優(yōu)化等功能需求，需要加強對柔性熱投切功能的運用，從而有效保證負荷供電的穩(wěn)定性。在負荷分配控制策略當中主要包括柔性熱投入控制方法以及柔性熱切除控制方法兩種。

■3.1 柔性熱投入控制

先對待投入的儲能單元設置一個較小的投入容量，進而有效保證在運行以后其輸出電流可以與原有的儲能單元負荷系數(shù)相匹配，因為設置的數(shù)值很小，所以需要很短的動態(tài)調(diào)節(jié)時間即可完成，所造成的電流變化幅度也十分有限。到儲能單元穩(wěn)定運行以后，逐步增加數(shù)值到實際剩余容量的大小，同時對調(diào)節(jié)時間加以控制，以有效保證熱投入操作的穩(wěn)定性。

■3.2 柔性熱切除控制

相較于柔性熱投入控制方法，柔性熱切除控制方法的相關(guān)流程完全相反，首先逐步減小待切除儲能單元的容量數(shù)值，在這樣的情況下，其輸出電流隨之降低，而其他儲能單元需要負荷的電流則會增加。當這部分負荷電流值滿足切除電流值的相關(guān)標準之后再完成切除操作，從而最大限度地避免因直接切除導致電流和過電壓過大[3]。

4 實驗結(jié)論的總結(jié)與分析

就實驗的實際情況來看，相較于儲能單元的正常運行其剩余容量的變化速率較慢，因此可以根據(jù)儲能容量或者實際工況等因素設定一個檢測的間隔時間，并不需要對剩余容量進行實時測定。實驗表明，在控制器參數(shù)合理的情況下，可以在短時間內(nèi)完成儲能單元的動態(tài)輸出，而剩余容量檢測所產(chǎn)生的影響也可以忽略不計。與此同時，在進行負荷系數(shù)控制的過程中，由于負荷分配策略的本質(zhì)仍是調(diào)節(jié)輸出電流，因此在函數(shù)的傳遞方面與現(xiàn)階段的均流控制是一致的。針對三種不同的控制模式，最大負荷系數(shù)控制操作起來簡單；中間負荷系數(shù)控制模式精度最高；而最小負荷系數(shù)則更適用于對過壓敏感的負荷。在實驗中借助柔性熱投切操作不僅完善了對自身負荷系數(shù)的調(diào)節(jié)，還有效抑制了沖擊電流與電壓的波動。負荷系數(shù)控制策略的提出有效滿足了不同情況的具體需求，在滿足并聯(lián)儲能單元不同負荷分配需求的基礎上，針對現(xiàn)階段使用的均流控制模式也可以借助一定的技術(shù)手段完成轉(zhuǎn)化。

5 結(jié)語

綜上所述，結(jié)合傳統(tǒng)技術(shù)模式落實以剩余容量為基礎的負荷分配策略對整體儲能裝置控制領(lǐng)域發(fā)展都起到了關(guān)鍵的作用。為不斷推動相關(guān)策略成效的充分發(fā)揮，在實際應用的過程中，應有效結(jié)合技術(shù)應用的實際情況確立新的負荷分配設計方案與檢驗指標，進而為儲能裝置負荷分配控制技術(shù)的全面發(fā)展奠定基礎。