并网直流微电网中多性向SSB蓄电池储能系统的偏置模糊逻辑功率管理方案

2026-06-30 20:54:19

工况确认了六种典型场景。微电网体系为评价所提出的根据偏置含糊批改器的电源办理计划功能，本研讨经过MATLAB® Simulink平台进行了全面模仿，并选用OPAL-RT® OP4510模仿器进行操控器硬件在环测验验证。成果表明，该计划能显着下降从共用电网导入的净能量，在六种不同场景下分别完成了87.09%、111.38%、28.70%、94.52%、154.20%和12.93%的降幅。相应地，由该计划产生的净电力本钱产消者在相同情境下分别下降了88.95%、87.05%、22.32%、95.22%、180%和84.90%。成果显示，与根据无偏含糊批改器的电力办理计划相比，自给率与自发自用率均显着提高0.2%。成果对比剖析表明，所提计划在提高动力牢靠性、完成可扩展性、下降电网依赖性以及为产消者发明经济效益方面具有实践可行性。

Introduction

交通运输部门电气化的快速发展给传统电网带来了巨大担负[1]。经过整合太阳能光伏阵列(SPV arrays)、电池储能体系(BESSs)和电动汽车充电站(EVCSs)，直流微电网(DCMGs)为缓解这一额外担负供给了有远景的解决计划[2]。可再生动力(RESs)、电池储能体系和电动汽车固有的直流特性，经过防止低效转换环节、无功功率问题和频率调理，促进了直流微电网的兴起[3]。但是，由于可再生动力的间歇性和动态负荷需求，直流微电网的高效功率办理体系(PMS)仍是关键的研讨挑战。具体而言，在实时电价（RTP）与多变荷电状况（SOC）条件下，保证多电池储能体系（BESSs）间最优功率分配仍是一个未解决的难题[4]。%%传统根据确认性规矩的功率办理体系（PMSs）虽易于实践布置，但其依赖预设规矩与固定参数来完成直流微电网（DCMGs）各组件间的功率分配。这些办法无法习惯RTP动摇、动态负荷需求及BESSs的SOC状况改变[5]。%%这种僵化性会导致功率办理次优化、对共用电网依赖加剧，以及因充放电循环效率低下而加速电池退化[6]。%%摘要%%引言%%节选片段
日益增长的动态读档需求，如消费电子设备和电动汽车，亟需将超级电容器（SCs）与电池储能体系（BESSs）混合构成混合储能体系（HESSs）。根据BESS-SC的全自动型HESS配置可提高体系体积效率，一起呼应电流的低频与高频分量[7]。这种选用BESS与SC的自动式HESS结构，能有用平滑可再生动力（RESs）的间歇性发电与电动汽车的动态读档需求。Lin等人体系总述了RES并网HESS技术的最新进展[8]，包含集中式、涣散式与分布式架构计划。表I列出了集中式、涣散式与分布式PMS的基本原理、优势及局限性。
文献中报道了多种用于直流微电网（DCMG）的集中式功率办理体系（PMS），包含根据滤波、确认性规矩、含糊逻辑操控（FLC）、模型猜测操控（MPC）、元启发式算法以及神经网络的计划。Bhattar等人[12]验证了确认性规矩PMS在多种运转工况下对DCMG的应用作用。Harshita团队[13]则为三相并网光伏直流微电网中的电动汽车快充体系开发了确认性规矩PMS计划。Tummuru等学者[14]针对单相并网电池-超级电容混合储能体系（HESS），提出了一种抑制读档需求与光伏发电瞬态扰动确实认性规矩PMS。类似地，Kotra研讨组[15]为同类型HESS规划的规矩PMS计划，完成了杂乱实践工况下的牢靠运转。但需注意，低通滤波器与速率限制器的引进或许导致显着时滞及体系失稳问题。Majji团队[16]选用了一种双层功率办理体系(PMS)，将确认性规矩与模型猜测操控(MPC)相结合，用于单相并网直流微电网(DCMG)的参考盯梢，其间MPC的计算杂乱度是猜测时域和操控输入的函数。Choi等[5]提出了一种根据多目标凸优化的PMS，经过调理电池储能体系(BESS)的电流动摇来最小化超级电容器(SC)的能量损耗。但是，该问题建模未考虑BESS与DCMG中其他组件的相互作用，导致所得解仅为体系特定条件下的次优解。Behera等[17]提出了一种针对WECS集成BESS-SC混合储能体系(HESS)的和谐式功率办理体系(PMS)，旨在取得更优的动态呼应、下降稳态振荡并完成无缝模式切换。但是研讨发现，选用单一蓄电池组(BESS)时，在直流微电网(DCMG)不同运转工况下会呈现继续充放电现象。针对单BESS架构，Muthukumaran等[18]提出了一种根据优化的技术，用于调理用电高峰期蓄电池组、太阳能光伏体系(SPV)、电动汽车充电站(EVCS)与共用电网之间的功率流动。该办法需提早猜测次日SPV发电量与EVCS需求电量，以完成有用的功率流办理。Argyrou等人[19]提出了一种根据确认性规矩的电网友离型直流微电网能量办理体系（PMS），选用平均化模型。但是与具体模型相比，平均化建模未能供给实践可接受的模仿成果。在另一项研讨中，Kuldeep等人[23]针对根据电池储能体系-燃料电池-超级电容的混合储能体系（HESS），提出了一种根据双层强化学习的PMS，并在四种不同运转场景下对该体系进行了测验。根据强化学习的PMS较好地处理了HESS组件功率改变的束缚条件，但双推迟深度确认性战略梯度办法存在显着的超参数敏感性、训练稳定性不足以及在稀少奖励条件下的次优探索等问题。
相较于根据元启发式的办法，根据含糊逻辑操控（FLC）的办法因其经过防止求解杂乱数学方程而具备快速决议计划才能，在实时操控体系中更具优势。根据监督型FLC的电力办理体系（PMS）在直流微电网（DCMG）中得到广泛应用，因其具备动态功率分配和易于施行的特性。Diego等人[20]提出了一种用于单电池储能体系（BESS）直流微电网的监督型FLC电力办理体系，旨在下降电网功率曲线的动摇，一起将BESS的荷电状况（SOC）维持在安全束缚范围内。Balasundar等人[21]提出了一种区间二型含糊逻辑操控器(FLC)，用于自主电动汽车充电站中混合储能体系(HESS)的功率办理，以最大化太阳能光伏(SPV)阵列的使用率。但该体系缺乏对不同读档需求和SPV发电量的测验。Kuldeep等人[22]规划了一种根据双层FLC的功率办理体系(PMS)，应用于直流微电网(DCMG)中的电转气体系。尽管该算法功能优于根据模型猜测操控(MPC)的基准计划，但未考虑燃料费等经济因素。Pablo等[24]开发了一种根据监督式FLC的PMS，用于和谐直流微电网中电池储能体系(BESS)与氢储能体系(ESS)间的功率分配，以支持电动汽车快速充电。该PMS考虑了电价费率与储能体系的能量状况，但对各ESS的功率参考值调整存在推迟。Ahmed等人[25]最近提出的根据FLC的在线优化操控战略，经过考虑实时电价(RTP)、净功率、BESS荷电状况(SOC)及燃料电池(SOC)等因素，在微电网中完成BESS充放电操控，然后在变读档需求下取得最低运转本钱。该办法能有用完成最低运营本钱，但需要针对含糊逻辑操控器（FLC）规划优化器。
根据时间的电价机制（如实时电价RTP）根据批发市场价格、需求与供应改变来确认电力的动态定价。RTP虽能带来本钱节约，但其不行猜测性使得产消者难以继续下降本钱，由于他们必须亲近监控并应对动摇的电价[26]。因此，分布式社区微电网（DCMGs）中长期下降动力本钱的关键在于经过合理规划的电力办理体系（PMS）完成可再生动力体系（RESs）和混合储能体系（HESSs）的优化使用[27]。Dimitroulis等学者[28]选用根据含糊逻辑操控器的电力办理体系（FLC-based PMS）构建单相并网直流微电网（1-ɸ grid-tied DCMG），经过太阳能光伏阵列（SPV arrays）与风力发电体系（WECS）完成动力协同使用以下降长期运营本钱。该体系虽考虑了电池储能体系（BESS）的动态电价与荷电状况（SOC）条件，但未展现BESS的暂态呼应特性。Chakraborty等[29]针对三相并网SPV-BESS直流微电网（3-ɸ grid-tied DCMG）提出实时电价（RTP）感知确实认性规矩型PMS，根据实时状况与束缚条件削减电网净功率输入。Jena等[30]则规划交融含糊推理体系（FIS）的模型猜测操控（MPC）PMS，优化混合储能体系（HESS）间的功率分配以下降用能本钱。但是跟着接入设备数量添加，MPC的实践布置杂乱度呈指数级上升。
混合储能体系（HESS）组件间的功率分配可扩展至直流微电网（DCMG）中的多储能体系（ESS）配置，然后下降长期运营本钱。Khalid等人[10]研讨了一种根据多电池储能体系（BESS）的光伏-直流微电网集成体系，选用确认性规矩驱动的能量办理战略（PMS），应用于并网型非车载电动汽车充电站。Pan等[31]提出了一种下垂操控战略，用于离网型多电池储能-光伏辅佐电动汽车充电站在暂态过程中的直流母线电压调理。Godinho团队[32]则针对多电池储能辅佐的并网电动汽车充电站，规划了一种根据分段自习惯函数的涣散式能量办理战略。Avinash等人[33]与Bharatee等人[34]提出了根据监控系数的多性向BESS-SC直流微电网功率办理战略（PMS），并对不同场景下的荷电状况（SOC）条件进行了具体剖析。Chinmaya等人[35]提出根据系数的功率分配算法以下降BESS电流应力，但未考虑电网实时电价（RTP）。尽管根据系数的PMS能应对动态电价条件，但与需要精确物理组件建模的猜测办法相比，其功率办理作用或许并非最优[36]。另一方面，根据含糊逻辑操控（FLC）的功率分配办法易于施行，且在考虑物理组件束缚与动态电价条件下能供给近似最优的功率指令[22]。表II列举了其间选用不同战略（Strategy）PMS技术最具代表性的相关研讨。
本文提出了一种根据BFM的新式PMS体系，适用于选用双BESS-SC架构的并网直流微电网。该体系经过引进 supervisory框架来优化BESS间的功率办理、支持SPV并网、提高自给率与自发自用水平，并为产消者供给牢靠电力供应与经济收益。本文的首要贡献如下：

• 1.
  针对并网直流微电网中的双BESS体系，提出了确认性规矩与FLC相结合的 supervisory PMS框架。所提出的新式混合 supervisory PMS创新性地整合了确认性规矩与含糊逻辑操控办法，专门适配于并网直流微电网的双BESS应用场景。
• 2.
  提出了一种新式无性向读档的具体规划办法，该办法根据各储能体系对应的荷电状况、实时电价和负荷需求动态调整参考功率。所提出的无性向读档型功率办理体系保证了储能单元间的有用和谐，并在改变的发电与负荷条件下优化其运转。
• 3.
  对所提出的无性向读档型功率办理体系与传统非无性向读档办法进行了全面功能评价。评价包含多种实践场景，包含改变的储能体系荷电状况、实时电价动摇、太阳能光伏发电曲线及电动汽车充电站需求。
• 4.
  经过选用OPAL-RT OP4510仿真器进行操控器硬件在环（C-HIL）实验，验证了所提出的根据BFM的电力办理体系（PMS）实时施行的可行性。这一严格验证证实了该体系的实用性与鲁棒性。
• 5.
  实证了所提电力办理体系（PMS）的多重实践效益，包含下降对共用电网的依赖性、提高动力自给率、优化实时电价（RTP）环境下的能耗效率、提高太阳能光伏（SPV）自发自用率，以及添加产消者的经济收益。上述优势经过六种不同运转场景下的量化数据剖析得到充沛论证。