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一种Sigmoid加权共识方法用于平衡多个电池储能系统
A Sigmoid-Weighted-Consensus for Balancing Multiple Battery Energy Storage Systems
| 作者 | Lucas Jonys Ribeiro Silva · Márcio Von Rondow Campos · Bruno Meneghel Zilli · Thales Augusto Fagundes · Rodolpho Vilela Alves Neves · Ricardo Quadros Machado |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2024年9月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 微电网 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 直流微电网 电池储能系统 荷电状态均衡 加权共识策略 S形函数 |
语言:
中文摘要
本文提出了一种用于由电池储能系统(BESS)组成的直流微电网(MG)中荷电状态(SoC)均衡、电压调节和精确电流分配的加权一致性策略。该一致性策略与一种被称为S形函数(即神经网络中常用的激活函数——Sigmoid函数)结合使用。通过邻居间通信,每个电池储能系统交换其荷电状态信息以实现更快的荷电状态均衡,并仅利用自身容量进行精确的电流分配。Sigmoid函数确保了系统在电池储能系统充放电过程中的连续性和可微性,即使因通信故障导致通信图断开或一致性策略关闭,也能保证荷电状态均衡。由于每个电池储能系统在加权一致性策略中使用自身信息,因此提高了系统抵御攻击和应对通信时延的能力。当所有荷电状态都处于运行限值范围内时,该策略通过强制所有电池储能系统同时充电或放电来避免微电网中出现环流。然而,如果荷电状态超出限值,则允许电池储能系统之间以较低速率同时进行充放电,以满足限值要求。实验测试表明了所提出方法的可行性,并且与文献中的先进方法相比,该方法能更快地实现荷电状态均衡。
English Abstract
In this article, a weighted-consensus strategy for state-of-charge (SoC) balancing, voltage regulation and accurate current sharing in a dc microgrid (MG) composed of battery energy storage systems (BESSs) is presented. The consensus strategy is applied in association with a S-shape function known as sigmoid function, a common activation function in neural networks. By a neighbor-to-neighbor communication, each BESS exchange its SoC information to achieve faster SoC balancing and uses only its capacity for accurate current sharing. The sigmoid functions ensure continuity and differentiability of the system around the charging/discharging of the BESSs and guarantee the SoC balancing even if the graph becomes disconnected by communication failures or if the consensus is switched-off. As each BESS uses its own information in the weighted-consensus, the resilience against attacks and communication time-delays is increased. When all SoCs are within operational limits, the strategy avoids circulating currents in the MG by forcing all BESSs either charge or discharge simultaneously. However, if the SoC limits are violated, simultaneous charge and discharge among BESSs in a low rate is allowed to satisfy the limits. Experimental tests show the feasibility of the proposed approach and its faster SoC balancing in relation to advanced methods in the literature.
S
SunView 深度解读
从阳光电源储能系统业务视角看,这项基于Sigmoid加权共识算法的多储能单元协调控制技术具有显著的工程应用价值。该技术针对直流微电网中多个电池储能系统(BESS)的荷电状态(SoC)平衡、电压调节和电流精确分配问题,提出了一种借鉴神经网络激活函数的创新控制策略。
对于阳光电源的储能产品线而言,这项技术的核心价值体现在三个层面:首先,通过邻近通信实现的分布式SoC平衡能够显著提升大规模储能电站中电池簇的一致性管理效率,延长电池系统整体寿命,这直接契合我司PowerTitan、PowerStack等储能产品对高可靠性的需求。其次,算法的抗通信故障和时延特性增强了系统韧性,即使在通信链路部分失效时仍能维持基本功能,这对工商业储能和电网侧储能项目的稳定运行至关重要。第三,避免环流损耗的设计能够提升系统效率约1-3%,在大容量储能项目中可产生可观的经济效益。
从技术成熟度评估,该方法已完成实验验证,但从实验室到工程化部署仍需解决实际挑战:Sigmoid函数参数需针对不同电池化学体系和容量配置进行优化标定;在含光伏、风电等波动性电源的复杂场景下,算法的动态响应速度和鲁棒性需进一步验证;与现有BMS和EMS系统的集成接口标准化也是工程化关键。
建议将此技术纳入我司储能系统控制算法库,优先在多簇并联的集装箱式储能产品中试点应用,结合我司在逆变器控制领域的技术积累,开发具有自主知识产权的增强型多储能协调控制解决方案,巩固在储能系统集成领域的技术领先优势。