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储能系统技术 储能系统 ★ 5.0

用于缓解可调容量差异的分布式均衡分组功率控制

Distributed Balanced Grouping Power Control for Battery Energy Storage Systems to Mitigate Adjustable Capacity Discrepancy

作者 Yang Yu · Boxiao Wang · Menglu Li · Tingyan Lv · Xiao Chen
期刊 IEEE Transactions on Energy Conversion
出版日期 2025年4月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 电池储能系统 可调容量差异 分布式分组功率控制 二分共识算法 功率平衡控制
语言:

中文摘要

摘要:电池储能系统(BESS)的传统分组控制策略常常面临可调容量差异(ACD)问题,同时存在运行速度和精度降低的情况,尤其是在存在延迟的环境中。为应对这些挑战,本文提出了一种基于二分分组的电池储能系统分布式分组功率控制策略。首先,分析了电池储能系统中电池组(BG)可调容量差异的成因。建立了可调容量差异评估模型,以研究电池组之间的有限竞争关系,并引入了一种新的电池储能系统分组分配机制。其次,采用归一化变换矩阵,将二分一致性算法(BCA)应用于功率控制。通过对拉普拉斯矩阵进行改进,以压缩延迟并提高迭代速度和精度,从而得到改进的二分一致性算法(IBCA)。最后,根据所提出的分组分配机制,运用改进的二分一致性算法实现均衡功率控制。仿真和实验结果均表明,改进的二分一致性算法具有更快的迭代速度和更高的精度,能有效缓解可调容量差异问题,实现更好的荷电状态均衡和精确控制。

English Abstract

Conventional grouping control strategies for battery energy storage systems (BESS) often face issues concerning adjustable capacity discrepancy (ACD), along with reduced operational speed and accuracy, especially in delay environments. To address these challenges, this paper proposes a distributed grouping power control strategy based on bipartite grouping for BESS. First, the causes of ACD in battery groups (BGs) within BESS are analyzed. An ACD evaluation model is developed to examine the limited competition among BGs, and a new BESS grouping allocation mechanism is introduced. Next, a bipartite consensus algorithm (BCA) is adapted for power control using a normalized transformation matrix. Enhancements to the Laplacian matrix are proposed to compress delays and improve iteration speed and accuracy, resulting in an improved BCA (IBCA). Finally, the lBCA is implemented to achieve balanced power control according to the proposed grouping allocation mechanism. Both simulations and experimental results demonstrate that the lBCA provides faster iteration speed, higher accuracy, and effectively mitigates ACD, resulting in better state-of-charge balance and precise control.
S

SunView 深度解读

从阳光电源储能系统业务视角来看,该论文提出的分布式平衡分组功率控制策略具有重要的工程应用价值。当前我司大规模储能系统普遍采用多组电池并联运行架构,论文所指出的"可调容量差异"(ACD)问题在实际项目中确实存在——不同电池组因老化程度、温度分布、初始荷电状态差异导致的可用容量不均衡,会直接影响系统整体效率和寿命。

该技术的核心创新在于通过二分图共识算法实现分布式控制,相比传统集中式分组策略具有三大优势:首先,改进的拉普拉斯矩阵设计有效压缩了通信延迟,这对我司大型储能电站(如百兆瓦级项目)中数百个电池簇的实时协调至关重要;其次,归一化变换矩阵的引入提升了功率分配精度,可降低因控制偏差导致的循环老化;第三,分布式架构天然具备更高的系统冗余性,符合我司储能产品高可靠性的设计理念。

从技术成熟度评估,该算法已完成仿真和实验验证,但工程化落地仍需关注几个关键点:一是与我司现有BMS和EMS系统的兼容性,特别是通信协议的适配;二是算法在极端工况(如快速功率爬坡、电网频率扰动)下的鲁棒性验证;三是分组策略的动态优化机制,需结合电池全生命周期数据进行自适应调整。

建议将此技术纳入下一代储能系统控制平台的研发路线图,优先在工商业储能和调频辅助服务场景进行试点验证,这将有效提升我司产品在SOC均衡控制和容量利用率方面的竞争优势,同时为参与电力现货市场提供更精准的功率响应能力。