一种电池储能系统的分布式控制方法及装置与流程

1.本技术涉及电池储能技术领域，更具体的说，是涉及一种电池储能系统的分布式控制方法及装置。


背景技术：

2.随着电池储能技术的逐步提高，对电池储能系统的控制方法已从集中式控制逐渐过渡至分散式控制，集中式控制需要一个中央控制器来监控和协调所有电池单元的充电状态和其他关键状态，单点故障的影响范围大，分布式控制不需要中央控制器，也不需要每个电池单元之间的通信，仅通过电池单元的自身信息便可以完成控制，单点故障的影响范围小。
3.然而，分布式控制需要通过渐进式观测器或有限时间观测器对各个电池单元的平均期望功率进行观测，目前无论是渐进式观测器还是有限时间观测器的观测结果均需取决于电池储能系统的初始状态信息，导致无法准确预计出观测结果的具体时间，控制效率低下。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，提出了本技术以便提供一种电池储能系统的分布式控制方法及装置，以准确预计出观测结果的具体时间，提高分布式控制效率。
5.为了实现上述目的，现提出具体方案如下：
6.一种电池储能系统的分布式控制方法，包括：
7.基于电池储能系统的各个电池单元的通信拓扑，创建无向连通图；
8.根据与每个电池单元连通的若干个电池单元，创建该个电池单元的相邻单元集合；
9.确定每个电池单元的信息获取状态，并基于各个信息电池单元的信息获取状态，构建信息获取矩阵；
10.按照第一公式对各个电池单元的平均期望功率进行观测，并在第一时间内确定各个电池单元的平均期望功率，以在所述第一时间后通过所述平均期望功率对各个电池单元进行控制；
11.所述第一公式为：
[0012][0013]
其中，pa为各个电池单元的平均期望功率，为第i个电池单元对所述平均期望功率的观测值，为的微分，p为第一预设正奇整数，q为第二预设正奇整数，p《q，γ为
第一预设正值，α为第二预设正值，β为第三预设正值，a
ij
为所述无向连通图的邻接矩阵的第i行第j列的元素值，bi为所述信息获取矩阵的对角线上第i个值，sign(
·
)为符号函数，为第i个电池单元的所述相邻单元集合，vi为中间值，为第j个电池单元对所述平均期望功率的观测值；
[0014]
所述第一时间为：
[0015][0016]
其中，t1为所述第一时间，λ
min
为所述无向连通图的拉普拉斯矩阵的最小特征值，n为各个电池单元的个数，h为所述信息获取矩阵与所述拉普拉斯矩阵的和矩阵。
[0017]
可选的，该方法还包括：
[0018]
获取每个电池单元的初始电量数据、容量、实时输出电流数据及实时输出电压数据；
[0019]
根据每个电池单元的初始电量数据、容量及实时输出电流数据，计算该个电池单元的实时电量数据；
[0020]
根据每个电池单元的实时电量数据、实时输出电压数据及容量，确定该个电池单元的实时充放电状态；
[0021]
按照第二公式对各个电池单元的平均期望充放电状态进行观测，并在第二时间内确定各个电池单元的平均期望充放电状态，以在所述第二时间后通过所述平均期望充放电状态对各个电池单元进行控制；
[0022]
所述第二公式为：
[0023][0024]
其中，为第i个电池单元对各个电池单元的平均期望充放电状态的观测值，xi为第i个电池单元的所述实时充放电状态，μ为第四预设正值，σ为第五预设正值，φ为大于0的第一参数值，t为时间信息，为ki(t)在时间维度上的微分，ki(t)为第i个电池单元的中间变量，kj(t)为第j个电池单元的中间变量；
[0025]
所述第二时间为：
[0026][0027]
其中，l为所述无向连通图的邻接矩阵，λ2为所述无向连通图的拉普拉斯矩阵的次最小特征值，θ为大于1的第二参数值。
[0028]
可选的，所述按照第一公式对各个电池单元的平均期望功率进行观测，并在第一时间内确定各个电池单元的平均期望功率，包括：
[0029]
在总期望功率约束条件下，按照第一公式对各个电池单元的平均期望功率进行观测，并在第一时间内确定各个电池单元的平均期望功率；
[0030]
所述总期望功率约束条件为：
[0031][0032]
其中，pa(t)＝pa，p
*
(t)为各个电池单元的总期望功率，为p
*
(t)在时间上的微分，p为预设期望值下限，为预设期望值上限，∈为第六预设正值。
[0033]
可选的，所述按照第一公式对各个电池单元的平均期望功率进行观测，并在第一时间内确定各个电池单元的平均期望功率，包括：
[0034]
在第一控制约束条件和第二控制约束条件下，按照第一公式对各个电池单元的平均期望功率进行观测，并在第一时间内确定各个电池单元的平均期望功率；
[0035]
所述第一控制约束条件为：
[0036][0037]
其中，si(t)为第i个电池单元的实时电量数据，εs为第七预设正值，为各个电池单元的集合，sj(t)为第j个电池单元的实时电量数据；
[0038]
所述第二控制约束条件为：
[0039][0040]
其中，pi(t)为第i个电池单元的实时输出功率，第i个电池单元的实时输出功率是第i个电池单元的实时输出电流数据与其实时输出电压数据相乘所得到的，ε
p
为第八预设正值。
[0041]
可选的，所述按照第二公式对各个电池单元的平均期望充放电状态进行观测，并在第二时间内确定各个电池单元的平均期望充放电状态，包括：
[0042]
在所述第一控制约束条件和所述第二控制约束条件下，按照第二公式对各个电池单元的平均期望充放电状态进行观测，并在第二时间内确定各个电池单元的平均期望充放电状态。
[0043]
可选的，该方法还包括：
[0044]
确定所述第一时间和所述第二时间之间的最大时间值；
[0045]
在所述最大时间值内，确定各个电池单元的平均期望充放电状态以及确定各个电池单元的平均期望功率，以在所述最大时间值内通过所述平均期望充放电状态和所述平均期望功率，对各个电池单元进行控制。
[0046]
一种电池储能系统的分布式控制装置，包括：
[0047]
无向连通图创建单元，用于基于电池储能系统的各个电池单元的通信拓扑，创建无向连通图；
[0048]
相邻集合创建单元，用于根据与每个电池单元连通的若干个电池单元，创建该个电池单元的相邻单元集合；
[0049]
信息获取矩阵构建单元，用于确定每个电池单元的信息获取状态，并基于各个信息电池单元的信息获取状态，构建信息获取矩阵；
[0050]
平均期望功率观测单元，用于按照第一公式对各个电池单元的平均期望功率进行观测，并在第一时间内确定各个电池单元的平均期望功率，以在所述第一时间后通过所述平均期望功率对各个电池单元进行控制；
[0051]
所述第一公式为：
[0052][0053]
其中，pa为各个电池单元的平均期望功率，为第i个电池单元对所述平均期望功率的观测值，为的微分，p为第一预设正奇整数，q为第二预设正奇整数，p《q，γ为第一预设正值，α为第二预设正值，β为第三预设正值，a
ij
为所述无向连通图的邻接矩阵的第i行第j列的元素值，bi为所述信息获取矩阵的对角线上第i个值，sign(
·
)为符号函数，为第i个电池单元的所述相邻单元集合，vi为中间值，为第j个电池单元对所述平均期望功率的观测值；
[0054]
所述第一时间为：
[0055][0056]
其中，t1为所述第一时间，λ
min
为所述无向连通图的拉普拉斯矩阵的最小特征值，n为各个电池单元的个数，h为所述信息获取矩阵与所述拉普拉斯矩阵的和矩阵。
[0057]
可选的，该装置还包括：
[0058]
数据获取单元，用于获取每个电池单元的初始电量数据、容量、实时输出电流数据及实时输出电压数据；
[0059]
实时电量数据计算单元，用于根据每个电池单元的初始电量数据、容量及实时输出电流数据，计算该个电池单元的实时电量数据；
[0060]
充放电状态确定单元，用于根据每个电池单元的实时电量数据、实时输出电压数据及容量，确定该个电池单元的实时充放电状态；
[0061]
平均期望状态观测单元，用于按照第二公式对各个电池单元的平均期望充放电状态进行观测，并在第二时间内确定各个电池单元的平均期望充放电状态，以在所述第二时间后通过所述平均期望充放电状态对各个电池单元进行控制；
[0062]
所述第二公式为：
[0063][0064]
其中，为第i个电池单元对各个电池单元的平均期望充放电状态的观测值，xi为第i个电池单元的所述实时充放电状态，μ为第四预设正值，σ为第五预设正值，φ为大于0的第一参数值，t为时间信息，为ki(t)在时间维度上的微分，ki(t)为第i个电池单元的中间变量，kj(t)为第j个电池单元的中间变量；
[0065]
所述第二时间为：
[0066][0067]
其中，l为所述无向连通图的邻接矩阵，λ2为所述无向连通图的拉普拉斯矩阵的次最小特征值，θ为大于1的第二参数值。
[0068]
可选的，所述平均期望功率观测单元，包括：
[0069]
总功率约束观测单元，用于在总期望功率约束条件下，按照第一公式对各个电池单元的平均期望功率进行观测，并在第一时间内确定各个电池单元的平均期望功率；
[0070]
所述总期望功率约束条件为：
[0071][0072]
其中，pa(t)＝pa，p
*
(t)为各个电池单元的总期望功率，为p
*
(t)在时间上的微分，p为预设期望值下限，为预设期望值上限，∈为第六预设正值。
[0073]
可选的，所述平均期望功率观测单元，包括：
[0074]
双约束条件观测单元，用于在第一控制约束条件和第二控制约束条件下，按照第一公式对各个电池单元的平均期望功率进行观测，并在第一时间内确定各个电池单元的平均期望功率；
[0075]
所述第一控制约束条件为：
[0076][0077]
其中，si(t)为第i个电池单元的实时电量数据，εs为第七预设正值，为各个电池单元的集合，sj(t)为第j个电池单元的实时电量数据；
[0078]
所述第二控制约束条件为：
[0079][0080]
其中，pi(t)为第i个电池单元的实时输出功率，第i个电池单元的实时输出功率是第i个电池单元的实时输出电流数据与其实时输出电压数据相乘所得到的，ε
p
为第八预设正值。
[0081]
可选的，所述平均期望状态观测单元，包括：
[0082]
平均期望状态观测子单元，用于在所述第一控制约束条件和所述第二控制约束条件下，按照第二公式对各个电池单元的平均期望充放电状态进行观测，并在第二时间内确定各个电池单元的平均期望充放电状态。
[0083]
可选的，该装置还包括：
[0084]
最大时间值确定单元，用于确定所述第一时间和所述第二时间之间的最大时间值；
[0085]
总控制单元，用于在所述最大时间值内，确定各个电池单元的平均期望充放电状态以及确定各个电池单元的平均期望功率，以在所述最大时间值后通过所述平均期望充放电状态和所述平均期望功率，对各个电池单元进行控制。
[0086]
借由上述技术方案，本技术通过基于电池储能系统的各个电池单元的通信拓扑，创建无向连通图，根据与每个电池单元连通的若干个电池单元，创建该个电池单元的相邻单元集合，确定每个电池单元的信息获取状态，并基于各个信息电池单元的信息获取状态，构建信息获取矩阵，按照第一公式对各个电池单元的平均期望功率进行观测，并在第一时间内确定各个电池单元的平均期望功率，以在所述第一时间后通过所述平均期望功率对各个电池单元进行控制。由此可见，分布式观测器在观测各个电池单元的平均期望功率时仅需按照第一公式进行，第一公式中所涉及的参数均与电池储能系统的初始状态无关，因此第一时间能够基于被准确预计出，从而及时对各个电池单元进行控制，保证了分布式控制效率。
附图说明
[0087]
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0088]
图1为本技术实施例提供的一种电池储能系统的分布式控制的流程示意图；
[0089]
图2为本技术实施例提供的一种电池储能系统的电池单元通信网络拓扑结构示意图；
[0090]
图3为本技术实施例提供的第一个案例在放电模式下针对不同控制策略的电池单元输出功率图；
[0091]
图4为本技术实施例提供的第一个案例在放电模式下针对不同控制策略的电池单元状态图；
[0092]
图5为本技术实施例提供的第一个案例在充电模式下针对不同控制策略的电池输出功率图；
[0093]
图6为本技术实施例提供的第一个案例在充电模式下针对不同控制策略的电池单元状态图；
[0094]
图7为本技术实施例提供的第二个案例在放电模式下针对不同控制策略的电池单元输出功率图；
[0095]
图8为本技术实施例提供的第二个案例在充电模式下针对不同控制策略的电池单元输出功率图；
[0096]
图9为本技术实施例提供的一种电池储能系统的分布式控制的装置结构示意图；
[0097]
图10为本技术实施例提供的一种电池储能系统的分布式控制的设备的结构示意图。
具体实施方式
[0098]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0099]
本技术方案可以基于具备数据处理能力的终端实现，该终端可以是分布式观测器。
[0100]
接下来，结合图1所述，本技术的电池储能系统的分布式控制方法可以包括以下步骤：
[0101]
步骤s110、基于电池储能系统的各个电池单元的通信拓扑，创建无向连通图。
[0102]
具体的，无向连通图中的各个点可以表示电池储能系统的各个电池单元，可以用无向连通图的顶点代表电池单元并且边(i,j)∈ε代表电池单元i和j之间可以相互通信，其中是顶点集合，ε是边集合。
[0103]
步骤s120、根据与每个电池单元连通的若干个电池单元，创建该个电池单元的相邻单元集合。
[0104]
具体的，电池单元i的相邻集合表示为当电池单元i和电池单元j之间不能通信时，与图g相关联的邻接矩阵a＝[a
ij
](i,j＝1,2,
…
,n)中的对应元素被定义为a
ij
＝a
ji
＝0。
[0105]
步骤s130、确定每个电池单元的信息获取状态，并基于各个信息电池单元的信息获取状态，构建信息获取矩阵。
[0106]
可以理解的是，分布式控制的各个电池单元中，存在至少一个电池单元可以获取分布式观测器的观测信息，其他部分电池单元则无法获取分布式观测器的观测信息。那么若第i个电池单元可以获得观测信息，则bi＝1，否则bi＝0，矩阵h＝l+b＞0，其中矩阵b＝diag{b1,b2,
…
,bn}。
[0107]
步骤s140、按照第一公式对各个电池单元的平均期望功率进行观测，并在第一时间内确定各个电池单元的平均期望功率，以在第一时间后通过平均期望功率对各个电池单元进行控制。
[0108]
其中，第一公式为：
[0109][0110]
其中，pa为各个电池单元的平均期望功率，为第i个电池单元对平均期望功率的观测值，为的微分，p为第一预设正奇整数，q为第二预设正奇整数，p《q，γ为第一预设正值，α为第二预设正值，β为第三预设正值，a
ij
为无向连通图的邻接矩阵的第i行第j列的元素值，bi为信息获取矩阵的对角线上第i个值，sign(
·
)为符号函数，为第i个电池单元的相邻单元集合，vi是中间值，表示中间状态，为第j个电池单元对所述平均期望功率的观测值。
[0111]
第一时间为：
[0112][0113]
其中，t1为第一时间，λ
min
为无向连通图的拉普拉斯矩阵的最小特征值，n为各个电池单元的个数，h为信息获取矩阵与拉普拉斯矩阵的和矩阵。
[0114]
具体的，当γ≥∈/n时，pa(t)可以在固定时间t1内被分布式观测器准确预计出，即
[0115]
可以理解的是，定义后可以得到下式：
[0116][0117]
定义于是n个电池单元的动力学可以写成紧凑的向量形式：通过构造李亚普诺夫函数可得v1的时间导数计算为：
[0118][0119]
由于h是正定矩阵，所以存在唯一的上三角矩阵满足h＝q
t
q，因此可知：
[0120][0121]
由于因此可以得到同理可以得到：
[0122][0123]
因为所以有下式：
[0124][0125]
根据固定时间控制理论，可以得出v1在固定时间t1内收敛于零，并且
[0126]
本实施例提供的电池储能系统的分布式控制方法，通过基于电池储能系统的各个电池单元的通信拓扑，创建无向连通图，根据与每个电池单元连通的若干个电池单元，创建该个电池单元的相邻单元集合，确定每个电池单元的信息获取状态，并基于各个信息电池单元的信息获取状态，构建信息获取矩阵，按照第一公式对各个电池单元的平均期望功率进行观测，并在第一时间内确定各个电池单元的平均期望功率，以在所述第一时间后通过所述平均期望功率对各个电池单元进行控制。由此可见，分布式观测器在观测各个电池单元的平均期望功率时仅需按照第一公式进行，第一公式中所涉及的参数均与电池储能系统的初始状态无关，因此第一时间能够基于被准确预计出，从而及时对各个电池单元进行控制，保证了分布式控制效率。
[0127]
考虑到分布式观测器所观测的结果中除各个电池单元的平均期望功率之外，还有各个电池单元的平均期望充放电状态，本技术的一些实施例中，所提供的电池储能系统的分布式控制方法还可以包括观测各个电池单元的平均期望充放电状态的过程，该过程可以包括：
[0128]
s1、根据每个电池单元的初始电量数据、容量及实时输出电流数据，计算该个电池单元的实时电量数据。
[0129]
具体的，可以通过下式计算每个电池单元的实时电量数据：
[0130][0131]
其中，si(t)为第i个电池单元的实时电量数据，si(0)为第i个电池单元的初始电量数据，ci为第i个电池单元的容量，为第i个电池单元的实时输出电流数据。
[0132]
s2、根据每个电池单元的实时电量数据、实时输出电压数据及容量，确定该个电池单元的实时充放电状态。
[0133]
具体的，第i个电池单元的输出功率pi(t)可以通过下式计算得到：
[0134][0135]
其中，vi(t)为第i个电池单元的实时输出电压数据。
[0136]
可以理解的是，当pi(t)＞0时，电池储能系统处于放电状态，那么此时第i个电池单元的实时充放电状态为xi(t)＝c
ivi
si(t)，当pi(t)＜0时，电池储能系统处于充电状态，那么此时第i个电池单元的实时充放电状态为xi(t)＝c
ivi
(1-si(t))。
[0137]
s3、按照第二公式对各个电池单元的平均期望充放电状态进行观测，并在第二时间内确定各个电池单元的平均期望充放电状态，以在所述第二时间后通过所述平均期望充放电状态对各个电池单元进行控制。
[0138]
其中，第二公式为：
[0139][0140]
其中，为第i个电池单元对各个电池单元的平均期望充放电状态的观测值，xi为第i个电池单元的所述实时充放电状态，μ为第四预设正值，σ为第五预设正值，φ为大于0的第一参数值，t为时间信息，为ki(t)在时间维度上的微分，ki(t)为第i个电池单元的中间变量，kj(t)为第j个电池单元的中间变量；
[0141]
第二时间为：
[0142][0143]
其中，t2为第二时间，l为所述无向连通图的邻接矩阵，λ2为所述无向连通图的拉普拉斯矩阵的次最小特征值，θ为大于1的第二参数值。
[0144]
可以理解的是，定义则有下式：
[0145][0146]
定义向量h(t)＝[h1(t),
…hn
(t)]
t
,x(t)＝[xi(t),
…
xn(t)]
t
，进而可以得到：
[0147][0148]
定义并根据李雅普诺夫函数可以得到v2的导数为：
[0149][0150]
将带入表达式中，可得：
[0151][0152]
其中其中是的最大奇异值，为拉普拉斯矩阵l的广义逆矩阵。
[0153]
将δ
t
(t)h(t)表达式带入可以得到：
[0154][0155]
由于因此可以进一步得到下式：
[0156][0157]
进一步的，根据固定时间控制理论可以得出v2在固定时间t2内收敛于零，并且
[0158]
本实施例提供的电池储能系统的分布式控制方法，按照第二公式对各个电池单元的平均期望充放电状态进行观测，并在第二时间内确定各个电池单元的平均期望充放电状态，实现在第二时间后通过平均期望充放电状态对各个电池单元进行控制，可见，分布式观测器在观测各个电池单元的平均期望充放电状态时仅需按照第二公式进行，第二公式中所涉及的参数均与电池储能系统的初始状态无关，因此第二时间能够基于被准确预计出，从而及时对各个电池单元进行控制，保证了分布式控制效率。
[0159]
本技术的一些实施例中，对上述实施例提到的、按照第一公式对各个电池单元的平均期望功率进行观测，并在第一时间内确定各个电池单元的平均期望功率的过程进行介绍，该过程可以包括：
[0160]
在总期望功率约束条件下，按照第一公式对各个电池单元的平均期望功率进行观测，并在第一时间内确定各个电池单元的平均期望功率。
[0161]
其中，总期望功率约束条件可以为：
[0162][0163]
其中，pa(t)＝pa，p
*
(t)为各个电池单元的总期望功率，为p
*
(t)在时间上的微分，p为预设期望值下限，为预设期望值上限，∈为第六预设正值。
[0164]
可以理解的是，总期望功率可以表示所有电池单元最终所需设置的平均期望功率的总值，该总值需要限制在预设期望值下限以上及预设期望值上限以下，且总期望功率在时间上的微分需满足随时间变化收敛于第六预设正值这一约束条件。
[0165]
本技术的一些实施例中，对上述实施例提到的、按照第一公式对各个电池单元的平均期望功率进行观测，并在第一时间内确定各个电池单元的平均期望功率的过程进行介绍，该过程可以包括：
[0166]
在第一控制约束条件和第二控制约束条件下，按照第一公式对各个电池单元的平均期望功率进行观测，并在第一时间内确定各个电池单元的平均期望功率；
[0167]
其中，第一控制约束条件为：
[0168][0169]
其中，si(t)为第i个电池单元的实时电量数据，εs为第七预设正值，为各个电池单元的集合，sj(t)为第j个电池单元的实时电量数据。
[0170]
可以理解的是，电池储能系统的控制目标之一所有电池单元都实现电量平衡，因此各个电池单元之间的电量差值的总和不大于第七预设正值。
[0171]
第二控制约束条件为：
[0172][0173]
其中，pi(t)为第i个电池单元的实时输出功率，第i个电池单元的实时输出功率是第i个电池单元的实时输出电流数据与其实时输出电压数据相乘所得到的，ε
p
为第八预设正值。
[0174]
可以理解的是，电池储能系统的控制目标为所有电池单元都实现输出功率平衡，因此各个电池单元之间的输出功率差值的总和不大于第八预设正值。
[0175]
本技术的一些实施例中，对上述实施例提到的、按照第二公式对各个电池单元的平均期望充放电状态进行观测，并在第二时间内确定各个电池单元的平均期望充放电状态的过程进行介绍，该过程可以包括：
[0176]
在第一控制约束条件和第二控制约束条件下，按照第二公式对各个电池单元的平均期望充放电状态进行观测，并在第二时间内确定各个电池单元的平均期望充放电状态。
[0177]
可以理解的是，电池储能系统的控制目标为所有电池单元都实现电量平衡和输出功率平衡，因此在通过分布式观测器对各个电池单元进行观测时，需在第一控制约束条件
和第二控制约束条件下进行。
[0178]
考虑到在第一时间内能够确定各个电池单元的平均期望功率，在第二时间内能够确定各个电池单元的平均期望充放电状态，而分布式观测器对平均期望功率和平均期望充放电状态的观测估计是同步进行的，因此在大于两者时间中的最大时间后，均能够准确观测出平均期望功率和平均期望充放电状态，基于此，本技术所提供的电池储能系统的分布式控制方法，还可以包括：
[0179]
s1、确定第一时间和第二时间之间的最大时间值。
[0180]
s2、在最大时间值内，确定各个电池单元的平均期望充放电状态以及确定各个电池单元的平均期望功率，以在最大时间值后通过平均期望充放电状态和平均期望功率，对各个电池单元进行控制。
[0181]
具体的，电池储能系统能够通过只需合理选择控制参数γ和μ，则可以满足t∈[t
max
,+∞)时，t
max
≥{max{t1,t2}}，即所需的平均期望充放电状态和所需的平均期望功率都可以在固定时间t
max
内实现。
[0182]
示例如，电池储能系统可按照图2所设定的电池单元通信网络拓扑结构，由6个电池单元组成，每个电池单元的参数设计为v＝20v，c＝220ah，并且各个电池单元初始电量的值分别为(0.95,0.86,0.83,0.93,0.97,0.88)。其中各个电池单元之间的通信是双向的，仅有1号电池能收到期望功率的信息，即b1＝1，并且bi＝0，i＝2,3,
…
,6。
[0183]
进一步地，分布式观测器的参数可设置为q＝9，p＝7，α＝β＝2，μ＝σ＝20，φ＝10。根据γ≥∈/n，分布式观测器选取γ＝1000，μ＝3500。分布式观测器的初始状态可设定如下，vi(0)＝0，ki(0)＝0，
[0184]
接下来，分别对两个案例进行仿真验证。
[0185]
第一个案例：p
*
(t)＝
±
(4000)w。
[0186]
基于此，对电池储能系统仿真得到放电模式下基于有限时间控制策略与固定时间控制策略下所有电池单元的输出功率图(如图3所示)，以及放电模式下基于有限时间控制策略与固定时间控制策略下电池单元状态图(如图4所示)，以及充电模式下基于有限时间控制策略与固定时间控制策略下所有电池单元的输出功率图(如图5所示)，以及充电模式下基于有限时间控制策略与固定时间控制策略下电池单元状态图(如图6所示)。
[0187]
第二个案例：
[0188]
基于此，对电池储能系统仿真得到放电模式下不同控制策略下所有电池单元的输出功率图(如图7所示)，充电模式下不同控制策略下所有电池单元的输出功率图(如图8所示)。
[0189]
由仿真结果图可以看出，分布式观测器可以在固定时间内实现对电池储能系统的平均期望功率和平均期望充放电状态的估计，这个时间与系统初始无关，与设计的控制参数有关。与有限时间控制策略下相比，本发明提出的控制方法更加高效。
[0190]
下面对本技术实施例提供的实现电池储能系统的分布式控制的装置进行描述，下文描述的实现电池储能系统的分布式控制的装置与上文描述的实现电池储能系统的分布
式控制方法可相互对应参照。
[0191]
参见图9，图9为本技术实施例公开的一种实现电池储能系统的分布式控制的装置结构示意图。
[0192]
如图9所示，该装置可以包括：
[0193]
无向连通图创建单元11，用于基于电池储能系统的各个电池单元的通信拓扑，创建无向连通图；
[0194]
相邻集合创建单元12，用于根据与每个电池单元连通的若干个电池单元，创建该个电池单元的相邻单元集合；
[0195]
信息获取矩阵构建单元13，用于确定每个电池单元的信息获取状态，并基于各个信息电池单元的信息获取状态，构建信息获取矩阵；
[0196]
平均期望功率观测单元14，用于按照第一公式对各个电池单元的平均期望功率进行观测，并在第一时间内确定各个电池单元的平均期望功率，以在所述第一时间后通过所述平均期望功率对各个电池单元进行控制；
[0197]
所述第一公式为：
[0198][0199]
其中，pa为各个电池单元的平均期望功率，为第i个电池单元对所述平均期望功率的观测值，为的微分，p为第一预设正奇整数，q为第二预设正奇整数，p《q，γ为第一预设正值，α为第二预设正值，β为第三预设正值，a
ij
为所述无向连通图的邻接矩阵的第i行第j列的元素值，bi为所述信息获取矩阵的对角线上第i个值，sign(
·
)为符号函数，为第i个电池单元的所述相邻单元集合，vi为中间值，为第j个电池单元对所述平均期望功率的观测值；
[0200]
所述第一时间为：
[0201][0202]
其中，t1为所述第一时间，λ
min
为所述无向连通图的拉普拉斯矩阵的最小特征值，n为各个电池单元的个数，h为所述信息获取矩阵与所述拉普拉斯矩阵的和矩阵。
[0203]
可选的，该装置还包括：
[0204]
数据获取单元，用于获取每个电池单元的初始电量数据、容量、实时输出电流数据及实时输出电压数据；
[0205]
实时电量数据计算单元，用于根据每个电池单元的初始电量数据、容量及实时输出电流数据，计算该个电池单元的实时电量数据；
[0206]
充放电状态确定单元，用于根据每个电池单元的实时电量数据、实时输出电压数据及容量，确定该个电池单元的实时充放电状态；
[0207]
平均期望状态观测单元，用于按照第二公式对各个电池单元的平均期望充放电状
态进行观测，并在第二时间内确定各个电池单元的平均期望充放电状态，以在所述第二时间后通过所述平均期望充放电状态对各个电池单元进行控制；
[0208]
所述第二公式为：
[0209][0210]
其中，为第i个电池单元对各个电池单元的平均期望充放电状态的观测值，xi为第i个电池单元的所述实时充放电状态，μ为第四预设正值，σ为第五预设正值，φ为大于0的第一参数值，t为时间信息，为ki(t)在时间维度上的微分，ki(t)为第i个电池单元的中间变量，kj(t)为第j个电池单元的中间变量；
[0211]
所述第二时间为：
[0212][0213]
其中，l为所述无向连通图的邻接矩阵，λ2为所述无向连通图的拉普拉斯矩阵的次最小特征值，θ为大于1的第二参数值。
[0214]
可选的，所述平均期望功率观测单元，包括：
[0215]
总功率约束观测单元，用于在总期望功率约束条件下，按照第一公式对各个电池单元的平均期望功率进行观测，并在第一时间内确定各个电池单元的平均期望功率；
[0216]
所述总期望功率约束条件为：
[0217][0218]
其中，pa(t)＝pa，p
*
(t)为各个电池单元的总期望功率，为p
*
(t)在时间上的微分，p为预设期望值下限，为预设期望值上限，∈为第六预设正值。
[0219]
可选的，所述平均期望功率观测单元，包括：
[0220]
双约束条件观测单元，用于在第一控制约束条件和第二控制约束条件下，按照第一公式对各个电池单元的平均期望功率进行观测，并在第一时间内确定各个电池单元的平均期望功率；
[0221]
所述第一控制约束条件为：
[0222][0223]
其中，si(t)为第i个电池单元的实时电量数据，εs为第七预设正值，为各个电池单元的集合，sj(t)为第j个电池单元的实时电量数据；
[0224]
所述第二控制约束条件为：
[0225][0226]
其中，pi(t)为第i个电池单元的实时输出功率，第i个电池单元的实时输出功率是第i个电池单元的实时输出电流数据与其实时输出电压数据相乘所得到的，ε
p
为第八预设正值。
[0227]
可选的，所述平均期望状态观测单元，包括：
[0228]
平均期望状态观测子单元，用于在所述第一控制约束条件和所述第二控制约束条件下，按照第二公式对各个电池单元的平均期望充放电状态进行观测，并在第二时间内确定各个电池单元的平均期望充放电状态。
[0229]
可选的，该装置还包括：
[0230]
最大时间值确定单元，用于确定所述第一时间和所述第二时间之间的最大时间值；
[0231]
总控制单元，用于在所述最大时间值内，确定各个电池单元的平均期望充放电状态以及确定各个电池单元的平均期望功率，以在所述最大时间值后通过所述平均期望充放电状态和所述平均期望功率，对各个电池单元进行控制。
[0232]
本技术实施例提供的电池储能系统的分布式控制的装置可应用于电池储能系统的分布式控制的设备，如分布式观测器。可选的，图10示出了电池储能系统的分布式控制的设备的硬件结构框图，参照图10，电池储能系统的分布式控制的设备的硬件结构可以包括：至少一个处理器1，至少一个通信接口2，至少一个存储器3和至少一个通信总线4；
[0233]
在本技术实施例中，处理器1、通信接口2、存储器3、通信总线4的数量为至少一个，且处理器1、通信接口2、存储器3通过通信总线4完成相互间的通信；
[0234]
处理器1可能是一个中央处理器cpu，或者是特定集成电路asic(application specific integrated circuit)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路等；
[0235]
存储器3可能包含高速ram存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)等，例如至少一个磁盘存储器；
[0236]
其中，存储器存储有程序，处理器可调用存储器存储的程序，所述程序用于：
[0237]
基于电池储能系统的各个电池单元的通信拓扑，创建无向连通图；
[0238]
根据与每个电池单元连通的若干个电池单元，创建该个电池单元的相邻单元集合；
[0239]
确定每个电池单元的信息获取状态，并基于各个信息电池单元的信息获取状态，构建信息获取矩阵；
[0240]
按照第一公式对各个电池单元的平均期望功率进行观测，并在第一时间内确定各个电池单元的平均期望功率，以在所述第一时间后通过所述平均期望功率对各个电池单元
进行控制；
[0241]
所述第一公式为：
[0242][0243]
其中，pa为各个电池单元的平均期望功率，为第i个电池单元对所述平均期望功率的观测值，为的微分，p为第一预设正奇整数，q为第二预设正奇整数，p《q，γ为第一预设正值，α为第二预设正值，β为第三预设正值，a
ij
为所述无向连通图的邻接矩阵的第i行第j列的元素值，bi为所述信息获取矩阵的对角线上第i个值，sign(
·
)为符号函数，为第i个电池单元的所述相邻单元集合，vi为中间值，为第j个电池单元对所述平均期望功率的观测值；
[0244]
所述第一时间为：
[0245][0246]
其中，t1为所述第一时间，λ
min
为所述无向连通图的拉普拉斯矩阵的最小特征值，n为各个电池单元的个数，h为所述信息获取矩阵与所述拉普拉斯矩阵的和矩阵。
[0247]
可选的，所述程序的细化功能和扩展功能可参照上文描述。
[0248]
本技术实施例还提供一种存储介质，该存储介质可存储有适于处理器执行的程序，所述程序用于：
[0249]
基于电池储能系统的各个电池单元的通信拓扑，创建无向连通图；
[0250]
根据与每个电池单元连通的若干个电池单元，创建该个电池单元的相邻单元集合；
[0251]
确定每个电池单元的信息获取状态，并基于各个信息电池单元的信息获取状态，构建信息获取矩阵；
[0252]
按照第一公式对各个电池单元的平均期望功率进行观测，并在第一时间内确定各个电池单元的平均期望功率，以在所述第一时间后通过所述平均期望功率对各个电池单元进行控制；
[0253]
所述第一公式为：
[0254][0255]
其中，pa为各个电池单元的平均期望功率，为第i个电池单元对所述平均期望功率的观测值，为的微分，p为第一预设正奇整数，q为第二预设正奇整数，p《q，γ为第一预设正值，α为第二预设正值，β为第三预设正值，a
ij
为所述无向连通图的邻接矩阵的第
i行第j列的元素值，bi为所述信息获取矩阵的对角线上第i个值，sign(
·
)为符号函数，为第i个电池单元的所述相邻单元集合，vi为中间值，为第j个电池单元对所述平均期望功率的观测值；
[0256]
所述第一时间为：
[0257][0258]
其中，t1为所述第一时间，λ
min
为所述无向连通图的拉普拉斯矩阵的最小特征值，n为各个电池单元的个数，h为所述信息获取矩阵与所述拉普拉斯矩阵的和矩阵。
[0259]
可选的，所述程序的细化功能和扩展功能可参照上文描述。
[0260]
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0261]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间可以根据需要进行组合，且相同相似部分互相参见即可。
[0262]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种电池储能系统的分布式控制方法，其特征在于，应用于分布式观测器，包括：基于电池储能系统的各个电池单元的通信拓扑，创建无向连通图；根据与每个电池单元连通的若干个电池单元，创建该个电池单元的相邻单元集合；确定每个电池单元的信息获取状态，并基于各个信息电池单元的信息获取状态，构建信息获取矩阵；按照第一公式对各个电池单元的平均期望功率进行观测，并在第一时间内确定各个电池单元的平均期望功率，以在所述第一时间后通过所述平均期望功率对各个电池单元进行控制；所述第一公式为：其中，p
a
为各个电池单元的平均期望功率，为第i个电池单元对所述平均期望功率的观测值，为的微分，p为第一预设正奇整数，q为第二预设正奇整数，p<q，γ为第一预设正值，α为第二预设正值，β为第三预设正值，a
ij
为所述无向连通图的邻接矩阵的第i行第j列的元素值，b
i
为所述信息获取矩阵的对角线上第i个值，sign(
·
)为符号函数，为第i个电池单元的所述相邻单元集合，v
i
为中间值，为第j个电池单元对所述平均期望功率的观测值；所述第一时间为：其中，t1为所述第一时间，λ
min
为所述无向连通图的拉普拉斯矩阵的最小特征值，n为各个电池单元的个数，h为所述信息获取矩阵与所述拉普拉斯矩阵的和矩阵。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：获取每个电池单元的初始电量数据、容量、实时输出电流数据及实时输出电压数据；根据每个电池单元的初始电量数据、容量及实时输出电流数据，计算该个电池单元的实时电量数据；根据每个电池单元的实时电量数据、实时输出电压数据及容量，确定该个电池单元的实时充放电状态；按照第二公式对各个电池单元的平均期望充放电状态进行观测，并在第二时间内确定各个电池单元的平均期望充放电状态，以在所述第二时间后通过所述平均期望充放电状态对各个电池单元进行控制；所述第二公式为：
其中，为第i个电池单元对各个电池单元的平均期望充放电状态的观测值，x
i
为第i个电池单元的所述实时充放电状态，μ为第四预设正值，σ为第五预设正值，φ为大于0的第一参数值，t为时间信息，为k
i
(t)在时间维度上的微分，k
i
(t)为第i个电池单元的中间变量，k
j
(t)为第j个电池单元的中间变量；所述第二时间为：其中，l为所述无向连通图的邻接矩阵，λ2为所述无向连通图的拉普拉斯矩阵的次最小特征值，θ为大于1的第二参数值。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述按照第一公式对各个电池单元的平均期望功率进行观测，并在第一时间内确定各个电池单元的平均期望功率，包括：在总期望功率约束条件下，按照第一公式对各个电池单元的平均期望功率进行观测，并在第一时间内确定各个电池单元的平均期望功率；所述总期望功率约束条件为：其中，p
a
(t)＝p
a
，p
*
(t)为各个电池单元的总期望功率，为p
*
(t)在时间上的微分，p为预设期望值下限，为预设期望值上限，∈为第六预设正值。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述按照第一公式对各个电池单元的平均期望功率进行观测，并在第一时间内确定各个电池单元的平均期望功率，包括：在第一控制约束条件和第二控制约束条件下，按照第一公式对各个电池单元的平均期望功率进行观测，并在第一时间内确定各个电池单元的平均期望功率；所述第一控制约束条件为：其中，s
i
(t)为第i个电池单元的实时电量数据，ε
s
为第七预设正值，为各个电池单元
的集合，s
j
(t)为第j个电池单元的实时电量数据；所述第二控制约束条件为：其中，p
i
(t)为第i个电池单元的实时输出功率，第i个电池单元的实时输出功率是第i个电池单元的实时输出电流数据与其实时输出电压数据相乘所得到的，ε
p
为第八预设正值。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述按照第二公式对各个电池单元的平均期望充放电状态进行观测，并在第二时间内确定各个电池单元的平均期望充放电状态，包括：在所述第一控制约束条件和所述第二控制约束条件下，按照第二公式对各个电池单元的平均期望充放电状态进行观测，并在第二时间内确定各个电池单元的平均期望充放电状态。6.根据权利要求2-5任一项所述的方法，其特征在于，还包括：确定所述第一时间和所述第二时间之间的最大时间值；在所述最大时间值内，确定各个电池单元的平均期望充放电状态以及确定各个电池单元的平均期望功率，以在所述最大时间值后通过所述平均期望充放电状态和所述平均期望功率，对各个电池单元进行控制。7.一种电池储能系统的分布式控制装置，其特征在于，包括：无向连通图创建单元，用于基于电池储能系统的各个电池单元的通信拓扑，创建无向连通图；相邻集合创建单元，用于根据与每个电池单元连通的若干个电池单元，创建该个电池单元的相邻单元集合；信息获取矩阵构建单元，用于确定每个电池单元的信息获取状态，并基于各个信息电池单元的信息获取状态，构建信息获取矩阵；平均期望功率观测单元，用于按照第一公式对各个电池单元的平均期望功率进行观测，并在第一时间内确定各个电池单元的平均期望功率，以在所述第一时间后通过所述平均期望功率对各个电池单元进行控制；所述第一公式为：其中，p
a
为各个电池单元的平均期望功率，为第i个电池单元对所述平均期望功率的观测值，为的微分，p为第一预设正奇整数，q为第二预设正奇整数，p<q，γ为第一预设正值，α为第二预设正值，β为第三预设正值，a
ij
为所述无向连通图的邻接矩阵的第i行第j列的元素值，b
i
为所述信息获取矩阵的对角线上第i个值，sign(
·
)为符号函数，为第i个电池单元的所述相邻单元集合，v
i
为中间值，为第j个电池单元对所述平均期望功率的观测值；
所述第一时间为：其中，t1为所述第一时间，λ
min
为所述无向连通图的拉普拉斯矩阵的最小特征值，n为各个电池单元的个数，h为所述信息获取矩阵与所述拉普拉斯矩阵的和矩阵。8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：数据获取单元，用于获取每个电池单元的初始电量数据、容量、实时输出电流数据及实时输出电压数据；实时电量数据计算单元，用于根据每个电池单元的初始电量数据、容量及实时输出电流数据，计算该个电池单元的实时电量数据；充放电状态确定单元，用于根据每个电池单元的实时电量数据、实时输出电压数据及容量，确定该个电池单元的实时充放电状态；平均期望状态观测单元，用于按照第二公式对各个电池单元的平均期望充放电状态进行观测，并在第二时间内确定各个电池单元的平均期望充放电状态，以在所述第二时间后通过所述平均期望充放电状态对各个电池单元进行控制；所述第二公式为：其中，为第i个电池单元对各个电池单元的平均期望充放电状态的观测值，x
i
为第i个电池单元的所述实时充放电状态，μ为第四预设正值，σ为第五预设正值，φ为大于0的第一参数值，t为时间信息，为k
i
(t)在时间维度上的微分，k
i
(t)为第i个电池单元的中间变量，k
j
(t)为第j个电池单元的中间变量；所述第二时间为：其中，l为所述无向连通图的邻接矩阵，λ2为所述无向连通图的拉普拉斯矩阵的次最小特征值，θ为大于1的第二参数值。9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述平均期望功率观测单元，包括：总功率约束观测单元，用于在总期望功率约束条件下，按照第一公式对各个电池单元的平均期望功率进行观测，并在第一时间内确定各个电池单元的平均期望功率；所述总期望功率约束条件为：
其中，p
a
(t)＝p
a
，p
*
(t)为各个电池单元的总期望功率，为p
*
(t)在时间上的微分，p为预设期望值下限，为预设期望值上限，∈为第六预设正值。10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述平均期望功率观测单元，包括：双约束条件观测单元，用于在第一控制约束条件和第二控制约束条件下，按照第一公式对各个电池单元的平均期望功率进行观测，并在第一时间内确定各个电池单元的平均期望功率；所述第一控制约束条件为：其中，s
i
(t)为第i个电池单元的实时电量数据，ε
s
为第七预设正值，为各个电池单元的集合，s
j
(t)为第j个电池单元的实时电量数据，s
j
(t)为第j个电池单元的实时电量数据；所述第二控制约束条件为：其中，p
i
(t)为第i个电池单元的实时输出功率，第i个电池单元的实时输出功率是第i个电池单元的实时输出电流数据与其实时输出电压数据相乘所得到的，ε
p
为第八预设正值。

技术总结
本申请公开了一种电池储能系统的分布式控制方法及装置，方法包括：基于电池储能系统的各个电池单元的通信拓扑，创建无向连通图，创建每个电池单元的相邻单元集合，确定每个电池单元的信息获取状态，并基于各个信息电池单元的信息获取状态，构建信息获取矩阵，按照第一公式对各个电池单元的平均期望功率进行观测，并在第一时间内确定各个电池单元的平均期望功率，以在第一时间后对各个电池单元进行控制。可见，分布式观测器在观测各个电池单元的平均期望功率时仅需按照第一公式进行，第一公式中所涉及的参数均与电池储能系统的初始状态无关，因此第一时间能够基于被准确预计出，从而及时对各个电池单元进行控制，保证了分布式控制效率。式控制效率。式控制效率。


技术研发人员：潘廷哲 金鑫 肖勇 李伟斌 徐迪 罗鸿轩
受保护的技术使用者：南方电网科学研究院有限责任公司
技术研发日：2023.06.29
技术公布日：2023/9/14