一種mmc電池儲能系統(tǒng)相間soc均衡方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種MMC電池儲能系統(tǒng)相間SOC均衡方法，該方法采用載波移相調(diào)制，首先采集儲能電池SOC信息及充放電狀態(tài)，即通過電池管理系統(tǒng)采集各相儲能電池的SOC信息及此時系統(tǒng)所處充放電狀態(tài)；然后調(diào)節(jié)環(huán)流控制信號大小，即根據(jù)PCS系統(tǒng)所處不同狀態(tài)以及各相儲能電池SOC的大小調(diào)節(jié)對應(yīng)相流經(jīng)環(huán)流大小，也即充放電電流大小。本發(fā)明以MMC電池儲能系統(tǒng)為對象，通過采集電池荷電狀態(tài)，調(diào)節(jié)環(huán)流控制信號實現(xiàn)相間儲能電池SOC功率均衡的目的。
【專利說明】—種MMC電池儲能系統(tǒng)相間SOC均衡方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電池儲能領(lǐng)域，應(yīng)用于儲能電站、風(fēng)儲系統(tǒng)等大規(guī)模電池儲能的場合，具體地，涉及一種MMC電池儲能系統(tǒng)載波移相調(diào)制相間SOC均衡方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電池儲能系統(tǒng)主要實現(xiàn)能量的存儲和釋放，其主要組成部分包括儲能電池和儲能變流器(Power Conversion System-PCS)0 PCS主要實現(xiàn)充放電控制、功率調(diào)節(jié)等功能?；贛MC結(jié)構(gòu)的電池儲能變流器系統(tǒng)由于引入了多電平技術(shù)，減小了電力電子器件上的電壓應(yīng)力；并且因為結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢，每相環(huán)流信號可以相對獨立的控制，從而容易實現(xiàn)三相電池組之間的SOC均衡；系統(tǒng)同時擁有直流和交流接口的特殊結(jié)構(gòu)，可同時連接直流電網(wǎng)與交流電網(wǎng)，在交直流配電領(lǐng)域?qū)⒂休^大的應(yīng)用潛力。
[0003]儲能系統(tǒng)的均衡控制對于保證儲能系統(tǒng)的運行壽命至關(guān)重要。在MMC電池儲能系統(tǒng)中，由于三相儲能電池本身的差異以及可能出現(xiàn)的維護(hù)、更新等原因，三相之間的儲能電池單元荷電狀態(tài)SOC可能不同，為了最大限度利用儲能系統(tǒng)的存儲容量和保證電池壽命，需要對相間儲能電池單元的SOC進(jìn)行均衡控制。均衡控制策略與儲能系統(tǒng)的調(diào)制方法緊密相關(guān)。MMC電池儲能系統(tǒng)若采用載波移相調(diào)制方式，則由載波移相調(diào)制本質(zhì)上決定了，在各相調(diào)制比、端口電壓、電池SOC相同的情況下，各相在一個工頻周期內(nèi)充電或放電功率相同，即對于三相SOC本身就均衡的情況，不需要額外的均衡算法來進(jìn)行相間充放電功率的平衡。但對于三相SOC本身就不一致的情況下，如何通過載波移相調(diào)制實現(xiàn)相間SOC均衡控制尚未見文獻(xiàn)公開報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種MMC電池儲能系統(tǒng)載波移相調(diào)制相間SOC均衡方法，根據(jù)各相儲能電池的S0C，設(shè)定一個基準(zhǔn)值S0CK，按照各相儲能電池的SOC與基準(zhǔn)值SOCk關(guān)系，改變各相的環(huán)流控制信號值，從而實現(xiàn)控制儲能電池SOC不同的三相，其充放電功率也不同的目的，最終實現(xiàn)三相間儲能電池SOC的均衡。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種MMC電池儲能系統(tǒng)載波移相調(diào)制相間SOC均衡方法，該方法首先采集儲能電池SOC信息及充、放電狀態(tài)，即通過電池管理系統(tǒng)采集各相儲能電池的SOC信息及此時系統(tǒng)所處充、放電狀態(tài)；計算各相的環(huán)流控制信號值，即根據(jù)PCS系統(tǒng)所處不同狀態(tài)以及各相儲能電池SOC與基準(zhǔn)值SOCk的關(guān)系調(diào)節(jié)對應(yīng)環(huán)流控制信號值大小。
[0006]具體的，所述方法分充、放電兩種狀態(tài)，通過從電池管理系統(tǒng)獲得的三相儲能電池S0C，計算各相環(huán)流控制信號值，具體步驟如下:
[0007](I)獲取三相儲能電池SOC信息:通過電池管理系統(tǒng)采集各相儲能電池的SOC信息以及充放電狀態(tài)；
[0008](2)根據(jù)各相SOC大小設(shè)定基準(zhǔn)值SOCk ；[0009](3)根據(jù)儲能系統(tǒng)充、放電狀態(tài)，及與基準(zhǔn)值SSOCk的關(guān)系，計算各相的環(huán)流控制信號值；
[0010]A:系統(tǒng)處于放電狀態(tài)
[0011 ] 若某個功率模塊SOC小于基準(zhǔn)值S0CK，則增加該相的環(huán)流控制信號值，若大于基準(zhǔn)值SOCk，則減小該相的環(huán)流控制信號值；
[0012]B:系統(tǒng)處于充電狀態(tài)
[0013]若某個功率模塊SOC小于基準(zhǔn)值S0CK，則增加該相的環(huán)流控制信號值，若大于基準(zhǔn)值S0CK，則減小該相的環(huán)流控制信號值。
[0014]優(yōu)選地，步驟⑵中，設(shè)所采集的三相儲能電池的SOC為:S0Ca，SOCb, SOCc,按照由低到高順序進(jìn)行排列，根據(jù)三相SOC大小，設(shè)定一個基準(zhǔn)值S0CK，并設(shè)置一個不動作區(qū)間，若一相儲能電池SOC在此區(qū)間內(nèi)，則相間均衡策略不啟用。若在此區(qū)間之外，則啟動相間均衡策略，通過計算調(diào)整該相環(huán)流控制信號大小。
[0015]優(yōu)選地，步驟⑶中:
[0016]A:系統(tǒng)處于放電狀態(tài)
[0017]此時環(huán)流控制信號為負(fù)，若一相功率模塊SOCy小于SOCk，則增加該相的環(huán)流控制信號值，減小該相放電電流，即少放電；若一相功率模塊SOCy大于SOCk,則減小該相的環(huán)流控制信號值，增加該相放電電流，即多放電，最終使三相間SOC均衡；
[0018]B:系統(tǒng)處于充電狀態(tài)
[0019]此時環(huán)流控制信號為正，若一相功率模塊SOCy小于SOCk，則增加該相的環(huán)流控制信號值，增加該相充電電流，即多充電；若某個功率模塊SOCy大于S0CK，則減小該相的環(huán)流控制信號值，減小該相充電電流，即少充電，最終使三相間SOC均衡；
[0020]本發(fā)明根據(jù)各相儲能電池的S0C，按照從低到高進(jìn)行排序，設(shè)定一個基準(zhǔn)值S0CK，根據(jù)各相儲能電池的SOC與基準(zhǔn)值SOCk差值，計算各相環(huán)流控制信號值大小，從而實現(xiàn)控制儲能電池SOC不同的三相，其充放電功率也不同的目的，最終實現(xiàn)相間儲能電池SOC的均衡。
[0021]不均衡相環(huán)流控制信號的計算公式為Ιαι.y+KX (socE-socy)，其中I& y為初始不考慮相間均衡時I相的環(huán)流控制信號，K為均衡系數(shù)，具體取值取決于要求均衡速度以及主電路器件允許流過最大電流，SOCy為不均衡相y的電池SOC值。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0023]本發(fā)明以MMC電池儲能系統(tǒng)為對象，通過采集電池荷電狀態(tài)，控制環(huán)流控制信號值實現(xiàn)相間儲能電池SOC功率均衡的目的；本發(fā)明可以消除因三相SOC本身不一致導(dǎo)致的不良后果,且對相間SOC均衡有較快的反應(yīng)速度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0025]圖1為本發(fā)明一實施例單個功率模塊電路拓?fù)洌?br> [0026]圖2為本發(fā)明一實施例一相2N個功率模塊MMC電池儲能系統(tǒng)電路拓?fù)洌?br> [0027]圖3為本發(fā)明一實施例MMC電池儲能系統(tǒng)環(huán)流控制原理圖?！揪唧w實施方式】
[0028]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0029]以下在
【發(fā)明內(nèi)容】
提供的技術(shù)方案基礎(chǔ)上，給出本發(fā)明實施例的詳細(xì)描述:
[0030]1.一個單相16個功率模塊MMC電池儲能系統(tǒng)拓?fù)?
[0031]如圖1所示為單個功率模塊電路拓?fù)?，由儲能電池、電容以及一個半橋逆變器組成；如圖2所示為一個單相16個功率模塊級聯(lián)MMC電池儲能系統(tǒng)電路拓?fù)洌卜譃锳BC三相，每相PCS由16個功率模塊級聯(lián)而成，分為上下兩個橋臂，三相PCS可以直接或通過連接電感直掛220V工頻電網(wǎng)。整個系統(tǒng)參數(shù)如表1所示:
[0032]表1系統(tǒng)電路及元器件參數(shù)
[0033]
【權(quán)利要求】
1.一種MMC電池儲能系統(tǒng)相間SOC均衡方法，其特征在于，所述系統(tǒng)采用載波移相調(diào)制，所述方法分充放電兩種狀態(tài)，通過從電池管理系統(tǒng)獲得的三相儲能電池S0C，計算各相的環(huán)流控制信號，即根據(jù)PCS系統(tǒng)所處不同狀態(tài)以及各相儲能電池SOC的大小調(diào)節(jié)對應(yīng)環(huán)流控制信號，具體步驟如下: (1)獲取三相儲能電池SOC信息:通過電池管理系統(tǒng)采集三相儲能電池的SOC信息以及充放電狀態(tài)； (2)對三相儲能電池SOC大小進(jìn)行排序，確定基準(zhǔn)值； 設(shè)所采集的三相儲能電池的SOC為:S0Ca，SOCb, S0C。，按照由低到高順序進(jìn)行排列，根據(jù)三相SOC大小，設(shè)定一個基準(zhǔn)值SOCk，并設(shè)置一個不動作區(qū)間，若一相SOC在此區(qū)間內(nèi)，則相間均衡策略不啟用；若在此區(qū)間之外，則啟動相間均衡策略，通過計算調(diào)整該相環(huán)流控制信號大?。? (3)根據(jù)儲能系統(tǒng)充、放電狀態(tài)，調(diào)整不均衡相環(huán)流控制信號大??； A:系統(tǒng)處于放電狀態(tài) 此時環(huán)流控制信號為負(fù)，若一相功率模塊SOCy小于SOCk,則增加該相的環(huán)流控制信號值，減小該相放電電流，即少放電；若一相功率模塊SOCy大于SOCk，則減小該相的環(huán)流控制信號值，增加該相放電電流，即多放電，最終使三相間SOC均衡； B:系統(tǒng)處于充電狀態(tài) 此時環(huán)流控制信號為正，若一相功率模塊SOCy小于S0CK，則增加該相的環(huán)流控制信號值，增加該相充電電流，即多充電；若某個功率模塊SOCy大于SOCk，則減小該相的環(huán)流控制信號值，減小該相充電電流，即少充電，最終使三相間SOC均衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MM C電池儲能系統(tǒng)載波移相調(diào)制相間SOC均衡方法，其特征在于，步驟(2)中，需要在基準(zhǔn)值SOCk附近設(shè)定一個不動作區(qū)間，在此區(qū)間內(nèi)的各相，視為SOC相同；而在此區(qū)間外的相，根據(jù)充放電狀態(tài)，及與基準(zhǔn)值SOCk差值，計算該相環(huán)流控制信號值，具體實現(xiàn)通過改變充放電電流大小，即改變?nèi)喔髯猿浞烹娔芰?，最終使三相間SOC均衡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的MMC電池儲能系統(tǒng)載波移相調(diào)制相間SOC均衡方法，其特征在于，步驟(3)中: A:系統(tǒng)處于放電狀態(tài) 如系統(tǒng)處于放電狀態(tài)，此時環(huán)流控制信號為負(fù)，通過增加一相環(huán)流控制信號值，可以減小該相的放電電流，即減小該相模塊內(nèi)儲能電池放電能量；通過減小一相環(huán)流控制信號值，可以增加該相的放電電流，即增加該相模塊內(nèi)儲能電池放電能量； B:系統(tǒng)處于充電狀態(tài) 如系統(tǒng)處于充電狀態(tài)，此時環(huán)流控制信號為正，通過增加一相環(huán)流控制信號值，可以增加該相的充電電流，即增加該相模塊內(nèi)儲能電池充電能量；通過減小一相環(huán)流控制信號值，可以減小該相的充電電流，即減小該相模塊內(nèi)儲能電池充電能量； 根據(jù)各相儲能電池的S0C，按照與基準(zhǔn)值SOCk差值，計算各相環(huán)流控制信號值大小，從而實現(xiàn)控制SOC不同的三相，其充放電功率也不同的目的，最終實現(xiàn)相間儲能電池SOC的均衡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MMC電池儲能系統(tǒng)載波移相調(diào)制相間SOC均衡方法，其特征在于，所述環(huán)流控制信號的計算公式為:
Icir y+K X (socE-socy)，其中I&j為初始不考慮相間均衡時y相的環(huán)流控制信號，K為均衡系數(shù)，具體取值取決于要求均衡 速度以及主電路器件允許流過最大電流，SOCy為不均衡相y的電池SOC值。
【文檔編號】H01M10/44GK103545878SQ201310433451
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】凌志斌, 王藝翰, 曹陽, 馬勤冬, 李碩 申請人:上海交通大學(xué)