一種星形連接級聯(lián)儲能系統(tǒng)兩級均衡控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種星形連接級聯(lián)儲能系統(tǒng)兩級均衡控制方法，所述方法包括如下步驟：第一步：獲取鏈?zhǔn)絻δ芟到y(tǒng)各個鏈節(jié)的SOC、SOH信息；第二步：計(jì)算各個鏈節(jié)的可充電電量和可放電電量；第三步：計(jì)算各相和整個系統(tǒng)總的可充電電量和可放電電量；第四步：各相功率的分配與控制；第五步：鏈節(jié)功率的分配與控制。本發(fā)明以儲能系統(tǒng)容量利用率最大化為目標(biāo)，即所有鏈節(jié)的電池同時充滿電和同時放完電，同時考慮到安全運(yùn)行邊界，可以更加合理地體現(xiàn)儲能系統(tǒng)在不同運(yùn)行工況和SOC狀態(tài)下對均衡能力的需求，在可實(shí)現(xiàn)的范圍內(nèi)最優(yōu)化均衡性能。
【專利說明】 一種星形連接級聯(lián)儲能系統(tǒng)兩級均衡控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是儲能系統(tǒng)均衡控制方法，具體是一種應(yīng)用于星形連接級聯(lián)儲能系統(tǒng)的兩級SOC均衡方法，用于大容量電池儲能場合。屬于電池儲能領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]級聯(lián)儲能系統(tǒng)以其模塊化結(jié)構(gòu)，同等功率下，電壓高、電流小、電流諧波小和效率高的特點(diǎn)，日益受到關(guān)注。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還具有對電池的兩級均衡功能。
[0003]目前國內(nèi)外對級聯(lián)儲能系統(tǒng)的均衡控制研究不多。2008年，日本學(xué)者Akagi等在((A transformerless battery energy storage system based on a multilevel cascadePWM converter[C].Power Electronics Specialists Conference, IEEE, 2008:4798-4804))中提出用于電池儲能的級聯(lián)儲能PCS，并對功率控制和電池組SOC均衡控制方法進(jìn)行了研究。文中，儲能系統(tǒng)的相內(nèi)均衡控制采用注入偏差電壓信號，使得相內(nèi)各個鏈節(jié)的功率與功率均值的偏差正比于鏈節(jié)的SOC與該相SOC均值的偏差；儲能系統(tǒng)的相間均衡控制采用注入零序電壓方法，使得各相上產(chǎn)生的附加功率正比于各相的SOC與三相SOC均值的偏差。國內(nèi)劉文華等在《大容量鏈?zhǔn)诫姵貎δ芟到y(tǒng)及其充放電均衡控制[J].電力系統(tǒng)自動化設(shè)備，2011，31(3):6-11》中采用了直接控制零序電流的方法來實(shí)現(xiàn)相間的SOC均衡。上述的均衡方法中，控制目標(biāo)均是使均衡功率與SOC的偏差值成正比。這種以消除SOC偏差為直接目標(biāo)的控制策略簡單且易于理解，但也存在以下不足:1)適用于儲能系統(tǒng)的靜態(tài)均衡，對于動態(tài)運(yùn)行中的儲能系統(tǒng)，該控制策略沒有考慮均衡能力與整體充放電時間的聯(lián)系。對于實(shí)際運(yùn)行中的儲能系統(tǒng)，均衡能力合理值不僅與SOC的偏差相關(guān)，也與SOC的絕對值相關(guān)。2)沒有考慮實(shí)際運(yùn)行時的SOC安全邊界。為了保證電池的安全運(yùn)行，基于SOC估算誤差往往較大(近10%)和電池充放電兩端電壓變化較大的考慮，運(yùn)行中限定SOC的運(yùn)行范圍不超過10% — 90%。對于SOC偏差相同而絕對值不同的情況，電池對均衡能力的要求是不同的。當(dāng)前僅考慮SOC偏差大小的控制方法無法反映出上述的情況下控制的差別。3)沒有考慮同一儲能系統(tǒng)中電池的容量差異的因素。隨著儲能系統(tǒng)運(yùn)行中電池的老化以及損壞后更換，電池的SOH處于不同的狀態(tài)，即同樣SOC的電池卻存儲著不同大小的電量，存儲著相同電量的電池處于不同的SOC狀態(tài)。單純以SOC和SOC偏差進(jìn)行的控制可能導(dǎo)致在儲能系統(tǒng)的一個單向充電或者放電過程中，容量較小的電池出現(xiàn)正反向反復(fù)均衡的情況，加重了均衡的負(fù)擔(dān)，降低了效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出基于可充電容量和可放電容量的星形連接級聯(lián)儲能系統(tǒng)兩級均衡控制方法。該方法以儲能系統(tǒng)容量利用率最大化為目標(biāo)，即所有鏈節(jié)的電池同時充滿電和同時放完電，同時考慮到安全運(yùn)行邊界，可以更加合理地體現(xiàn)儲能系統(tǒng)在不同運(yùn)行工況和SOC狀態(tài)下對均衡能力的需求，在可實(shí)現(xiàn)的范圍內(nèi)最優(yōu)化均衡性倉泛。[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種星形連接級聯(lián)儲能系統(tǒng)兩級均衡控制方法，所述方法包括如下步驟:
[0006]第一步:獲取鏈?zhǔn)絻δ芟到y(tǒng)各個鏈節(jié)的SOC、SOH信息
[0007]鏈?zhǔn)絻δ芟到y(tǒng)中，每個鏈節(jié)由電池單元和功率單元組成，電池單元由電池管理系統(tǒng)(Battery Management System, BMS)管理，功率單元作為功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(PowerConversion System，PCS)的一部分由PCS控制器控制。PCS控制器定時從BMS獲取各個功率單元對應(yīng)的電池單元的SOC狀態(tài)和SOH狀態(tài)，時間間隔從0.ls-10min。獲取方式可以是通訊方式，也可以是模擬量方式，具體由PCS和BMS之間的接口確定。
[0008]第二步:計(jì)算各個鏈節(jié)的可充電電量和可放電電量
[0009]根據(jù)第一步獲取的SOC、SOH信息以及電池單元的額定容量，分別計(jì)算出各個鏈節(jié)的可充電電量和可放電電量。
[0010]可放電電量:
[0011]Qf(x’n) = (S0Cx’n-S0Cdown) X SOHx,nX Cn
[0012]可充電電量:
[0013]Qc(x’n) = (SOCup-SOCx,n) XSOHx,nXCn
[0014]式中，SOCup和S0Cd_分別代表電池運(yùn)行的SOC上下邊界，O ( S0Cd_〈S0Cup ( I。下標(biāo)f表不放電，c表不充電，X表不a、b、c三相之一，η表不某一相中的鏈節(jié)編號。Cn為電池額定容量。
[0015]第三步:計(jì)算各相和整個系統(tǒng)總的可充電電量和可放電電量
[0016]計(jì)算每相的可放電電量:
[0017]
【權(quán)利要求】
1.一種星形連接級聯(lián)儲能系統(tǒng)兩級均衡控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: 第一步:獲取鏈?zhǔn)絻δ芟到y(tǒng)各個鏈節(jié)的SOC、SOH信息； 第二步:根據(jù)第一步獲取的SOC、SOH信息以及電池單元的額定容量，分別計(jì)算出各個鏈節(jié)的可充電電量和可放電電量； 可放電電量:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星形連接級聯(lián)儲能系統(tǒng)兩級均衡控制方法，其特征在于，所述第一步中，鏈?zhǔn)絻δ芟到y(tǒng)中，每個鏈節(jié)由電池單元和功率單元組成，電池單元由電池管理系統(tǒng)管理，功率單元作為功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的一部分由功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)控制器控制，功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)控制器定時從電池管理系統(tǒng)獲取各個功率單元對應(yīng)的電池單元的SOC狀態(tài)和SOH狀態(tài)，時間間隔從0.1S-1Omin。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星形連接級聯(lián)儲能系統(tǒng)兩級均衡控制方法，其特征在于，所述第五步中，按照各鏈節(jié)的可充/放電電量的比例分配電壓，具體為: 充電時，abc三相各個鏈節(jié)電壓分配如下:
【文檔編號】H01M10/44GK103715734SQ201310462487
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】凌志斌, 張百華, 郭海峰, 陳滿, 李勇琦, 李永興, 楊宗強(qiáng) 申請人:上海交通大學(xué), 中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司