一種三角形連接級聯儲能系統兩級均衡控制方法
2023-06-24 19:11:46
一種三角形連接級聯儲能系統兩級均衡控制方法
【專利摘要】本發明提供了一種三角形連接級聯儲能系統兩級均衡控制方法，所述方法包括如下步驟：第一步：獲取鏈式儲能系統各個鏈節的SOC、SOH信息；第二步：分別計算出各個鏈節的可充電電量和可放電電量；第三步：計算各線和整個系統總的可充電電量和可放電電量；第四步：各線功率的分配與控制；第五步：在各線功率確定的基礎上，按照各鏈節的可充/放電電量的比例分配各個鏈節的電壓，即可實現按照比例的功率分配。本發明以儲能系統容量利用率最大化為目標，即所有鏈節的電池同時充滿電和同時放完電，同時考慮到安全運行邊界，可以更加合理地體現儲能系統在不同運行工況和SOC狀態下對均衡能力的需求，在可實現的範圍內最優化均衡性能。
【專利說明】一種三角形連接級聯儲能系統兩級均衡控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是儲能系統均衡控制方法，具體是一種應用於三角形級聯儲能系統的兩級SOC均衡方法，用於大容量電池儲能場合。屬於電池儲能領域。
【背景技術】
[0002]級聯儲能系統以其模塊化結構，同等功率下，電壓高、電流小、電流諧波小和效率高的特點，日益受到關注。三角形連接的級聯儲能系統三線的控制相互解耦，其控制方法較星形連接的控制方法簡單，該拓撲結構同樣具有對電池的兩級均衡功能。
[0003]目前國內外對級聯儲能系統的均衡控制研究不多。2008年，日本學者Akagi等在((A transformerless battery energy storage system based on a multilevel cascadePWM converter[C].Power Electronics Specialists Conference, IEEE, 2008:4798-4804》中提出用於電池儲能的級聯儲能PCS，並對功率控制和電池組SOC均衡控制方法進行了研究。文中，儲能系統的相內均衡控制採用注入偏差電壓信號，使得相內各個鏈節的功率與功率均值的偏差正比於鏈節的SOC與該相SOC均值的偏差；儲能系統的相間均衡控制採用注入零序電壓方法，使得各相上產生的附加功率正比於各相的SOC與三相SOC均值的偏差。國內劉文華等在《大容量鏈式電池儲能系統及其充放電均衡控制[J].電力系統自動化設備，2011，31 (3):6-11》中採用了直接控制零序電流的方法來實現相間的SOC均衡。上述的均衡方法中，控制目標均是使均衡功率與SOC的偏差值成正比。這種以消除SOC偏差為直接目標的控制策略簡單且易於理解，但也存在以下不足:1)適用於儲能系統的靜態均衡，對於動態運行中的儲能系統，該控制策略沒有考慮均衡能力與整體充放電時間的聯繫。對於實際運行中的儲能系統，均衡能力合理值不僅與SOC的偏差相關，也與SOC的絕對值相關。2)沒有考慮實際運行時的SOC安全邊界。為了保證電池的安全運行，基於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原因，運行中限定SOC的運行範圍不超過10% — 90%。SOC值距離SOC上下限值距離不同時，其對均衡能力的需求不同。當前僅考慮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中電池的容量差異的因素。隨著儲能系統運行中電池的老化以及損壞後更換，電池的SOH處於不同的狀態，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於不同的SOC狀態。單純以SOC和SOC偏差進行的控制可能導致在儲能系統的一個單向充電或者放電過程中，容量較小的電池出現正反向反覆均衡的情況，加重了均衡的負擔，降低了效率。4)更重要的一點是，對於三角形連接的級聯儲能系統，由於不存在物理上的「相」，零序電壓注入法已經不能適用於儲能系統的均衡控制。
【發明內容】
[0004]本發明針對現有技術存在的不足，提出基於可充電容量和可放電容量的三角形連接級聯儲能系統兩級均衡控制方法。該方法以儲能系統容量利用率最大化為目標，即所有鏈節的電池同時充滿電和同時放完電，同時考慮到安全運行邊界，可以更加合理地體現儲能系統在不同運行工況和SOC狀態下對均衡能力的需求，在可實現的範圍內最優化均衡性倉泛。
[0005]為實現上述目的，本發明提供一種三角形連接級聯儲能系統兩級均衡控制方法，所述方法包括如下步驟:
[0006]第一步:獲取鏈式儲能系統各個鏈節的SOC、SOH信息
[0007]鏈式儲能系統中，每個鏈節由電池單元和功率單元組成，電池單元由電池管理系統(BMS)管理,功率單元作為功率轉換系統(Power Conversion 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的電池單元的SOC狀態和SOH狀態，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:計算各個鏈節的可充電電量和可放電電量
[0009]根據第一步獲取的SOC、SOH信息以及電池單元的額定容量，分別計算出各個鏈節的可充電電量和可放電電量。
[0010]可放電電量:
【權利要求】
1.一種三角形連接級聯儲能系統兩級均衡控制方法，其特徵在於，所述方法包括如下步驟: 第一步:獲取鏈式儲能系統各個鏈節的SOC、SOH信息； 第二步:根據第一步獲取的SOC、SOH信息以及電池單元的額定容量，分別計算出各個鏈節的可充電電量和可放電電量；其中: 可放電電量通過以下公式獲得:
Qt(x,n) = (S0Cx』n-S0CdoJXS0Hx』nXCN
可充電電量通過以下公式獲得:
Qc(x,n) = (SOCup-SOCx, n) XSOHx, nXCN 式中，SOCui^P S0Cd_分別代表電池運行的SOC上下邊界，O≤S0Cdown<SOCup ( 1，下標f表不放電，C表不充電，X表不ab、be、ca三線之一，η表不某一線中的鏈節編號，Cn為電池額定容量； 第三步:根據第二步獲取的各個鏈節的可充電電量和可放電電量，計算各線和整個系統總的可充電電量和可放電電量； 計算ab、be和ca三線各自的可放電電量:
2.根據權利要求1所述的三角形連接級聯儲能系統兩級均衡控制方法，其特徵在於，所述第一步中:鏈式儲能系統中，每個鏈節由電池單元和功率單元組成，電池單元由電池管理系統管理，功率單元作為功率轉換系統的一部分由功率轉換系統控制器控制，功率轉換系統控制器定時從電池管理系統獲取各個功率單元對應的電池單元的SOC狀態和SOH狀態，時間間隔從0.ls-10min。
3.根據權利要求1所述的三角形連接級聯儲能系統兩級均衡控制方法，其特徵在於，所述第五步中，具體為: 充電時，ab.bc和ca三線鏈節電壓按照Qe(ab，n)，(be, n) J Qc (ca，η) 比例分配如下:
【文檔編號】H01M10/42GK103715733SQ201310462155
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年9月30日 優先權日:2013年9月30日
【發明者】凌志斌, 郭海峰, 張百華, 陳滿, 李勇琦, 李永興, 楊宗強 申請人:上海交通大學, 中國南方電網有限責任公司調峰調頻發電公司