一种星形连接级联储能系统两级均衡控制方法
【专利摘要】本发明提供了一种星形连接级联储能系统两级均衡控制方法，所述方法包括如下步骤：第一步：获取链式储能系统各个链节的SOC、SOH信息；第二步：计算各个链节的可充电电量和可放电电量；第三步：计算各相和整个系统总的可充电电量和可放电电量；第四步：各相功率的分配与控制；第五步：链节功率的分配与控制。本发明以储能系统容量利用率最大化为目标，即所有链节的电池同时充满电和同时放完电，同时考虑到安全运行边界，可以更加合理地体现储能系统在不同运行工况和SOC状态下对均衡能力的需求，在可实现的范围内最优化均衡性能。
【专利说明】 一种星形连接级联储能系统两级均衡控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是储能系统均衡控制方法，具体是一种应用于星形连接级联储能系统的两级SOC均衡方法，用于大容量电池储能场合。属于电池储能领域。
【背景技术】
[0002]级联储能系统以其模块化结构，同等功率下，电压高、电流小、电流谐波小和效率高的特点，日益受到关注。该拓扑结构还具有对电池的两级均衡功能。
[0003]目前国内外对级联储能系统的均衡控制研究不多。2008年，日本学者Akagi等在((A transformerless battery energy storage system based on a multilevel cascadePWM converter[C].Power Electronics Specialists Conference, IEEE, 2008:4798-4804))中提出用于电池储能的级联储能PCS，并对功率控制和电池组SOC均衡控制方法进行了研究。文中，储能系统的相内均衡控制采用注入偏差电压信号，使得相内各个链节的功率与功率均值的偏差正比于链节的SOC与该相SOC均值的偏差；储能系统的相间均衡控制采用注入零序电压方法，使得各相上产生的附加功率正比于各相的SOC与三相SOC均值的偏差。国内刘文华等在《大容量链式电池储能系统及其充放电均衡控制[J].电力系统自动化设备，2011，31(3):6-11》中采用了直接控制零序电流的方法来实现相间的SOC均衡。上述的均衡方法中，控制目标均是使均衡功率与SOC的偏差值成正比。这种以消除SOC偏差为直接目标的控制策略简单且易于理解，但也存在以下不足:1)适用于储能系统的静态均衡，对于动态运行中的储能系统，该控制策略没有考虑均衡能力与整体充放电时间的联系。对于实际运行中的储能系统，均衡能力合理值不仅与SOC的偏差相关，也与SOC的绝对值相关。2)没有考虑实际运行时的SOC安全边界。为了保证电池的安全运行，基于SOC估算误差往往较大(近10%)和电池充放电两端电压变化较大的考虑，运行中限定SOC的运行范围不超过10% — 90%。对于SOC偏差相同而绝对值不同的情况，电池对均衡能力的要求是不同的。当前仅考虑SOC偏差大小的控制方法无法反映出上述的情况下控制的差别。3)没有考虑同一储能系统中电池的容量差异的因素。随着储能系统运行中电池的老化以及损坏后更换，电池的SOH处于不同的状态，即同样SOC的电池却存储着不同大小的电量，存储着相同电量的电池处于不同的SOC状态。单纯以SOC和SOC偏差进行的控制可能导致在储能系统的一个单向充电或者放电过程中，容量较小的电池出现正反向反复均衡的情况，加重了均衡的负担，降低了效率。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术存在的不足，提出基于可充电容量和可放电容量的星形连接级联储能系统两级均衡控制方法。该方法以储能系统容量利用率最大化为目标，即所有链节的电池同时充满电和同时放完电，同时考虑到安全运行边界，可以更加合理地体现储能系统在不同运行工况和SOC状态下对均衡能力的需求，在可实现的范围内最优化均衡性倉泛。[0005]为实现上述目的，本发明提供一种星形连接级联储能系统两级均衡控制方法，所述方法包括如下步骤:
[0006]第一步:获取链式储能系统各个链节的SOC、SOH信息
[0007]链式储能系统中，每个链节由电池单元和功率单元组成，电池单元由电池管理系统(Battery Management System, BMS)管理，功率单元作为功率转换系统(PowerConversion System，PCS)的一部分由PCS控制器控制。PCS控制器定时从BMS获取各个功率单元对应的电池单元的SOC状态和SOH状态，时间间隔从0.ls-10min。获取方式可以是通讯方式，也可以是模拟量方式，具体由PCS和BMS之间的接口确定。
[0008]第二步:计算各个链节的可充电电量和可放电电量
[0009]根据第一步获取的SOC、SOH信息以及电池单元的额定容量，分别计算出各个链节的可充电电量和可放电电量。
[0010]可放电电量:
[0011]Qf(x’n) = (S0Cx’n-S0Cdown) X SOHx,nX Cn
[0012]可充电电量:
[0013]Qc(x’n) = (SOCup-SOCx,n) XSOHx,nXCn
[0014]式中，SOCup和S0Cd_分别代表电池运行的SOC上下边界，O ( S0Cd_〈S0Cup ( I。下标f表不放电，c表不充电，X表不a、b、c三相之一，η表不某一相中的链节编号。Cn为电池额定容量。
[0015]第三步:计算各相和整个系统总的可充电电量和可放电电量
[0016]计算每相的可放电电量:
[0017]
【权利要求】
1.一种星形连接级联储能系统两级均衡控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤: 第一步:获取链式储能系统各个链节的SOC、SOH信息； 第二步:根据第一步获取的SOC、SOH信息以及电池单元的额定容量，分别计算出各个链节的可充电电量和可放电电量； 可放电电量:
2.根据权利要求1所述的星形连接级联储能系统两级均衡控制方法，其特征在于，所述第一步中，链式储能系统中，每个链节由电池单元和功率单元组成，电池单元由电池管理系统管理，功率单元作为功率转换系统的一部分由功率转换系统控制器控制，功率转换系统控制器定时从电池管理系统获取各个功率单元对应的电池单元的SOC状态和SOH状态，时间间隔从0.1S-1Omin。
3.根据权利要求1所述的星形连接级联储能系统两级均衡控制方法，其特征在于，所述第五步中，按照各链节的可充/放电电量的比例分配电压，具体为: 充电时，abc三相各个链节电压分配如下:
【文档编号】H01M10/44GK103715734SQ201310462487
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】凌志斌, 张百华, 郭海峰, 陈满, 李勇琦, 李永兴, 杨宗强 申请人:上海交通大学, 中国南方电网有限责任公司调峰调频发电公司