CN104967352B - 一种储能变流器及其均衡控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种储能变流器及其均衡控制方法，其中，储能变流器包括：储能单元、电感、A相输入输出端、B相输入输出端和C相输入输出端，A相输入输出端、B相输入输出端和C相输入输出端两两之间均串联有电感和n个储能单元，n为正整数，其中，所述储能单元包括：电池组、电容和单相全桥逆变电路，所述电池组包括若干个并联连接的单体电池，所述电池组、电容和全桥逆变电路并联连接。避免了多个单体电池的串联，一节单体电池出现问题时整台储能变流器不必停机，具备单体均衡功能，无需额外增加BMS，提高了整个储能系统的可用容量。

Description

一种储能变流器及其均衡控制方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别是涉及一种储能变流器及其均衡控制方法。

背景技术

风力发电、光伏等可再生能源发电作为最具备大规模开发及应用前景的发电方式，技术日趋成熟，逐渐被广泛应用。可再生能源具有间歇性、波动性和随机性等特点，这导致其大规模并网会严重影响电网的稳定性、电能质量及经济性。而储能技术作为针对上述问题的有效措施之一，能够平滑有功功率波动，调节无功功率，同时还能够应用于电网削峰填谷、调频及黑启动等领域。随着电池技术的迅猛发展，电池储能系统在容量、功率能量密度、寿命、运行效率及维护等方面均具有显著的优势，更加适合大功率、大容量储能，逐渐成为了研究热点及发展方向。

目前，储能变流器多采用三桥臂回路，直接将成组串的电池接入。然而，串联的电池组存在各个单体间的均衡问题，在实际使用过程中，由于需要串联的电池较多，由于电池的一致性问题容易造成单体电池的过充或过放，而因为串联的单体电池过多，出现电池损坏的概率也会提高，一旦有一节电池出现问题，整台储能变流器必须停机，而普通变流器不具备单体电池的均衡功能，无法解决该问题，降低了整个系统的可靠性和电池组的总体可使用容量。在现有的工程中，通常是通过额外增加带有均衡功能的电池管理系统(BMS)来解决串联的电池组中存在的各个单体间的均衡问题。但是，BMS的均衡电流较小，均衡效果较差，且增加了非常多的接线，系统的可靠性也较低，实际应用效果并不好。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种储能变流器，以解决现有技术中直接将成组串的电池接入，造成单体电池的过充或过放，一旦有一节电池出现问题，整台储能变流器必须停机，降低了整个系统的可靠性和电池组的总体可使用容量，且不具备单体电池的均衡功能，需要额外增加BMS，但BMS的均衡电流较小，均衡效果较差，增加接线较多，系统可靠性较低，实际应用效果较差的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种储能变流器，包括：储能单元、电感、A相输入输出端、B相输入输出端和C相输入输出端，A相输入输出端、B相输入输出端和C相输入输出端两两之间均串联有电感和n个储能单元，n为正整数，其中，

所述储能单元包括：电池组、电容和单相全桥逆变电路，所述电池组包括若干个并联连接的单体电池，所述电池组、电容和单相全桥逆变电路并联连接。

其中，所述单相全桥逆变电路包括：4对桥臂，每对桥臂包括1个绝缘栅双极型晶体管IGBT和1个二极管，所述IGBT与二极管反向并联连接；或每对桥臂包括1个绝缘栅场效应管MOS和1个二极管，所述MOS与二极管反向并联连接。

其中，所述A相输入输出端和B相输入输出端之间所有储能单元的平均电压的电压值V_ab为：

其中，V_abn为所述A相输入输出端和B相输入输出端之间第n个储能单元的电压值，的方向与所述A相输入输出端和B相输入输出端之间的线电压的方向相同；

其中，所述B相输入输出端和C相输入输出端之间所有储能单元的平均电压的电压值V_bc为：

其中，V_bcn为所述B相输入输出端和C相输入输出端之间第n个储能单元的电压值，的方向与所述B相输入输出端和C相输入输出端之间的线电压的方向相同；

其中，所述C相输入输出端和A相输入输出端之间所有储能单元的平均电压的电压值V_ca为：

其中，V_can为所述C相输入输出端和A相输入输出端之间第n个储能单元的电压值，的方向与所述C相输入输出端和A相输入输出端之间的线电压的方向相同。

一种储能变流器均衡控制方法，基于上述的储能变流器，用于所述储能变流器处于充电或放电状态时，包括：

确定V_ab、V_bc、V_ca和各个储能单元的电压值；

当A相输入输出端和B相输入输出端之间存在电压值不为V_ab的第一储能单元时，通过调节所述第一储能单元的单相全桥逆变电路改变其偏移功率，控制所述第一储能单元的充电或放电的速率，使所述第一储能单元的电压值等于V_ab；

当B相输入输出端和C相输入输出端之间存在电压值不为V_bc的第二储能单元时，通过调节所述第二储能单元的单相全桥逆变电路改变其偏移功率，控制所述第二储能单元的充电或放电的速率，使所述第二储能单元的电压值等于V_bc；

当C相输入输出端和A相输入输出端之间存在电压值不为V_ca的第三储能单元时，通过调节所述第三储能单元的单相全桥逆变电路改变其偏移功率，控制所述第三储能单元的充电或放电的速率，使所述第三储能单元的电压值等于V_ca。

其中，当所述A相输入输出端和B相输入输出端之间第i个储能单元的电压值不为V_ab时，调节其偏移功率P_abi为：

P_abi＝i_abmK_PWMK_n(V_abi-V_ab)cos²(ω_abt+δ_ab)，

其中，i_abm为所述A相输入输出端和B相输入输出端之间线电流的幅值，V_abi为所述A相输入输出端和B相输入输出端之间第i个储能单元的电压值，V_ab为所述A相输入输出端和B相输入输出端之间所有储能单元的平均电压值；ω_ab为的频率，δ_ab为的相位；

其中，当所述B相输入输出端和C相输入输出端之间第i个储能单元的电压值不为V_bc时，调节其偏移功率P_bci为：

P_bci＝i_bcmK_PWMK_n(V_bci-V_bc)cos²(ω_bct+δ_bc)，

其中，i_bcm为所述B相输入输出端和C相输入输出端之间线电流的幅值，V_bci为所述B相输入输出端和C相输入输出端之间第i个储能单元的电压值，V_bc为所述B相输入输出端和C相输入输出端之间所有储能单元的平均电压值；ω_bc为的频率，δ_bc为的相位；

其中，当所述C相输入输出端和A相输入输出端之间第i个储能单元的电压值不为V_ca时，调节其偏移功率P_cai为：

P_cai＝i_camK_PWMK_n(V_cai-V_ca)cos²(ω_cat+δ_ca)，

其中，i_cam为所述C相输入输出端和A相输入输出端之间线电流的幅值，V_cai为所述B相输入输出端和C相输入输出端之间第i个储能单元的电压值，V_ca为所述B相输入输出端和C相输入输出端之间所有储能单元的平均电压值；ω_ca为的频率，δ_ca为的相位；

其中，t为时间，K_PWM为脉冲宽度调制的增益，K_n为各个储能单元间的均衡控制系数。

其中，当所述储能变流器处于充电状态时，储能单元的电压值越大，则调节其偏移功率的数值越大，控制其以越慢的速率进行充电，所述储能单元的电压值越小，则调节其偏移功率的数值越小，控制其以越快的速率进行充电；

当所述储能变流器处于放电状态时，所述储能单元的电压值越大，则调节其偏移功率的数值越大，控制其以越快的速率进行放电，所述储能单元的电压值越小，则调节其偏移功率的数值越小，控制其以越慢的速率进行放电。

其中，所述储能变流器均衡控制方法，还包括：

确定V_ab、V_bc和V_ca，判断V_ab、V_bc和V_ca是否相等；

若不相等，则通过调节单相全桥逆变电路使A相输入输出端、B相输入输出端和C相输入输出端之间产生零序环流直至V_ab、V_bc和V_ca相等；

其中，所述的方向与和矢量和的方向相同，相对应的零序电压的电压值为电压值的1/3。

其中，通过调节单相全桥逆变电路使A相输入输出端、B相输入输出端和C相输入输出端之间产生零序环流后，

所述A相输入输出端和B相输入输出端之间的输出功率P_ab为：

其中，为所述A相输入输出端和B相输入输出端之间的正序电流；

所述B相输入输出端和C相输入输出端之间的输出功率P_bc为：

其中，为所述B相输入输出端和C相输入输出端之间的正序电流；

所述C相输入输出端和A相输入输出端之间的输出功率P_ca为：

其中，为所述C相输入输出端和A相输入输出端之间的正序电流。

其中，所述A相输入输出端、B相输入输出端和C相输入输出端之间满足：

其中，所述A相输入输出端、B相输入输出端和C相输入输出端三个输入输出端中，平均电压的电压值最大的两个输入输出端之间具有最大的输出功率，平均电压的电压值最小的两个输入输出端之间具有最小的输出功率；

且，当所述储能变流器进行放电时，P_ab、P_bc和P_ca为正值；当所述储能变流器进行充电时，P_ab、P_bc和P_ca为负值。

基于上述技术方案，本发明实施例提供一种储能变流器及其均衡控制方法，其中，储能变流器包括储能单元、电感、A相输入输出端、B相输入输出端和C相输入输出端，A相输入输出端与B相输入输出端之间、B相输入输出端与C相输入输出端之间和C相输入输出端和A相输入输出端之间均串联有电感和n个储能单元，n为正整数，其中，储能单元包括：电池组、电容和单相全桥逆变电路，所述电池组包括若干个并联连接的单体电池，所述电池组、电容和全桥逆变电路并联连接。将每个储能单元作为一个单体，每两两输入输出端间均串联多个储能单元级联，每个储能单元接入多个并联的单体电池，避免了多个单体电池的串联，一旦有一节单体电池出现问题，整台储能变流器不必停机，仍可以持续运行，提高系统运行的可靠性；在两两输入输出端之间，当其中串联的某个储能单元的电压值与其中串联的所有储能单元的平均电压值不相等时，通过调节该电压值与所述平均电压值不相等的储能单元的单相全桥逆变电路，改变其偏移功率，使该储能单元的充电或放电功率因为偏移功率的影响而发送改变，从而控制该储能单元的充电或放电的速率，使该储能单元的电压值与其串联的所有储能单元的平均电压值相等，即，使两两输入输出端间各个单体之间的电压均衡，避免造成单体的过充或过放，提高了整个储能系统的可用容量，具备了单体均衡功能，无需要额外增加BMS。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的储能变流器的系统框图；

图2为本发明实施例提供的储能变流器中储能单元的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的储能变流器中全桥逆变电路的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的储能变流器均衡控制方法的流程图；

图5为本发明实施例提供的储能变流器均衡控制方法的另一流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的储能变流器的系统框图，每个储能单元接入多个并联的单体电池，避免了多个单体电池的串联，一旦有一节单体电池出现问题，整台储能变流器不必停机，且具备了单体均衡功能，避免造成单体的过充或过放，提高了整个储能系统的可用容量，也无需额外增加BMS；参照图1，该储能变流器包括：储能单元100、电感200、A相输入输出端300、B相输入输出端400和C相输入输出端500。

A相输入输出端300、B相输入输出端400和C相输入输出端500两两之间，即A相输入输出端300与B相输入输出端400之间、B相输入输出端400与C相输入输出端500之间和C相输入输出端500和A相输入输出端300之间，均串联有电感200和n个储能单元100，其中，n为正整数。

其中，A相输入输出端300、B相输入输出端400和C相输入输出端500分别用于输入或输出三相交流电中的A相、B相和C相交流电。当该储能变流器处于充电状态时，A相输入输出端300、B相输入输出端400和C相输入输出端500分别与三相交流电源中的A相、B相和C相电源相连，进行充放电；

当该储能变流器处于放电状态时，A相输入输出端300、B相输入输出端400和C相输入输出端500分别作为三相交流电源中的A相、B相和C相电源，为接入其中的用电器供电。

A相输入输出端300、B相输入输出端400和C相输入输出端500两两之间均串联有电感200，用于滤波。

可选的，A相输入输出端300、B相输入输出端400和C相输入输出端500两两之间串联的电感200的数目可以为1个。

其中，储能单元100用于储能变流器进行充电时，储存电能，在储能变流器进行放电时，将其内储存的电能进行放出，为其他设备进行供电。

参照图2，本发明实施例提供的储能变流器中储能单元100的结构示意图，储能单元100包括电池组110、电容120和单相全桥逆变电路130，其中，电池组110包括若干个并联连接的单体电池，电池组110、电容120和单相全桥逆变电路130并联连接。

可选的，电池组110包括的单体电池的数目可以为1个、2个、3个或者更多个。

其中，电容120用于电压支撑，全桥逆变电路130用于将直流电转换为交流电，而将多个单体电池并联连接，则可以避免多个单体电池的串联，若多节单体电池中的一节单体电池出现问题，使整台储能变流器不必停机，仍可以持续运行。

基于上述技术方案，本发明实施例提供的储能变流器，包括储能单元、电感、A相输入输出端、B相输入输出端和C相输入输出端，A相输入输出端与B相输入输出端之间、B相输入输出端与C相输入输出端之间和C相输入输出端和A相输入输出端之间均串联有电感和n个储能单元，n为正整数，其中，储能单元包括：电池组、电容和单相全桥逆变电路，所述电池组包括若干个并联连接的单体电池，所述电池组、电容和全桥逆变电路并联连接。将每个储能单元作为一个单体，每两两输入输出端间均串联多个储能单元级联，每个储能单元接入多个并联的单体电池，避免了多个单体电池的串联，一旦有一节单体电池出现问题，整台储能变流器不必停机，仍可以持续运行，提高系统运行的可靠性；在两两输入输出端之间，当其中串联的某个储能单元的电压值与其中串联的所有储能单元的平均电压值不相等时，通过调节该电压值与所述平均电压值不相等的储能单元的单相全桥逆变电路，改变其偏移功率，使该储能单元的充电或放电功率因为偏移功率的影响而发送改变，从而控制该储能单元的充电或放电的速率，使该储能单元的电压值与其串联的所有储能单元的平均电压值相等，即，使两两输入输出端间各个单体之间的电压均衡，避免造成单体的过充或过放，提高了整个储能系统的可用容量，具备了单体均衡功能，无需要额外增加BMS。

可选的，图3示出了本发明实施例提供的储能变流器中全桥逆变电路130的结构示意图，参照图3，该全桥逆变电路130可以包括：4对桥臂131，每对桥臂131包括1个绝缘栅双极型晶体管IGBT和1个二极管，或1个绝缘栅场效应管MOS和1个二极管。无论是每对桥臂131包括1个绝缘栅双极型晶体管IGBT和1个二极管，还是每对桥臂131包括1个MOS和1个二极管。每对桥臂中的IGBT或MOS均与二极管反向并联连接，即IGBT或MOS的源极与二极管的正极相连，IGBT或MOS的漏极与二极管的负极相连。

在两两输入输出端之间，当其中串联的某个储能单元的电压值与其中串联的所有储能单元的平均电压值不相等时，通过调节该电压值与所述平均电压值不相等的储能单元的单相全桥逆变电路，改变其偏移功率，使该储能单元的充电或放电功率因为偏移功率的影响而发送改变，从而控制该储能单元的充电或放电的速率，使该储能单元的电压值与其串联的所有储能单元的平均电压值相等，即，使两两输入输出端间各个单体之间的电压均衡

由于A相输入输出端300、B相输入输出端400和C相输入输出端500两两之间均串联有n个储能单元100，因此，在A相输入输出端300与B相输入输出端400之间、B相输入输出端400与C相输入输出端500之间和C相输入输出端500与A相输入输出端300之间所有的储能单元100均存在平均电压，因为所有储能单元100的输出电压均为交流电压，为矢量，具有大小和方向，A相输入输出端300与B相输入输出端400之间、B相输入输出端400与C相输入输出端500之间和C相输入输出端500与A相输入输出端300之间的线电压也均为矢量，因此，可以设A相输入输出端300与B相输入输出端400之间、B相输入输出端400与C相输入输出端500之间和C相输入输出端500与A相输入输出端300之间所有储能单元100的平均电压也为矢量，具有大小和方向。

可选的，A相输入输出端300和B相输入输出端400之间所有储能单元100的平均电压的电压值V_ab(即平均电压的大小)的计算公式可以为：

其中，V_abn为所述A相输入输出端300和B相输入输出端400之间第n个储能单元100的电压值。

可选的，可以设的方向与A相输入输出端300和B相输入输出端400之间的线电压的方向相同。其中，线电压是指在A相输入输出端300和B相输入输出端400直接测得的电压。

可选的，相应的，B相输入输出端400和C相输入输出端500之间所有储能单元100的平均电压的电压值V_bc(即平均电压的大小)的计算公式可以为：

其中，V_bcn为B相输入输出端400和C相输入输出端500之间第n个储能单元的电压值。

可选的，可以设的方向与B相输入输出端400和C相输入输出端500之间的线电压的方向相同。其中，线电压是指在B相输入输出端400和C相输入输出端500直接测得的电压。

可选的，同理，C相输入输出端500和A相输入输出端100之间所有储能单元100的平均电压的电压值V_ca(即平均电压的大小)为：

其中，V_can为C相输入输出端500和A相输入输出端300之间第n个储能单元的电压值。

可选的，可以设的方向与C相输入输出端500和A相输入输出端300之间的线电压的方向相同。其中，线电压是指在C相输入输出端500和A相输入输出端300直接测得的电压。

本发明实施例提供的储能变流器，每个储能单元接入多个并联的单体电池，避免了多个单体电池的串联，一旦有一节单体电池出现问题，整台储能变流器不必停机，且具备了单体均衡功能，避免造成单体的过充或过放，提高了整个储能系统的可用容量，无需额外增加BMS。

下面对本发明实施例提供的储能变流器均衡控制方法进行介绍，下文描述的储能变流器均衡控制方法基于上文描述的储能变流器，该储能变流器均衡控制方法，实现储能变流器的单体均衡。

图4为本发明实施例提供的储能变流器均衡控制方法的流程图，参照图4，该储能变流器均衡控制方法可以包括：

步骤S100：确定V_ab、V_bc、V_ca和各个储能单元的电压值；

步骤S110：当A相输入输出端和B相输入输出端之间存在电压值不为V_ab的第一储能单元时，通过调节所述第一储能单元的单相全桥逆变电路改变其偏移功率，控制所述第一储能单元的充电或放电的速率，使所述第一储能单元的电压值等于V_ab；

当A相输入输出端300和B相输入输出端400之间存在与平均电压的电压值V_ab不相等的储能单元100时，称该电压值不为V_ab的储能单元100为第一储能单元。若第一储能单元存在，则说明A相输入输出端300和B相输入输出端400之间各个储能单元100并未达到均衡状态，即说明A相输入输出端300和B相输入输出端400之间各个储能单元100的电压并不均衡。需要对储能变流器进行均衡控制，使A相输入输出端300和B相输入输出端400之间所有储能单元100均与V_ab的数值相等。

可选的，当A相输入输出端300和B相输入输出端400之间第i个储能单元的电压值不为V_ab时，可通过调节该电压值不为V_ab的储能单元的单相全桥逆变电路，将该电压值不为V_ab的储能单元的偏移功率P_abi调节为：

P_abi＝i_abmK_PWMK_n(V_abi-V_ab)cos²(ω_abt+δ_ab)，

其中，i_abm为A相输入输出端300和B相输入输出端400之间线电流的幅值，V_abi为A相输入输出端300和B相输入输出端400之间第i个储能单元的电压值，V_ab为A相输入输出端300和B相输入输出端400之间所有储能单元的平均电压值；ω_ab为的频率，δ_ab为的相位。其中，线电流是指在A相输入输出端300和B相输入输出端400直接测得的电流。

其中，若A相输入输出端300和B相输入输出端400之间第i个储能单元为第一储能单元。那么，当储能变流器处于充电状态时，由于储能单元100的充电功率为其均衡状态时充电功率与其偏移功率间的差值，因此，若该A相输入输出端300和B相输入输出端400之间第i个储能单元的电压值V_abi越大，通过该A相输入输出端300和B相输入输出端400之间第i个储能单元的单相全桥逆变电路调节得到的偏移功率的数值越大，则该A相输入输出端300和B相输入输出端400之间第i个储能单元的充电功率将因为其偏移功率的原因而越小，从而该A相输入输出端300和B相输入输出端400之间第i个储能单元的充电速率将会越慢。

反之，若A相输入输出端300和B相输入输出端400之间第i个储能单元的电压值V_abi越小，通过该A相输入输出端300和B相输入输出端400之间第i个储能单元的单相全桥逆变电路调节得到的偏移功率的数值越小，则该A相输入输出端300和B相输入输出端400之间第i个储能单元的充电功率将因为其偏移功率的原因而越大，从而该A相输入输出端300和B相输入输出端400之间第i个储能单元的充电速率将会越块。

另一方面，当储能变流器处于放电状态时，由于储能单元100的放电功率为其偏移功率与其均衡状态时放电功率间的差值，因此，若A相输入输出端300和B相输入输出端400之间第i个储能单元的电压值V_abi越大，通过该A相输入输出端300和B相输入输出端400之间第i个储能单元的单相全桥逆变电路调节得到的偏移功率的数值越大，则该A相输入输出端300和B相输入输出端400之间第i个储能单元的放电功率将因为其偏移功率的原因而越大，从而该A相输入输出端300和B相输入输出端400之间第i个储能单元的充电速率将会越快。

反之，若A相输入输出端300和B相输入输出端400之间第i个储能单元的电压值V_abi越小，通过该A相输入输出端300和B相输入输出端400之间第i个储能单元的单相全桥逆变电路调节得到的偏移功率的数值越小，则该A相输入输出端300和B相输入输出端400之间第i个储能单元的放电功率将因为其偏移功率的原因而越小，从而该A相输入输出端300和B相输入输出端400之间第i个储能单元的充电速率将会越慢。

因此，当A相输入输出端300和B相输入输出端400之间存在与平均电压的电压值V_ab不相等的储能单元，即存在V_ab1、V_ab2…V_abi…V_abn的数值与V_ab的数值不相等时，都将可以通过改变其偏移功率来控制其充电或放电速率使A相输入输出端300和B相输入输出端400之间各个储能单元100快速地达到均衡状态，即，使V_ab1＝V_ab2＝...V_abi...＝V_abn＝V_ab。

步骤S120：当B相输入输出端和C相输入输出端之间存在电压值不为V_bc的第二储能单元时，通过调节所述第二储能单元的单相全桥逆变电路改变其偏移功率，控制所述第二储能单元的充电或放电的速率，使所述第二储能单元的电压值等于V_bc；

同理，当B相输入输出端400和C相输入输出端500之间存在与平均电压的电压值V_bc不相等的储能单元100时，称该电压值不为V_bc的储能单元100为第二储能单元。若第二储能单元存在，则说明B相输入输出端400和C相输入输出端500之间各个储能单元100并未达到均衡状态，即说明B相输入输出端400和C相输入输出端500之间各个储能单元100的电压并不均衡。需要对储能变流器进行均衡控制，使B相输入输出端400和C相输入输出端500之间所有储能单元100均与V_bc的数值相等。

可选的，当B相输入输出端400和C相输入输出端500之间第i个储能单元的电压值不为V_ab时，可通过调节该电压值不为V_ab的储能单元的单相全桥逆变电路，将该电压值不为V_ab的储能单元的偏移功率P_bci调节为：

P_bci＝i_bcmK_PWMK_n(V_bci-V_bc)cos²(ω_bct+δ_bc)，

其中，i_bcm为B相输入输出端400和C相输入输出端500之间线电流的幅值，V_bci为B相输入输出端400和C相输入输出端500之间第i个储能单元的电压值，V_bc为B相输入输出端400和C相输入输出端500之间所有储能单元的平均电压值；ω_bc为的频率，δ_bc为的相位。其中，线电流是指在B相输入输出端400和C相输入输出端500直接测得的电流。

其中，若B相输入输出端400和C相输入输出端500之间存在第二储能单元，那么，当储能变流器处于充电状态时，对该第二储能单元的充电速率进行调节的方法与对A相输入输出端300和B相输入输出端300间第一储能单元充电速率的调节方法相同，此处不再赘述。

另一方面，当储能变流器处于放电状态时，对该第二储能单元的放电速率进行调节的方法与对A相输入输出端300和B相输入输出端300间第一储能单元放电速率的调节方法也相同，此处也不再赘述。

因此，当B相输入输出端400和C相输入输出端500之间存在与平均电压的电压值V_bc不相等的储能单元，即存在V_bc1、V_bc2…V_bci…V_bcn的数值与V_bc的数值不相等时，都将可以通过改变其偏移功率来控制其充电或放电速率，使B相输入输出端400和C相输入输出端500之间各个储能单元100快速地达到均衡状态，即，使V_bc1＝V_bc2＝...V_bci...＝V_bcn＝V_bc。

步骤S130：当C相输入输出端和A相输入输出端之间存在电压值不为V_ca的第三储能单元时，通过调节所述第三储能单元的单相全桥逆变电路改变其偏移功率，控制所述第三储能单元的充电或放电的速率，使所述第三储能单元的电压值等于V_ca。

同样的，当C相输入输出端500和A相输入输出端300之间存在与平均电压的电压值V_ca不相等的储能单元100时，称该电压值不为V_ca的储能单元100为第三储能单元。若第二储能单元存在，则说明C相输入输出端500和A相输入输出端300之间各个储能单元100并未达到均衡状态，即说明C相输入输出端500和A相输入输出端300之间各个储能单元100的电压并不均衡。需要对储能变流器进行均衡控制，使C相输入输出端500和A相输入输出端300之间所有储能单元100均与V_ca的数值相等。

可选的，当C相输入输出端500和A相输入输出端300之间第i个储能单元的电压值不为V_ab时，可通过调节该电压值不为V_ab的储能单元的单相全桥逆变电路，将该电压值不为V_ab的储能单元的偏移功率P_cai调节为：

P_cai＝i_camK_PWMK_n(V_cai-V_ca)cos²(ω_cat+δ_ca)，

其中，i_cam为C相输入输出端500和A相输入输出端300之间线电流的幅值，V_cai为C相输入输出端500和A相输入输出端300之间第i个储能单元的电压值，V_ca为C相输入输出端500和A相输入输出端300之间所有储能单元的平均电压值；ω_ca为的频率，δ_ca为的相位。其中，线电流是指在C相输入输出端500和A相输入输出端300直接测得的电流。

其中，在P_abi、P_bci和P_cai的计算公式中，t为时间，K_PWM为脉冲宽度调制的增益，K_n为各个储能单元间的均衡控制系数。

其中，若C相输入输出端500和A相输入输出端300之间存在第三储能单元，那么，当储能变流器处于充电状态时，对该第三储能单元的充电速率进行调节的方法与对第一储能单元和第二储能单元充电速率的调节方法相同，此处不再赘述。

另一方面，当储能变流器处于放电状态时，对该第二储能单元的放电速率进行调节的方法与第一储能单元和第二储能单元放电速率的调节方法也相同，此处也不再赘述。

因此，当C相输入输出端500和A相输入输出端300之间存在与平均电压的电压值V_ca不相等的储能单元，即存在V_ca1、V_ca2…V_cai…V_can的数值与V_ca的数值不相等时，都将可以通过改变其偏移功率来控制其充电或放电速率，使C相输入输出端500和A相输入输出端300之间各个储能单元100快速地达到均衡装置，即，使V_ca1＝V_ca2＝...V_cai...＝V_can＝V_ca。

可选的，图5示出了本发明实施例提供的储能变流器均衡控制方法的另一流程图，参照图5，该储能变流器均衡控制方法还可以包括：

步骤S200：确定V_ab、V_bc和V_ca，判断V_ab、V_bc和V_ca是否相等；

通过判断储能变流器的A相输入输出端300和B相输入输出端400之间平均电压的电压值V_ab、B相输入输出端400和C相输入输出端500之间平均电压的电压值V_bc和C相输入输出端500和A相输入输出端300之间平均电压的电压值V_ca是否相等来判断该储能变流器是否相间均衡。

步骤S210：若不相等，则通过调节单相全桥逆变电路使A相输入输出端、B相输入输出端和C相输入输出端之间产生零序环流直至V_ab、V_bc和V_ca相等，其中，所述的方向与和矢量和的方向相同，相对应的零序电压的电压值为电压值的1/3。

当储能变流器的A相输入输出端300和B相输入输出端400之间平均电压的电压值V_ab、B相输入输出端400和C相输入输出端500之间平均电压的电压值V_bc和C相输入输出端500和A相输入输出端300之间平均电压的电压值V_ca不相等，即V_ab≠V_bc＝V_ca、V_ab＝V_bc≠V_ca或V_ab≠V_bc≠V_ca时，说明该储能变流器的相间并不均衡，即从该储能变流器的A相输入输出端300、B相输入输出端400和C相输入输出端500输入或输出的电压值并不相等，需要对该储能变流器进行相间均衡控制，使该储能变流器的各个相之间达到均衡状态，即，使V_ab＝V_bc＝V_ca。

通过调节单相全桥逆变电路可以使A相输入输出端300、B相输入输出端400和C相输入输出端500之间产生零序环流通过产生的零序环流来使储能变流器的各个相之间达到均衡状态，即使V_ab、V_bc和V_ca相等。

其中，产生的零序环流为矢量，且，在同一时间点，流过A相输入输出端300与B相输入输出端400之间、流过B相输入输出端400与C相输入输出端500之间和流过C相输入输出端500与A相输入输出端300之间零序环流具有相同的大小和方向。

可选的，控制产生的零序环流的流动方向可以为“A相输入输出端300→B相输入输出端400→C相输入输出端500→A相输入输出端300”，也可以为“A相输入输出端300→C相输入输出端400→B相输入输出端500→A相输入输出端300”。

其中，控制产生的零序环流的方向与的方向相同，其中，为A相输入输出端300与B相输入输出端400之间的平均电压B相输入输出端400与C相输入输出端500之间的平均电压和C相输入输出端500与A相输入输出端300之间平均电压矢量和。而零序环流相对应的零序电压的电压值为电压值的1/3。

可选的，通过调节单相全桥逆变电路使A相输入输出端、B相输入输出端和C相输入输出端之间产生零序环流后，A相输入输出端300和B相输入输出端400之间的输出功率P_ab的计算公式可以为：

其中，为A相输入输出端300和B相输入输出端400之间的正序电流。

可选的，相应的，B相输入输出端400和C相输入输出端500之间的输出功率P_bc的计算公式可以为：

其中，为B相输入输出端400和C相输入输出端500之间的正序电流。

可选的，相应的，C相输入输出端500和A相输入输出端300之间的输出功率P_ca的计算公式可以为：

其中，为C相输入输出端500和A相输入输出端300之间的正序电流。

当A相输入输出端300和B相输入输出端400之间平均电压的电压值V_ab、B相输入输出端400和C相输入输出端500之间平均电压的电压值V_bc和C相输入输出端500和A相输入输出端300之间平均电压的电压值V_ca相等，即V_ab＝V_bc＝V_ca时，说明储能变流器的各个相之间达到均衡状态，无需通过调节单相全桥逆变电路市A相输入输出端300、B相输入输出端400和C相输入输出端500之间产生无零序环流即此时，

因为，A相输入输出端300、B相输入输出端400和C相输入输出端500之间满足：因此，当V_ab＝V_bc＝V_ca，无零序环流产生，时，储能变流器各个相之间达到均衡状态，即该储能变流器处于三相平衡状态。

同时，根据和P_ab、P_bc和P_ca的计算公式，可以得知，P_ab、P_bc和P_ca的大小取决于和实部的大小。因为控制零序环流的方向与和的矢量和的方向相同，因此，将分解为分别与和方向相同的三个分量后，在三个平均电压和中电压值最大的一方将分解得到数值最大的分量，而因为功率为电流和电压的乘积，因此，在三个平均电压和中，电压值越大将输出功率也将越大。

也就是说，A相输入输出端300、B相输入输出端400和C相输入输出端500三个输入输出端中，平均电压的电压值最大的两个输入输出端之间将具有最大的输出功率，平均电压的电压值最小的两个输入输出端之间将具有最小的输出功率。

例如，若和中的电压值V_ab最大，的电压值V_ca最小，即V_ab＞V_bc＞V_ca，那么，P_ab＞P_bc＞P_ca。

当储能变流器进行放电时，P_ab、P_bc和P_ca为正值。若储能变流器的各个相之间不均衡，使V_ab＞V_bc＞V_ca，那么，根据P_ab＞P_bc＞P_ca，A相输入输出端300和B相输入输出端400间将具有最快的放电速度，B相输入输出端400和C相输入输出端500间的放电速度次之，而C相输入输出端500和A相输入输出端300间的放电速度将最慢。从而，使储能变流器的各个相之间达到均衡，使V_ab＝V_bc＝V_ca。

当储能变流器进行充电时，P_ab、P_bc和P_ca为负值。若储能变流器的各个相之间不均衡，使V_ab＞V_bc＞V_ca，那么，根据P_ab＞P_bc＞P_ca，将|P_ab|＜|P_bc|＜|P_ca|，A相输入输出端300和B相输入输出端400间将具有最慢的充电速度，B相输入输出端400和C相输入输出端500间的充电速度次之，而C相输入输出端500和A相输入输出端300间的充电速度将最快。从而，使储能变流器的各个相之间达到均衡，使V_ab＝V_bc＝V_ca。

本发明实施例提供的储能变流器均衡控制方法，每个储能单元接入多个并联的单体电池，避免了多个单体电池的串联，一旦有一节单体电池出现问题，整台储能变流器不必停机，且具备了单体均衡功能，避免造成单体的过充或过放，提高了整个储能系统的可用容量，无需额外增加BMS。

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，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

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发明。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发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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。

Claims (9)

1.一种储能变流器，其特征在于，包括：储能单元、电感、A相输入输出端、B相输入输出端和C相输入输出端，所述A相输入输出端、B相输入输出端和C相输入输出端两两之间均串联有电感和n个储能单元，n为正整数，其中，

所述储能单元包括：电池组、电容和单相全桥逆变电路，所述电池组包括若干个并联连接的单体电池，所述电池组、电容和单相全桥逆变电路并联连接；

其中，所述单相全桥逆变电路用于当所述储能变流器处于充电状态时，自身储能单元的电压值越大，则调节其偏移功率的数值越大，控制其以越慢的速率进行充电，自身储能单元的电压值越小，则调节其偏移功率的数值越小，控制其以越快的速率进行充电；当所述储能变流器处于放电状态时，自身储能单元的电压值越大，则调节其偏移功率的数值越大，控制其以越快的速率进行放电，自身储能单元的电压值越小，则调节其偏移功率的数值越小，控制其以越慢的速率进行放电。

2.根据权利要求1所述的储能变流器，其特征在于，所述单相全桥逆变电路包括：4对桥臂，每对桥臂包括1个绝缘栅双极型晶体管IGBT和1个二极管，所述IGBT与二极管反向并联连接；或每对桥臂包括1个绝缘栅场效应管MOS和1个二极管，所述MOS与二极管反向并联连接。

3.根据权利要求1或2所述的储能变流器，其特征在于，

所述A相输入输出端和B相输入输出端之间所有储能单元的平均电压的电压值V_ab为：

其中，V_abn为所述A相输入输出端和B相输入输出端之间第n个储能单元的电压值，的方向与所述A相输入输出端和B相输入输出端之间的线电压的方向相同；

所述B相输入输出端和C相输入输出端之间所有储能单元的平均电压的电压值V_bc为：

其中，V_bcn为所述B相输入输出端和C相输入输出端之间第n个储能单元的电压值，的方向与所述B相输入输出端和C相输入输出端之间的线电压的方向相同；

所述C相输入输出端和A相输入输出端之间所有储能单元的平均电压的电压值V_ca为：

其中，V_can为所述C相输入输出端和A相输入输出端之间第n个储能单元的电压值，的方向与所述C相输入输出端和A相输入输出端之间的线电压的方向相同。

4.一种储能变流器均衡控制方法，其特征在于，基于权利要求3中任一项所述的储能变流器，用于所述储能变流器处于充电或放电状态时，包括：

确定V_ab、V_bc、V_ca和各个储能单元的电压值；

当A相输入输出端和B相输入输出端之间存在电压值不为V_ab的第一储能单元时，通过调节所述第一储能单元的单相全桥逆变电路改变其偏移功率，控制所述第一储能单元的充电或放电的速率，使所述第一储能单元的电压值等于V_ab；

当B相输入输出端和C相输入输出端之间存在电压值不为V_bc的第二储能单元时，通过调节所述第二储能单元的单相全桥逆变电路改变其偏移功率，控制所述第二储能单元的充电或放电的速率，使所述第二储能单元的电压值等于V_bc；

当C相输入输出端和A相输入输出端之间存在电压值不为V_ca的第三储能单元时，通过调节所述第三储能单元的单相全桥逆变电路改变其偏移功率，控制所述第三储能单元的充电或放电的速率，使所述第三储能单元的电压值等于V_ca；

其中，当所述储能变流器处于充电状态时，自身储能单元的电压值越大，则调节其偏移功率的数值越大，控制其以越慢的速率进行充电，自身储能单元的电压值越小，则调节其偏移功率的数值越小，控制其以越快的速率进行充电；

当所述储能变流器处于放电状态时，自身储能单元的电压值越大，则调节其偏移功率的数值越大，控制其以越快的速率进行放电，自身储能单元的电压值越小，则调节其偏移功率的数值越小，控制其以越慢的速率进行放电。

5.根据权利要求4所述的储能变流器均衡控制方法，其特征在于，

当所述A相输入输出端和B相输入输出端之间第i个储能单元的电压值不为V_ab时，调节其偏移功率P_abi为：

P_abi＝i_abmK_PWMK_n(V_abi-V_ab)cos²(ω_abt+δ_ab)，

其中，i_abm为所述A相输入输出端和B相输入输出端之间线电流的幅值，V_abi为所述A相输入输出端和B相输入输出端之间第i个储能单元的电压值，V_ab为所述A相输入输出端和B相输入输出端之间所有储能单元的平均电压值；ω_ab为的频率，δ_ab为的相位；

当所述B相输入输出端和C相输入输出端之间第i个储能单元的电压值不为V_bc时，调节其偏移功率P_bci为：

P_bci＝i_bcmK_PWMK_n(V_bci-V_bc)cos²(ω_bct+δ_bc)，

其中，i_bcm为所述B相输入输出端和C相输入输出端之间线电流的幅值，V_bci为所述B相输入输出端和C相输入输出端之间第i个储能单元的电压值，V_bc为所述B相输入输出端和C相输入输出端之间所有储能单元的平均电压值；ω_bc为的频率，δ_bc为的相位；

当所述C相输入输出端和A相输入输出端之间第i个储能单元的电压值不为V_ca时，调节其偏移功率P_cai为：

P_cai＝i_camK_PWMK_n(V_cai-V_ca)cos²(ω_cat+δ_ca)，

其中，i_cam为所述C相输入输出端和A相输入输出端之间线电流的幅值，V_cai为所述B相输入输出端和C相输入输出端之间第i个储能单元的电压值，V_ca为所述B相输入输出端和C相输入输出端之间所有储能单元的平均电压值；ω_ca为的频率，δ_ca为的相位；

其中，t为时间，K_PWM为脉冲宽度调制的增益，K_n为各个储能单元间的均衡控制系数。

6.根据权利要求4所述的储能变流器均衡控制方法，其特征在于，还包括：

确定V_ab、V_bc和V_ca，判断V_ab、V_bc和V_ca是否相等；

若不相等，则通过调节单相全桥逆变电路使A相输入输出端、B相输入输出端和C相输入输出端之间产生零序环流直至V_ab、V_bc和V_ca相等；

其中，所述的方向与和矢量和的方向相同，相对应的零序电压的电压值为电压值的1/3。

7.根据权利要求6所述的储能变流器均衡控制方法，其特征在于，通过调节单相全桥逆变电路使A相输入输出端、B相输入输出端和C相输入输出端之间产生零序环流后，

所述A相输入输出端和B相输入输出端之间的输出功率P_ab为：

其中，为所述A相输入输出端和B相输入输出端之间的正序电流；

所述B相输入输出端和C相输入输出端之间的输出功率P_bc为：

其中，为所述B相输入输出端和C相输入输出端之间的正序电流；

所述C相输入输出端和A相输入输出端之间的输出功率P_ca为：

其中，为所述C相输入输出端和A相输入输出端之间的正序电流。

8.根据权利要求7所述的储能变流器均衡控制方法，其特征在于，所述A相输入输出端、B相输入输出端和C相输入输出端之间满足：

9.根据权利要求7所述的储能变流器均衡控制方法，其特征在于，

所述A相输入输出端、B相输入输出端和C相输入输出端三个输入输出端中，平均电压的电压值最大的两个输入输出端之间具有最大的输出功率，平均电压的电压值最小的两个输入输出端之间具有最小的输出功率；

且，当所述储能变流器进行放电时，P_ab、P_bc和P_ca为正值；当所述储能变流器进行充电时，P_ab、P_bc和P_ca为负值。