CN105337297A - 储能系统荷电状态的均衡方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种储能系统荷电状态的均衡方法及装置，其中，该方法包括：分别计算电网三相电路中每一相电路上所有储能单元的荷电状态值的平均值，得到每一相电路对应的荷电状态平均值，根据三相电路对应的荷电状态平均值计算三相电路的荷电状态平均值；以三相电路的荷电状态平均值为中线构成第一三角形，得到第一三角形重心相量；以三相电路分别对应的荷电状态平均值为中线构成第二三角形，得到第二三角形重心相量；根据第一三角形重心相量和第二三角形重心相量计算参考零序电压；在三相电路的电压上分别叠加参考零序电压。该方案通过叠加参考零序电压实现相间荷电状态的均衡，避免查表运算和3/2变换等复杂耗时运算，减少软件计算的负担。

Description

储能系统荷电状态的均衡方法及装置

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种储能系统荷电状态的均衡方法及装置。

背景技术

风能和太阳能等可再生清洁能源具有随机性和波动性，对并网电力系统的稳定性和可控性带来了极大的挑战，电池储能及功率补偿技术可以很好的解决这些问题。然而链式储能系统中同相各逆变单元流过相同的电流，各电池模块必须同时进行充放电。因此，各电池组由于生产工艺和使用等原因导致的荷电状态(StateOfCharge,SOC，指电池组剩余容量与其完全充电状态的容量之比)的差异，在充放电过程中不断扩大。假设电池SOC的正常工作范围为[30％，100％]，那么，在充电过程中当有电池模块的SOC提前升至100％，或者在放电过程中有电池模块的SOC提前降至30％时，整个电池储能系统就将退出运行。可见，最早结束充放电的电池模块将成为决定整个储能系统容量和可用率的瓶颈因素，各电池模块SOC的差异将严重降低电池储能系统的利用率，缩短电池的使用寿命。

SOC均衡控制分为相间均衡控制和相内均衡控制。根据电网接入方式的不同可将链式系统分为星形与三角形两种，见图1所示，链式系统根据不同的接入电网方式具有不同的控制自由度。对于三角形接线系统没有物理上的中性点，但具有可控的零序环流，通过调节零序电流相量可以达到相间SOC均衡控制；星形接线系统中中性点电位的选取引入了可控的零序电压，可通过调节其幅值和相位来改变各相之间的功率分布，达到相间SOC均衡控制目的。

文献《一种星形连接级联储能系统两级均衡控制方法[P].CN103715734A》提出用于星形电池储能的级联储能系统的两级SOC均衡—相间相内均衡法，但存在着以下缺陷：相间SOC均衡所采用的是3/2变换模型，计算量大，会增加软件计算的负担。

发明内容

本发明实施例提供了一种储能系统荷电状态的均衡方法，以解决现有技术中相间SOC均衡计算量大的技术问题。该方法包括：对于电网三相电路分别接入的储能单元，分别计算每一相电路上所有储能单元的荷电状态值的平均值，得到每一相电路对应的荷电状态平均值，计算三相电路对应的荷电状态平均值的平均值，得到三相电路的荷电状态平均值；以三相电路的荷电状态平均值为中线构成第一三角形，得到第一三角形重心相量；以三相电路分别对应的荷电状态平均值为中线构成第二三角形，得到第二三角形重心相量；根据所述第一三角形重心相量和所述第二三角形重心相量计算参考零序电压；在三相电路的电压上分别叠加所述参考零序电压。

在一个实施例中，通过以下公式计算每一相电路对应的荷电状态平均值：

${\mathrm{SOC}}_j=\frac{1}{n}({\mathrm{SOC}}_{j1}+{\mathrm{SOC}}_{j2}+...+{\mathrm{SOC}}_{jn})$

其中，SOC_j是第j相电路对应的荷电状态平均值，j＝a,b,c，n是第j相电路上储能单元的个数，n是正整数，SOC_jn是第j相电路上第n个储能单元的荷电状态值；

通过以下公式计算三相电路对应的荷电状态平均值的平均值，得到三相电路的荷电状态平均值：

$\stackrel{\‾}{SOC}=\frac{1}{3}({\mathrm{SOC}}_a+{\mathrm{SOC}}_b+{\mathrm{SOC}}_c)$

其中，是三相电路的荷电状态平均值。

在一个实施例中，通过以下公式根据所述第一三角形重心相量和所述第二三角形重心相量计算参考零序电压：

V₀＝K₁K₀(V_r-V_r')

其中，V₀是参考零序电压，K₁是储能单元的充放电状态，K₀是比例系数，V_r是所述第一三角形重心相量，A_rm为相量or的幅值，为相量or的相角，δ为电流的相角，w是角频率，t是时间，V_r'是所述第二三角形重心相量，A_r'm为相量or’的幅值，为相量or’的相角，相量or是第一三角形重心相量，相量or’是第二三角形重心相量。

在一个实施例中，还包括：针对每一相电路上的储能单元，根据该相电路对应的荷电状态平均值和该相电路上各储能单元的荷电状态计算该相电路对应的调制波分量；对该相电路上各储能单元的调制波叠加所述调制波分量。

在一个实施例中，通过以下公式计算该相电路对应的调制波分量：

$\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{V_{cji}}=k_1\·k_2\·{\mathrm{\ΔSOC}}_{ji}\·\stackrel{\·}{V_{cj}}$

其中，是第j相电路对应的调制波分量，j＝a,b,c，K₁是储能单元的充放电状态，K₂是比例系数，ΔSOC_ji是第j相电路对应的荷电状态平均值与第j相电路上第i个储能单元的荷电状态值之间的差值，ΔSOC_ji＝SOC_j-SOC_ji，SOC_j是第j相电路对应的荷电状态平均值，SOC_ji是第j相电路上第i个储能单元的荷电状态值，i＝1,2,...,n，n是正整数，V_cj是第j相电路原均衡状态下的调制波。

本发明实施例还提供了一种装置，以解决了现有技术中的技术问题。该装置包括：荷电状态平均值计算模块，用于对于电网三相电路分别接入的储能单元，分别计算每一相电路上所有储能单元的荷电状态值的平均值，得到每一相电路对应的荷电状态平均值，计算三相电路对应的荷电状态平均值的平均值，得到三相电路的荷电状态平均值；第一三角形构成模块，用于以三相电路的荷电状态平均值为中线构成第一三角形，得到第一三角形重心相量；第二三角形构成模块，用于以三相电路分别对应的荷电状态平均值为中线构成第二三角形，得到第二三角形重心相量；参考零序电压计算模块，用于根据所述第一三角形重心相量和所述第二三角形重心相量计算参考零序电压；相间均衡模块，用于在三相电路的电压上分别叠加所述参考零序电压。

在一个实施例中，所述荷电状态平均值计算模块，包括：第一计算单元，用于通过以下公式计算每一相电路对应的荷电状态平均值：

${\mathrm{SOC}}_j=\frac{1}{n}({\mathrm{SOC}}_{j1}+{\mathrm{SOC}}_{j2}+...+{\mathrm{SOC}}_{jn})$

其中，SOC_j是第j相电路对应的荷电状态平均值，j＝a,b,c，n是第j相电路上储能单元的个数，n是正整数，SOC_jn是第j相电路上第n个储能单元的荷电状态值；

第二计算单元，用于通过以下公式计算三相电路对应的荷电状态平均值的平均值，得到三相电路的荷电状态平均值：

$\stackrel{\‾}{SOC}=\frac{1}{3}({\mathrm{SOC}}_a+{\mathrm{SOC}}_b+{\mathrm{SOC}}_c)$

其中，是三相电路的荷电状态平均值。

在一个实施例中，所述参考零序电压计算模块通过以下公式根据所述第一三角形重心相量和所述第二三角形重心相量计算参考零序电压：

V₀＝K₁K₀(V_r-V_r')

其中，V₀是参考零序电压，K₁是储能单元的充放电状态，K₀是比例系数，V_r是所述第一三角形重心相量，A_rm为相量or的幅值，为相量or的相角，δ为电流的相角，w是角频率，t是时间，V_r'是所述第二三角形重心相量，A_r'm为相量or’的幅值，为相量or’的相角，相量or是第一三角形重心相量，相量or’是第二三角形重心相量。

在一个实施例中，还包括：调制波分量计算模块，用于针对每一相电路上的储能单元，根据该相电路对应的荷电状态平均值和该相电路上各储能单元的荷电状态计算该相电路对应的调制波分量；相内均衡模块，用于对该相电路上各储能单元的调制波叠加所述调制波分量。

在一个实施例中，所述调制波分量计算模块通过以下公式计算该相电路对应的调制波分量：

$\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{V_{cji}}=k_1\·k_2\·{\mathrm{\ΔSOC}}_{ji}\·\stackrel{\·}{V_{cj}}$

其中，是第j相电路对应的调制波分量，j＝a,b,c，K₁是储能单元的充放电状态，K₂是比例系数，ΔSOC_ji是第j相电路对应的荷电状态平均值与第j相电路上第i个储能单元的荷电状态值之间的差值，ΔSOC_ji＝SOC_j-SOC_ji，SOC_j是第j相电路对应的荷电状态平均值，SOC_ji是第j相电路上第i个储能单元的荷电状态值，i＝1,2,...,n，n是正整数，V_cj是第j相电路原均衡状态下的调制波。

在本发明实施例中，通过计算每一相电路对应的荷电状态平均值和三相电路的荷电状态平均值，然后，以三相电路的荷电状态平均值为中线构成第一三角形，得到第一三角形重心相量，再以三相电路分别对应的荷电状态平均值为中线构成第二三角形，得到第二三角形重心相量，最后，根据第一三角形重心相量和第二三角形重心相量计算参考零序电压，实现了可以计算出基于荷电状态重心偏移的参考零序电压，进而在三相电路的电压上分别叠加该参考零序电压，通过叠加参考零序电压来实现相间荷电状态的均衡，与现有技术相比，避免查表运算和3/2变换等复杂耗时运算，减少了软件计算的负担。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是现有技术提供的一种星形链式(n＝3)储能系统结构图；

图2是本发明实施例提供的一种储能系统荷电状态的均衡方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的一种星形系统电压电流相量图；

图4是本发明实施例提供的一种相间SOC均衡控制构造三角形原理图；

图5是本发明实施例提供的一种生成参考零序电压的原理图；

图6是本发明实施例提供的一种相内各储能单元SOC均衡控制原理图；

图7是本发明实施例提供的一种包含相间相内两级SOC均衡控制原理图；

图8是本发明实施例提供的一种组合级联式(n＝3)逆变系统结构图；

图9(a)是本发明实施例提供的一种A相电路正向放电电池SOC自均衡结果图；

图9(b)是本发明实施例提供的一种B相电路正向放电电池SOC自均衡结果图；

图9(c)是本发明实施例提供的一种C相电路正向放电电池SOC自均衡结果图；

图9(d)是本发明实施例提供的一种A、B、C相电路正向放电电路SOC自均衡结果图；

图10(a)是本发明实施例提供的一种A相电路反向充电电池SOC自均衡结果图；

图10(b)是本发明实施例提供的一种B相电路反向充电电池SOC自均衡结果图；

图10(c)是本发明实施例提供的一种C相电路反向充电电池SOC自均衡结果图；

图10(d)是本发明实施例提供的一种A、B、C相电路反向充电电路SOC自均衡结果图；

图11是本发明实施例提供的一种储能系统荷电状态的均衡装置的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在本发明实施例中，提供了一种储能系统荷电状态的均衡方法，如图2所示，该方法包括：

步骤201：对于电网三相电路分别接入的储能单元(例如，电池)，分别计算每一相电路上所有储能单元的荷电状态值的平均值，得到每一相电路对应的荷电状态平均值，计算三相电路对应的荷电状态平均值的平均值，得到三相电路的荷电状态平均值；

步骤202：以三相电路的荷电状态平均值为中线构成第一三角形，得到第一三角形重心相量；

步骤203：以三相电路分别对应的荷电状态平均值为中线构成第二三角形，得到第二三角形重心相量；

步骤204：根据所述第一三角形重心相量和所述第二三角形重心相量计算参考零序电压；

步骤205：在三相电路的电压上分别叠加所述参考零序电压(例如，以图3所示的星形系统电压电流相量图为例，在三相电路(A、B、C)的电压V_a、V_b、V_c上注入参考零序电压V₀后得到V_a'、V_b'、V_c')。

由图2所示的流程可知，在本发明实施例中，通过计算每一相电路对应的荷电状态平均值和三相电路的荷电状态平均值，然后，以三相电路的荷电状态平均值为中线构成第一三角形，得到第一三角形重心相量，再以三相电路分别对应的荷电状态平均值为中线构成第二三角形，得到第二三角形重心相量，最后，根据第一三角形重心相量和第二三角形重心相量计算参考零序电压，实现了可以计算出基于荷电状态重心偏移的参考零序电压，进而在三相电路的电压上分别叠加该参考零序电压，通过叠加参考零序电压来实现相间荷电状态的均衡，与现有技术相比，直观的揭示出中点电位波动与参考零序电压之间的关系，更易于分析约束条件避免查表，运算和3/2变换等复杂耗时运算，减少了软件计算的负担；星形接线系统中中性点电位的选取引入了可控的参考零序电压，可通过调节参考零序电压的幅值和相位来改变各相电路之间的功率分布，解决了电池SOC不均衡对系统容量限制的问题，提高了电池和储能系统的可用率，并有效延长了电池模块的寿命。

具体实施时，可以通过以下公式计算每一相电路对应的荷电状态平均值：

${\mathrm{SOC}}_j=\frac{1}{n}({\mathrm{SOC}}_{j1}+{\mathrm{SOC}}_{j2}+...+{\mathrm{SOC}}_{jn})---\left(1\right)$

其中，SOC_j是第j相电路对应的荷电状态平均值，j＝a,b,c，n是第j相电路上储能单元的个数，n是正整数，SOC_jn是第j相电路上第n个储能单元的荷电状态值；

通过以下公式计算三相电路对应的荷电状态平均值的平均值，得到三相电路的荷电状态平均值：

$\stackrel{\‾}{SOC}=\frac{1}{3}({\mathrm{SOC}}_a+{\mathrm{SOC}}_b+{\mathrm{SOC}}_c)---\left(2\right)$

其中，是三相电路的荷电状态平均值。

具体实施时，以三相电路的荷电状态平均值为中线构成第一三角形，如图4所示粗线条的三角形，得到第一三角形的重心r，该第一三角形重心相量为V_r，A_rm为相量or的幅值，为相量or的相角，w是角频率，t是时间，δ为电流的相角， $\mathrm{\&delta;}=\left\{\begin{array}{cc}arctan\frac{I_q}{I_d}& (I_d\&NotEqual;0)\\ \frac{\mathrm{\&pi;}}{2}& (I_d=0,I_q>0)\\ -\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}& (I_d=0,I_q<0)\end{array}\right..$

然后，再以三相电路分别对应的荷电状态平均值为中线构成第二三角形，如图4所示细线条的三角形，得到第二三角形的重心r’，该第二三角形重心相量为V_r'，A_r'm为相量or’的幅值，为相量or’的相角，相量or是第一三角形重心相量，相量or’是第二三角形重心相量。具体的，可以利用实际三相电路不均衡差值ΔSOC_a,ΔSOC_b,ΔSOC_c修改原第一三角形中线，以得到第二三角形， ${\mathrm{\&Delta;SOC}}_j=\stackrel{\&OverBar;}{SOC}-{\mathrm{SOC}}_j,(j=a,b,c).$

得到第一三角形重心相量V_r和第二三角形重心相量V_r'之后，通过以下公式根据所述第一三角形重心相量和所述第二三角形重心相量计算参考零序电压(具体可以参考图5所示的结构图实现)：

V₀＝K₁K₀(V_r-V_r')(3)

其中，V₀是参考零序电压，K₁是储能单元的充放电状态，K₀是比例系数，K₀取值与具体电池选型有关。

具体实施时，为了实现相内相间两级均衡控制，以使各电池模块进行相同深度的平衡充放电，从而大大提高整个储能系统的可用率和系统容量，有效延长电池组乃至整个储能系统的使用寿命，在本实施例中，实现了相内荷电状态均衡，例如，上述储能系统荷电状态的均衡方法还包括：针对每一相电路上的储能单元，根据该相电路对应的荷电状态平均值和该相电路上各储能单元的荷电状态计算该相电路对应的调制波分量；对该相电路上各储能单元的调制波叠加所述调制波分量。即对各相电路上的各储能单元的调制波附加上与该相电路对应的调制波分量，以实现该相电路上各储能单元相内荷电状态的均衡。

具体实施时，通过以下公式计算该相电路对应的调制波分量(具体可以参考图6所示的结构图实现)：

$\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&CenterDot;}{V_{cji}}=k_1\&CenterDot;k_2\&CenterDot;{\mathrm{\&Delta;SOC}}_{ji}\&CenterDot;\stackrel{\&CenterDot;}{V_{cj}}---\left(4\right)$

其中，是第j相电路对应的调制波分量，j＝a,b,c，K₁是储能单元的充放电状态，K₂是比例系数，K₂取值与具体电池选型有关，ΔSOC_ji是第j相电路对应的荷电状态平均值与第j相电路上第i个储能单元的荷电状态值之间的差值，ΔSOC_ji＝SOC_j-SOC_ji，SOC_j是第j相电路对应的荷电状态平均值，SOC_ji是第j相电路上第i个储能单元的荷电状态值，i＝1,2,...,n，n是正整数，V_cj是第j相电路原均衡状态下的调制波。例如，以A向电路为例，A相电路对应的调制波分量为ΔSOC_ai＝SOC_a-SOC_ai(i＝1,2,...,n)，即对A相电路上各储能单元的调制波附加调制波分量以进行相内荷电状态均衡。

通过上述参考零序电压和调制波分量的计算，上述储能系统荷电状态的均衡方法可以基于参考零序电压和调制波分量实现相内相间荷电状态的均衡控制构，调节电池组(即储能单元)SOC使之趋同，提高电池模块和储能系统的可用率，延长电池使用寿命，并消除谐波，改善电能质量。具体实施时，应用上述储能系统荷电状态的均衡方法进行SOC均衡控制的过程如图7所示的相间相内两级SOC均衡控制原理图，包括以下步骤：

步骤1：储能系统为星形结构，由隔离型半桥DC/DC变换器和级联式H桥DC/AC变换器组合而成，交流侧直接接入电网系统，用高频PWM控制方式触发H桥，储能系统启动后，采用移相PWM控制方式；

步骤2：当检测到各电池组SOC达到一定不平衡度时，自动切换到SOC均衡控制方式，通过计算参考零序电压并在三相电路的电压上分别叠加该参考零序电压，实现相间SOC均衡，通过计算每相电路对应的调制波分量并对每相电路上各电池组的调制波叠加相应的调制波分量，实现相内SOC均衡。

步骤3：当调整到电池组SOC趋同时，自动切换到移相PWM控制方式。

以下结合具体示例来详细描述上述储能系统荷电状态的均衡方法。以独立电池链式(n＝3)储能系统为例，如图8所示，验证本发明提出的电池SOC自均衡控制策略的有效性。

系统参数：电池组额定电压均为Vn＝60V，额定容量均为Sn＝30Ah，取电池组均衡工作时，整个储能装置输出的有功功率可控范围为[-6KW,6KW]，交流侧电网线电压为V_l＝380V，直流侧电容电压目标值为V_dcref＝120V，DC/DC变换器采用隔离型半桥拓扑结构，高频变压器变比1:1，DC/AC变换器每相H桥级联数n＝3，开关频率2kHz，采用星型接线，R_s＝50Ω，L_s＝9.54mH，C0＝6mF。

由SOC曲线相互平行(即1s前工作状态)可知移相PWM方法使得每个电池以相同的速度放电，在1s时检测到电池组SOC初值分别为：SOC_a1＝90.001％，SOC_a2＝90.0％，SOC_a3＝89.999％，SOC_b1＝89.997％，SOC_b2＝89.999％，SOC_b3＝89.998％，SOC_c1＝89.999％，SOC_c2＝89.998％，SOC_c3＝90.0％。

根据选择的电池参数和设定的系统功率，选取K₁＝1，K₀＝400，放电过程中应用上述储能系统荷电状态的均衡方法进行SOC相间相内均衡结果如图9(a)、9(b)、9(c)以及9(d)所示。正向放电状态下，根据各电池模块SOC大小的不同，各级调制波幅值不同，电池SOC最大的调制波幅值大，放电速度最快，使SOC下降最快；电池SOC最小的调制波幅值小，放电速度最慢，使SOC下降最慢；进行这种差异性放电，使得所有不同初始SOC在时间t内下降到同一个值，实现了各电池模块SOC的自均衡调节。

同理，应用上述储能系统荷电状态的均衡方法可实现电池组反向充电自均衡控制，均衡控制结果如图10(a)、10(b)、10(c)以及10(d)所示。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种储能系统荷电状态的均衡装置，如下面的实施例所述。由于储能系统荷电状态的均衡装置解决问题的原理与储能系统荷电状态的均衡方法相似，因此储能系统荷电状态的均衡装置的实施可以参见储能系统荷电状态的均衡方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图11是本发明实施例的储能系统荷电状态的均衡装置的一种结构框图，如图11所示，包括：荷电状态平均值计算模块1101、第一三角形构成模块1102、第二三角形构成模块1103、参考零序电压计算模块1104以及相间均衡模块1105，下面对该结构进行说明。

荷电状态平均值计算模块1101，用于对于电网三相电路分别接入的储能单元，分别计算每一相电路上所有储能单元的荷电状态值的平均值，得到每一相电路对应的荷电状态平均值，计算三相电路对应的荷电状态平均值的平均值，得到三相电路的荷电状态平均值；

第一三角形构成模块1102，与荷电状态平均值计算模块1101连接，用于以三相电路的荷电状态平均值为中线构成第一三角形，得到第一三角形重心相量；

第二三角形构成模块1103，与第一三角形构成模块1102连接，用于以三相电路分别对应的荷电状态平均值为中线构成第二三角形，得到第二三角形重心相量；

参考零序电压计算模块1104，与第二三角形构成模块1103连接，用于根据所述第一三角形重心相量和所述第二三角形重心相量计算参考零序电压；

相间均衡模块1105，与参考零序电压计算模块1104连接。用于在三相电路的电压上分别叠加所述参考零序电压。

在一个实施例中，所述荷电状态平均值计算模块1101，包括：

第一计算单元，用于通过以下公式计算每一相电路对应的荷电状态平均值：

${\mathrm{SOC}}_j=\frac{1}{n}({\mathrm{SOC}}_{j1}+{\mathrm{SOC}}_{j2}+...+{\mathrm{SOC}}_{jn})$

其中，SOC_j是第j相电路对应的荷电状态平均值，j＝a,b,c，n是第j相电路上储能单元的个数，n是正整数，SOC_jn是第j相电路上第n个储能单元的荷电状态值；

第二计算单元，用于通过以下公式计算三相电路对应的荷电状态平均值的平均值，得到三相电路的荷电状态平均值：

$\stackrel{\&OverBar;}{SOC}=\frac{1}{3}({\mathrm{SOC}}_a+{\mathrm{SOC}}_b+{\mathrm{SOC}}_c)$

其中，是三相电路的荷电状态平均值。

在一个实施例中，所述参考零序电压计算模块1104通过以下公式根据所述第一三角形重心相量和所述第二三角形重心相量计算参考零序电压：

V₀＝K₁K₀(V_r-V_r')

其中，V₀是参考零序电压，K₁是储能单元的充放电状态，K₀是比例系数，V_r是所述第一三角形重心相量，A_rm为相量or的幅值，为相量or的相角，δ为电流的相角，w是角频率，t是时间，V_r'是所述第二三角形重心相量，A_r'm为相量or’的幅值，为相量or’的相角，相量or是第一三角形重心相量，相量or’是第二三角形重心相量。

在一个实施例中，还包括：调制波分量计算模块，用于针对每一相电路上的储能单元，根据该相电路对应的荷电状态平均值和该相电路上各储能单元的荷电状态计算该相电路对应的调制波分量；相内均衡模块，用于对该相电路上各储能单元的调制波叠加所述调制波分量。

在一个实施例中，所述调制波分量计算模块通过以下公式计算该相电路对应的调制波分量：

$\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&CenterDot;}{V_{cji}}=k_1\&CenterDot;k_2\&CenterDot;{\mathrm{\&Delta;SOC}}_{ji}\&CenterDot;\stackrel{\&CenterDot;}{V_{cj}}$

其中，是第j相电路对应的调制波分量，j＝a,b,c，K₁是储能单元的充放电状态，K₀是比例系数，ΔSOC_ji是第j相电路对应的荷电状态平均值与第j相电路上第i个储能单元的荷电状态值之间的差值，ΔSOC_ji＝SOC_j-SOC_ji，SOC_j是第j相电路对应的荷电状态平均值，SOC_ji是第j相电路上第i个储能单元的荷电状态值，i＝1,2,...,n，n是正整数，V_cj是第j相电路原均衡状态下的调制波。

在本发明实施例中，通过计算每一相电路对应的荷电状态平均值和三相电路的荷电状态平均值，然后，以三相电路的荷电状态平均值为中线构成第一三角形，得到第一三角形重心相量，再以三相电路分别对应的荷电状态平均值为中线构成第二三角形，得到第二三角形重心相量，最后，根据第一三角形重心相量和第二三角形重心相量计算参考零序电压，实现了可以计算出基于荷电状态重心偏移的参考零序电压，进而在三相电路的电压上分别叠加该参考零序电压，通过叠加参考零序电压来实现相间荷电状态的均衡，与现有技术相比，避免查表运算和3/2变换等复杂耗时运算，减少了软件计算的负担。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种储能系统荷电状态的均衡方法，其特征在于，包括：

对于电网三相电路分别接入的储能单元，分别计算每一相电路上所有储能单元的荷电状态值的平均值，得到每一相电路对应的荷电状态平均值，计算三相电路对应的荷电状态平均值的平均值，得到三相电路的荷电状态平均值；

以三相电路的荷电状态平均值为中线构成第一三角形，得到第一三角形重心相量；

以三相电路分别对应的荷电状态平均值为中线构成第二三角形，得到第二三角形重心相量；

根据所述第一三角形重心相量和所述第二三角形重心相量计算参考零序电压；

在三相电路的电压上分别叠加所述参考零序电压。

2.如权利要求1所述的储能系统荷电状态的均衡方法，其特征在于，通过以下公式计算每一相电路对应的荷电状态平均值：

${\mathrm{SOC}}_j=\frac{1}{n}({\mathrm{SOC}}_{j1}+{\mathrm{SOC}}_{j2}+...+{\mathrm{SOC}}_{jn})$

其中，SOC_j是第j相电路对应的荷电状态平均值，j＝a,b,c，n是第j相电路上储能单元的个数，n是正整数，SOC_jn是第j相电路上第n个储能单元的荷电状态值；

通过以下公式计算三相电路对应的荷电状态平均值的平均值，得到三相电路的荷电状态平均值：

$\stackrel{\&OverBar;}{SOC}=\frac{1}{3}({\mathrm{SOC}}_a+{\mathrm{SOC}}_b+{\mathrm{SOC}}_c)$

其中，是三相电路的荷电状态平均值。

3.如权利要求1所述的储能系统荷电状态的均衡方法，其特征在于，通过以下公式根据所述第一三角形重心相量和所述第二三角形重心相量计算参考零序电压：

V₀＝K₁K₀(V_r-V_r')

其中，V₀是参考零序电压，K₁是储能单元的充放电状态，K₀是比例系数，V_r是所述第一三角形重心相量，A_rm为相量or的幅值，为相量or的相角，δ为电流的相角，w是角频率，t是时间，V_r'是所述第二三角形重心相量，A_r'm为相量or’的幅值，为相量or’的相角，相量or是第一三角形重心相量，相量or’是第二三角形重心相量。

4.如权利要求1至3中任一项所述的储能系统荷电状态的均衡方法，其特征在于，还包括：

针对每一相电路上的储能单元，根据该相电路对应的荷电状态平均值和该相电路上各储能单元的荷电状态计算该相电路对应的调制波分量；

对该相电路上各储能单元的调制波叠加所述调制波分量。

5.如权利要求4所述的储能系统荷电状态的均衡方法，其特征在于，通过以下公式计算该相电路对应的调制波分量：

$\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&CenterDot;}{V_{cji}}=k_1\&CenterDot;k_2\&CenterDot;{\mathrm{\&Delta;SOC}}_{ji}\&CenterDot;\stackrel{\&CenterDot;}{V_{cj}}$

其中，是第j相电路对应的调制波分量，j＝a,b,c，K₁是储能单元的充放电状态，K₂是比例系数，ΔSOC_ji是第j相电路对应的荷电状态平均值与第j相电路上第i个储能单元的荷电状态值之间的差值，ΔSOC_ji＝SOC_j-SOC_ji，SOC_j是第j相电路对应的荷电状态平均值，SOC_ji是第j相电路上第i个储能单元的荷电状态值，i＝1,2,...,n，n是正整数，V_cj是第j相电路原均衡状态下的调制波。

6.一种储能系统荷电状态的均衡装置，其特征在于，包括：

荷电状态平均值计算模块，用于对于电网三相电路分别接入的储能单元，分别计算每一相电路上所有储能单元的荷电状态值的平均值，得到每一相电路对应的荷电状态平均值，计算三相电路对应的荷电状态平均值的平均值，得到三相电路的荷电状态平均值；

第一三角形构成模块，用于以三相电路的荷电状态平均值为中线构成第一三角形，得到第一三角形重心相量；

第二三角形构成模块，用于以三相电路分别对应的荷电状态平均值为中线构成第二三角形，得到第二三角形重心相量；

参考零序电压计算模块，用于根据所述第一三角形重心相量和所述第二三角形重心相量计算参考零序电压；

相间均衡模块，用于在三相电路的电压上分别叠加所述参考零序电压。

7.如权利要求6所述的储能系统荷电状态的均衡装置，其特征在于，所述荷电状态平均值计算模块，包括：

第一计算单元，用于通过以下公式计算每一相电路对应的荷电状态平均值：

${\mathrm{SOC}}_j=\frac{1}{n}({\mathrm{SOC}}_{j1}+{\mathrm{SOC}}_{j2}+...+{\mathrm{SOC}}_{jn})$

其中，SOC_j是第j相电路对应的荷电状态平均值，j＝a,b,c，n是第j相电路上储能单元的个数，n是正整数，SOC_jn是第j相电路上第n个储能单元的荷电状态值；

第二计算单元，用于通过以下公式计算三相电路对应的荷电状态平均值的平均值，得到三相电路的荷电状态平均值：

$\stackrel{\&OverBar;}{SOC}=\frac{1}{3}({\mathrm{SOC}}_a+{\mathrm{SOC}}_b+{\mathrm{SOC}}_c)$

其中，是三相电路的荷电状态平均值。

8.如权利要求6所述的储能系统荷电状态的均衡装置，其特征在于，所述参考零序电压计算模块通过以下公式根据所述第一三角形重心相量和所述第二三角形重心相量计算参考零序电压：

V₀＝K₁K₀(V_r-V_r')

其中，V₀是参考零序电压，K₁是储能单元的充放电状态，K₀是比例系数，V_r是所述第一三角形重心相量，A_rm为相量or的幅值，为相量or的相角，δ为电流的相角，w是角频率，t是时间，V_r'是所述第二三角形重心相量，A_r'm为相量or’的幅值，为相量or’的相角，相量or是第一三角形重心相量，相量or’是第二三角形重心相量。

9.如权利要求6至8中任一项所述的储能系统荷电状态的均衡装置，其特征在于，还包括：

调制波分量计算模块，用于针对每一相电路上的储能单元，根据该相电路对应的荷电状态平均值和该相电路上各储能单元的荷电状态计算该相电路对应的调制波分量；

相内均衡模块，用于对该相电路上各储能单元的调制波叠加所述调制波分量。

10.如权利要求9所述的储能系统荷电状态的均衡装置，其特征在于，所述调制波分量计算模块通过以下公式计算该相电路对应的调制波分量：

$\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&CenterDot;}{V_{cji}}=k_1\&CenterDot;k_2\&CenterDot;{\mathrm{\&Delta;SOC}}_{ji}\&CenterDot;\stackrel{\&CenterDot;}{V_{cj}}$

其中，是第j相电路对应的调制波分量，j＝a,b,c，K₁是储能单元的充放电状态，K₂是比例系数，ΔSOC_ji是第j相电路对应的荷电状态平均值与第j相电路上第i个储能单元的荷电状态值之间的差值，ΔSOC_ji＝SOC_j-SOC_ji，SOC_j是第j相电路对应的荷电状态平均值，SOC_ji是第j相电路上第i个储能单元的荷电状态值，i＝1,2,...,n，n是正整数，V_cj是第j相电路原均衡状态下的调制波。