CN106953379A - 一种并联储能电池荷电状态的均衡控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种并联储能电池荷电状态的均衡控制方法及装置，包括采集储能电站中各并联储能电池的荷电状态SOC值，并采用希尔排序法对荷电状态SOC值进行排序；检测排序后的荷电状态SOC值是否越限；最后根据检测结果分配储能电池的充放电功率。本方案的提出有效解决了目前并联储能电池荷电状态SOC中存在的不均衡问题。

Description

一种并联储能电池荷电状态的均衡控制方法及装置

技术领域

本发明属于储能技术领域，具体涉及一种并联储能电池荷电状态的均衡控制方法及装置。

背景技术

近年来，随着国家大力提倡新能源发电，我国新能源发电尤其是光伏、风力发电得到快速发展，然而由于光伏、风力发电具有其波动性和间歇性，它们的接入也给电力系统带来新的问题，而储能被认为是一种有效的解决手段。

在西北、西藏等风光资源富集地区，有许多大规模光伏电站或风电场，它们对电力系统产生的影响主要有：对有功频率特性的影响、对无功电压特性的影响、对功角稳定性的影响、对小扰动稳定的影响、对电能质量的影响等等。

为解决大规模光伏电站或风电场给系统带来的问题，需要配置大容量的储能电站。在大容量电池技术尚不成熟的情况下，这些储能电站通常由多个储能电池单元并联而成，这些储能电池单元都是以所需功率除以储能单元个数为指令进行充放电的。这种充放电策略具有简单易实现的特点，但是也会导致储能电池的荷电状态(SOC)产生不均衡的情况，甚至导致储能电池的过充或过放，影响储能电池的效率和使用寿命。因此，为了解决上述问题，需要一种可以均衡各储能电池单元荷电状态的控制策略。

发明内容

针对上述目前并联储能电池SOC存在的不均衡问题，本发明提出了一种储能电池荷电状态的均衡控制方法及装置。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种并联储能电池荷电状态的均衡控制方法，所述方法包括以下步骤：

采集储能电站中各并联储能电池的荷电状态SOC值，并采用希尔排序法对荷电状态SOC值进行排序；

检测排序后的荷电状态SOC值是否越限；

根据检测结果分配储能电池的充放电功率。

优选的，所述储能电站包括与隔离变压器连接的n条并联支路；所述并联支路包括依次连接的三相并网接触器、逆变器和储能电池。

优选的，所述采用希尔排序法对SOC值进行排序包括：

对从序列x_m＝1＜x_m-1＜…＜x₂＜x₁中选取的各增量进行由小至大排序；

所述选取增量的步骤包括：

a.确定需要排序的SOC值数量，即并联储能电池单元的个数m；

b.根据增量选取条件，将小于m的整数x₁作为初始增量，将任意两两差值为x₁的倍数的SOC值归为一组，对每组中全部元素进行直接插入排序；

其中，所述增量选取条件为：初次选取时，取所述序列x_m＝1＜x_m-1＜…＜x₂＜x₁的一半为增量，之后的选取逐次减半。

优选的，所述检测排序后的荷电状态SOC值是否越限包括：

将储能电池的荷电状态SOC值划分为5个区间，分别为：[0,SOC_min)、[SOC_min，SOC_low)、[SOC_low,SOC_high]、(SOC_high,SOC_max]、(SOC_max,1]；其中，SOC_min、SOC_low、SOC_high、SOC_max均为临界值；

将储能电池的荷电状态SOC值分别与四个临界值进行比较。

优选的，所述根据检测结果分配储能电池的充放电功率包括：

若储能电池的荷电状态SOC处于正常范围内SOC∈[SOC_low,SOC_high]，通过式(1)分配各储能电池的充放电功率：

上式中，SOC_i为第i个储能电池的荷电状态，P_i为第i个储能电池的充放电功率大小，n为储能电池个数；

若有SOC∈[SOC_min，SOC_low)或(SOC_high,SOC_max]，则通过式(2)分配落入该范围内的各储能电池的充放电功率；

上式中，α为比例系数，取值为0～1，即SOC处于上述区间的储能电池出力缩小1/α倍，K为SOC值在所述区间内的储能电池标号集合；

若有SOC∈[0,SOC_min)或(SOC_max,1]，则所述储能电池不动作。

一种并联储能电池荷电状态的均衡控制装置，所述装置包括：

采集模块，用于采集储能电站中各并联储能电池的荷电状态SOC值，并采用希尔排序法对荷电状态SOC值进行排序；

检测模块，用于检测排序后的荷电状态SOC值是否越限；

处理模块，根据检测结果分配储能电池的充放电功率。

优选的，所述采集模块包括：

排序单元，用于对从序列x_m＝1＜x_m-1＜…＜x₂＜x₁中选取的各增量进行由小至大排序；

所述排序单元包括：

第一排序子单元，用于确定需要排序的SOC值数量，即并联储能电池单元的个数m；

第二排序子单元，用于根据增量选取条件，将小于m的整数x₁作为初始增量，将任意两两差值为x₁的倍数的SOC值归为一组，对每组中全部元素进行直接插入排序；

其中，所述增量选取条件为：初次选取时，取所述序列x_m＝1＜x_m-1＜…＜x₂＜x₁的一半为增量，之后的选取逐次减半。

获取单元，用于确定需要排序的SOC值数量，即并联储能电池单元的个数m；

排序单元，用于根据增量选取条件，将小于m的整数x₁作为初始增量，将任意两两差值为x₁的倍数的SOC值归为一组，对每组中全部元素进行直接插入排序；

收敛单元，用于选取下一个增量，通过排序单元进行排序，直至选取的增量x_m＝1＜x_m-1＜…＜x₂＜x₁，则排序完成。

进一步地，所述增量选取条件为：初次选取时，取序列的一半为增量，之后的选取逐次减半。

优选的，所述检测模块包括：

设置单元，用于将储能电池的荷电状态SOC值划分为5个区间，分别为：[0,SOC_min)、[SOC_min，SOC_low)、[SOC_low,SOC_high]、(SOC_high,SOC_max]、(SOC_max,1]；其中，SOC_min、SOC_low、SOC_high、SOC_max均为临界值；

比较单元，用于将储能电池的荷电状态SOC值分别与四个临界值进行比较。

优选的，所述处理模块包括：

第一处理单元，用于若储能电池的荷电状态SOC处于正常范围内SOC∈[SOC_low,SOC_high]，通过式(1)分配各储能电池的充放电功率：

上式中，SOC_i为第i个储能电池的荷电状态，P_i为第i个储能电池的充放电功率大小，n为储能电池个数；

第二处理单元，用于若有SOC∈[SOC_min，SOC_low)或(SOC_high,SOC_max]，则通过式(2)分配落入该范围内的各储能电池的充放电功率；

上式中，α为比例系数，取值为0～1，即SOC处于上述区间的储能电池出力缩小1/α倍，K为SOC值在所述区间内的储能电池标号集合；

第三处理单元，用于若有SOC∈[0,SOC_min)或(SOC_max,1]，则所述储能电池不动作。

与最接近的现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种储能电池荷电状态的均衡控制方法及装置，通过采集储能电站中各并联储能电池的荷电状态SOC值，并采用希尔排序法对荷电状态SOC值进行排序；检测排序后的荷电状态SOC值是否越限；最后根据检测结果分配储能电池的充放电功率的方法有效解决了目前并联储能电池SOC存在的不均衡问题；

该技术方案优于目前存在的大规模储能电站中并联储能电池单元的充放电控制策略，可以均衡各储能电池的荷电状态，避免储能电池的过充或过放，延长其使用寿命，提升储能电站的整体效率和经济性。

附图说明

图1是本发明实施例中提供的并联储能电池接线示意图；

图2是本发明实施例中提供的并联储能电池均衡控制方法流程图；

图3是本发明实施例中提供的希尔排序法排列数据的示意图；

图4是本发明实施例中提供的储能电池SOC分区示意图；

图5是本发明实施例中提供的储能电池SOC与系数α之间的关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

一种并联储能电池荷电状态的均衡控制方法及装置，储能电站包括与隔离变压器连接的n条并联支路；所述并联支路包括依次连接的三相并网接触器、逆变器和储能电池。

如图1所示的并联储能电池系统的接线图，T₁～T_m代表m个并联的变压器，每个变压器连接i个并联的储能电池和逆变器。

如图2所示，所述并联储能电池荷电状态的均衡控制方法包括以下步骤：

采集储能电站中各并联储能电池的荷电状态SOC值，并采用希尔排序法对荷电状态SOC值进行排序；如图3的希尔排序法的数据分组示意图。

对从序列x_m＝1＜x_m-1＜…＜x₂＜x₁中选取的各增量进行由小至大排序；

所述选取增量的步骤包括：

a.确定需要排序的SOC值数量，即并联储能电池单元的个数m；

b.根据增量选取条件，将小于m的整数x₁作为初始增量，将任意两两差值为x₁的倍数的SOC值归为一组，对每组中全部元素进行直接插入排序；

其中，增量选取条件为：初次选取时，取序列x_m＝1＜x_m-1＜…＜x₂＜x₁的一半为增量，之后的选取逐次减半。

如图4所示，检测排序后的荷电状态SOC值是否越限；

将储能电池的荷电状态SOC值划分为5个区间，分别为：[0,SOC_min)、[SOC_min，SOC_low)、[SOC_low,SOC_high]、(SOC_high,SOC_max]、(SOC_max,1]；其中，SOC_min、SOC_low、SOC_high、SOC_max均为临界值；

将储能电池的荷电状态SOC值分别与四个临界值进行比较。

如图5所示，根据检测结果分配储能电池的充放电功率。

若储能电池的荷电状态SOC处于正常范围内SOC∈[SOC_low,SOC_high]，通过式(1)分配各储能电池的充放电功率：

上式中，SOC_i为第i个储能电池的荷电状态，P_i为第i个储能电池的充放电功率大小，n为储能电池个数；

若有SOC∈[SOC_min，SOC_low)或(SOC_high,SOC_max]，则通过式(2)分配落入该范围内的各储能电池的充放电功率；其余储能电池通过式(1)分配各储能电池的充放电功率。

上式中，α为比例系数，取值为0～1，即SOC处于上述区间的储能电池出力缩小1/α倍，K为SOC值在所述区间内的储能电池标号集合；

若有SOC∈[0,SOC_min)或(SOC_max,1]，则所述储能电池不动作；SOC∈[SOC_min，SOC_low)或(SOC_high,SOC_max]范围内的储能电池充放电功率乘以系数α，其余储能电池也通过式(1)分配各储能电池的充放电功率。

基于同一发明构思，本发明还提出一种并联储能电池荷电状态的均衡控制装置，其包括：

采集模块，用于采集储能电站中各并联储能电池的荷电状态SOC值，并采用希尔排序法对荷电状态SOC值进行排序；

检测模块，用于检测排序后的荷电状态SOC值是否越限；

处理模块，根据检测结果分配储能电池的充放电功率。

采集模块包括：

排序单元，用于对从序列x_m＝1＜x_m-1＜…＜x₂＜x₁中选取的各增量进行由小至大排序；

所述排序单元包括：

第一排序子单元，用于确定需要排序的SOC值数量，即并联储能电池单元的个数m；

第二排序子单元，用于根据增量选取条件，将小于m的整数x₁作为初始增量，将任意两两差值为x₁的倍数的SOC值归为一组，对每组中全部元素进行直接插入排序；

其中，所述增量选取条件为：初次选取时，取所述序列x_m＝1＜x_m-1＜…＜x₂＜x₁的一半为增量，之后的选取逐次减半。

检测模块包括：

设置单元，用于将储能电池的荷电状态SOC值划分为5个区间，分别为：[0,SOC_min)、[SOC_min，SOC_low)、[SOC_low,SOC_high]、(SOC_high,SOC_max]、(SOC_max,1]；其中，SOC_min、SOC_low、SOC_high、SOC_max均为临界值；

比较单元，用于将储能电池的荷电状态SOC值分别与四个临界值进行比较。

处理模块包括：

第一处理单元，用于若储能电池的荷电状态SOC处于正常范围内SOC∈[SOC_low,SOC_high]，通过式(1)分配各储能电池的充放电功率：

上式中，SOC_i为第i个储能电池的荷电状态，P_i为第i个储能电池的充放电功率大小，n为储能电池个数；

第二处理单元，用于若有SOC∈[SOC_min，SOC_low)或(SOC_high,SOC_max]，则通过式(2)分配落入该范围内的各储能电池的充放电功率；

上式中，α为比例系数，取值为0～1，即SOC处于上述区间的储能电池出力缩小1/α倍，K为SOC值在所述区间内的储能电池标号集合；

第三处理单元，用于若有SOC∈[0,SOC_min)或(SOC_max,1]，则所述储能电池不动作。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种并联储能电池荷电状态的均衡控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

采集储能电站中各并联储能电池的荷电状态SOC值，并采用希尔排序法对荷电状态SOC值进行排序；

检测排序后的荷电状态SOC值是否越限；

根据检测结果分配储能电池的充放电功率。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述储能电站包括与隔离变压器连接的n条并联支路；所述并联支路包括依次连接的三相并网接触器、逆变器和储能电池。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用希尔排序法对SOC值进行排序包括：

对从序列x_m＝1＜x_m-1＜…＜x₂＜x₁中选取的各增量进行由小至大排序；

所述选取增量的步骤包括：

a.确定需要排序的SOC值数量，即并联储能电池单元的个数m；

b.根据增量选取条件，将小于m的整数x₁作为初始增量，将任意两两差值为x₁的倍数的SOC值归为一组，对每组中全部元素进行直接插入排序；

其中，所述增量选取条件为：初次选取时，取所述序列x_m＝1＜x_m-1＜…＜x₂＜x₁的一半为增量，之后的选取逐次减半。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测排序后的荷电状态SOC值是否越限包括：

将储能电池的荷电状态SOC值划分为5个区间，分别为：[0,SOC_min)、[SOC_min，SOC_low)、[SOC_low,SOC_high]、(SOC_high,SOC_max]、(SOC_max,1]；其中，SOC_min、SOC_low、SOC_high、SOC_max均为临界值；

将储能电池的荷电状态SOC值分别与四个临界值进行比较。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据检测结果分配储能电池的充放电功率包括：

若储能电池的荷电状态SOC处于正常范围内SOC∈[SOC_low,SOC_high]，通过式(1)分配各储能电池的充放电功率：

$P_i=\frac{{\mathrm{SOC}}_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{SOC}}_i}\×P;---\left(1\right)$

上式中，SOC_i为第i个储能电池的荷电状态，P_i为第i个储能电池的充放电功率大小，n为储能电池个数；

若有SOC∈[SOC_min，SOC_low)或(SOC_high,SOC_max]，则通过式(2)分配落入该范围内的各储能电池的充放电功率；

$P_k=\mathrm{\α}\×\frac{{\mathrm{SOC}}_k}{\underset{k\∈K}{\Σ}{\mathrm{SOC}}_k}\×P---\left(2\right)$

上式中，α为比例系数，取值为0～1，即SOC处于上述区间的储能电池出力缩小1/α倍，K为SOC值在所述区间内的储能电池标号集合；

若有SOC∈[0,SOC_min)或(SOC_max,1]，则所述储能电池不动作。

6.一种并联储能电池荷电状态的均衡控制装置，其特征在于，所述装置包括：

采集模块，用于采集储能电站中各并联储能电池的荷电状态SOC值，并采用希尔排序法对荷电状态SOC值进行排序；

检测模块，用于检测排序后的荷电状态SOC值是否越限；

处理模块，根据检测结果分配储能电池的充放电功率。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述采集模块包括：

排序单元，用于对从序列x_m＝1＜x_m-1＜…＜x₂＜x₁中选取的各增量进行由小至大排序；

所述排序单元包括：

第一排序子单元，用于确定需要排序的SOC值数量，即并联储能电池单元的个数m；

第二排序子单元，用于根据增量选取条件，将小于m的整数x₁作为初始增量，将任意两两差值为x₁的倍数的SOC值归为一组，对每组中全部元素进行直接插入排序；

其中，所述增量选取条件为：初次选取时，取所述序列x_m＝1＜x_m-1＜…＜x₂＜x₁的一半为增量，之后的选取逐次减半。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述检测模块包括：

设置单元，用于将储能电池的荷电状态SOC值划分为5个区间，分别为：[0,SOC_min)、[SOC_min，SOC_low)、[SOC_low,SOC_high]、(SOC_high,SOC_max]、(SOC_max,1]；其中，SOC_min、SOC_low、SOC_high、SOC_max均为临界值；

比较单元，用于将储能电池的荷电状态SOC值分别与四个临界值进行比较。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理模块包括：

第一处理单元，用于若储能电池的荷电状态SOC处于正常范围内SOC∈[SOC_low,SOC_high]，通过式(1)分配各储能电池的充放电功率：

$P_i=\frac{{\mathrm{SOC}}_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{SOC}}_i}\×P;---\left(1\right)$

上式中，SOC_i为第i个储能电池的荷电状态，P_i为第i个储能电池的充放电功率大小，n为储能电池个数；

第二处理单元，用于若有SOC∈[SOC_min，SOC_low)或(SOC_high,SOC_max]，则通过式(2)分配落入该范围内的各储能电池的充放电功率；

$P_k=\mathrm{\α}\×\frac{{\mathrm{SOC}}_k}{\underset{k\∈K}{\Σ}{\mathrm{SOC}}_k}\×P---\left(2\right)$

上式中，α为比例系数，取值为0～1，即SOC处于上述区间的储能电池出力缩小1/α倍，K为SOC值在所述区间内的储能电池标号集合；

第三处理单元，用于若有SOC∈[0,SOC_min)或(SOC_max,1]，则所述储能电池不动作。