CN107919674A - 一种储能电池的均衡控制方法和装置 - Google Patents

一种储能电池的均衡控制方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN107919674A
CN107919674A CN201711308038.5A CN201711308038A CN107919674A CN 107919674 A CN107919674 A CN 107919674A CN 201711308038 A CN201711308038 A CN 201711308038A CN 107919674 A CN107919674 A CN 107919674A
Authority
CN
China
Prior art keywords
state
charge
energy
power conversion
storage battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201711308038.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107919674B (zh
Inventor
吴志鹏
许贤昶
吴胜兵
李继华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangzhou Chi Guang Energy Storage Technology Co Ltd
GUANGZHOU ZHIGUANG ELECTRIC CO Ltd
Original Assignee
Guangzhou Chi Guang Energy Storage Technology Co Ltd
GUANGZHOU ZHIGUANG ELECTRIC CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangzhou Chi Guang Energy Storage Technology Co Ltd, GUANGZHOU ZHIGUANG ELECTRIC CO Ltd filed Critical Guangzhou Chi Guang Energy Storage Technology Co Ltd
Priority to CN201711308038.5A priority Critical patent/CN107919674B/zh
Publication of CN107919674A publication Critical patent/CN107919674A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107919674B publication Critical patent/CN107919674B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4207—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0018—Circuits for equalisation of charge between batteries using separate charge circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本申请公开了一种储能电池的均衡控制方法和装置。所述方法包括：根据功率变换链路的储能电池的荷电状态值计算每条功率变换链路的荷电状态值，并根据每条功率变换链路的荷电状态值和每个储能电池的荷电状态值计算每个储能电池的荷电状态不均衡度；根据每个储能电池的荷电状态不均衡度计算叠加在每个功率变换单元交流侧输出电压的交流分量值；将计算得到的所述每个交流分量值叠加到相应的功率变换单元交流侧输出电压中，实现相内电池均衡控制。本申请通过在各功率变换单元交流侧电压叠加一个相应的分量来实现相内电池的均衡控制。

Description

一种储能电池的均衡控制方法和装置
技术领域
本申请涉及大规模储能技术领域，特别涉及一种储能电池的均衡控制方法和装置。
背景技术
随着可再生能源越来越多的出现在我们的生产生活当中，风力发电和太阳能发电此类具有随机性、波动性和间歇性的可再生能源大规模接入给电网调峰、运行控制和供电质量等都带来巨大挑战。大规模储能技术能够有效提升电网接纳清洁能源的能力，能够解决“间歇式可再生能源发电直接并网对电网冲击”的问题，将有助于可再生能源的快速发展，提高可再生能源在电网中的渗透率，是构建智能电网、促进分布式能源消纳和微电网功率平衡的重要组成部分。
其中电化学储能在大规模储能领域发展迅速，而荷电状态(State of Charge，SOC)是表征电化学电池剩余容量的重要参数，其表达式为
大规模电化学储能中储能电池的成本占据了很大的比重，因此储能电池的使用寿命和可用容量对于电化学储能系统的价值至关重要，直接关系到大规模储能系统的经济性和可靠性。储能电池在功率器件差异、输出三相电压不平衡等情况下，导致充放电中的不均衡，以及电池单体本身的差异性也会导致储能电池在系统运行一段时间后SOC出现不均衡。
级联型储能系统的级联式拓扑有对应于三相电网的三条链路，每一条链路都采用模块化的功率变换单元交流侧串联而成，每一个功率变换单元的直流侧均连接了一个储能电池，各储能电池之间相对独立，储能电池内部由电池管理系统(Battery ManagementSystem，BMS)负责内部电池单元间的均衡，这属于电池底层的均衡控制，但各相内的储能电池之间，以及三相相间的储能电池之间的上层均衡控制目前还没有成熟的技术和产品来实现。
发明内容
本申请提供了一种储能电池的均衡控制方法和装置，以解决现有均衡控制策略难以胜任大规模储能系统中电化学储能电池的均衡的问题。
为达到上述目的，本申请的技术方案是这样实现的：
一方面，本申请提供了一种应用于级联型储能系统，级联型储能系统包括连接在三相电网和储能电池之间的三条功率变换链路，每条功率变换链路包括多个功率变换单元，每个功率变换单元的交流侧相互串联，每个功率变换单元的直流侧彼此独立，并分别连接各自的储能电池；所述方法包括：
根据功率变换链路的储能电池的荷电状态值计算每条功率变换链路的荷电状态值，并根据每条功率变换链路的荷电状态值和每个储能电池的荷电状态值计算每个储能电池的荷电状态不均衡度；
根据每个储能电池的荷电状态不均衡度计算叠加在每个功率变换单元交流侧输出电压的交流分量值；
将计算得到的所述每个交流分量值叠加到相应的功率变换单元交流侧输出电压中，实现相内电池均衡控制。
另一方面，本申请提供了一种应用于级联型储能系统，级联型储能系统包括连接在三相电网和储能电池之间的三条功率变换链路，每条功率变换链路包括多个功率变换单元，每个功率变换单元的交流侧相互串联，每个功率变换单元的直流侧彼此独立，并分别连接各自的储能电池；所述装置包括：
均衡度计算单元，用于根据功率变换链路的储能电池的荷电状态值计算每条功率变换链路的荷电状态值，并根据每条功率变换链路的荷电状态值和每个储能电池的荷电状态值计算每个储能电池的荷电状态不均衡度；
叠加电压计算单元，用于根据每个储能电池的荷电状态不均衡度计算叠加在每个功率变换单元交流侧输出电压的交流分量值；
控制单元，用于将计算得到的所述每个交流分量值叠加到相应的功率变换单元交流侧输出电压中，实现相内电池均衡控制。
本申请的有益效果是：本申请针对基于级联型储能系统的拓扑结构，每个储能电池独立工作，彼此之间没有直接联系，通过使储能电池放电时，各功率变换单元输出功率与各自相连的储能电池的荷电状态值成正相关性，储能电池充电时，各功率变换单元输出功率与各自相连的储能电池的荷电状态值成负相关性，来达到相内均衡控制的目的；由于级联型储能系统中每一相流过各个功率变换单元的电流相同，因此对于功率变换单元的功率控制就转化为了电压控制，通过在各功率变换单元交流侧电压叠加一个相应的分量来实现相内电池荷电状态均衡控制。
附图说明
图1为本申请实施例提供的级联型储能系统的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的储能电池的均衡控制方法流程图；
图3为本申请实施例提供的相内电池均衡控制策略示意图；
图4为本申请实施例提供的利用零序电压进行相间电池均衡控制的原理图；
图5为本申请实施例提供的三相荷电状态不均衡度在αβ轴的分解示意图；
图6为本申请实施例提供的相间电池均衡控制策略示意图；
图7为本申请实施例提供的储能系统采用相内和相间电池均衡控制策略的示意图；
图8为本申请实施例提供的储能电池的均衡控制装置结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
本申请的整体技术构思是：基于级联型储能系统的拓扑结构，每个储能电池独立工作，彼此之间没有直接联系，利用一定的控制策略，使储能电池放电时，各功率变换单元输出功率与各自相连的储能电池的荷电状态值成正相关性，储能电池充电时，各功率变换单元输出功率与各自相连的储能电池的荷电状态值成负相关性，以达到相内均衡控制的目的；由于级联型储能系统中每一相流过各个功率变换单元的电流相同，因此对于功率变换单元的功率控制就转化为了电压控制，相内储能电池的荷电状态的均衡可以在各功率变换单元交流侧电压叠加一个相应的分量来实现。
本申请中的级联型储能系统包括：连接在三相电网和储能电池之间的三条功率变换链路，每条功率变换链路包括多个功率变换单元，每个功率变换单元的交流侧相互串联，每个功率变换单元的直流侧彼此独立，并分别连接各自的储能电池。本申请实施例为便于描述，与三相电网的a相相连接的功率变换链路称为a相功率变换链路，相应的，与三相电网的b相、c相相连接的功率变换链路对应地称为b相功率变换链路、c相功率变换链路。
图1为本申请实施例提供的级联型储能系统的结构示意图，如图1所示，本本申请实施例中的三相电网的电压等级可以是三相6KV、10KV乃至 35KV，可以给储能系统供电也可以从储能系统中汲取电能。
储能电池是本申请实施例中的能量存储设备，主要包含了锂电池、铅酸电池、铅碳电池等电化学介质的二次电池，本申请实施例的储能电池可以是以上一种电池，也可以是两种以上的上述电池的混用；需要注意的是，与一个功率变换单元连接的储能电池只能是同一种，各个功率变换单元之间的储能电池可以不同。
本实施例中的储能系统还包括并网电抗器，由三条支路构成，分别连接着三条功率变换链路，并网电抗器主要起到限流和滤波的作用，因为本申请实施例的量储能系统采用链式拓扑结构，等效开关频率很高，输出电压波形接近于正弦波，因此可以取消传统的LCL滤波器，采用并网电抗器即可。
功率变换链路是储能系统的核心，连接着三相电网和储能电池，是储能系统的能量传输和变换的执行机构，负责将电网中的电存储到储能电池中，或者将储能电池中的电释放到电网；功率变换链路可以实现调峰调频、应急供电、后备电源、平滑功率或者负荷曲线，以及改善电能质量等作用。本申请实施例中的功率变换链路是由三条支路组成，如图1所示，三条支路示例性地组成星型连接，每条功率变换链路由N(N为大于2的整数，示例的N＝20) 个功率变换单元的交流输出侧串联而成，而功率变换单元的直流侧彼此独立，分别连接着一个储能电池，正是因为功率变换单元的交流输出侧串联，实现了无升压变压器的高电压输出。
图2为本申请实施例提供的储能电池的均衡控制方法流程图，本申请实施例的方法应用于上文的级联型储能系统。如图2所示，本申请实施例的方法包括：
S210，根据功率变换链路的储能电池的荷电状态值计算每条功率变换链路的荷电状态值，并根据每条功率变换链路的荷电状态值和每个储能电池的荷电状态值计算每个储能电池的荷电状态不均衡度。
本申请实施例从每个储能电池的电池管理系统获得每个储能电池的荷电状态值，利用每个储能电池的荷电状态值和标称容量计算每条功率变换链路的荷电状态值，将每条功率变换链路的荷电状态值与该功率变换链路的每个储能电池的荷电状态值的差值作为该储能电池的荷电状态不均衡度。
S220，根据每个储能电池的荷电状态不均衡度计算叠加在每个功率变换单元交流侧输出电压的交流分量值。
S230，将计算得到的所述每个交流分量值叠加到相应的功率变换单元交流侧输出电压中，实现相内电池均衡控制。
本申请针对基于级联型储能系统的拓扑结构，每个储能电池独立工作，彼此之间没有直接联系，通过使储能电池放电时，各功率变换单元输出功率与各自相连的储能电池的荷电状态值成正相关性，储能电池充电时，各功率变换单元输出功率与各自相连的储能电池的荷电状态值成负相关性，来达到相内均衡控制的目的；由于级联型储能系统中每相流过各个功率变换单元的电流相同，因此对于功率变换单元的功率控制就转化为了电压控制，通过在各功率变换单元交流侧电压叠加一个相应的分量来实现相内电池的均衡控制。
在本申请的一个实施例中，本申请预先建立的基波电压方程，所述基波电压方程包括基波电压相位角和基波电压有效值；利用预先建立的基波电压方程，根据每条功率变换链路的电流有效值和电流相位角，计算基波电压产生的附加功率；根据附加功率与储能电池的荷电状态不均衡度的设定关系，即附加功率与储能电池的荷电状态不均衡度成比例关系，计算得到基波电压相位角和基波电压有效值；根据基波电压相位角、基波电压有效值和储能电池的荷电状态不均衡度得到叠加在每个功率变换单元交流侧输出电压的交流分量值。
示例性地，每条功率变换链路内的各个储能电池的荷电状态值可以由储能电池的BMS得到，根据公式计算得到每条功率变换链路的荷电状态值：
上式中SOCa为a相功率变换链路的荷电状态值，Qa1、Qa2、...、QaN分别为a相功率变换链路的各个储能电池的标称容量，SOCa1、SOCa2、...、SOCaN分别为由各个储能电池内部BMS计算得到的荷电状态值，N为a相功率变换链路的储能电池的数量。需要注意的是，当Qa1、Qa2、...、QaN一致时，上式即为a相功率变换链路的各储能电池的荷电状态的算术平均。
同样的可以计算得到b相功率变换链路的荷电状态值SOCb，c相功率变换链路的荷电状态值SOCc。本实施例为便于描述，以计算叠加到a相功率变换链路的功率变换单元交流侧输出电压中的各个交流电压分量为例进行说明，对于叠加到b相功率变换链路和c相功率变换链路的功率变换单元交流侧输出电压中的各个交流电压分量的计算方法可以参考计算叠加到a相功率变换链路的功率变换单元交流侧输出电压中的各个交流电压分量的方法。
a相功率变换链路的各个储能电池的荷电状态不均衡度ΔSOCan可以表示为：
ΔSOCan＝SOCa-SOCan n＝(1～N)
本申请实施例预先建立的基波电压方程为其中V1an为基波电压v1an的有效值，为基波电压v1an的相位角，ω为电压角频率，ω＝2πf，f为电网电压频率。
基波电压产生的附加功率为其中，I为 a相电流有效值，δ为a相电流相位角，当功率因数为1时，δ也为a相电网电压的相位角。本实施例中的δ可以通过锁相环PPL得到。
本申请实施例利用附加功率P1an消除a相内的荷电状态不均衡度，设定附加功率P1an与a相内各功率变换单元的储能电池的荷电状态不均衡度成正比，即设定其中u为比例系数。
由上式可以得到即可计算得到叠加到a相功率变换链路的功率变换单元交流侧输出电压中的各个交流电压分量为：
v1an＝Ka·ΔSOCan·cos(ωt+δ)
上式中，为增益，Ka的取值范围为[-1,1]，Ka绝对值大小可根据储能系统的需要进行选择，Ka符号的选择原则为：储能系统充电时，Ka的符号取正号；储能系统放电时，Ka的符号取负号。示例性地，当本申请实施例各个储能电池采用的电池介质相同，且三相功率变换链路的容量一致时，此时Ka＝Kb＝Kc，本实施例中系统充电时Ka＝Kb＝Kc＝0.2；系统放电时， Ka＝Kb＝Kc＝-0.2。
依据上述计算方法可以得到叠加到b相功率变换链路的功率变换单元交流侧输出电压中的各个交流电压分量为叠加到c相功率变换链路的功率变换单元交流侧输出电压中的各个交流电压分量为
实际应用中，在进行相内电池均衡控制时，可以参考图3所示的相内电池均衡控制策略，将计算得到的abc三相的功率变换链路的荷电状态值 SOCa、SOCb和SOCc分别与各相内的储能电池的荷电状态值SOCan、SOCbn和 SOCcn做差，得到各个储能电池的荷电状态不均衡度ΔSOCan、ΔSOCbn和ΔSOCcn，将每相的各个储能电池的荷电状态不均衡度分别与该相的增益和余弦值相乘，得到叠加到abc三相的各个功率变换单元交流侧输出电压中的各个交流电压分量v1an、v1bn和v1cn，将得到的各个交流电压分量v1an、v1bn和v1cn叠加在相应功率变换单元交流侧输出电压中，由此实现相内电池均衡控制。
本申请在abc三相的相间储能电池的荷电状态不一致时，采用基于零序电压注入法的相间电池均衡控制来调节相间储能电池的荷电状态。本申请实施例的零序电压注入法的相间电池均衡控制是通过注入与基波相同频率的零序电压在系统的三相之间来调节功率，从而实现相间储能电池的荷电状态均衡。
在储能系统的各相电流不为零的情况下，零序电压可以在各相附加一个功率，通过改变零序电压的相位角即可控制该附加功率在各相上的分布，且由于三相电流之和为零，因此零序电压不影响储能系统的总功率。如图4所示的矢量图，三相电压Ua、Ub和Uc在附加一个零序电压v0后，abc三相输出电压产生变化，变为Ua’、Ub’和Uc’。因此，只要适当的选取零序电压 v0的幅值和相位角，即能达到控制相间功率均衡的目的。
在本申请的一个实施例中，图2中的方法还包括：
在每条功率变换链路的荷电状态值不相等时，根据每条功率变换链路的荷电状态值计算储能系统的荷电状态值，并根据储能系统的荷电状态值和每条功率变换链路的荷电状态值计算每条功率变换链路的荷电状态不均衡度。
其中，可以利用每个储能电池的标称容量计算每条功率变换链路的标称容量，根据每条功率变换链路的标称容量和荷电状态值计算储能系统的荷电状态值，将储能系统的荷电状态值与每条功率变换链路的荷电状态值的差值作为该条功率变换链路的荷电状态不均衡度。
根据每条功率变换链路的荷电状态不均衡度计算叠加在功率解耦控制后输出的三相参考电压上的零序电压，将计算得到的所述零序电压叠加到功率解耦控制后输出的三相参考电压上，实现相间电池均衡控制。
本实施例在abc三相相间储能电池之间的剩余容量不一致时，通过在储能系统中注入零序电压对储能系统三相之间的功率进行调节，实现储能系统的相间储能电池的均衡控制，实现对储能系统整体容量的输出能力的调整。
在本本申请的一个实施例中，预先建立零序电压方程，所述零序电压方程包括零序电压相位角和零序电压有效值；利用预先建立的零序电压方程并根据储能系统的三相对称电流，计算零序电压产生的附加功率；根据附加功率与功率变换链路的荷电状态不均衡度的设定关系，计算得到零序电压相位角和零序电压有效值；根据零序电压相位角、零序电压有效值和功率变换链路的荷电状态不均衡度得到叠加在功率解耦控制后输出的三相参考电压上的零序电压。
示例性地，可以根据下述公式对三条功率变换链路的荷电状态值SOCa、 SOCb和SOCc进行加权平均计算储能系统的荷电状态值SOC。
上式中，Qa为a相功率变换链路的各个储能电池的标称容量Qa1、Qa2、...、 QaN的和值，同样的，Qb和Qc分别为b相功率变换链路和c相功率变换链路的各个储能电池的标称容量的和值。
则本申请实施例中，abc三相的荷电状态不均衡度为：
本申请实施例预先建立的零序电压的方程为其中，V0为零序电压v0的电压有效值，θ为零序电压v0的电压相位角。
本申请实施例中的三相对称电流相应地为其中，I为三相电流的有效值，通常情况下，三相电流平衡；则零序电压产生的附加功率为
本申请实施例利用上述的附加功率消除相间的荷电状态不均衡，设定上述的附加功率与各相的荷电状态不均衡度成正比，即设定其中，λ为比例系数。
本申请实施例将三相的荷电状态不均衡度ΔSOCa、ΔSOCb和ΔSOCc构建为矢量，且用通用矢量ΔSOC表示。由于本申请实施例中的 SOCa+SOCb+SOCc＝0，本申请实施例采用等功率的克拉克Clark变换，将三相的荷电状态不均衡度投影到αβ轴，得到：
上式中，为在αβ轴的投影矢量，为由两相旋转坐标系转换为三相静止坐标系的坐标变换矢量。
本实施例设定通用矢量ΔSOC的幅值为ΔSOCm，相位角为γ，其中，
参考图5所示，本申请实施例构建的α轴与a轴重合，β轴为由α轴顺时针旋转90°得到。上式中ΔSOCm为通用矢量ΔSOC的模长，代表相间的荷电状态不均衡程度，γ为通用矢量ΔSOC与α轴的夹角，γ表征了相间的荷电状态不均衡程度在αβ轴上的分布情况。通过图4可以看出，本实施例中的通用矢量ΔSOC在abc三轴上的投影等于三相间的荷电状态不均衡程度，相应的，零序电压产生的附加功率可表示为：
由上式可以得到即可得到各相所叠加的零序电压v0为：
v0＝K0·ΔSOCm·cos(ωt+δ+γ)
上式中，为增益，δ为a相电流矢量与d轴的夹角，可以将三相电流iabc进行dq坐标变换得到的id和iq，由公式arctan(iq/id)得到a相电流矢量与d轴的夹角δ；K0的取值范围为[-1,1]，K0的绝对值大小决定了通过注入零序电压调节相间功率均衡的效率，K0的绝对值越大，零序电压的幅值越大，其附加功率也就越大，可以使整个不均衡系统在更短的时间内达到相间功率均衡的状态。K0符号的选择原则为：储能系统充电时，K0的符号取正号，如K0＝0.3；储能系统放电时，K0的符号取负号，如K0＝-0.3。
需要说明的是，K0不可过调制，K0的绝对值过大将导致储能系统输出电压产生较大畸变，影响系统安全；K0的绝对值过小，则调节效率过低，系统快速性得不到满足。在实际工程中，应设定均衡时间，并根据不同的不均衡度对应调节K0的绝对值。
实际应用中，在进行相间电池均衡控制时，可以参考图6所示的相间电池均衡控制策略，将储能系统的荷电状态值SOC分别与abc三相的荷电状态值SOCa、SOCb和SOCc相减，得到abc三相的荷电状态不均衡度ΔSOCa、ΔSOCb和ΔSOCc；将abc三相的荷电状态不均衡度ΔSOCa、ΔSOCb和ΔSOCc进行Clark 变换得到在αβ轴上的投影值ΔSOCα和ΔSOCβ，并依据该投影值得到通用矢量ΔSOC的幅值和相位角γ＝arctan(ΔSOCβ/ΔSOCα)；通过将三相电流iabc进行dq坐标变换得到的id和iq，由公式arctan(iq/id)得到a 相电流矢量与d轴的夹角δ；将得到的幅值ΔSOCm、相位角γ、δ乘以设定的增益K0得到零序电压v0，将得到的零序电压v0注入到功率解耦控制后输出的三相参考电压上，实现相间电池均衡控制。
图7为本申请实施例提供的储能系统采用相内和相间电池均衡控制策略的示意图，如图7所示，控制过程如下：
首先，根据每个储能电池的内部BMS得到的SOCa1～N、SOCb1～N和 SOCc1～N，经过加权平均之后得到abc三相的荷电状态值SOCa、SOCb和 SOCc；
然后，将上一步得到的三相荷电状态值SOCa、SOCb和SOCc通过加权平均后得到储能系统的荷电状态值SOC；
接着，根据abc三相的每一相中的各个储能电池的荷电状态值SOCa1～N、 SOCb1～N和SOCc1～N，和abc三相的荷电状态值SOCa、SOCb、SOCc进行相内电池均衡控制，得到各个储能电池相连的功率变换单元交流侧叠加的交流电压分量v1a1～N、v1b1～N和v1c1～N；
其次，根据采样得到的三相电压电流信号vabc和iabc，以及给定的有功无功指令P*和Q*，通过功率解耦控制，得到三相电流iabc的dq轴投影id和iq，用于计算三相电流有效值I，并得到三相电压参考值va*、vb*和vc*；
再次，根据上述步骤得到的三相荷电状态值SOCa、SOCb、SOCc，储能系统的荷电状态值SOC，id和iq，通过相间电池均衡控制得到零序电压v0；
最后，将零序电压分量v0叠加到三相电压参考值va*、vb*和vc*中，再各自分割为N等份后与相内均衡控制输出的基波电压分量v1a1～N、v1b1～N和v1c1～N叠加，得到最终的各个功率变换单元的参考电压va1～N*、vb1～N*和vc1～N*。
大规模储能是一个复杂的系统，涉及到众多的功率变换模块单元和电化学储能电池，本申请实施例结合大规模储能系统的三相级联式拓扑结构特点，从abc三相的相内储能电池之间和相间储能电池之间两个方面入手，分别设计相内功率变换单元交流侧基波电压分量叠加法和abc三相相间零序电压注入法的电池均衡控制技术，共同构成了大规模储能系统的上层均衡控制策略，从而大大降低了功率器件和储能电池本身的不一致性带来的电池荷电状态不均衡的影响，突破了大规模电化学储能的电池“短板效应”，提高了大规模储能系统的容量可用性，进而显著提高了储能系统的整体可靠性和经济性。
与储能电池的均衡控制方法相对应的，本申请实施例还提供了储能电池的均衡控制装置，本申请实施例的装置应用于级联型储能系统，所述级联型储能系统包括连接在三相电网和储能电池之间的三条功率变换链路，每条功率变换链路包括多个功率变换单元，每个功率变换单元的交流侧相互串联，每个功率变换单元的直流侧彼此独立，并分别连接各自的储能电池；其中，关于级联型储能系统的结构可参见上文描述，本申请实施例在此不再赘述。
图8为本申请实施例提供的储能电池的均衡控制装置结构示意图，如图 8所示，本申请实施例的装置包括：
均衡度计算单元81，用于根据功率变换链路的储能电池的荷电状态值计算每条功率变换链路的荷电状态值，并根据每条功率变换链路的荷电状态值和每个储能电池的荷电状态值计算每个储能电池的荷电状态不均衡度；
叠加电压计算单元82，用于根据每个储能电池的荷电状态不均衡度计算叠加在每个功率变换单元交流侧输出电压的交流分量值；
控制单元，用于将计算得到的所述每个交流分量值叠加到相应的功率变换单元交流侧输出电压中83，实现相内电池均衡控制。
在本申请的一个实施例中，均衡度计算单元81，用于从每个储能电池的电池管理系统获得每个储能电池的荷电状态值；利用每个储能电池的荷电状态值和标称容量计算每条功率变换链路的荷电状态值；将每条功率变换链路的荷电状态值与该功率变换链路的每个储能电池的荷电状态值的差值作为该储能电池的荷电状态不均衡度。
叠加电压计算单元82，用于利用预先建立的基波电压方程，根据每条功率变换链路的电流有效值和电流相位角，计算所述基波电压产生的附加功率，所述基波电压方程包括基波电压相位角和基波电压有效值；根据所述附加功率与所述储能电池的荷电状态不均衡度的设定关系，计算得到所述基波电压相位角和所述基波电压有效值；根据所述基波电压相位角、所述基波电压有效值和储能电池的荷电状态不均衡度得到叠加在每个功率变换单元交流侧输出电压的交流分量值。
在本申请的一个实施例中，图8中的装置还包括：注入电压计算单元；
均衡度计算单元81，还用于在每条功率变换链路的荷电状态值不相等时，根据每条功率变换链路的荷电状态值计算所述储能系统的荷电状态值，并根据所述储能系统的荷电状态值和每条功率变换链路的荷电状态值计算每条功率变换链路的荷电状态不均衡度；
注入电压计算单元，用于根据每条功率变换链路的荷电状态不均衡度计算叠加在功率解耦控制后输出的三相参考电压上的零序电压；
控制单元83，用于将计算得到的所述零序电压叠加到功率解耦控制后输出的每相参考电压上，实现相间电池均衡控制。
在本实施例中，均衡度计算单元81，进一步用于利用每个储能电池的标称容量计算每条功率变换链路的标称容量；根据每条功率变换链路的标称容量和荷电状态值计算所述储能系统的荷电状态值；将储能系统的荷电状态值与每条功率变换链路的荷电状态值的差值作为该条功率变换链路的荷电状态不均衡度。
注入电压计算单元，用于利用预先建立的零序电压方程并根据所述储能系统的三相对称电流，计算所述零序电压产生的附加功率，所述零序电压方程包括零序电压相位角和零序电压有效值；根据所述附加功率与所述功率变换链路的荷电状态不均衡度的设定关系，计算得到所述零序电压相位角和所述零序电压有效值；根据所述零序电压相位角、所述零序电压有效值和功率变换链路的荷电状态不均衡度得到叠加在功率解耦控制后输出的三相参考电压上的零序电压。
本申请装置实施例的各单元的具体工作方式可以参见本申请的方法实施例，本实施例在此不再赘述。
为了便于清楚描述本申请实施例的技术方案，在发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分，本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，在本申请的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本申请的目的，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种储能电池的均衡控制方法，其特征在于，应用于级联型储能系统，所述级联型储能系统包括连接在三相电网和储能电池之间的三条功率变换链路，每条功率变换链路包括多个功率变换单元，每个功率变换单元的交流侧相互串联，每个功率变换单元的直流侧彼此独立，并分别连接各自的储能电池；所述方法包括：
根据功率变换链路的储能电池的荷电状态值计算每条功率变换链路的荷电状态值，并根据每条功率变换链路的荷电状态值和每个储能电池的荷电状态值计算每个储能电池的荷电状态不均衡度；
根据每个储能电池的荷电状态不均衡度计算叠加在每个功率变换单元交流侧输出电压的交流分量值；
将计算得到的所述每个交流分量值叠加到相应的功率变换单元交流侧输出电压中，实现相内电池均衡控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据功率变换链路的储能电池的荷电状态值计算每条功率变换链路的荷电状态值，并根据每条功率变换链路的荷电状态值和每个储能电池的荷电状态值计算每个储能电池的荷电状态不均衡度包括：
从每个储能电池的电池管理系统获得每个储能电池的荷电状态值；
利用每个储能电池的荷电状态值和标称容量计算每条功率变换链路的荷电状态值；
将每条功率变换链路的荷电状态值与该功率变换链路的每个储能电池的荷电状态值的差值作为该储能电池的荷电状态不均衡度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据每个储能电池的荷电状态不均衡度计算叠加在每个功率变换单元交流侧输出电压的交流分量值，包括：
利用预先建立的基波电压方程，根据每条功率变换链路的电流有效值和电流相位角，计算所述基波电压产生的附加功率，所述基波电压方程包括基波电压相位角和基波电压有效值；
根据所述附加功率与所述储能电池的荷电状态不均衡度的设定关系，计算得到所述基波电压相位角和所述基波电压有效值；
根据所述基波电压相位角、所述基波电压有效值和储能电池的荷电状态不均衡度得到叠加在每个功率变换单元交流侧输出电压的交流分量值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在每条功率变换链路的荷电状态值不相等时，根据每条功率变换链路的荷电状态值计算所述储能系统的荷电状态值，并根据所述储能系统的荷电状态值和每条功率变换链路的荷电状态值计算每条功率变换链路的荷电状态不均衡度；
根据每条功率变换链路的荷电状态不均衡度计算叠加在功率解耦控制后输出的三相参考电压上的零序电压；
将计算得到的所述零序电压叠加到功率解耦控制后输出的三相参考电压上，实现相间电池均衡控制。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据每条功率变换链路的荷电状态值计算所述储能系统的荷电状态值，并根据所述储能系统的荷电状态值和每条功率变换链路的荷电状态值计算每条功率变换链路的荷电状态不均衡度，包括：
利用每个储能电池的标称容量计算每条功率变换链路的标称容量；
根据每条功率变换链路的标称容量和荷电状态值计算所述储能系统的荷电状态值；
将储能系统的荷电状态值与每条功率变换链路的荷电状态值的差值作为该条功率变换链路的荷电状态不均衡度。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据每条功率变换链路的荷电状态不均衡度计算叠加在功率解耦控制后输出的每相参考电压上的零序电压，包括：
利用预先建立的零序电压方程并根据所述储能系统的三相对称电流，计算所述零序电压产生的附加功率，所述零序电压方程包括零序电压相位角和零序电压有效值；
根据所述附加功率与所述功率变换链路的荷电状态不均衡度的设定关系，计算得到所述零序电压相位角和所述零序电压有效值；
根据所述零序电压相位角、所述零序电压有效值和功率变换链路的荷电状态不均衡度得到叠加在功率解耦控制后输出的三相参考电压上的零序电压。
7.一种储能电池的均衡控制装置，其特征在于，应用于级联型储能系统，所述级联型储能系统包括连接在三相电网和储能电池之间的三条功率变换链路，每条功率变换链路包括多个功率变换单元，每个功率变换单元的交流侧相互串联，每个功率变换单元的直流侧彼此独立，并分别连接各自的储能电池；所述装置包括：
均衡度计算单元，用于根据功率变换链路的储能电池的荷电状态值计算每条功率变换链路的荷电状态值，并根据每条功率变换链路的荷电状态值和每个储能电池的荷电状态值计算每个储能电池的荷电状态不均衡度；
叠加电压计算单元，用于根据每个储能电池的荷电状态不均衡度计算叠加在每个功率变换单元交流侧输出电压的交流分量值；
控制单元，用于将计算得到的所述每个交流分量值叠加到相应的功率变换单元交流侧输出电压中，实现相内电池均衡控制。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述叠加电压计算单元，用于利用预先建立的基波电压方程，根据每条功率变换链路的电流有效值和电流相位角，计算所述基波电压产生的附加功率，所述基波电压方程包括基波电压相位角和基波电压有效值；根据所述附加功率与所述储能电池的荷电状态不均衡度的设定关系，计算得到所述基波电压相位角和所述基波电压有效值；根据所述基波电压相位角、所述基波电压有效值和储能电池的荷电状态不均衡度得到叠加在每个功率变换单元交流侧输出电压的交流分量值。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：注入电压计算单元；
所述均衡度计算单元，还用于在每条功率变换链路的荷电状态值不相等时，根据每条功率变换链路的荷电状态值计算所述储能系统的荷电状态值，并根据所述储能系统的荷电状态值和每条功率变换链路的荷电状态值计算每条功率变换链路的荷电状态不均衡度；
所述注入电压计算单元，用于根据每条功率变换链路的荷电状态不均衡度计算叠加在功率解耦控制后输出的三相参考电压上的零序电压；
所述控制单元，用于将计算得到的所述零序电压叠加到功率解耦控制后输出的三相参考电压上，实现相间电池均衡控制。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述注入电压计算单元，用于利用预先建立的零序电压方程并根据所述储能系统的三相对称电流，计算所述零序电压产生的附加功率，所述零序电压方程包括零序电压相位角和零序电压有效值；根据所述附加功率与所述功率变换链路的荷电状态不均衡度的设定关系，计算得到所述零序电压相位角和所述零序电压有效值；根据所述零序电压相位角、所述零序电压有效值和功率变换链路的荷电状态不均衡度得到叠加在功率解耦控制后输出的三相参考电压上的零序电压。
CN201711308038.5A 2017-12-11 2017-12-11 一种储能电池的均衡控制方法和装置 Active CN107919674B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711308038.5A CN107919674B (zh) 2017-12-11 2017-12-11 一种储能电池的均衡控制方法和装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711308038.5A CN107919674B (zh) 2017-12-11 2017-12-11 一种储能电池的均衡控制方法和装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107919674A true CN107919674A (zh) 2018-04-17
CN107919674B CN107919674B (zh) 2021-09-14

Family

ID=61893181

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711308038.5A Active CN107919674B (zh) 2017-12-11 2017-12-11 一种储能电池的均衡控制方法和装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107919674B (zh)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108879735A (zh) * 2018-05-28 2018-11-23 中国科学院电工研究所 一种中压储能soc均衡控制方法
CN109217379A (zh) * 2018-10-09 2019-01-15 威凡智能电气高科技有限公司 一种具有自均衡能力的级联型储能系统黑启动方法及应用
CN109245123A (zh) * 2018-11-07 2019-01-18 威凡智能电气高科技有限公司 一种级联型储能系统多机并联虚拟同步控制系统及方法
CN109450033A (zh) * 2018-12-04 2019-03-08 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院 一种用于级联式储能装置直流侧电池组荷电状态的平衡控制方法及系统
CN109638909A (zh) * 2018-12-04 2019-04-16 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院 级联式储能装置相内功率单元直流侧电池组荷电状态平衡控制方法
CN109742782A (zh) * 2019-02-12 2019-05-10 广州智光储能科技有限公司 一种适用于退役动力电池梯次利用的装置及方法
CN109802415A (zh) * 2019-03-21 2019-05-24 阳光电源股份有限公司 一种电池均衡控制方法、装置和离网型微电网
CN111211572A (zh) * 2020-02-20 2020-05-29 河南理工大学 一种级联h桥型储能系统能量均衡控制方法
CN113890069A (zh) * 2021-06-17 2022-01-04 北方工业大学 基于可变均衡系数的级联型储能系统控制方法
CN114070115A (zh) * 2021-11-24 2022-02-18 上海交通大学 一种多交流端口高压直挂储能电力变换系统及其控制方法
CN115173438A (zh) * 2022-09-08 2022-10-11 西安热工研究院有限公司 可控高压厂用飞轮储能辅助火电的调频系统及方法
CN116529119A (zh) * 2020-09-30 2023-08-01 阿尔法能源技术公司 用于基于模块的级联能量系统中的相内和相间平衡的系统、设备和方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103151783A (zh) * 2013-04-09 2013-06-12 马伏军 一种三相高压级联型混合功率补偿器及其控制方法
CN103296722A (zh) * 2013-05-30 2013-09-11 中国南方电网有限责任公司调峰调频发电公司 应用于h桥级联型电池储能系统相内soc均衡控制方法
CN105337297A (zh) * 2015-12-09 2016-02-17 北京能源投资（集团）有限公司 储能系统荷电状态的均衡方法及装置
CN106058339A (zh) * 2016-07-28 2016-10-26 东南大学 一种含辅助功率环的储能系统soc均衡控制方法
CN107369858A (zh) * 2017-08-02 2017-11-21 河南理工大学 一种电池组双目标分阶段均衡电路控制策略

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103151783A (zh) * 2013-04-09 2013-06-12 马伏军 一种三相高压级联型混合功率补偿器及其控制方法
CN103296722A (zh) * 2013-05-30 2013-09-11 中国南方电网有限责任公司调峰调频发电公司 应用于h桥级联型电池储能系统相内soc均衡控制方法
CN105337297A (zh) * 2015-12-09 2016-02-17 北京能源投资（集团）有限公司 储能系统荷电状态的均衡方法及装置
CN106058339A (zh) * 2016-07-28 2016-10-26 东南大学 一种含辅助功率环的储能系统soc均衡控制方法
CN107369858A (zh) * 2017-08-02 2017-11-21 河南理工大学 一种电池组双目标分阶段均衡电路控制策略

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108879735A (zh) * 2018-05-28 2018-11-23 中国科学院电工研究所 一种中压储能soc均衡控制方法
CN109217379B (zh) * 2018-10-09 2021-11-19 威凡智能电气高科技有限公司 一种具有自均衡能力的级联型储能系统黑启动方法及应用
CN109217379A (zh) * 2018-10-09 2019-01-15 威凡智能电气高科技有限公司 一种具有自均衡能力的级联型储能系统黑启动方法及应用
CN109245123A (zh) * 2018-11-07 2019-01-18 威凡智能电气高科技有限公司 一种级联型储能系统多机并联虚拟同步控制系统及方法
CN109245123B (zh) * 2018-11-07 2022-04-19 威凡智能电气高科技有限公司 一种级联型储能系统多机并联虚拟同步控制系统及方法
CN109638909A (zh) * 2018-12-04 2019-04-16 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院 级联式储能装置相内功率单元直流侧电池组荷电状态平衡控制方法
CN109450033A (zh) * 2018-12-04 2019-03-08 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院 一种用于级联式储能装置直流侧电池组荷电状态的平衡控制方法及系统
CN109742782A (zh) * 2019-02-12 2019-05-10 广州智光储能科技有限公司 一种适用于退役动力电池梯次利用的装置及方法
CN109802415A (zh) * 2019-03-21 2019-05-24 阳光电源股份有限公司 一种电池均衡控制方法、装置和离网型微电网
CN111211572A (zh) * 2020-02-20 2020-05-29 河南理工大学 一种级联h桥型储能系统能量均衡控制方法
CN116529119A (zh) * 2020-09-30 2023-08-01 阿尔法能源技术公司 用于基于模块的级联能量系统中的相内和相间平衡的系统、设备和方法
CN113890069A (zh) * 2021-06-17 2022-01-04 北方工业大学 基于可变均衡系数的级联型储能系统控制方法
CN113890069B (zh) * 2021-06-17 2023-07-07 北方工业大学 基于可变均衡系数的级联型储能系统控制方法
CN114070115A (zh) * 2021-11-24 2022-02-18 上海交通大学 一种多交流端口高压直挂储能电力变换系统及其控制方法
CN115173438A (zh) * 2022-09-08 2022-10-11 西安热工研究院有限公司 可控高压厂用飞轮储能辅助火电的调频系统及方法
CN115173438B (zh) * 2022-09-08 2023-01-13 西安热工研究院有限公司 可控高压厂用飞轮储能辅助火电的调频系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107919674B (zh) 2021-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107919674A (zh) 一种储能电池的均衡控制方法和装置
CN104578884B (zh) 一种低电压微电网多逆变器并联电压不平衡控制方法
CN105071405B (zh) 带不对称非线性负载的微电网系统及功率均衡控制方法
CN112003322B (zh) 一种微电网系统并网变流器控制参数设计方法
CN103353918B (zh) 一种配电网三相牛顿拉夫逊法潮流计算初值选取方法
CN104953606B (zh) 一种孤岛微网公共耦合点电压不平衡网络化分层补偿方法
CN102723734B (zh) 一种y型连接串联h桥多电平并网逆变器直流母线电压控制方法
CN105337297B (zh) 储能系统荷电状态的均衡方法及装置
CN109245123B (zh) 一种级联型储能系统多机并联虚拟同步控制系统及方法
CN111463811B (zh) 基于电池能量均衡的mmhc储能系统控制方法
CN105870925A (zh) 含混合储能的三相四线制静止同步补偿器电路及控制方法
Colmenar-Santos et al. Energy-efficient three-phase bidirectional converter for grid-connected storage applications
CN109217379B (zh) 一种具有自均衡能力的级联型储能系统黑启动方法及应用
CN103401459A (zh) 一种三角形连接的链式h桥直挂式逆变器相间直流侧电压平衡控制方法
CN108879775A (zh) 一种考虑电流限值的电网不平衡光伏逆变器协调控制方法
WO2023142519A1 (zh) 消除电池充放电倍频电流的高压直挂储能方法及系统
CN105337281B (zh) 星形链式有源电力滤波器直流侧电容电压控制方法
CN105514972B (zh) 电网不对称故障时并网变流器的pscad建模及仿真方法
CN104393609B (zh) 静止同步发电机故障穿越控制方法
CN104810835B (zh) Statcom不平衡控制方法及其零序分量生成方法
CN103592984B (zh) 三角形连接变流器电流瞬时序分量分解和重构方法
CN111049399B (zh) 功率平衡控制器、基于虚拟阻抗的双极mmc换流站无源控制策略及柔性直流输电系统
CN109802434B (zh) 三相级联光伏逆变器并网电流均衡控制系统
CN115425695B (zh) 一种适应分布式光伏和储能的配电网联合规划方法
CN104362675B (zh) 光伏并网逆变器控制方法、装置及逆变器系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant