CN108879735A - 一种中压储能soc均衡控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种中压储能SOC均衡控制方法，包括相间SOC均衡控制策略与相内SOC均衡控制策略；相间SOC均衡控制策略首先由第i相第j个储能单元SOCij分别计算A相、B相、C相的SOC平均值SOCa、SOCb、SOCc；计算电池整体SOC平均值SOCE，A相SOCa、B相SOCb、C相SOCc与储能整体SOCE相减得到差值ΔSOCa、ΔSOCb、ΔSOCc。将ΔSOCa、ΔSOCb、ΔSOCc由abc三相静止坐标系转换到两相αβ静止坐标系，得到ΔSOCα与ΔSOCβ计算相间SOC不平衡度ΔSOC，依据ΔSOC计算零序电压相内SOC均衡控制策略，首先计算各相内单元叠加的电压Uij，然后计算A、B、C电压值之和。

Description

一种中压储能SOC均衡控制方法
技术领域
本发明涉及一种储能SOC均衡控制方法，尤其是一种中压储能SOC均衡控制方法。
背景技术
近年来，我国多地雾霾天气频发，严重危害人们的身体健康，消除雾霾已经迫在眉睫。究其原因，主要是以石油和煤炭等化石能源等为主的发展方式已经超出了环境的承载极限，提高风电、太阳能、潮汐能等清洁能源在能源消耗中的比重对实现可持续发展具有重要意义。但可再生能源发电的波动性，间歇性和不可预测性，给现有的电力系统运行带来了巨大挑战。大规模储能技术作为实现能源多样化的核心技术，可以调控风能、太阳能发电的不稳定、不连续性，实现安全、稳定供电，对降低弃风和弃光率，提高可再生能源的利用效率起着重要作用。
从目前电池储能系统(BESS)在电力系统中的工程应用来看，根据电压等级、功率大小以及放电持续时间，可以将电池储能系统分为低压小容量BESS，中压大容量BESS以及高压超大容量BESS。低压小容量BESS可应用于微网，小区或智能化的楼宇储能，以及小型可再生能源并网等场合。而中压大容量BESS，可用于电能质量治理、削峰填谷、备用电源及可再生能源并网等场合。而从储能变流器的电路拓扑来看，低压小容量BESS的储能变流器常采用两电平或三电平的简单拓扑结构，输出电压低，谐波含量高，接入电网需要升压变压器，实现大容量需要多个BESS并联运行，控制复杂；中压大容量BESS的储能变流器，多采用模块化或级联式的多电平电路拓扑，输出电压较高且谐波含量低，模块化程度高便于控制，而且可不经升压变压器接入电网，同时容易实现大容量。且随着电力电子技术和电池储能技术的不断发展和完善，电池储能系统在电力系统中的接入位置从低压系统逐步扩展到中压系统，例如用于海岛微网等容量较大、电压较高的独立微电网的电压控制、电力大用户的用电峰谷调节、区域电网的黑启动等。可见中压大容量BESS相比于低压小容量BESS，具有更多优势，是未来BESS的发展方向，因此，研究中高压大容量电池储能系统具有较大的实用价值。
中国专利201510333359.5公布了一种H桥级联储能系统的均衡控制方法，该方法通过在H桥级联储能系统中按比例分配各子模块的调制波幅值来均衡控制储能电池的充放电电流，能避免电池组的过冲和过放问题，控制简单易行。然而该方法没有考虑相间控制与相内控制的协调问题，容易造成储能不均衡。
发明内容
本发明的目的在于解决中压储能系统SOC不均衡问题，提出一种中压储能SOC均衡控制方法，在不增加外围装备的情况下，通过实现中压储能系统相间与相内的SOC均衡控制，无需额外增加成本，具有很好的均衡效果。与此同时，对储能系统输出特性不产生影响，具有很好的适应性，以及更高的均衡精度。
本发明技术解决方案：一种中压储能SOC均衡控制方法，由相间SOC均衡控制策略与相内SOC均衡控制策略。相间SOC均衡控制策略实现交流A相、B相与C相的之间的SOC均衡控制，相内SOC均衡控制策略实现单相相内各储能单元SOC的均衡控制；相内SOC均衡控制策略为相间SOC均衡控制策略提供控制相互配合，最终实现中压储能系统SOC的均衡控制。
所述的相间SOC均衡控制策略通过以下步骤实现：
(1)首先定义每相储能单元数为N，由第i＝a，b，c相第j＝1，2....L个储能单元的荷电状态SOCij计算A相、B相与C相电池的荷电状态平均值SOCa、SOCb、SOCc；
(2)由SOCa、SOCb、SOCc计算所有电池整体SOC平均值SOCE；
(3)由SOCa、SOCb、SOCc与SOCE计算A,B,C三相的差值；
(4)将ΔSOCa、ΔSOCb、ΔSOCc由abc三相静止坐标转换到αβ坐标系；
(5)由ΔSOCα、ΔSOCβ计算相间不平衡度ΔSOC；
(6)由ΔSOCα、ΔSOCβ极限不平衡度分布量
(7)由相间不平衡度ΔSOC、不平衡度分布量计算所加零序电压为：
其中K为系数常数，具有取值与电池的型号及模型有关，θi(i＝a,b,c)为相电流相角。
所述的相内SOC均衡控制策略通过以下步骤实现：
(1)首先定义每相储能单元数为N，由第i＝a，b，c相第j＝1，2....L个储能单元的荷电状态SOCij计算A相、B相与C相电池的荷电状态平均值SOCa、SOCb、SOCc；
(2)计算相内第j个储能单元荷电状态SOCij与本相SOC荷电状态平均值SOCi的差值ΔSOCij(i＝a，b，c)；
ΔSOCij＝SOCij-SOCi
(3)计算各储能单元叠加电压Uij(i＝a，b，c)；
Uij＝K'ΔSOCijcos(θi)
式中K为比例常数，与各储能单元电池状态相关，θi为i(i＝a，b，c)相电流相角。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)相间SOC均衡控制策略与相内SOC均衡控制策略解耦控制，控制简单；
(2)不影响储能系统输出特性，因此具有很好的适应性；
(3)仅依靠软件实现，无需增加外围硬件电路，因此具有很好的均衡效果。
附图说明
图1中压储能均衡控制策略原理图；
图2相间SOC均衡控制策略原理图；
图3相内SOC均衡控制策略原理图；
图4电池SOC变化曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
本发明一种中压储能SOC均衡控制方法如图1所示，包括相间SOC均衡控制策略与相内SOC均衡控制策略。相内均衡控制策略实现相内各储能单元SOC的均衡控制，为相间储能均衡控制提供基础，相间SOC均衡控制策略在此基础上实现A相、B相与C相的均衡控制，最终实现储能系统SOC的均衡控制。
相间SOC均衡控制策略原理图如图2所示，相间SOC均衡控制策略具体实现步骤如下：
(1)首先定义每相储能单元数为N，由第i＝a，b，c相第j＝1，2....L个储能单元的荷电状态SOCij计算A相、B相与C相电池的荷电状态平均值SOCa、SOCb、SOCc；
(2)由SOCa、SOCb、SOCc计算所有电池平均值SOCE；
(3)由SOCa、SOCb、SOCc与SOCE计算A,B,C三相的差值；
(4)将ΔSOCa、ΔSOCb、ΔSOCc由abc三相静止坐标转换到αβ坐标系；
(5)由ΔSOCα、ΔSOCβ计算相间不平衡度ΔSOC；
(6)由ΔSOCα、ΔSOCβ极限不平衡度分布量
(7)由相间不平衡度ΔSOC、不平衡度分布量计算所加零序电压为：
其中K为系数常数，具有取值与电池的型号及模型有关，θi(i＝a,b,c)为相电流相角。
相内SOC均衡控制策略原理图如图3所示，相内SOC均衡控制策略具体实现步骤如下：
(1)首先定义每相储能单元数为N，由第i＝a，b，c相第j＝1，2....L个储能单元的荷电状态SOCij计算A相、B相与C相电池的荷电状态平均值SOCa、SOCb、SOCc；
(2)计算相内第j个储能单元荷电状态SOCij与本相SOC荷电状态平均值SOCi的差值ΔSOCij(i＝a，b，c)；
ΔSOCij＝SOCij-SOCi
(3)计算各储能单元叠加电压Uij(i＝a，b，c)；
Uij＝K'ΔSOCijcos(θi)
式中K为比例常数，与各储能单元电池状态相关，θi为i(i＝a，b，c)相电流相角。
仿真验证中压储能SOC均衡控制策略的可行性，t＝2s时刻，中压储能系统由充电状态转换到放电状态，电池SOC变化曲线如图4所示，三相电池SOC始终保持一致。

Claims (3)

1.一种中压储能SOC均衡控制方法，其特征在于：所述中压储能SOC均衡控制方法由相间SOC均衡控制策略与相内SOC均衡控制策略,相间SOC均衡控制策略实现交流A相、B相与C相的之间的SOC均衡控制，相内SOC均衡控制策略实现单相相内各储能单元SOC的均衡控制；相内SOC均衡控制策略为相间SOC均衡控制策略提供控制相互配合，最终实现中压储能系统SOC的均衡控制。
2.根据权利要求1所述的中压储能SOC均衡控制方法，其特征在于：所述相间SOC均衡控制策略通过以下步骤实现：
(1)首先定义每相储能单元数为N，由第i相第j个储能单元的荷电状态SOCij计算A相、B相与C相电池的荷电状态平均值SOCa、SOCb、SOCc；i＝a，b，c，j＝1，2....L；
(2)由SOCa、SOCb、SOCc计算所有电池整体SOC平均值SOCE；
(3)由SOCa、SOCb、SOCc与SOC计算A,B,C三相的差值；
(4)将ΔSOCa、ΔSOCb、ΔSOCc由abc三相静止坐标转换到αβ坐标系；
(5)由ΔSOCα、ΔSOCβ计算相间不平衡度ΔSOC；
(6)由ΔSOCα、ΔSOCβ极限不平衡度分布量
(7)由相间不平衡度ΔSOC、不平衡度分布量计算所加零序电压为：
其中K为系数常数，具有取值与电池的型号及模型有关，θi为相电流相角。
3.根据权利要求1所述的中压储能SOC均衡控制方法，其特征在于：所述相内SOC均衡控制策略通过以下步骤实现：
(1)首先定义每相储能单元数为N，由第i相第j个储能单元的荷电状态SOCij计算A相、B相与C相电池的荷电状态平均值SOCa、SOCb、SOCc；i＝a，b，c，j＝1，2....L；
(2)计算相内第j个储能单元荷电状态SOCij与本相SOC荷电状态平均值SOCi的差值ΔSOCij；
ΔSOCij＝SOCij-SOCi
(3)计算各储能单元叠加电压Uij；
Uij＝K'ΔSOCijcos(θi)
式中K为比例常数，与各储能单元电池状态相关，θi为i相电流相角。
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