CN110137984A - 电池储能系统的相间功率差异化控制电路及方法 - Google Patents
电池储能系统的相间功率差异化控制电路及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110137984A CN110137984A CN201910406682.9A CN201910406682A CN110137984A CN 110137984 A CN110137984 A CN 110137984A CN 201910406682 A CN201910406682 A CN 201910406682A CN 110137984 A CN110137984 A CN 110137984A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- power
- phase
- formula
- circuit
- 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
Links
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 title claims abstract description 63
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 52
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 18
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 18
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 16
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 8
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 5
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 4
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 claims description 4
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 14
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 11
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical compound C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 description 2
- 240000002853 Nelumbo nucifera Species 0.000 description 2
- 235000006508 Nelumbo nucifera Nutrition 0.000 description 2
- 235000006510 Nelumbo pentapetala Nutrition 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000003915 cell function Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000009790 rate-determining step (RDS) Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000033772 system development Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- H01M10/54—Reclaiming serviceable parts of waste accumulators
-
- 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
- H02J3/26—Arrangements for eliminating or reducing asymmetry in polyphase networks
-
- 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
-
- 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
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/10—Flexible AC transmission systems [FACTS]
-
- 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
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/50—Arrangements for eliminating or reducing asymmetry in polyphase networks
-
- 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
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/84—Recycling of batteries or fuel cells
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)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
本发明提供了一种电池储能系统的相间功率差异化控制电路及方法，其中电路部分包括A相子电路、B相子电路以及C相子电路；所述A相子电路、B相子电路以及C相子电路中的任一子电路或任多子电路均包括功率模块和电池组；所述功率模块包括n个级联功率子模块；所述电池组包括n个电池模块；所述功率模块能够将设定的直流信号变换为交流信号，包括功率模块直流侧与功率模块交流侧；所述功率模块直流侧通过直流电缆与电池组电连接；所述功率模块交流侧接入设定的高压电网。本发明能够将一致性较差的退役电池模组很好的集成在同一储能系统中。
Description
技术领域
本发明涉及电气自动化设备技术领域，具体地，涉及一种电池储能系统的相间功率差异化控制电路及方法，尤其涉及一种应用于链式退役动力电池储能系统的相间功率差异化控制策略。
背景技术
高电池成本是阻碍电池储能系统发展与应用的重要因素。近年来由于环境危机和能源危机的双重压力，各国都在大力发展清洁环保的电动汽车，因此未来几年将有大量车用动力电池退役，动力电池在容量衰在减到原始容量的80％以下时就无法满足电动汽车的应用需要，退役后其本身仍具有可观的利用价值。将退役动力电池梯次利用于储能系统，即能延长电池的全周期寿命，提高资源利用率，缓解大量退役动力电池回收处理的压力；也有助于降低电池储能系统的初始成本，提高其经济效益，对于推动电池储能系统的规模化应用具有重要意义。
现有技术已经提出了一些方案，如专利文献CN108199109A公开的一种退役动力电池包梯次利用的筛选方法，该退役动力电池包的处理包含以下步骤：预检、室温容量检测、倍率检测、内阻检测、电压检测；将不满足梯次利用的退役动力电池包拆解成动力电池模块，然后进行以下处理：外观检查、容量检测、倍率检测、内阻检测、电压检测；最后，将筛选后的退役动力电池包和动力电池模块进行梯次利用。
但上述典型的现有技术往往对电池本身的一致性具有较高要求，进而导致退役电池整体利用率不高。
因此，提供一种新型的应用于链式退役动力电池储能系统的相间功率差异化控制策略具有较高的价值和意义。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种电池储能系统的相间功率差异化控制电路及方法。
根据本发明提供的一种电池储能系统的相间功率差异化控制电路，包括三相子电路，即所述电池储能系统的相间功率差异化控制电路包括A相子电路、B相子电路以及C相子电路；
所述A相子电路、B相子电路以及C相子电路中的任一子电路或任多子电路均包括功率模块；所述功率模块包括n个级联功率子模块；
所述A相子电路、B相子电路以及C相子电路中的任一子电路或任多子电路均包括电池组；所述电池组包括n个电池模块；
所述功率模块能够将设定的直流信号变换为交流信号，包括功率模块直流侧与功率模块交流侧；所述功率模块直流侧通过直流电缆与电池组电连接；所述功率模块交流侧接入设定的高压电网。
优选地，所述功率模块交流侧依次通过滤波电感Ls和第一交流熔断器接入设定的高压电网。
优选地，所述级联功率子模块包括H桥功率器件、H桥功率器件驱动电路、母线电容、预充电电路、第一直流熔断器以及第二直流熔断器；
所述H桥功率器件驱动电路与H桥功率器件电连接；所述H桥功率器件分别与第一节点、第二节点、第三节点以及第四节点相连接；所述H桥功率器件通过第一节点接入设定的高压电网或者与其他级联功率子模块电连接，通过第二节点接入设定的中性点O或者与其他级联功率子模块电连接；
所述母线电容设置在第三节点和第四节点之间；
所述电池模块的一端依次通过预充电电路和第一直流熔断器与第三节点电连接，另一端通过第二直流熔断器与第四节点电连接。
根据本发明提供的一种电池储能系统的相间功率差异化控制方法，包括电池组在线参数估计步骤；
电池组在线参数估计步骤：按照设定的方法估计在线参数，所述在线参数包括电池电压在一个脉动周期内的平均值Vbkj、电池组的内阻Z、开路电压OCV、有效容量Qe以及荷电状态SOC中的任一种或任多种组合；
其中，所述荷电状态SOC满足第一公式；所述第一公式为：
第一公式中，Qr为电池组剩余容量。
优选地，所述电池组在线参数估计步骤还包括瞬时SOC计算子步骤；
瞬时SOC计算子步骤：根据估计得到的OCV值，通过预先测量得到的OCV-SOC曲线以设定的方法计算得到瞬时SOC值。
优选地，利用上述的电池储能系统的相间功率差异化控制电路，所述电池储能系统的相间功率差异化控制方法还包括相间及功率单元间功率分配步骤；
分别将A、B、C三相电网电压记为Vsa、Vsb、Vsc；分别将A、B、C三相的功率模块输出电压记为Va、Vb、Vc；分别将A、B、C三相的功率模块输出电流记为ia、ib、ic；分别将第k相第j个级联功率子模块的交流侧输出电压、电池模块电压、直流侧电流、电容电流、电池模块电流记为vkj、vbkj、idkj、ickj、ibkj；
其中，k∈{a，b，c}且j＝1，2，...，n；
相间及功率单元间功率分配步骤：分别通过第二公式、第三公式计算第k相第j个级联功率子模块的功率分配系数ωkj、第k相的功率分配系数ωk；
所述第二公式为：
所述第三公式为：
从而第k相充放电过程中需要承担的基波正序功率第k相第j个级联功率子模块充放电过程中需要承担的基波正序功率分别满足第四公式、第五公式；
所述第四公式为：
所述第五公式为：
其中，Qekj是指第k相第j个级联功率子模块对应的电池模块的有效容量；SOCkj是指第k相第j个级联功率子模块对应的电池模块的荷电状态；p*为设定的三相总参考有功功率。
优选地，所述电池储能系统的相间功率差异化控制方法还包括电流解耦控制步骤；
电流解耦控制步骤：通过在dq同步旋转坐标系下对交流电流的dq轴分量id、iq的解耦控制产生链式变换器各相交流侧输出电压参考量的正序基波分量正序基波分量除以各相电池组的平均电压即得到各相总调制波的基波正序分量基于前述解耦控制的基础上在各相第2～n个级联功率子模块中引入n-1个功率闭环控制各模块功率，各功率闭环控制器输出为级联功率子模块调制波正序基波分量的幅值
其中，所述链式变换器是指n个串联的级联功率子模块。
优选地，所述电池储能系统的相间功率差异化控制方法还包括子模块功率单元功率闭环控制步骤；
子模块功率单元功率闭环控制步骤：模块调制波的正序基波分量相位与链式变换器各相参考电压的正序基波分量相位相同，通过减去第2～n个模块调制波正序基波分量之和得到各相第一个模块调制波的正序基波分量。
优选地，所述电池储能系统的相间功率差异化控制方法还包括注入零序电压计算步骤；
注入零序电压计算步骤：在链式变换器各相输出电压中注入一个与电池组参数相关的零序电压，假定注入零序电压v0满足第六公式，则变换器输出电压vk满足第七公式；
所述第六公式为：
v0＝V0mcos(ωt+θ0)
所述第七公式：
第六公式中，V0m、θ0分别为注入零序电压的幅值、注入零序电压的相位；
注入零序电压后在各项上产生的功率偏差ΔPk满足第八公式；
所述第八公式为：
第八公式中，为A相电网电流相位，Im代表电网电流幅值；
同时，ΔPk满足下式：
ΔPa+ΔPb+ΔPc＝0
即注入零序电压后系统总功率不变，只会改变功率在三相上的分配，则根据第八公式能够得到零序电压的幅值、零序电压的相位分别满足第九公式、第十公式；
所述第九公式为：
所述第十公式为：
第九公式中，Vgm为电网线电压幅值，atan2为方位角函数。
根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的电池储能系统的相间功率差异化控制方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明提供的电池储能系统的相间功率差异化控制电路，具有可拓展性好、泛用性强、可靠性高的优点；
2、本发明提供的电池储能系统的相间功率差异化控制电路，将外观完好、没有破损、各功能元件有效的退役动力电池组直接接入链式变换器中每个级联H桥的直流侧，避免了电池单元的复杂的拆解、测试、筛选、重组过程；
3、本发明提供的电池储能系统的相间功率差异化控制电路，在各相退役动力电池组参数差异较大的情况下仍能使其同时达到预先设定的充放电截止状态，各相及各功率模块之间能够实现差异化的功率控制，各电池组容量能够得到充分利用；
4、本发明提供的电池储能系统的相间功率差异化控制方法，能够将一致性较差的退役电池模组很好的集成在同一储能系统中。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的电池储能系统的相间功率差异化控制电路优选例的示意图；
图2为本发明提供的电池储能系统的相间功率差异化控制方法优选例的流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的一种电池储能系统的相间功率差异化控制电路，包括三相子电路，即所述电池储能系统的相间功率差异化控制电路包括A相子电路、B相子电路以及C相子电路；所述A相子电路、B相子电路以及C相子电路中的任一子电路或任多子电路均包括功率模块；所述功率模块包括n个级联功率子模块；所述A相子电路、B相子电路以及C相子电路中的任一子电路或任多子电路均包括电池组；所述电池组包括n个电池模块；所述功率模块能够将设定的直流信号变换为交流信号，包括功率模块直流侧与功率模块交流侧；所述功率模块直流侧通过直流电缆与电池组电连接；所述功率模块交流侧接入设定的高压电网。所述功率模块交流侧依次通过滤波电感Ls和第一交流熔断器接入设定的高压电网。所述级联功率子模块包括H桥功率器件、H桥功率器件驱动电路、母线电容、预充电电路、第一直流熔断器以及第二直流熔断器；
具体地，所述H桥功率器件驱动电路与H桥功率器件电连接；所述H桥功率器件分别与第一节点、第二节点、第三节点以及第四节点相连接；所述H桥功率器件通过第一节点接入设定的高压电网或者与其他级联功率子模块电连接，通过第二节点接入设定的中性点O或者与其他级联功率子模块电连接；所述母线电容设置在第三节点和第四节点之间；所述电池模块的一端依次通过预充电电路和第一直流熔断器与第三节点电连接，另一端通过第二直流熔断器与第四节点电连接。
根据本发明提供的一种电池储能系统的相间功率差异化控制方法，包括电池组在线参数估计步骤；
电池组在线参数估计步骤：按照设定的方法估计在线参数，所述在线参数包括电池电压在一个脉动周期内的平均值Vbkj、电池组的内阻Z、开路电压OCV、有效容量Qe以及荷电状态SOC中的任一种或任多种组合；
其中，所述荷电状态SOC满足第一公式；所述第一公式为：
第一公式中，Qr为电池组剩余容量。
所述电池组在线参数估计步骤还包括瞬时SOC计算子步骤；
瞬时SOC计算子步骤：根据估计得到的OCV值，通过预先测量得到的OCV-SOC曲线以设定的方法计算得到瞬时SOC值。
利用上述的电池储能系统的相间功率差异化控制电路，所述电池储能系统的相间功率差异化控制方法还包括相间及功率单元间功率分配步骤；
分别将A、B、C三相电网电压记为Vsa、Vsb、Vsc；分别将A、B、C三相的功率模块输出电压记为Va、Vb、Vc；分别将A、B、C三相的功率模块输出电流记为ia、ib、ic；分别将第k相第j个级联功率子模块的交流侧输出电压、电池模块电压、直流侧电流、电容电流、电池模块电流记为vkj、vbkj、idkj、ickj、ibkj；
其中，k∈{a，b，c}且j＝1，2，...，n；
相间及功率单元间功率分配步骤：分别通过第二公式、第三公式计算第k相第j个级联功率子模块的功率分配系数ωkj、第k相的功率分配系数ωk；
所述第二公式为：
所述第三公式为：
从而第k相充放电过程中需要承担的基波正序功率第k相第j个级联功率子模块充放电过程中需要承担的基波正序功率分别满足第四公式、第五公式；
所述第四公式为：
所述第五公式为：
其中，Qekj是指第k相第j个级联功率子模块对应的电池模块的有效容量；SOCkj是指第k相第j个级联功率子模块对应的电池模块的荷电状态；p*为设定的三相总参考有功功率。
所述电池储能系统的相间功率差异化控制方法还包括电流解耦控制步骤；
电流解耦控制步骤：通过在dq同步旋转坐标系下对交流电流的dq轴分量id、iq的解耦控制产生链式变换器各相交流侧输出电压参考量的正序基波分量正序基波分量除以各相电池组的平均电压即得到各相总调制波的基波正序分量基于前述解耦控制的基础上在各相第2～n个级联功率子模块中引入n-1个功率闭环控制各模块功率，各功率闭环控制器输出为级联功率子模块调制波正序基波分量的幅值
其中，所述链式变换器是指n个串联的级联功率子模块。
所述电池储能系统的相间功率差异化控制方法还包括子模块功率单元功率闭环控制步骤；
子模块功率单元功率闭环控制步骤：模块调制波的正序基波分量相位与链式变换器各相参考电压的正序基波分量相位相同，通过减去第2～n个模块调制波正序基波分量之和得到各相第一个模块调制波的正序基波分量。
所述电池储能系统的相间功率差异化控制方法还包括注入零序电压计算步骤；
注入零序电压计算步骤：在链式变换器各相输出电压中注入一个与电池组参数相关的零序电压，假定注入零序电压v0满足第六公式，则变换器输出电压vk满足第七公式；
所述第六公式为：
v0＝V0mcos(ωt+θ0)
所述第七公式：
第六公式中，V0m、θ0分别为注入零序电压的幅值、注入零序电压的相位；
注入零序电压后在各项上产生的功率偏差ΔPk满足第八公式；
所述第八公式为：
第八公式中，为A相电网电流相位，Im代表电网电流幅值；
同时，ΔPk满足下式：
ΔPa+ΔPb+ΔPc＝0
即注入零序电压后系统总功率不变，只会改变功率在三相上的分配，则根据第八公式能够得到零序电压的幅值、零序电压的相位分别满足第九公式、第十公式；
所述第九公式为：
所述第十公式为：
第九公式中，Vgm为电网线电压幅值，atan2为方位角函数。
根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的电池储能系统的相间功率差异化控制方法的步骤。
进一步地，电力电子变换器是基于退役动力电池储能系统的关键环节，其控制策略应做出相应调整以适应所使用退役电池特性，而目前关于此的研究较少。针对现有技术中的缺陷，本发明优选例的目的是提供一种应用于链式退役动力电池储能系统的相间功率差异化控制策略，解决在链式储能系统中因各相所使用退役动力电池组参数差异较大所导致的各相电池组有效容量不能得到充分利用及各相电池组过充过放等问题。
本发明优选例提供的控制策略在链式储能系统各相所应用的退役动力电池组初始状态及电池参数(有效容量、SOC、电池内阻、电池电压等参数)差异较大的情况下仍能使各相电池组同时达到预先设定的充放电截止状态，避免过充过放现象的发生，各相电池组有效容量均能够得到充分利用。此控制策略能够将一致性较差的退役电池模组很好的集成在同一储能系统中，避免了退役动力电池单元的复杂的拆解、测试、筛选、重组过程
本发明优选例提供的控制策略根据在线估计得到的电池参数来分配各相及各电池单元在充放电过程中所承担的功率，并在链式变换器电流解耦控制的基础上通过引入模块功率闭环控制来实现同一相内各功率模块的功率差异化控制，最后通过注入零序电压的方式来实现相间功率差异化控制。
在进行相间功率差异化控制时所需注入的零序电压与电池参数相关。
本发明优选例提供的一种应用于链式退役动力电池储能系统的相间功率差异化控制策略，整个控制策略由以下五部分组成：1)退役动力电池组在线参数估计；2)相间及功率单元间功率分配策略；3)链式变换器电流解耦控制；4)子模块功率单元功率闭环控制；5)注入零序电压计算。
参照图1，为本发明一实施例中的链式退役动力电池储能系统的拓扑结构图，每一相有n个级联功率子模块，每个功率模块主要由H桥功率器件及其驱动电路、母线电容、直流侧预充电装置、直流熔断器等组成。电池模块与H桥功率模块直流侧通过直流电缆进行连接。链式变换器交流侧通过滤波电感Ls、交流熔断器直接接入高压电网，无需使用变压器。图中Vsa、Vsb、Vsc代表三相电网电压，Va、Vb、Vc代表链式变换器输出电压，ia、ib、ic代表变换器输出电流。vkj、vbkj、idkj、ickj、ibkj分别代表第k相第j个功率单元的交流侧输出电压、电池模块电压、直流侧电流、电容电流及电池模块电流，其中，k∈{a，b，c}且j＝1，2，...，n；图1左下角的O点代表三相Y型连接变换器的中性点，即O点为所述链式变换器的中性点。Im代表电网电流幅值，即图中isa、isb、isc的幅值，三相电流对称，幅值相同。
参照图2，为本发明一实施例中链式退役动力电池储能系统的相间功率差异化控制策略的整体控制框图。整个控制策略由五部分组成：1)退役动力电池组在线参数估计；2)相间及功率单元间功率分配策略；3)链式变换器电流解耦控制；4)子模块功率单元功率闭环控制；5)注入零序电压计算。
自适应控制策略的第一部分为退役动力电池组在线参数估计，所需估计参数包括电池组的内阻Z、开路电压(Open Circuit voltage，OCV)、有效容量Qe、荷电状态(State ofCharge，SOC)等。为了在电池的全寿命周期内都能对电池组的特性进行准确描述，需对电池组SOC进行重新定义，在本发明中是根据在线估计得到的有效容量重新定义退役电池组的SOC，而非一般的根据电池额定容量定义SOC。重新定义后的SOC如式(1)所示，其中Qr为电池组剩余容量。OCV-SOC曲线中对应的SOC也为重新定义后的SOC。
第二部分为相间及功率单元间功率分配策略，基于在线估计得到的电池组有效容量瞬时SOC(根据OCV-SOC曲线在线估计得到)、电池电压在一个脉动周期内的平均值Vbkj等参数可以得到链式SLBESS中第k相及第k相第j个功率单元的功率分配系数ωk及ωkj，分别如式(2)和式(3)所示
则第k相充放电过程中需要承担的基波正序功率第k相第j个级联功率子模块充放电过程中需要承担的基波正序功率分别如式(4)、式(5)所示，其中P*为链式SLBESS(Second-life Battery Energy Storage System，即退役电池储能系统)三相总参考有功功率。
相间功率差异化控制策略的第三部分为链式变换器的电流解耦控制，通过在dq同步旋转坐标系下对交流电流dq轴分量id、iq的解耦控制产生链式变换器各相交流侧输出电压参考量的正序基波分量其除以各相电池组的平均电压即得到各相总调制波的基波正序分量因接入的退役电池组一致性较差，因此各功率模块需要承担的功率不同，为实现对同一相内各功率模块充放电功率的差异化控制，需要在上述链式变换器电流解耦控制的基础上在各相第2～n个功率模块中引入n-1个功率闭环控制各模块功率，各功率闭环控制器输出为功率模块调制波正序基波分量的幅值
模块调制波的正序基波分量相位与链式变换器各相参考电压的正序基波分量相位相同。各相第一个模块调制波的正序基波分量由减去第2～n个模块调制波正序基波分量之和得到。以上为所提控制策略的第四部分。
相间功率差异化控制策略的第五部分为注入零序电压计算，本发明通过在链式变换器各相输出电压中注入一个与电池组参数相关的零序电压实现相间功率差异化控制。由于系统为星型连接，注入零序电压不会产生零序电流，在保持三相电网电流对称的同时可使各相吸收和发出不同功率。假设注入零序电压v0如式(6)所示，其中V0m和θ0为注入零序电压幅值和相位，则变换器输出电压vk如式(7)所示。
v0＝V0mcos(ωt+θ0) (6)
注入零序电压后在各项上产生的功率偏差ΔPk如式(8)所示：
其中为A相电网电流相位。ΔPk满足
ΔPa+ΔPb+ΔPc＝0
即注入零序电压后系统总功率不变，只会改变功率在三相上的分配。根据式(8)可计算得到零序电压的幅值和相位分别如式(9)和式(10)所示：
其中Vgm为电网线电压幅值。
atan2为一个函数，atan2(X，Y)代表求坐标为(X，Y)的点的角度，atan2(X，Y)是求反正切的三角函数。式(10)的计算方法为将式(8)中的任意两项相除，再化简并求反正切得到。
具体实施时，可将计算得到的零序电压与各相中功率模块的相内功率分配系数相乘得到各个模块参考电压上叠加的零序电压分量，用此零序电压分量除以各模块直流侧电压即得到各模块开关函数的零序分量与功率模块闭环得到的开关函数的正序基波分量相叠加即得到各模块的总的开关函数Skj。即：
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种电池储能系统的相间功率差异化控制电路，其特征在于，包括三相子电路，即所述电池储能系统的相间功率差异化控制电路包括A相子电路、B相子电路以及C相子电路；
所述A相子电路、B相子电路以及C相子电路中的任一子电路或任多子电路均包括功率模块；所述功率模块包括n个级联功率子模块；
所述A相子电路、B相子电路以及C相子电路中的任一子电路或任多子电路均包括电池组；所述电池组包括n个电池模块；
所述功率模块能够将设定的直流信号变换为交流信号，包括功率模块直流侧与功率模块交流侧；所述功率模块直流侧通过直流电缆与电池组电连接；所述功率模块交流侧接入设定的高压电网。
2.根据权利要求1所述的电池储能系统的相间功率差异化控制电路，其特征在于，所述功率模块交流侧依次通过滤波电感Ls和第一交流熔断器接入设定的高压电网。
3.根据权利要求1所述的电池储能系统的相间功率差异化控制电路，其特征在于，所述级联功率子模块包括H桥功率器件、H桥功率器件驱动电路、母线电容、预充电电路、第一直流熔断器以及第二直流熔断器；
所述H桥功率器件驱动电路与H桥功率器件电连接；所述H桥功率器件分别与第一节点、第二节点、第三节点以及第四节点相连接；所述H桥功率器件通过第一节点接入设定的高压电网或者与其他级联功率子模块电连接，通过第二节点接入设定的中性点O或者与其他级联功率子模块电连接；
所述母线电容设置在第三节点和第四节点之间；
所述电池模块的一端依次通过预充电电路和第一直流熔断器与第三节点电连接，另一端通过第二直流熔断器与第四节点电连接。
4.一种电池储能系统的相间功率差异化控制方法，其特征在于，包括电池组在线参数估计步骤；
电池组在线参数估计步骤：按照设定的方法估计在线参数，所述在线参数包括电池电压在一个脉动周期内的平均值Vbkj、电池组的内阻Z、开路电压OCV、有效容量Qe以及荷电状态SOC中的任一种或任多种组合；
其中，所述荷电状态SOC满足第一公式；所述第一公式为：
第一公式中，Qr为电池组剩余容量。
5.根据权利要求4所述的电池储能系统的相间功率差异化控制方法，其特征在于，所述电池组在线参数估计步骤还包括瞬时SOC计算子步骤；
瞬时SOC计算子步骤：根据估计得到的OCV值，通过预先测量得到的OCV-SOC曲线以设定的方法计算得到瞬时SOC值。
6.根据权利要求5所述的电池储能系统的相间功率差异化控制方法，其特征在于，利用权利要求1至4中任一项所述的电池储能系统的相间功率差异化控制电路，所述电池储能系统的相间功率差异化控制方法还包括相间及功率单元间功率分配步骤；
分别将A、B、C三相电网电压记为Vsa、Vsb、Vsc；分别将A、B、C三相的功率模块输出电压记为Va、Vb、Vc；分别将A、B、C三相的功率模块输出电流记为ia、ib、ic；分别将第k相第j个级联功率子模块的交流侧输出电压、电池模块电压、直流侧电流、电容电流、电池模块电流记为vkj、vbkj、idkj、ickj、ibkj；
其中，k∈{a,b,c}且j＝1,2,…,n；
相间及功率单元间功率分配步骤：分别通过第二公式、第三公式计算第k相第j个级联功率子模块的功率分配系数ωkj、第k相的功率分配系数ωk；
所述第二公式为：
所述第三公式为：
从而第k相充放电过程中需要承担的基波正序功率第k相第j个级联功率子模块充放电过程中需要承担的基波正序功率分别满足第四公式、第五公式；
所述第四公式为：
所述第五公式为：
其中，Qekj是指第k相第j个级联功率子模块对应的电池模块的有效容量；SOCkj是指第k相第j个级联功率子模块对应的电池模块的荷电状态；p*为设定的三相总参考有功功率。
7.根据权利要求6所述的电池储能系统的相间功率差异化控制方法，其特征在于，所述电池储能系统的相间功率差异化控制方法还包括电流解耦控制步骤；
电流解耦控制步骤：通过在dq同步旋转坐标系下对交流电流的dq轴分量id、iq的解耦控制产生链式变换器各相交流侧输出电压参考量的正序基波分量正序基波分量除以各相电池组的平均电压即得到各相总调制波的基波正序分量基于前述解耦控制的基础上在各相第2～n个级联功率子模块中引入n-1个功率闭环控制各模块功率，各功率闭环控制器输出为级联功率子模块调制波正序基波分量的幅值
其中，所述链式变换器是指n个串联的级联功率子模块。
8.根据权利要求7所述的电池储能系统的相间功率差异化控制方法，其特征在于，所述电池储能系统的相间功率差异化控制方法还包括子模块功率单元功率闭环控制步骤；
子模块功率单元功率闭环控制步骤：模块调制波的正序基波分量相位与链式变换器各相参考电压的正序基波分量相位相同，通过减去第2～n个模块调制波正序基波分量之和得到各相第一个模块调制波的正序基波分量。
9.根据权利要求8所述的电池储能系统的相间功率差异化控制方法，其特征在于，所述电池储能系统的相间功率差异化控制方法还包括注入零序电压计算步骤；
注入零序电压计算步骤：在链式变换器各相输出电压中注入一个与电池组参数相关的零序电压，假定注入零序电压v0满足第六公式，则变换器输出电压vk满足第七公式；
所述第六公式为：
v0＝V0mcos(ωt+θ0)
所述第七公式：
第六公式中，V0m、θ0分别为注入零序电压的幅值、注入零序电压的相位；
注入零序电压后在各项上产生的功率偏差ΔPk满足第八公式；
所述第八公式为：
第八公式中，为A相电网电流相位，Im代表电网电流幅值；
同时，ΔPk满足下式：
ΔPa+ΔPb+ΔPc＝0
即注入零序电压后系统总功率不变，只会改变功率在三相上的分配，则根据第八公式能够得到零序电压的幅值、零序电压的相位分别满足第九公式、第十公式；
所述第九公式为：
所述第十公式为：
第九公式中，Vgm为电网线电压幅值，atan2为方位角函数。
10.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求4至9中任一项所述的电池储能系统的相间功率差异化控制方法的步骤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910406682.9A CN110137984B (zh) | 2019-05-16 | 2019-05-16 | 电池储能系统的相间功率差异化控制电路及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910406682.9A CN110137984B (zh) | 2019-05-16 | 2019-05-16 | 电池储能系统的相间功率差异化控制电路及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110137984A true CN110137984A (zh) | 2019-08-16 |
| CN110137984B CN110137984B (zh) | 2020-11-24 |
Family
ID=67574509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910406682.9A Active CN110137984B (zh) | 2019-05-16 | 2019-05-16 | 电池储能系统的相间功率差异化控制电路及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110137984B (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111082165A (zh) * | 2019-11-18 | 2020-04-28 | 南方电网调峰调频发电有限公司 | 一种模块化多电平电池储能系统电池混用的方法 |
| CN112117504A (zh) * | 2020-09-28 | 2020-12-22 | 深圳市科陆电子科技股份有限公司 | 动力电池的控制方法、储能系统、电子设备及存储介质 |
| CN113285473A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-08-20 | 威胜电气有限公司 | 一种适用于电池梯队利用的储能pcs控制方法 |
| CN114884312A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-08-09 | 上海交通大学 | 高压直挂电池储能系统及参数设计方法 |
| WO2023046745A1 (en) * | 2021-09-21 | 2023-03-30 | Volvo Car Corporation | Intelligent battery cell |
| EP4152560A3 (en) * | 2021-09-21 | 2023-06-21 | Volvo Car Corporation | Intelligent battery cell |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108539767A (zh) * | 2018-04-28 | 2018-09-14 | 武汉科力源电气有限公司 | 静止无功发生器电压前馈控制新方法及静止无功发生器 |
| CN108599216A (zh) * | 2018-05-16 | 2018-09-28 | 上海交通大学 | 链式电池储能系统及其工作方法 |
| CN109462241A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-03-12 | 哈尔滨理工大学 | 基于不平衡负载的飞跨电容式模块化多电平无功补偿装置 |
| CN109728369A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-05-07 | 上海交通大学 | 基于动力电池的链式储能系统的自适应控制方法及系统 |
-
2019
- 2019-05-16 CN CN201910406682.9A patent/CN110137984B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108539767A (zh) * | 2018-04-28 | 2018-09-14 | 武汉科力源电气有限公司 | 静止无功发生器电压前馈控制新方法及静止无功发生器 |
| CN108599216A (zh) * | 2018-05-16 | 2018-09-28 | 上海交通大学 | 链式电池储能系统及其工作方法 |
| CN109728369A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-05-07 | 上海交通大学 | 基于动力电池的链式储能系统的自适应控制方法及系统 |
| CN109462241A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-03-12 | 哈尔滨理工大学 | 基于不平衡负载的飞跨电容式模块化多电平无功补偿装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 晁刚: "级联H桥储能系统研究与设计", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑 》 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111082165A (zh) * | 2019-11-18 | 2020-04-28 | 南方电网调峰调频发电有限公司 | 一种模块化多电平电池储能系统电池混用的方法 |
| CN111082165B (zh) * | 2019-11-18 | 2021-11-23 | 南方电网调峰调频发电有限公司 | 一种模块化多电平电池储能系统电池混用的方法 |
| CN112117504A (zh) * | 2020-09-28 | 2020-12-22 | 深圳市科陆电子科技股份有限公司 | 动力电池的控制方法、储能系统、电子设备及存储介质 |
| CN113285473A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-08-20 | 威胜电气有限公司 | 一种适用于电池梯队利用的储能pcs控制方法 |
| WO2023046745A1 (en) * | 2021-09-21 | 2023-03-30 | Volvo Car Corporation | Intelligent battery cell |
| EP4152560A3 (en) * | 2021-09-21 | 2023-06-21 | Volvo Car Corporation | Intelligent battery cell |
| CN114884312A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-08-09 | 上海交通大学 | 高压直挂电池储能系统及参数设计方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110137984B (zh) | 2020-11-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110137984A (zh) | 电池储能系统的相间功率差异化控制电路及方法 | |
| Liu et al. | Differentiation power control of modules in second-life battery energy storage system based on cascaded H-bridge converter | |
| CN107086591A (zh) | 一种基于无功补偿和智能换相的三相不平衡调节器 | |
| CN109638897A (zh) | 一种适用于交直流混合配电网的协同控制方法 | |
| CN207134804U (zh) | 一种基于不同电池模组差异化利用的级联式储能变流装置 | |
| Görbe et al. | Reduction of power losses with smart grids fueled with renewable sources and applying EV batteries | |
| CN104155616A (zh) | 一种光伏系统变流器测试平台 | |
| CN105119262B (zh) | 同时实现电能质量调节和小电流接地故障有源消弧的电路 | |
| CN110120696A (zh) | 一种大规模储能soc平衡协调控制系统及方法 | |
| CN101976968A (zh) | 三电平逆变器直流母线中点电位的控制方法 | |
| CN106099962A (zh) | 一种电动汽车充电站主动参与电网调节的系统及方法 | |
| CN103647461A (zh) | 一种ac-dc串联谐振矩阵变换器的控制方法及装置 | |
| Trovão et al. | Electric vehicles chargers characterization: Load demand and harmonic distortion | |
| CN109728369A (zh) | 基于动力电池的链式储能系统的自适应控制方法及系统 | |
| CN103779939A (zh) | 一种电源车和供电系统 | |
| CN107872090A (zh) | 一种储能电池预充电电路及预充电方法 | |
| CN107452998A (zh) | 基于电池荷电状态的车载动力电池均衡策略 | |
| CN108110887A (zh) | 一种可扩展的模块化锂离子电池不间断电源 | |
| CN110208700A (zh) | 一种直流微网中储能系统虚拟电池开路电压的计算方法 | |
| Dong et al. | Optimization on charging of the direct hybrid lithium-ion battery and supercapacitor for high power application through resistance balancing | |
| CN108599216A (zh) | 链式电池储能系统及其工作方法 | |
| CN205960661U (zh) | 一种电动汽车充电站主动参与电网调节的系统 | |
| CN205861809U (zh) | 一种共直流母线充电机检测系统 | |
| CN106291207A (zh) | 一种链式svg模块测试系统、平台及方法 | |
| Güven et al. | DC fast charging station modeling and control for electric vehicles |
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 | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20241018 Address after: 201109 floor 3, building B, No. 940 Jianchuan Road, Minhang District, Shanghai Patentee after: Shanghai Zhonglv New Energy Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 200240 No. 800, Dongchuan Road, Shanghai, Minhang District Patentee before: SHANGHAI JIAO TONG University Country or region before: China |