CN110429693B - 一种基于电池组一致性的储能电池组功率控制方法 - Google Patents

一种基于电池组一致性的储能电池组功率控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于电池组一致性的储能电池组功率控制方法，包括以下步骤：S1，储能电池组SOC约束；S2，基于电池组一致性的功率控制方法；S3，综合控制方法。本发明的基于电池组一致性的储能电池组功率控制方法能够在对微网与电网交互电量影响很小的前提下提高储能电池健康指标，缓解过充或过放，延长电池使用寿命，提高储能功率调节能力。

Description

一种基于电池组一致性的储能电池组功率控制方法
技术领域
本发明涉及电池组功率控制方法，具体涉及一种基于电池组一致性的储能电池组功率控制方法。
背景技术
目前，随着全球能源与生态、环境问题的日益严峻，风能、太阳能等清洁可再生能源发电占比不断提高，电动汽车（Electric Vehicle，EV）作为节能减排的重要方式之一也得到飞速发展。风/光发电和EV的间歇性、波动性特点使得大规模接入电网时影响电网调度和电能质量，威胁电力系统的安全可靠运行。电池储能系统具备良好的充放电特性，控制方式灵活，可有效平抑风/光发电功率波动与EV充电功率波动。平抑过程中储能电池组伴随着频繁的不规则充放电，电池组随充放电时间延长一致性变差，储能荷电状态（SOC）过大或过小，部分单体出现过充或过放现象，缩短电池使用寿命，降低储能功率调节能力。基于电池组一致性的储能电池组功率控制策略对缓解单体电池过充过放，延长电池组使用寿命，提高储能功率调节能力具有重要意义。
针对储能系统功率控制问题已有一定研究。其中，基于电池荷电状态的储能功率控制策略通过检测SOC值调整功率增益系数，实时调节储能系统充放电功率值。基于动态规划的实时修正优化控制策略通过引入电池充放电次数限制和放电深度限制等约束条件，在线修正电池电量因调频调压所发生的变化，达到最优的削峰填谷控制功能。现有研究将储能系统看成一个大的单体电池，基于单体电池特性对储能功率进行控制，未考虑充放电过程电池组一致性变差引起单体电池过充过放问题。
电池组一致性分析：
电池储能系统大规模应用的有效途径是将电池串联成组，以获得较高的电压等级及较大的储能容量。受制造工艺和运行工况差异影响，各单体电池特性不同，导致单体电池电压不均衡，电池组实际可用容量受到制约。
目前，铅酸电池技术成熟、成本较低，已广泛应用于动力电池和新能源汽车等领域。然而铅酸电池在部分荷电状态工作时负极会产生不可逆的硫酸盐化问题，且能量密度低，循环寿命短，在储能设备中并不能发挥优势。铅炭电池在传统铅酸电池负极加入活性炭，阻止了负极硫酸盐化现象显著延长电池循环寿命，性价比高。从安全性和经济性角度考虑选用铅炭电池研究电池组一致性分布规律。
12节同批次、额定容量（200Ah）相同的铅炭电池串联成组在常温（25℃）下以2.3 A电流进行恒流放电实验，全程记录电池组电压，电池波形如图1所示。随着放电时间延长，放电末期电池的强极化非线性会引起电池组的“扫帚”效应，即放电后期各单体电池的电压分散度增大，继续放电会出现某些单体过放现象，缩短电池组使用寿命。
电压极差和标准差可反映电池组电压的分散程度，定义如下：
Figure 540408DEST_PATH_IMAGE001
(1)
式（1）中r为极差，其反应电压最大离散程度，两极端单体会限制整个电池组的实际可用容量，r越大不一致性对电池组容量的影响越大。δ为标准差，其反应电池组中各单体电压的分散程度，δ越小电池组一致性越好。n代表电池组串联的单体电池数；Ui为单体电池电压；
Figure 310918DEST_PATH_IMAGE002
为串联电池组电压平均值。表1计算了放电初期和末期电压极差和标准差。放电前后极差和标准差相差两个数量级，差距较大。
表1 2.3A放电参数
Figure 733809DEST_PATH_IMAGE003
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于电池组一致性的储能电池组功率控制方法。
本发明采用的技术方案是：一种基于电池组一致性的储能电池组功率控制方法，包括以下步骤：
S1，储能电池组SOC约束；
S2，基于电池组一致性的功率控制方法；
S3，综合控制方法。
进一步地，所述步骤S1包括：
将储能电池组看成一个大的单体电池，采用如式（8）所示的安时积分法计算储能电池组SOC：
Figure 855348DEST_PATH_IMAGE004
(8)
式（8）中SOC(t0)为SOC初始值，CN为额定容量，i(t)为充放电电流，
Figure 756308DEST_PATH_IMAGE005
为充放电效率；
储能电池组SOC越接近最大值或最小值时，储能功率调节能力越弱；设定电池正常工作时SOC上下限为SOChigh和SOClow；当SOC处于过高区间SOChigh~SOCmax时表明储能充电能力不足；当SOC处于过低区间SOCmin~SOClow时表明储能放电能力不足；将SOC值作为反馈，当SOC处于过高或过低区间时及时调整储能充放电功率，减小储能电池组SOC进入较高或较低区间的概率，提高储能功率调节能力；
基于SOC约束的储能电池组充放电功率如式（9）所示：
Figure 646904DEST_PATH_IMAGE006
(9)
式中P*b(t)为修正后储能目标功率；fc、fd为储能充放电标志位，KSOC.c、KSOC.d为充电和放电SOC反馈系数。
更进一步地，所述步骤S2包括：
电池SOC在0~100%对应的电压为ul~uh，电压变化量
Figure 240696DEST_PATH_IMAGE007
u=uh-ul（mV），设电池SOC变化量与电压变化量呈线性关系，则1%电量对应的电压变化量为
Figure 583953DEST_PATH_IMAGE007
u /100；选用极差r表示电池组电压分散度，将充放电初始时刻电压极差作为基准值r0，按式（10）所示求出t时刻电压极差变化量
Figure 554183DEST_PATH_IMAGE007
r（mV）；在储能电池组充放电过程中实时监测电池组电压极差变化量，设定储能电池组一致性约束控制的电压极差阈值为（a
Figure 299285DEST_PATH_IMAGE007
u）/100，即当电池组电压极差变化量大于（a
Figure 63979DEST_PATH_IMAGE007
u）/100时对储能电池组功率进行控制，其中a为电池组一致性约束调节系数，a取值与电池类型、电池组一致性程度有关；电池组电压极差变化量大于（a
Figure 160111DEST_PATH_IMAGE007
u）/100的程度越大，电池组一致性越差，电池组一致性约束作用越明显；采用Sigmoid函数形式对储能功率进行控制；基于电池组一致性约束控制策略的储能电池组充放电功率如式（11）所示：
Figure 340556DEST_PATH_IMAGE008
(10)
Figure 268061DEST_PATH_IMAGE009
(11)
式中P*b(t)为修正后储能目标功率，
Figure 141339DEST_PATH_IMAGE007
r为电池组电压极差变化量，a为电池组一致性约束调节系数，
Figure 521505DEST_PATH_IMAGE007
u为电池SOC在0~100%对应的电压变化量。
更进一步地，所述步骤S3包括：
当储能电池组电压极差变化量大于（a
Figure 505641DEST_PATH_IMAGE007
u）/100且SOC运行在过高或过低区间时储能目标功率受基于电池组一致性的功率控制策略和SOC约束控制策略两个策略的共同约束；为确定两个策略的重要程度，引入权重系数a和b；将储能功率的80%作为修正后储能目标功率，综合控制策略下储能电池组充放电功率如式（12）所示：
Figure 287653DEST_PATH_IMAGE010
(12) 。
本发明的优点：
本发明的基于电池组一致性的储能电池组功率控制方法能够在对微网与电网交互电量影响很小的前提下提高储能电池健康指标，缓解过充或过放，延长电池使用寿命，提高储能功率调节能力。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是12节同批次、额定容量（200Ah）相同的铅炭电池串联成组在常温（25℃）下以2.3 A电流进行恒流放电实验的电池波形图；
图2是本发明的集中式微电网并网控制系统采用共直流母线型拓扑结构图；
图3是本发明的不同充电电流下电压和SOC关系曲线图；
图4是本发明的不同放电电流下电压和SOC关系曲线图；
图5是本发明的边界SOC对应的最大充电电流曲线图；
图6是本发明的边界SOC对应的最大放电电流曲线图；
图7是本发明的直流母线功率和并网功率曲线图；
图8是本发明的储能功率曲线图；
图9是本发明的有控与传统控制策略储能电池组SOC变化曲线图；
图10是本发明的直流母线功率和并网功率曲线图；
图11是本发明的储能功率曲线图；
图12是本发明的有控与无控策略储能电池组SOC变化曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的储能电池组功率控制方法：
（1）系统结构
采用共直流母线型拓扑结构建立了集中式微电网并网控制系统如图2所示。
以图中标注方向为正方向，微电网并网点功率平衡关系如式（2）所示。
Figure 331832DEST_PATH_IMAGE011
(2)
其中Pw(t)、PP(t)、PL(t)、PE(t)、P(t)、Pb(t)、P*(t)分别为风力发电输出功率、光伏发电输出功率、常规负荷用电功率、EV充电功率、直流母线功率、储能电池组充电功率、并网目标功率。
根据已知的风力发电输出功率、光伏发电输出功率、常规负荷用电功率和EV充电功率可以求得采用共直流母线结构后的直流母线功率P(t)，此功率波动较大，直接送入电网会威胁其安全稳定运行。采用如式（3）所示的滑动平均法对P(t)进行平滑，得到并网目标功率P*(t)进而求得储能功率Pb(t)，再根据储能电池组功率控制策略对储能功率Pb(t)进行优化。
Figure 402556DEST_PATH_IMAGE012
(3)
其中N为滑动系数，其值为大于1的奇数。
（2）系统约束
1）功率约束
为防止储能电池组过充、过放，应严格控制充放电功率范围如式（4）所示。
Figure 252701DEST_PATH_IMAGE013
(4)
式（4）中Pch(t)、Pdis(t)为t时刻储能电池组充、放电功率，Pch，max(t)、Pdis，max(t)为受储能电池组充电功率上限、放电功率下限和边界SOC约束的最大功率状态共同限制的储能电池组最大可接受充放电功率。
电池在非边界SOC范围内工作时，电流与SOC无关，只需保障电流低于最大允许电流，储能电池组最大可接受充放电功率仅受充电功率上限和放电功率下限限制。当电池SOC运行到边界范围时，不同SOC对应不同的最大充电电流和最大放电电流，即不同的最大可接受充电功率和放电功率。需要根据SOC值设定充电和放电电流，及时调整最大可接受充电和放电功率，否则将会导致电池出现过充或过放现象，缩短电池使用寿命。
为研究铅炭电池在边界SOC约束的最大功率状态，将开路电压为2.1V的铅炭电池以5A，10A…35A等不同充电倍率充电到电压上限2.35V。不同充电电流下电压和SOC的关系曲线如图3所示。
当采用5A电流充电时，电压达到上限，SOC达到99.7%，当充电电流等于10A时，对应的SOC达到98.8%，当电流等于35A时，对应的SOC达到89.6%。电压达到电压上限2.35V时不同的充电电流对应的SOC值不同，充电电流越大，对应的SOC越小，电池可充入电量越少。
将开路电压为2.0V的铅炭电池以5A，10A…40A等不同放电倍率放电到电压下限1.8V。不同放电电流下电压和SOC的关系曲线如图4所示。
当采用5A电流放电时，电压达到下限，SOC为0%，当电流等于10A时，对应的SOC达到2.0%，当电流等于40A时，对应的SOC达到17.8%。电压达到电压下限1.8V时不同的放电电流对应的SOC值不同，放电电流越大，对应的SOC越大，电池放电能力越弱。
当达到电压上限或下限时，不同SOC对应不同的最大充电电流和最大放电电流，即不同的最大可接受充电功率和放电功率。将对应不同最大充电电流和最大放电电流的SOC范围定义为边界SOC，即SOCbch
Figure 826901DEST_PATH_IMAGE014
SOC
Figure 104299DEST_PATH_IMAGE014
100%和0
Figure 131161DEST_PATH_IMAGE014
SOC
Figure 784996DEST_PATH_IMAGE014
SOCbdis，其中SOCbch为对应不同充电电流的边界SOC下限，SOCbdis为对应不同放电电流的边界SOC上限。根据曲线拟合，得到充电和放电时边界SOC对应的最大电流如式（5）（6）所示，曲线如图5、6所示。
Figure 213703DEST_PATH_IMAGE015
(5)
Figure 662002DEST_PATH_IMAGE016
(6)
受储能电池组充电功率上限、放电功率下限和边界SOC约束的最大功率状态共同限制的Pch，max(t)、Pdis，max(t)表达式如式（7）所示。
Figure 441739DEST_PATH_IMAGE018
(7)
式（7）中Pch,lim、Pdis,lim为储能电池组充电功率上限和放电功率下限，Ich,max,、Idis,max为边界SOC对应的最大充、放电电流，U为储能电池组工作电压。
2）SOC约束
储能电池组SOC过高时充电效率低，SOC过低时放电功率不足，SOC通常被限制在SOCmin~SOCmax，其中SOCmin和SOCmax为储能电池组运行时SOC最小值和最大值。将储能电池组看成一个大的单体电池，采用如式（8）所示的安时积分法计算SOC。
Figure 836949DEST_PATH_IMAGE004
(8)
式（8）中SOC(t0)为SOC初始值，CN为额定容量，i(t)为充放电电流，
Figure 182479DEST_PATH_IMAGE005
为充放电效率；
储能电池组SOC越接近最大值或最小值时，储能功率调节能力越弱；设定电池正常工作时SOC上下限为SOChigh和SOClow；当SOC处于过高区间SOChigh~SOCmax时表明储能充电能力不足；当SOC处于过低区间SOCmin~SOClow时表明储能放电能力不足；将SOC值作为反馈，当SOC处于过高或过低区间时及时调整储能充放电功率，减小储能电池组SOC进入较高或较低区间的概率，提高储能功率调节能力；
基于SOC约束的储能电池组充放电功率如式（9）所示：
Figure 4942DEST_PATH_IMAGE006
(9)
式中P*b(t)为修正后储能目标功率；fc、fd为储能充放电标志位，KSOC.c、KSOC.d为充电和放电SOC反馈系数。
（3）基于电池组一致性的功率控制策略
由电池组充放电曲线“扫帚”效应可知随电池组充放电时间延长，各单体电池的电压分散度增大。电池组一致性变差会导致单体过充过放，缩短电池使用寿命，影响储能电池组整体性能。储能电池组运行过程中应实时监测电池组一致性，及时调整储能充放电功率，提出了基于电池组一致性的储能电池组功率控制策略。
电池SOC在0~100%对应的电压为ul~uh，电压变化量
Figure 68713DEST_PATH_IMAGE007
u=uh-ul（mV），设电池SOC变化量与电压变化量呈线性关系，则1%电量对应的电压变化量为
Figure 736454DEST_PATH_IMAGE007
u /100；选用极差r表示电池组电压分散度，将充放电初始时刻电压极差作为基准值r0，按式（10）所示求出t时刻电压极差变化量
Figure 213790DEST_PATH_IMAGE007
r（mV）；在储能电池组充放电过程中实时监测电池组电压极差变化量，设定储能电池组一致性约束控制的电压极差阈值为（a
Figure 207153DEST_PATH_IMAGE007
u）/100，即当电池组电压极差变化量大于（a
Figure 492641DEST_PATH_IMAGE007
u）/100时对储能电池组功率进行控制，其中a为电池组一致性约束调节系数，a取值与电池类型、电池组一致性程度有关；电池组电压极差变化量大于（a
Figure 229653DEST_PATH_IMAGE007
u）/100的程度越大，电池组一致性越差，电池组一致性约束作用越明显；采用Sigmoid函数形式对储能功率进行控制；基于电池组一致性约束控制策略的储能电池组充放电功率如式（11）所示：
Figure 549776DEST_PATH_IMAGE008
(10)
Figure 448462DEST_PATH_IMAGE009
(11)
式中P*b(t)为修正后储能目标功率，
Figure 486825DEST_PATH_IMAGE007
r为电池组电压极差变化量，a为电池组一致性约束调节系数，
Figure 761949DEST_PATH_IMAGE007
u为电池SOC在0~100%对应的电压变化量。
（4）综合控制策略
当储能电池组电压极差变化量大于（a
Figure 936578DEST_PATH_IMAGE007
u）/100且SOC运行在过高或过低区间时储能目标功率受基于电池组一致性的功率控制策略和SOC约束控制策略两个策略的共同约束；为确定两个策略的重要程度，引入权重系数a和b；将储能功率的80%作为修正后储能目标功率，综合控制策略下储能电池组充放电功率如式（12）所示：
Figure 271744DEST_PATH_IMAGE010
(12) 。
本发明针对储能电池组功率控制过程电池组一致性变差问题，分析了铅炭电池组一致性变化规律，提出了基于电池组一致性的储能电池组功率控制策略，结合功率状态和SOC约束提出了综合控制策略。对所提功率策略与传统功率控制策略进行对比仿真分析。仿真结果表明本文所提控制策略能够在对微网与电网交互电量影响很小的前提下提高储能电池健康指标，缓解过充或过放现象，延长电池使用寿命，提高储能功率调节能力。
为验证本文所提功率控制策略的优化效果，选用我国某地区不同日的额定容量10kW的风力发电、额定容量6kW的光伏发电、常规负荷24小时实测数据和EV 24小时充电负荷功率实测数据。基于功率波动概率统计的储能系统容量配置方法，直流母线功率波动幅值小于8.6kW所占比例为92.7%，配置储能电池组额定功率与额定容量为8.6kW/43kWh（参数n=5）。储能电池组由108节型号LC-200额定电压2V额定容量200Ah的铅炭电池串联而成。
铅炭电池串联成组，SOC在0~100%对应的电压为1.8~2.35V，电压变化量
Figure 531824DEST_PATH_IMAGE007
u=550mV，1%电量对应的电压变化量为5.5mV。设置电池组一致性约束调节系数a=14。当电池组电压极差变化量大于（a
Figure 876218DEST_PATH_IMAGE007
u）/100=77mV时采用基于电池组一致性的功率控制策略对储能电池组功率进行控制。设定SOC约束控制策略中SOC限值如表2所示。选取如下两个极端场景验证所提控制策略的有效性。
表2 SOC限值
Figure 108616DEST_PATH_IMAGE019
场景1：储能SOC0=24%
选用某日风力发电、光伏发电、常规负荷和EV24小时实测数据为一个调度周期，直流母线功率P(t)、并网目标功率P*(t)和储能功率Pb(t)分别如图7、8所示，其中Pb(t)> 0代表储能系统充电。
采用电池健康指标（BHI）和充放电平衡度指标R(t)评价所提策略的控制效果。BHI反映储能电池组SOC在[20%，80%]区间的百分比，其值越大表明储能进入平抑能力死区的概率越低，调节能力越强。R(t)用来衡量储能系统平滑功率波动的能力，表达式如式（13）所示，R(t)Î[−1，1]，其值越接近于0表明储能充放电能力越强。SOCref取值为（SOCmax+SOCmin）/2。
Figure 411422DEST_PATH_IMAGE020
(13)
图9为运行4个调度周期，采用所提功率控制策略（有控）与不施加功率控制策略（无控）、仅施加SOC约束控制的储能电池组SOC变化情况。采用所提控制策略SOC变化范围为19.17~27.44%，电池健康指标为92.7%，充放电平衡度指标变化范围为-0.77~-0.56。而无控下SOC变化范围为11.58~27.42%，电池健康指标为48.2%，充放电平衡度指标变化范围为-0.96~-0.56。仅施加SOC约束控制策略SOC变化范围为17.89~27.42%。108节电池串联成组进行恒流放电，SOC
Figure 362060DEST_PATH_IMAGE021
19.93%时有单体出现过放。仅施加SOC约束控制有10节单体出现过放，运行4个调度周期过放容量（过放单体电池过放容量的累加和）为503.48Ah。而采用本文控制策略有5节单体出现过放，过放容量为151.98Ah。所提控制策略作用下微网与电网交互电量W1为380.34kWh，采用滑动平均法得到的微网与电网交互电量Wref为380.31kWh，W1-Wref=0.03kWh，偏差率为0.01%。
通过对比分析，采用本文控制策略在对微网与电网交互电量偏差很小的前提下减小储能电池组SOC进入较高或较低区间的概率，与无控情况对比电池健康指标提高了1.92倍，与仅施加SOC约束控制策略相比减小了单体电池过放节数，过放容量降低了69.8%。说明本文控制策略可有效提高储能电池健康指标，缓解单体电池过放，延长电池使用寿命，提高储能功率调节能力。
场景2：储能SOC0=70%
选用另一日风力发电、光伏发电、常规负荷和EV 24小时实测数据为一个调度周期，直流母线功率P(t)、并网目标功率P*(t)和储能功率Pb(t)分别如图10、图11所示。
图12为运行4个调度周期，采用本文所提功率控制策略（有控）与不施加本文功率控制策略（无控）的储能电池组SOC变化情况。采用所提控制策略SOC变化范围为70~79.82%，电池健康指标为100%，充放电平衡度指标变化范围为0.5~0.75。而基本控制下SOC变化范围为70~90%，电池健康指标为44.16%，充放电平衡度指标变化范围为0.5~1。本文控制策略作用下微网与电网交互电量W1为331.40kWh，采用滑动平均法得到的微网与电网交互电量Wref为328.29kWh，W1-Wref=3.11kWh，偏差率为0.95%。经本文控制策略控制后在对微网与电网交互电量偏差很小的前提下减小储能电池组SOC进入较高或较低区间的概率，与无控情况对比电池健康指标提高了2.26倍。
仿真结果表明所提控制方法能够在对微网与电网交互电量影响很小的前提下提高储能电池健康指标，缓解过充或过放，延长电池使用寿命，提高储能功率调节能力。
本发明针对储能电池组功率控制过程一致性变差问题，提出了基于电池组一致性的储能电池组功率控制方法，结合功率状态和SOC约束提出了综合控制方法。通过仿真结果对比，所提策略能够提高储能电池健康指标，缓解过充或过放现象，延长电池使用寿命，提高储能功率调节能力，具有重要的理论和工程应用价值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (1)

1.一种基于电池组一致性的储能电池组功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，储能电池组SOC约束；
S2，基于电池组一致性的功率控制方法；
S3，综合控制方法；
所述步骤S1包括：
将储能电池组看成一个大的单体电池，采用如式（8）所示的安时积分法计算储能电池组SOC：
Figure 649982DEST_PATH_IMAGE001
(8)
式（8）中SOC(t 0 )为SOC初始值，C N为额定容量，i(t)为充放电电流，
Figure 183732DEST_PATH_IMAGE002
为充放电效率；
储能电池组SOC越接近最大值或最小值时，储能功率调节能力越弱；设定电池正常工作时SOC上下限为SOC high和SOC low；当SOC处于过高区间SOC high~SOCmax时表明储能充电能力不足；当SOC处于过低区间SOC min~SOC low时表明储能放电能力不足；将SOC值作为反馈，当SOC处于过高区间SOC high~SOC max或过低区间SOC min~SOC low时及时调整储能充放电功率，减小储能电池组SOC进入过高或过低区间的概率，提高储能功率调节能力；
基于SOC约束的储能电池组充放电功率如式（9）所示：
Figure 441538DEST_PATH_IMAGE003
(9)
式中P * b(t)为修正后储能电池组目标功率；f c、f d为储能充放电标志位，K SOC.c和K SOC.d为充电和放电SOC反馈系数；P b(t)为储能电池组功率；
所述步骤S2包括：
电池SOC在0~100%对应的电压为u l~u h，电压变化量
Figure 792754DEST_PATH_IMAGE004
u=u h-u l，单位为mv，设电池SOC变化量与电压变化量呈线性关系，则1%电量对应的电压变化量为
Figure 768800DEST_PATH_IMAGE004
u /100；选用极差r表示电池组电压分散度，将充放电初始时刻电压极差作为基准值r 0，按式（10）所示求出t时刻电压极差变化量
Figure 840661DEST_PATH_IMAGE004
r，单位为mv；在储能电池组充放电过程中实时监测电池组电压极差变化量，设定储能电池组一致性约束控制的电压极差阈值为（a
Figure 890657DEST_PATH_IMAGE004
u）/100，即当电池组电压极差变化量大于（a
Figure 960244DEST_PATH_IMAGE004
u）/100时对储能电池组功率进行控制，其中a为电池组一致性约束调节系数，a取值与电池类型、电池组一致性程度有关；电池组电压极差变化量大于（a
Figure 485903DEST_PATH_IMAGE004
u）/100的程度越大，电池组一致性越差，电池组一致性约束作用越明显；采用Sigmoid函数形式对储能功率进行控制；基于电池组一致性约束控制策略的储能电池组充放电功率如式（11）所示：
Figure 299138DEST_PATH_IMAGE005
(10)
Figure 718487DEST_PATH_IMAGE006
(11)
式中P * b(t)为修正后储能电池组目标功率，
Figure 224555DEST_PATH_IMAGE004
r为电池组电压极差变化量，a为电池组一致性约束调节系数，
Figure 971931DEST_PATH_IMAGE004
u为电池SOC在0~100%对应的电压变化量，P b(t)为储能电池组功率；
所述步骤S3包括：
当储能电池组电压极差变化量大于（a
Figure 260961DEST_PATH_IMAGE004
u）/100且SOC运行在过高或过低区间时储能目标功率受基于电池组一致性的功率控制策略和SOC约束控制策略两个策略的共同约束；为确定两个策略的重要程度，引入权重系数m和n；将储能功率的80%作为修正后储能目标功率，综合控制策略下储能电池组充放电功率如式（12）所示：
Figure 613445DEST_PATH_IMAGE007
(12)
式中，P * b(t)为修正后储能电池组目标功率，m、n为权重系数，f c、f d为储能充放电标志位，K SOC.c、K SOC.d为充电和放电SOC反馈系数，
Figure 87152DEST_PATH_IMAGE004
r为电池组电压极差变化量，a为电池组一致性约束调节系数，P b(t)为储能电池组功率，
Figure 259507DEST_PATH_IMAGE004
u为电池SOC在0~100%对应的电压变化量。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112356686A (zh) * 2020-11-02 2021-02-12 上海鸿容信息技术有限公司 一种动力装置及应用
CN112606986B (zh) * 2021-01-04 2022-10-14 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） 一种电池动力船舶的功率分配/限制方法
CN112816892B (zh) * 2021-01-11 2022-10-04 上海理工大学 一种储能电站中电堆性能的测试方法
CN113011012B (zh) * 2021-03-02 2023-11-28 傲普(上海)新能源有限公司 一种基于Box-Cox变化的储能电池剩余寿命预测方法
CN113253128B (zh) * 2021-05-12 2022-04-12 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种电池系统soc一致性评估方法和内阻一致性评估方法
CN113740754B (zh) * 2021-09-06 2023-10-13 北京西清能源科技有限公司 一种检测电池组不一致性的方法与系统
CN114696431B (zh) * 2022-05-09 2022-09-30 上海玫克生储能科技有限公司 储能电站的充放效率比调节方法、存储介质及调节装置
CN114884165B (zh) * 2022-05-11 2023-09-05 杭州华塑科技股份有限公司 一种储能设备的均流方法及装置
CN116979587B (zh) * 2023-09-25 2023-12-19 法罗电力(浙江)有限公司 一种储能系统soc自动管理方法与系统
CN116995787B (zh) * 2023-09-27 2024-01-16 深圳市旭锦科技有限公司 一种分布式bms电池主动均衡式安全管理方法及系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105785270A (zh) * 2014-12-24 2016-07-20 国家电网公司 一种电池组串能量状态运行区间测量方法
CN108132441A (zh) * 2017-12-12 2018-06-08 华北电力科学研究院有限责任公司 储能电池模组荷电状态的运行范围确定方法及装置
WO2019042355A1 (zh) * 2017-08-31 2019-03-07 比亚迪股份有限公司 电池均衡方法、系统、车辆、存储介质及电子设备

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105785270A (zh) * 2014-12-24 2016-07-20 国家电网公司 一种电池组串能量状态运行区间测量方法
WO2019042355A1 (zh) * 2017-08-31 2019-03-07 比亚迪股份有限公司 电池均衡方法、系统、车辆、存储介质及电子设备
CN108132441A (zh) * 2017-12-12 2018-06-08 华北电力科学研究院有限责任公司 储能电池模组荷电状态的运行范围确定方法及装置

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Performance of Inconsistency in Lithium-ion Battery Packs for Battery Energy Storage Systems;Man Chen et al.;《2014 IEEE PES Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference (APPEEC)》;20150330;第1-5页 *
纯电动汽车锂离子电池组均衡策略研究及系统实现;郝晓伟;《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）工程科技II辑》;20130915(第9期);第C035-129页 *
考虑电池荷电状态的光伏功率分段平滑控制方法;叶林等;《电网技术》;20140731;第38卷(第7期);第1812-1818页 *
铅炭电池的工作特性;严干贵等;《电池》;20190630;第49卷(第3期);第221-224页 *
锂电池储能单元运行状态评估技术研究;王海滨等;《华北电力技术》;20160331(第3期);第8-17页 *

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