CN110797947A - 一种基于电压注入的储能电池均衡控制系统 - Google Patents

一种基于电压注入的储能电池均衡控制系统 Download PDF

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胥峥
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Abstract

本发明提供了一种基于电压注入的储能电池均衡控制系统，所述控制系统包括储能电池、信号采集单元、控制处理单元、变流器；所述控制系统根据采集的信息计算出需要注入的电压，进而控制所述变流器对输出电压进行控制，实现对所述储能电池的均衡控制。本发明提供一种基于电压注入的储能电池均衡控制系统，能够对储能电池荷电状态进行实时准确计算，计算出相间控制所需电压，完成对储能电池的均衡控制，保证储能电池长期、安全工作。

Description

一种基于电压注入的储能电池均衡控制系统
技术领域
本发明属于电力控制技术领域，特别涉及一种基于电压注入的储能电池均衡控制系统。
背景技术
随着科技的不断发展，电力行业也随之飞速发展，电能成为了人们生活中重要的组成部分，而储能设备是电能存储的重要环节。在储能电池系统中，由于各子模块中的电池组不可避免的存在差异，如容量、内阻等以及新旧并用。因此，在系统正常运行过程中，各子模块以相同的功率充电或放电，各电池的荷电状态势必将会变得不同。充电时，个别电池达到满电状态时，而其他电池还需要继续充电。这些提前充满了的电池将会过充，对电池寿命产生影响，对系统储能容量的充分利用上也会产生影响。因此，需要在系统运行过程中，对各电池组进行SOC均衡控制。
本发明提出一种基于电压注入的储能电池均衡控制系统，能够对储能电池荷电状态进行实时准确计算，根据实际荷电状态和所述变流器的输出电压电流得到所述零序电压，通过注入所述零序电压完成对所述储能电池的相间均衡控制。
发明内容
本发明提供一种基于电压注入的储能电池均衡控制系统，能够对储能电池荷电状态进行实时准确计算，计算出相间控制所需电压，完成对储能电池的均衡控制，保证储能电池长期、安全工作。
本发明具体为一种基于电压注入的储能电池均衡控制系统，所述控制系统包括储能电池、信号采集单元、控制处理单元、变流器，所述储能电池与所述信号采集单元、所述控制处理单元、所述变流器顺序连接，所述信号采集单元还与所述变流器相连接；所述控制系统根据采集的信息计算出需要注入的电压，进而控制所述变流器对输出电压进行控制，实现对所述储能电池的均衡控制。
所述储能电池采用锂电池组，直接并联在所述变流器子模块电容两侧，所述变流器采用模块化多电平变流器，将直流电能转换为交流电能输出至电网。
所述信号采集单元分别采集所述变流器输出电流信号、电压信号，所述储能电池充放电电流信号。
所述控制处理单元包括控制器、外部输入模块、存储模块、通信模块，所述外部输入模块结合输入设备能够对所述控制系统进行参数设置，所述参数包括所述储能电池各相额定容量、所述储能电池额定功率、相间SOC均衡系数；
所述通信模块能够将所述控制系统的信息上传至监控中心；
所述控制器对输入的信息进行分析计算，得到控制指令输出：
步骤(1)：根据所述储能电池充放电电流计算所述储能电池荷电状态SOCa0为所述储能电池a相荷电状态初始值，SOCb0为所述储能电池b相荷电状态初始值，SOCc0为所述储能电池c相荷电状态初始值，Qa为所述储能电池a相电池额定容量，Qb为所述储能电池b相电池额定容量，Qc为所述储能电池c相电池额定容量，ia为所述储能电池a相充放电电流，ib为所述储能电池b相充放电电流，ic为所述储能电池c相充放电电流；
步骤(2)：计算所述储能电池三相荷电状态平均值
步骤(3)：计算所述储能电池三相荷电状态与所述储能电池三相荷电状态平均值差值
Figure BDA0002275620570000023
步骤(4)：计算所述储能电池相间荷电状态平不均衡度
Figure BDA0002275620570000024
步骤(5)：计算所述储能电池各相需要均衡的有功功率
Figure BDA0002275620570000025
λ为所述相间SOC均衡系数，P为所述储能电池额定功率；
步骤(6)：计算需要注入的零序电压有效值
Figure BDA0002275620570000026
I为所述变换器输出电流有效值；
步骤(7)：将所述储能电池各相需要均衡的有功功率三相静止坐标系变换到α-β坐标系得到
Figure BDA0002275620570000031
步骤(8)：计算所述需要注入的零序电压相位
Figure BDA0002275620570000032
为所述变换器输出电流相位；
步骤(9)：根据所述需要注入的零序电压有效值、相位控制所述变流器，完成对所述储能电池的均衡控制。
与现有技术相比，有益效果是：所述控制系统以所述储能电池的实际荷电状态和所述变流器的输出电压电流得到所述零序电压，通过注入所述零序电压完成对所述储能电池的相间均衡控制。
附图说明
图1为本发明一种基于电压注入的储能电池均衡控系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种基于电压注入的储能电池均衡控系统的具体实施方式做详细阐述。
如图1所示，本发明的控制系统包括储能电池、信号采集单元、控制处理单元、变流器，储能电池与信号采集单元、控制处理单元、变流器顺序连接，信号采集单元还与变流器相连接；控制处理单元包括控制器、外部输入模块、存储模块、通信模块，外部输入模块结合输入设备能够对控制系统进行参数(储能电池各相额定容量、储能电池额定功率、相间SOC均衡系数)的设置；通信模块能够将控制系统的信息上传至监控中心。
储能电池采用锂电池组，直接并联在所述变流器子模块电容两侧，变流器采用模块化多电平变流器，将直流电能转换为交流电能输出至电网。
信号采集单元分别采集变流器输出电流信号、电压信号、储能电池充放电电流信号。
控制器对输入的信息进行分析计算，得到控制指令输出：步骤(1)：计算所述储能电池荷电状态；步骤(2)：计算储能电池三相荷电状态平均值
Figure BDA0002275620570000041
步骤(3)：计算储能电池三相荷电状态与储能电池三相荷电状态平均值差值；步骤(4)：计算储能电池相间荷电状态平不均衡度；步骤(5)：计算储能电池各相需要均衡的有功功率；步骤(6)：计算需要注入的零序电压有效值；步骤(7)：将储能电池各相需要均衡的有功功率三相静止坐标系变换到α-β坐标系得到
Figure BDA0002275620570000042
步骤(8)：计算所述需要注入的零序电压；步骤(9)：根据需要注入的零序电压有效值、相位控制变流器，完成对储能电池的均衡控制。
其中步骤(1)计算所述储能电池荷电状态的公式为：
Figure BDA0002275620570000043
SOCa0为储能电池a相荷电状态初始值，SOCb0为储能电池b相荷电状态初始值，SOCc0为储能电池c相荷电状态初始值，Qa为储能电池a相电池额定容量，Qb为储能电池b相电池额定容量，Qc为储能电池c相电池额定容量，ia为储能电池a相充放电电流，ib为储能电池b相充放电电流，ic为储能电池c相充放电电流。
其中步骤(2)计算储能电池三相荷电状态平均值公式为：
其中步骤(3)计算储能电池三相荷电状态与储能电池三相荷电状态平均值差值公式为
Figure BDA0002275620570000045
其中步骤(4)储能电池相间荷电状态平不均衡度计算公式为
Figure BDA0002275620570000046
其中步骤(5)储能电池各相需要均衡的有功功率计算公式为：
Figure BDA0002275620570000047
λ为相间SOC均衡系数，P为储能电池额定功率。
其中步骤(6)计算需要注入的零序电压有效值公式为：
Figure BDA0002275620570000051
I为变换器输出电流有效值。
其中步骤(8)计算需要注入的零序电压相位公式为：为变换器输出电流相位。
最后应该说明的是，结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到，本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。

Claims (4)

1.一种基于电压注入的储能电池均衡控制系统，其特征在于，所述控制系统包括储能电池、信号采集单元、控制处理单元、变流器，所述储能电池与所述信号采集单元、所述控制处理单元、所述变流器顺序连接，所述信号采集单元还与所述变流器相连接；所述控制系统根据采集的信息计算出需要注入的电压，进而控制所述变流器对输出电压进行控制，实现对所述储能电池的均衡控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于电压注入的储能电池均衡控制系统，其特征在于，所述储能电池采用锂电池组，直接并联在所述变流器子模块电容两侧，所述变流器采用模块化多电平变流器，将直流电能转换为交流电能输出至电网。
3.根据权利要求2所述的一种基于电压注入的储能电池均衡控制系统，其特征在于，所述信号采集单元分别采集所述变流器输出电流信号、电压信号，所述储能电池充放电电流信号。
4.根据权利要求3所述的一种基于电压注入的储能电池均衡控制系统，其特征在于，所述控制处理单元包括控制器、外部输入模块、存储模块、通信模块，所述外部输入模块结合输入设备能够对所述控制系统进行参数设置，所述参数包括所述储能电池各相额定容量、所述储能电池额定功率、相间SOC均衡系数；
所述通信模块能够将所述控制系统的信息上传至监控中心；
所述控制器对输入的信息进行分析计算，得到控制指令输出，包括以下过程：
步骤(1)：根据所述储能电池充放电电流计算所述储能电池荷电状态
Figure FDA0002275620560000011
SOCa0为所述储能电池a相荷电状态初始值，SOCb0为所述储能电池b相荷电状态初始值，SOCc0为所述储能电池c相荷电状态初始值，Qa为所述储能电池a相电池额定容量，Qb为所述储能电池b相电池额定容量，Qc为所述储能电池c相电池额定容量，ia为所述储能电池a相充放电电流，ib为所述储能电池b相充放电电流，ic为所述储能电池c相充放电电流；
步骤(2)：计算所述储能电池三相荷电状态平均值
Figure FDA0002275620560000012
步骤(3)：计算所述储能电池三相荷电状态与所述储能电池三相荷电状态平均值差值
步骤(4)：计算所述储能电池相间荷电状态平不均衡度
Figure FDA0002275620560000022
步骤(5)：计算所述储能电池各相需要均衡的有功功率
Figure FDA0002275620560000023
λ为所述相间SOC均衡系数，P为所述储能电池额定功率；
步骤(6)：计算需要注入的零序电压有效值
Figure FDA0002275620560000024
I为所述变换器输出电流有效值；
步骤(7)：将所述储能电池各相需要均衡的有功功率三相静止坐标系变换到α-β坐标系得到
Figure FDA0002275620560000025
步骤(8)：计算所述需要注入的零序电压相位
Figure FDA0002275620560000026
为所述变换器输出电流相位；
步骤(9)：根据所述需要注入的零序电压有效值、相位控制所述变流器，完成对所述储能电池的均衡控制。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112366778A (zh) * 2020-11-06 2021-02-12 上能电气股份有限公司 一种电池组簇间均衡的控制方法及控制系统
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
CN114844174A (zh) * 2022-06-07 2022-08-02 绍兴建元电力集团有限公司 用于级联h桥储能系统的相间soc均衡控制方法及系统

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