CN111082165A - 一种模块化多电平电池储能系统电池混用的方法 - Google Patents

一种模块化多电平电池储能系统电池混用的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111082165A
CN111082165A CN201911128789.8A CN201911128789A CN111082165A CN 111082165 A CN111082165 A CN 111082165A CN 201911128789 A CN201911128789 A CN 201911128789A CN 111082165 A CN111082165 A CN 111082165A
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase
power
bat
battery
sub
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
CN201911128789.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111082165B (zh
Inventor
凌志斌
彭鹏
陈满
李勇琦
胡振恺
李毓烜
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.)
Peak and Frequency Regulation Power Generation Co of China Southern Power Grid Co Ltd
Original Assignee
Peak and Frequency Regulation Power Generation Co of China Southern Power Grid 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 Peak and Frequency Regulation Power Generation Co of China Southern Power Grid Co Ltd filed Critical Peak and Frequency Regulation Power Generation Co of China Southern Power Grid Co Ltd
Priority to CN201911128789.8A priority Critical patent/CN111082165B/zh
Publication of CN111082165A publication Critical patent/CN111082165A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111082165B publication Critical patent/CN111082165B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • H01M10/42—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
    • 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)
  • 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)

Abstract

本发明提供了一种通过交流侧功率控制实现模块化多电平电池储能系统电池混用的方法，所述方法包括如下步骤：第一步：获取模块化多电平储能系统各个子模块电池电压、SOC、SOH、SOF、额定容量信息；第二步：计算各个子模块的可充电能量和可放电能量；第三步：计算各相和整个系统总的可充电电量和可放电电量；第四步：各相充放电功率的预分配；第五步：子模块功率的预分配；第六步：子模块功率的校核；第七步：子模块功率和三相功率的再分配；第八步：零序电压注入实现三相间均衡；第九步：子模块交流电压的分配。本发明以实现模块化多电平储能系统中的不同的电池混用为目标，同时考虑到安全运行边界，可以更加充分地利用不同类型电池的资源。

Description

一种模块化多电平电池储能系统电池混用的方法
技术领域
本发明涉及电池储能系统领域，更具体地，涉及一种模块化多电平电池储能系统电池混用的方法。
背景技术
模块化多电平电池储能系统以其具有可同时连接交直流电网的端口、模块化的结构、谐波小的特点，被认为是最有前景的电池储能系统拓扑结构之一。该储能系统模块化的结构使其对于接入的电池具有差异化控制的能力，可用于实现不同电池的混用。
目前国内外对同一个电池储能系统内不同电池混用的研究尚未见报道。相近的研究是对电池的梯次利用。张大宝等在《变电站智能并联蓄电池系统新技术研究与应用[J].科技与创新，2018(09)：148-149.》中提出通过DC/DC或DC/AC变换之后在进行并联，从而实现新旧电池的混用。姚克宇在《关于存量电池利旧和新旧电池混用模式的研究[J].移动通信，2016，40(15)：64-67.》中采用电池合路器实现新旧电池的混用，电池合路器的本质是多路切换开关。上述研究和应用虽名称叫混用，但只是同类电池的混用，而且也仅仅限于移动基站备用电源领域。
对于电池储能领域的梯次利用，目前有两个技术路线。第一，通过增强单体间的均衡适应梯次电池应用的需求。如赵光金等在《主被动均衡技术及其在电池梯次利用中的应用[J].电源技术，2018，42(07)：983-986+1075.》中采用主动和被动组合实现梯次电池的均衡，主动和被动均衡之间分时切换；朱运征《集装箱式储能系统用梯次利用锂电池组的一致性管理研究[J].电源学报，2018，16(04)：80-86.》和李晓依《锂离子动力电池梯次利用的主动均衡系统研究与实现[D].武汉理工大学，2018.》均通过增加电池管理系统的主动均衡能力来消减梯次电池的差异性的影响。第二，通过电力电子模块实现对电池模块的差异化控制，适应梯次电池应用的需求。如李丹在《模块化独立控制梯次利用电池储能系统[D].北京交通大学，2018.》中利用级联H桥拓扑结构的相间和相内均衡功能实现梯次电池的利用；李圆圆等在《快速收敛的梯次电池成组技术[J].高电压技术，2018，44(01)：169-175.》中将电池模组通过DC/DC变换后串联实现梯次电池的应用。
以梯次电池利用为目标的控制方法，其目标均是使均衡功率与SOC的偏差值成正比相关。但这种以消除SOC偏差为直接目标的控制策略对于储能系统中存在不同电池混用时就存在一些不足：1)同一储能系统中不同电池的容量可能存在较为显著的差异，同样SOC的电池却存储着不同大小的电量，存储着相同电量的电池处于不同的SOC状态。2)同一储能系统中不同电池的平台电压可能存在较为显著的差异，同样SOC和容量的电池却存储着不同大小的能量，存储着相同能量的电池具有不同的容量和处于不同的SOC状态。单纯以SOC和SOC偏差进行的控制在不同电池混用的储能系统中将不再适用，不仅不能取得好的效果，甚至可能适得其反。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提出一种模块化多电平电池储能系统电池混用的方法。该方法以在模块化多电平电池储能系统中实现不同电池的混用为目标，利用交流侧的功率控制实现对容量和平台电压不同电池模块的差异化控制，实现不同电池模块的安全运行，起到最大化电池利用的目的。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种模块化多电平电池储能系统电池混用的方法，包括以下步骤：
S1：获取模块化多电平电池储能系统各个子模块电池电压、SOC(state ofcharge，电池剩余电量百分比)、SOH(state of health，电池健康度)、SOF(state offunction，电池的功能状态)、额定容量信息；模块化多电平电池储能系统中，每个子模块包括电池单元和功率单元，电池单元由电池管理系统(Battery Management System，BMS)管理，功率单元作为功率转换系统(Power Conversion System，PCS)的一部分由PCS控制器控制，PCS控制器定时从BMS获取各个功率单元对应的电池单元的SOC状态和SOH状态；
S2：计算各个子模块的可充电能量和可放电能量：根据步骤S1获取的子模块电池SOC、SOH以及电池额定容量信息，分别计算出各个子模块电池的可充电能量和可放电能量；
S3：计算各相和整个系统总的可充电电量和可放电电量；
S4：各相充放电功率的预分配：按照三相的可充电能量SOCEa，SOCEb，SOCEc的比例分配充电功率，按照三相的可放电能量SOCEa，SOCEb，SOCEc的比例分配放电功率；
S5：子模块功率的预分配：在各相功率预分配的基础上分配各个子模块的功率，各个子模块功率按照与子模块的可充/放电能量的成正比例的原则分配；
S6：子模块功率的校核；
S7：子模块功率和三相功率的再分配：根据电池电压和电池配合电流，重新分配各个子模块功率，并且重新分配三相功率；
S8：零序电压注入实现三相间均衡；
S9：子模块交流电压的分配；同相各个子模块交流电压相位相同，按照各子模块的可充/放电能量的比例分配交流电压，即控制了交流侧功率。
在其中一个实施例中，步骤S1中，PCS控制器定时从BMS获取各个功率单元对应的电池单元的SOC状态和SOH状态，时间间隔根据电池储能系统的状态刷新速率确定，取0.1s-1min。获取方式通常通讯，具体由PCS和BMS之间的接口规范和协议确定。
在其中一个实施例中，步骤S2中，计算各个子模块的可充电能量和可放电能量，具体方法为：
可放电能量：
SODE(x，n)＝[(SOCx，n-SOCdown)×SOHx，n×CN]×VN
可充电能量：
SOCE(x，n)＝[(SOCup-SOCx，n)×SOHx，n×CN]×VN
式中，SOCup和SOCdown分别代表电池运行的SOC上下边界，0≤SOCdown＜SOCup≤1，x表示a、b、c三相之一，n表示某一相中的子模块编号，CN为电池额定容量，VN为电池标称电压。
在其中一个实施例中，步骤S3中，计算各个子模块的可充电能量和可放电能量，具体方法为：
计算每相的可最大放电能量：
Figure BDA0002277690190000031
式中，下标x表示a、b、c三相之一，n表示该相的第n个子模块，N为每相的子模块数；
计算三相总的最大可放电电量：
SODE＝SODEa+SODEb+SODEc
计算每相的充电能量：
Figure BDA0002277690190000041
式中，下标x表示a、b、c三相之一，n表示该相的第n个子模块，N为每相的子模块数；
计算三相总的可充电能量：
SOCE＝SOCEa+SOCEb+SOCEc。
在其中一个实施例中，步骤S4中，各相充放电功率的预分配具体包括：
总功率指令为Psum，放电时，abc三相分配的放电功率指令分别为：
Figure BDA0002277690190000042
Figure BDA0002277690190000043
Figure BDA0002277690190000044
充电时，abc三相的充电功率指令分别为：
Figure BDA0002277690190000045
Figure BDA0002277690190000046
Figure BDA0002277690190000047
在其中一个实施例中，步骤S5中，子模块功率的预分配，具体方法为：
充电时，abc三相各个子模块的功率分配如下：
Figure BDA0002277690190000048
Figure BDA0002277690190000049
Figure BDA00022776901900000410
放电时，abc三相各个子模块的功率分配如下：
Figure BDA0002277690190000051
Figure BDA0002277690190000052
Figure BDA0002277690190000053
式中，Pa，n，Pb，n，Pc，n分别表示a、b、c三相的第n个子模块的功率，下标a、b、c表示abc三相，n表示子模块的编号，N表示每相的子模块数量。
在其中一个实施例中，步骤S6中，子模块功率的校核具体方法为：
根据能量守恒，电池侧功率等于交流功率和直流功率之和，只有交流侧控制的情况下，直流侧功率为零；
三相中各个子模块电池中的电流平均值分别为：
Figure BDA0002277690190000054
Figure BDA0002277690190000055
Figure BDA0002277690190000056
根据步骤S1获取的各个子模块电池的SOF包含的可充电电流和可放电电流信息，校核上述电流平均值是否在SOF允许的可充电电流和可放电电流范围之内；
充电时，对于a相子模块的电池：
如Ibat，a，n≤Ichg，a，n，则保持Ibat，a，n不变；
如Ibat，a，n＞Ichg，a，n，则重置Ibat，a，n＝Ichg，a，n；
同理，对于b相子模块的电池：
如Ibat，b，n≤Ichg，b，n，则保持Ibat，b，n不变；
如Ibat，b，n＞Ichg，b，n，则重置Ibat，b，n＝Ichg，b，n；
对于c相子模块的电池：
如Ibat，c，n≤Ichg，c，n，则保持Ibat，c，n不变；
如Ibat，c，n＞Ichg，c，n，则重置Ibat，c，n＝Ichg，c，n；
式中，Ibat，a，n，Ibat，b，n，Ibat，c，n分别表示a、b、c三相的第n个子模块的电池平均电流，下标a、b、c表示abc三相，Ichg，a，n，Ichg，b，n，Ichg，c，n分别表示a、b、c三相的第n个子模块的电池的允许充电电流，n表示子模块的编号，N表示每相的子模块数量；
放电时，对于a相子模块的电池：
如Ibat，a，n≤Idchg，a，n，则保持Ibat，a，n不变；
如Ibat，a，n＞Idchg，a，n，则重置Ibat，a，n＝Idchg，a，n；
同理，对于b相子模块的电池：
如Ibat，b，n≤Idchg，b，n，则保持Ibat，b，n不变；
如Ibat，b，n＞Idchg，b，n，则重置Ibat，b，n＝Idchg，b，n；
对于c相子模块的电池：
如Ibat，c，n≤Idchg，c，n，则保持Ibat，c，n不变；
如Ibat，c，n＞Idchg，c，n，则重置Ibat，c，n＝Idchg，c，n；
式中，Ibat，a，n，Ibat，b，n，Ibat，c，n分别表示a、b、c三相的第n个子模块的电池平均电流，下标a、b、c表示abc三相，Idchg，a，n，Idchg，b，n，Idchg，c，n分别表示a、b、c三相的第n个子模块的电池的允许充电电流，n表示子模块的编号，N表示每相的子模块数量。
在其中一个实施例中，步骤S7中，子模块功率和三相功率的再分配的具体方法为：
根据电池电压和电池配合电流，重新分配各个子模块功率如下：
Pa，n＝Ubat，a，n×Ibat，a，n
Pb，n＝Ubat，b，n×Ibat，b，n
Pc，n＝Ubat，c，n×Ibat，c，n
重新分配三相功率如下：
Figure BDA0002277690190000061
Figure BDA0002277690190000062
Figure BDA0002277690190000063
在其中一个实施例中，步骤S8中，零序电压注入实现三相间均衡，具体方法为：
abc三相的功率与平均值的偏差为：
Figure BDA0002277690190000071
Figure BDA0002277690190000072
Figure BDA0002277690190000073
三相功率的偏差通过注入零序电压的方式来实现；
注入的零序电压的相对A相正序电流相位为：
Figure BDA0002277690190000074
零序电压的大小为：
Figure BDA0002277690190000075
A相正序电流的相位通过对电网电压锁相得到；
a、b、c三相电压相量分别为：
Figure BDA0002277690190000076
Figure BDA0002277690190000077
Figure BDA0002277690190000078
三相电流相量及大小分别为：
Figure BDA0002277690190000079
Figure BDA00022776901900000710
Figure BDA00022776901900000711
Figure BDA00022776901900000712
式中，Us为电网系统电压有效值。
在其中一个实施例中，步骤S9中，子模块交流电压的分配，具体方法为：
同相各个子模块交流电压相位相同，按照各子模块的可充/放电能量的比例分配交流电压，即控制了交流侧功率；
充电时，abc三相各个子模块交流电压分配如下：
Figure BDA0002277690190000081
Figure BDA0002277690190000082
Figure BDA0002277690190000083
放电时，abc三相各个子模块交流电压分配如下：
Figure BDA0002277690190000084
Figure BDA0002277690190000085
Figure BDA0002277690190000086
式中，Ua，n，Ub，n，Uc，n分别表示a、b、c三相的第n个子模块的交流侧电压，下标a、b、c表示abc三相，n表示子模块的编号，N表示每相的子模块数量。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明提供了一种模块化多电平电池储能系统电池混用的方法，考虑了子模块中不同电池的标称电压的不同、健康状态的不同、容量的不同、可充放电能量的不同，实现了对不同电池混用时能量的充分利用；考虑到电池的SOF，体现了不同电池充放电电流的约束，电池的寿命和安全性更有保证。最终达到在模块化多电平电池储能系统中安全、合理、充分利用不同电池的目的。
附图说明
图1为实施例1模块化多电平电池储能系统示意图。
图2为实施例1模块化多电平电池储能系统电池混用的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，本实施例为150kW电池储能系统，交流侧额定电压380V，星形连接，每个桥臂有N＝10个子模块，整个系统共60个子模块。桥臂电抗0.6mH，交流并网电抗0.3mH。电池储能系统收到100kW放电指令。
本实施例中，其中57个子模块电池为由32节3.2V/100Ah磷酸铁锂电池单体串联组成标称电压102.4V，标称容量40Ah的储能电池模块。另有2个子模块电池为42节2.3V/70A钛酸锂电池单体串联组成的标称电压96.6V，标称容量30A的储能电池模块，位于A相和C相最后。有1个子模块电池为42节2.3V/70A钛酸锂电池单体串联组成的标称电压96.6V，标称容量35A的储能电池模块，位于B相最后。电池SOC的运行上限均设为0.9，运行下限均设为0.1。
如图2所示，本实施例的过程如下：
S1：获取模块化多电平储能系统各个子模块电池电压、SOC、SOH、SOF、额定容量信息
能量转换系统通过通讯方式定时每1s从电池管理系统获取三相共120个子模块电池的信息。设置SOC运行上下限分别为0.9和0.1。获取的信息如下：
A相信息：
荷电状态SOCa＝[0.59，0.65，0.65，0.56，0.61，0.56，0.63，0.60，0.57，0.61，0.62，0.62，0.60，0.55，0.58，0.56，0.57，0.60，0.59，0.64]
健康状态SOHa＝[0.91，0.93，0.92，0.93，0.90，0.91，0.90，0.92，0.93，0.92，0.91，0.95，0.95，0.92，0.94，0.91，0.93，0.90，0.91，0.92]
电池实测电压Ua＝[102.3，101.7，100.6，97.1，98.6，103.4，97.7，97.2，96.1，100.7，97.8，96.4，100.6，103.3，103.2，103.9，102.5，102.6，97.9，96.1]，单位V；
电池标称电压UN＝[102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，96.6]，单位V；
电池标称容量CN＝[40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，30]，单位AH；
可放电电流Idchg＝[40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，20]，单位A；
可充电电流Ichg＝[40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，20]，单位A。
B相信息：
荷电状态SOCb＝[0.63，0.58，0.65，0.62，0.64，0.58，0.60，0.57，0.63，0.62，0.57，0.56，0.64，0.60，0.62，0.56，0.58，0.58，0.62，0.63]；
健康状态SOHb＝[0.92，0.95，0.92，0.90，0.94，0.95，0.92，0.90，0.90，0.94，0.93，0.94，0.91，0.95，0.95，0.94，0.90，0.90，0.90，0.93]；
电池实测电压Ub＝[100.9，100.4，98.4，97.4，96.7，98.8，98.0，102.2，98.8，103.6，98.6，96.2，104.0，97.7，103.7，101.3，99.9，103.2，102.1，97.5]，单位V；
电池标称电压UN＝[102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，96.6]，单位V；
电池标称容量CN＝[40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，35]，单位AH；
可放电电流Idchg＝[40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，20]，单位A；
可充电电流Ichg＝[40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，25]，单位A。
C相信息：
荷电状态SOCc＝[0.56，0.61，0.61，0.63，0.63，0.63，0.60，0.61，0.65，0.63，0.60，0.63，0.61，0.59，0.65，0.62，0.57，0.56，0.55，0.64]；
健康状态SOHc＝[0.94，0.94，0.90，0.94，0.92，0.93，0.95，0.91，0.92，0.95，0.93，0.90，0.92，0.95，0.94，0.94，0.93，0.94，0.93，0.90]；
电池实测电压Uc＝[102.6，103.4，98.7，102.8，96.3，96.7，100.0，102.9，101.0，102.9，99.0，96.6，96.4，99.7，96.6，98.0，98.6，103.9，96.5，95.9]，单位V；
电池标称电压UN＝[102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，102.4，96.6]，单位V；
电池标称容量CN＝[40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，30]，单位AH；
可放电电流Idchg＝[40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，20]，单位A；
可充电电流Ichg＝[40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，40，20]，单位A。
S2：计算各个子模块的可充电能量和可放电能量
根据步骤一获取的信息，分别计算出各个子模块的可充电能量和可放电能量。
A相：
可放电能量SODE＝[2.22，2.47，2.45，2.14，2.23，2.10，2.33，2.25，2.18，2.28，2.31，2.43，2.35，2.08，2.22，2.10，2.16，2.20，2.19，1.70]，单位kWh；
可充电能量SOCE＝[1.51，1.34，1.32，1.67，1.46，1.63，1.36，1.52，1.63，1.49，1.42，1.46，1.55，1.69，1.63，1.63，1.65，1.48，1.54，0.96]，单位kWh。
B相：
可放电能量SODE＝[2.37，2.27，2.43，2.30，2.46，2.25，2.25，2.12，2.34，2.38，2.17，2.17，2.38，2.33，2.40，2.15，2.13，2.15，2.27，1.98]，单位kWh；
可充电能量SOCE＝[1.40，1.62，1.34，1.39，1.39，1.64，1.52，1.57，1.35，1.47，1.64，1.68，1.35，1.56，1.49，1.70，1.56，1.53，1.42，1.16]，单位kWh。
C相：
可放电能量SODE＝[2.16，2.34，2.25，2.44，2.37，2.42，2.33，2.27，2.44，2.44，2.30，2.32，2.32，2.28，2.50，2.38，2.17，2.14，2.10，1.66]，单位kWh；
可充电能量SOCE＝[1.69，1.51，1.44，1.41，1.39，1.39，1.56，1.46，1.33，1.45，1.50，1.36，1.45，1.61，1.35，1.47，1.64，1.71，1.71，0.94]，单位kWh。
S3：计算各相和整个系统总的可充电电量和可放电电量
根据各个子模块充放电能量，求和得到：
A相总的可放电能量SODE＝44.39kWh；总的可充电能量SOCE＝29.92kWh；
B相总的可放电能量SODE＝45.29kWh；总的可充电能量SOCE＝29.78kWh；
C相总的可放电能量SODE＝45.63kWh；总的可充电能量SOCE＝29.40kWh；
电池储能系统总的可放电能量135.30kWh，总的可充电能量89.10kWh。
S4：各相充放电功率的预分配
根据三相的可放电容量，预分配三相功率如下：A相功率Pa为32.81kW；B相功率Pb为33.47kW；C相功率Pc为33.72kW。
S5：子模块功率的预分配
预分配各个子模块功率如下：
Pa＝[1.64，1.83，1.81，1.58，1.65，1.55，1.72，1.66，1.61，1.69，1.71，1.79，1.73，1.54，1.64，1.55，1.60，1.63，1.62，1.26]，单位kW；
Pb＝[1.75，1.68，1.80，1.70，1.82，1.66，1.66，1.56，1.73，1.76，1.60，1.60，1.76，1.72，1.78，1.59，1.57，1.59，1.68，1.46]，单位kW；
Pc＝[1.59，1.73，1.66，1.80，1.76，1.79，1.72，1.67，1.80，1.80，1.70，1.72，1.71，1.69，1.85，1.76，1.60，1.58，1.55，1.23]，单位kW。
根据预分配功率和电池电压，计算得到电池平均电流：
Ia＝[16.02，17.95，17.98，16.29，16.71，15.03，17.61，17.11，16.76，16.74，17.46，18.62，17.23，14.91，15.88，14.92，15.60，15.87，16.52，13.10]，单位A；
Ib＝[17.37，16.69，18.27，17.44，18.80，16.83，16.97，15.30，17.49，16.95，16.23，16.66，16.91，17.60，17.13，15.67，15.75，15.42，16.43，15.01]，单位A；
Ic＝[15.53，16.70，16.82，17.52，18.22，18.45，17.22，16.28，17.86，17.51，17.21，17.77，17.75，16.93，19.13，17.96，16.24，15.24，16.11，12.83]，单位A。
S6：子模块功率的校核
与第一步得到的电池可放电电流校核发现，预分配电流小于电池可放电电流。电池储能系统各个子模块可以按照预分配功率运行。
S7：子模块功率和三相功率的再分配
子模块可以按照预分配功率运行，则三相均可按照预分配功率运行。
S8：零序电压注入实现三相间均衡
三相功率与三相功率平均值的偏差：
ΔPa＝Pa-Psum/3＝33.53kW-33.33kW＝0.20kW；
ΔPb＝Pb-Psum/3＝33.09kW-33.33kW＝-0.24kW；
ΔPc＝Pc-Psum/3＝33.39kW-33.33kW＝0.06kW；
三相电流Ia＝Ib＝Ic＝100kW/380V/1.732＝152A
三相功率的偏差通过注入零序电压的方式来实现。
注入的零序电压的相对A相正序电流相位为(以A相电压相位为参考)：
Figure BDA0002277690190000131
Figure BDA0002277690190000132
零序电压的大小为：
Figure BDA0002277690190000133
故零序电压相位为38.9°，幅度为1.69V。
本实例中，根据系统描述，计算得到交流等效电感为0.6mH，100kW时电感上工频电压为28.6V。由此，注入零序电压得到的中性点偏移的三相电压为：
Figure BDA0002277690190000134
Figure BDA0002277690190000135
Figure BDA0002277690190000136
S9：子模块交流电压的分配
在三相电压确定的基础上分配各个子模块的电压，按照各子模块的可放电能量的比例分配子模块电压即实现了按此比例分配功率。
三相各个子模块电压：
Ua＝[10.98，10.81，12.47，11.75，12.21，11.40，11.87，10.81，11.55，10.78，10.62，11.03，10.84，12.38，11.53，11.12，11.54，10.42，10.77，8.41]，单位V；
Ub＝[11.28，10.77，11.63，10.73，10.39，10.69，11.60，10.85，11.04，11.23，11.31，11.33，11.06，11.46，10.72，11.30，11.44，10.98，11.42，9.15]，单位V；
Uc＝[10.97，11.30，10.40，11.55，10.14，10.80，11.63，12.11，12.03，11.74，11.24，11.09，10.26，11.25，11.90，11.61，11.90，11.25，10.84，7.89]，单位V。
控制各个子模块的交流侧电压比例即实现了按可放电容量比例控制各个子模块电池的放电功率。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种模块化多电平电池储能系统电池混用的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取模块化多电平电池储能系统各个子模块电池电压、SOC、SOH、SOF、额定容量信息；模块化多电平电池储能系统中，每个子模块包括电池单元和功率单元，电池单元由电池管理系统管理，功率单元作为功率转换系统的一部分由PCS控制器控制，PCS控制器定时从BMS获取各个功率单元对应的电池单元的SOC状态和SOH状态；
S2：计算各个子模块的可充电能量和可放电能量：根据步骤S1获取的子模块电池SOC、SOH以及电池额定容量信息，分别计算出各个子模块电池的可充电能量和可放电能量；
S3：计算各相和整个系统总的可充电电量和可放电电量；
S4：各相充放电功率的预分配：按照三相的可充电能量SOCEa，SOCEb，SOCEc的比例分配充电功率，按照三相的可放电能量SOCEa，SOCEb，SOCEc的比例分配放电功率；
S5：子模块功率的预分配：在各相功率预分配的基础上分配各个子模块的功率，各个子模块功率按照与子模块的可充/放电能量的成正比例的原则分配；
S6：子模块功率的校核；
S7：子模块功率和三相功率的再分配：根据电池电压和电池配合电流，重新分配各个子模块功率，并且重新分配三相功率；
S8：零序电压注入实现三相间均衡；
S9：子模块交流电压的分配；同相各个子模块交流电压相位相同，按照各子模块的可充/放电能量的比例分配交流电压，即控制了交流侧功率。
2.根据权利要求1所述的模块化多电平电池储能系统电池混用的方法，其特征在于，步骤S1中，PCS控制器定时从BMS获取各个功率单元对应的电池单元的SOC状态和SOH状态，时间间隔根据电池储能系统的状态刷新速率确定，取0.1s-1min。
3.根据权利要求1所述的模块化多电平电池储能系统电池混用的方法，其特征在于，步骤S2中，计算各个子模块的可充电能量和可放电能量，具体方法为：
可放电能量：
SODE(x,n)＝[(SOCx,n-SOCdown)×SOHx,n×CN]×VN
可充电能量：
SOCE(x,n)＝[(SOCup-SOCx,n)×SOHx,n×CN]×VN
式中，SOCup和SOCdown分别代表电池运行的SOC上下边界，0≤SOCdown<SOCup≤1，x表示a、b、c三相之一，n表示某一相中的子模块编号，CN为电池额定容量，VN为电池标称电压。
4.根据权利要求1所述的模块化多电平电池储能系统电池混用的方法，其特征在于，步骤S3中，计算各个子模块的可充电能量和可放电能量，具体方法为：
计算每相的可最大放电能量：
Figure FDA0002277690180000021
式中，下标x表示a、b、c三相之一，n表示该相的第n个子模块，N为每相的子模块数；
计算三相总的最大可放电电量：
SODE＝SODEa+SODEb+SODEc
计算每相的充电能量：
Figure FDA0002277690180000022
式中，下标x表示a、b、c三相之一，n表示该相的第n个子模块，N为每相的子模块数；
计算三相总的可充电能量：
SOCE＝SOCEa+SOCEb+SOCEc。
5.根据权利要求4所述的模块化多电平电池储能系统电池混用的方法，其特征在于，步骤S4中，各相充放电功率的预分配具体包括：
总功率指令为Psum，放电时，abc三相分配的放电功率指令分别为：
Figure FDA0002277690180000023
Figure FDA0002277690180000031
Figure FDA0002277690180000032
充电时，abc三相的充电功率指令分别为：
Figure FDA0002277690180000033
Figure FDA0002277690180000034
Figure FDA0002277690180000035
6.根据权利要求5所述的模块化多电平电池储能系统电池混用的方法，其特征在于，步骤S5中，子模块功率的预分配，具体方法为：
充电时，abc三相各个子模块的功率分配如下：
Figure FDA0002277690180000036
Figure FDA0002277690180000037
Figure FDA0002277690180000038
放电时，abc三相各个子模块的功率分配如下：
Figure FDA0002277690180000039
Figure FDA00022776901800000310
Figure FDA00022776901800000311
式中，Pa,n，Pb,n，Pc,n分别表示a、b、c三相的第n个子模块的功率，下标a、b、c表示abc三相，n表示子模块的编号，N表示每相的子模块数量。
7.根据权利要求6所述的模块化多电平电池储能系统电池混用的方法，其特征在于，步骤S6中，子模块功率的校核具体方法为：
根据能量守恒，电池侧功率等于交流功率和直流功率之和，只有交流侧控制的情况下，直流侧功率为零；
三相中各个子模块电池中的电流平均值分别为：
Figure FDA0002277690180000041
Figure FDA0002277690180000042
Figure FDA0002277690180000043
根据步骤S1获取的各个子模块电池的SOF包含的可充电电流和可放电电流信息，校核上述电流平均值是否在SOF允许的可充电电流和可放电电流范围之内；
充电时，对于a相子模块的电池：
如Ibat,a,n≤Ichg,a,n,则保持Ibat,a,n不变；
如Ibat,a,n>Ichg,a,n,则重置Ibat,a,n＝Ichg,a,n；
同理，对于b相子模块的电池：
如Ibat,b,n≤Ichg,b,n,则保持Ibat,b,n不变；
如Ibat,b,n>Ichg,b,n,则重置Ibat,b,n＝Ichg,b,n；
对于c相子模块的电池：
如Ibat,c,n≤Ichg,c,n,则保持Ibat,c,n不变；
如Ibat,c,n>Ichg,c,n,则重置Ibat,c,n＝Ichg,c,n；
式中，Ibat,a,n，Ibat,b,n，Ibat,c,n分别表示a、b、c三相的第n个子模块的电池平均电流，下标a、b、c表示abc三相，Ichg,a,n，Ichg,b,n，Ichg,c,n分别表示a、b、c三相的第n个子模块的电池的允许充电电流，n表示子模块的编号,N表示每相的子模块数量；
放电时，对于a相子模块的电池：
如Ibat,a,n≤Idchg,a,n,则保持Ibat,a,n不变；
如Ibat,a,n>Idchg,a,n,则重置Ibat,a,n＝Idchg,a,n；
同理，对于b相子模块的电池：
如Ibat,b,n≤Idchg,b,n,则保持Ibat,b,n不变；
如Ibat,b,n>Idchg,b,n,则重置Ibat,b,n＝Idchg,b,n；
对于c相子模块的电池：
如Ibat,c,n≤Idchg,c,n,则保持Ibat,c,n不变；
如Ibat,c,n>Idchg,c,n,则重置Ibat,c,n＝Idchg,c,n；
式中，Ibat,a,n，Ibat,b,n，Ibat,c,n分别表示a、b、c三相的第n个子模块的电池平均电流，下标a、b、c表示abc三相，Idchg,a,n，Idchg,b,n，Idchg,c,n分别表示a、b、c三相的第n个子模块的电池的允许充电电流，n表示子模块的编号,N表示每相的子模块数量。
8.根据权利要求7所述的模块化多电平电池储能系统电池混用的方法，其特征在于，步骤S7中，子模块功率和三相功率的再分配的具体方法为：
根据电池电压和电池配合电流，重新分配各个子模块功率如下：
Pa,n＝Ubat,a,n×Ibat,a,n
Pb,n＝Ubat,b,n×Ibat,b,n
Pc,n＝Ubat,c,n×Ibat,c,n
重新分配三相功率如下：
Figure FDA0002277690180000051
Figure FDA0002277690180000052
Figure FDA0002277690180000053
9.根据权利要求8所述的模块化多电平电池储能系统电池混用的方法，其特征在于，步骤S8中，零序电压注入实现三相间均衡，具体方法为：
abc三相的功率与平均值的偏差为：
Figure FDA0002277690180000054
Figure FDA0002277690180000055
Figure FDA0002277690180000056
三相功率的偏差通过注入零序电压的方式来实现；
注入的零序电压的相对A相正序电流相位为：
Figure FDA0002277690180000061
零序电压的大小为：
Figure FDA0002277690180000062
A相正序电流的相位通过对电网电压锁相得到；
a、b、c三相电压相量分别为：
Figure FDA0002277690180000063
Figure FDA0002277690180000064
Figure FDA0002277690180000065
三相电流相量及大小分别为：
Figure FDA0002277690180000066
Figure FDA0002277690180000067
Figure FDA0002277690180000068
Figure FDA0002277690180000069
式中，Us为电网系统电压有效值。
10.根据权利要求9所述的模块化多电平电池储能系统电池混用的方法，其特征在于，步骤S9中，子模块交流电压的分配，具体方法为：
同相各个子模块交流电压相位相同，按照各子模块的可充/放电能量的比例分配交流电压，即控制了交流侧功率；
充电时，abc三相各个子模块交流电压分配如下：
Figure FDA00022776901800000610
Figure FDA00022776901800000611
Figure FDA00022776901800000612
放电时，abc三相各个子模块交流电压分配如下：
Figure FDA0002277690180000071
Figure FDA0002277690180000072
Figure FDA0002277690180000073
式中，Ua,n，Ub,n，Uc,n分别表示a、b、c三相的第n个子模块的交流侧电压，下标a、b、c表示abc三相，n表示子模块的编号，N表示每相的子模块数量。
CN201911128789.8A 2019-11-18 2019-11-18 一种模块化多电平电池储能系统电池混用的方法 Active CN111082165B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911128789.8A CN111082165B (zh) 2019-11-18 2019-11-18 一种模块化多电平电池储能系统电池混用的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911128789.8A CN111082165B (zh) 2019-11-18 2019-11-18 一种模块化多电平电池储能系统电池混用的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111082165A true CN111082165A (zh) 2020-04-28
CN111082165B CN111082165B (zh) 2021-11-23

Family

ID=70311221

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911128789.8A Active CN111082165B (zh) 2019-11-18 2019-11-18 一种模块化多电平电池储能系统电池混用的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111082165B (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN112467792A (zh) * 2020-11-24 2021-03-09 南方电网调峰调频发电有限公司 级联h桥型电池储能系统的等值方法、系统、终端及介质
CN113489080A (zh) * 2021-05-31 2021-10-08 南方电网调峰调频发电有限公司 电池电量均衡方法、装置、设备及存储介质
CN113572219A (zh) * 2021-06-28 2021-10-29 南方电网调峰调频发电有限公司 电池储能系统差异电池均衡方法、装置和电子设备
CN113572220A (zh) * 2021-06-28 2021-10-29 南方电网调峰调频发电有限公司 交直流并网的电池储能系统差异电池均衡方法和装置
CN113824143A (zh) * 2021-10-13 2021-12-21 王勇 一种基于h桥级联的电动车退役电池二次利用系统
CN114156936A (zh) * 2021-11-12 2022-03-08 国网河北省电力有限公司电力科学研究院 一种三相储能变换器相间荷电状态均衡的方法及装置
CN114552608A (zh) * 2022-04-13 2022-05-27 南方电网电力科技股份有限公司 基于储能系统充放电的三相不平衡治理方法及相关装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040024546A1 (en) * 2002-03-09 2004-02-05 Johnson Controls Technology Company Method and device for determining the state of function of an energy storage battery
CN103715734A (zh) * 2013-09-30 2014-04-09 上海交通大学 一种星形连接级联储能系统两级均衡控制方法
US20150311736A1 (en) * 2014-04-28 2015-10-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for estimating state of battery
CN105301509A (zh) * 2015-11-12 2016-02-03 清华大学 锂离子电池荷电状态、健康状态与功率状态的联合估计方法
US20160105039A1 (en) * 2014-10-14 2016-04-14 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus and method for managing battery
CN108879875A (zh) * 2018-08-07 2018-11-23 宁波智果科技咨询服务有限公司 一种电池荷电状态充电控制的充电桩系统
CN110137984A (zh) * 2019-05-16 2019-08-16 上海交通大学 电池储能系统的相间功率差异化控制电路及方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040024546A1 (en) * 2002-03-09 2004-02-05 Johnson Controls Technology Company Method and device for determining the state of function of an energy storage battery
CN103715734A (zh) * 2013-09-30 2014-04-09 上海交通大学 一种星形连接级联储能系统两级均衡控制方法
US20150311736A1 (en) * 2014-04-28 2015-10-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for estimating state of battery
US20160105039A1 (en) * 2014-10-14 2016-04-14 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus and method for managing battery
CN105301509A (zh) * 2015-11-12 2016-02-03 清华大学 锂离子电池荷电状态、健康状态与功率状态的联合估计方法
CN108879875A (zh) * 2018-08-07 2018-11-23 宁波智果科技咨询服务有限公司 一种电池荷电状态充电控制的充电桩系统
CN110137984A (zh) * 2019-05-16 2019-08-16 上海交通大学 电池储能系统的相间功率差异化控制电路及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
范刘洋等: "考虑电池组不一致性的储能系统建模及仿真", 《电力系统自动化》 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN112467792A (zh) * 2020-11-24 2021-03-09 南方电网调峰调频发电有限公司 级联h桥型电池储能系统的等值方法、系统、终端及介质
CN112467792B (zh) * 2020-11-24 2022-11-22 南方电网调峰调频发电有限公司 级联h桥型电池储能系统的等值方法、系统、终端及介质
CN113489080A (zh) * 2021-05-31 2021-10-08 南方电网调峰调频发电有限公司 电池电量均衡方法、装置、设备及存储介质
CN113572219A (zh) * 2021-06-28 2021-10-29 南方电网调峰调频发电有限公司 电池储能系统差异电池均衡方法、装置和电子设备
CN113572220A (zh) * 2021-06-28 2021-10-29 南方电网调峰调频发电有限公司 交直流并网的电池储能系统差异电池均衡方法和装置
CN113824143A (zh) * 2021-10-13 2021-12-21 王勇 一种基于h桥级联的电动车退役电池二次利用系统
CN113824143B (zh) * 2021-10-13 2023-11-10 王勇 一种基于h桥级联的电动车退役电池二次利用系统
CN114156936A (zh) * 2021-11-12 2022-03-08 国网河北省电力有限公司电力科学研究院 一种三相储能变换器相间荷电状态均衡的方法及装置
CN114156936B (zh) * 2021-11-12 2023-05-30 国网河北省电力有限公司电力科学研究院 一种三相储能变换器相间荷电状态均衡的方法及装置
CN114552608A (zh) * 2022-04-13 2022-05-27 南方电网电力科技股份有限公司 基于储能系统充放电的三相不平衡治理方法及相关装置
CN114552608B (zh) * 2022-04-13 2023-10-13 南方电网电力科技股份有限公司 基于储能系统充放电的三相不平衡治理方法及相关装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN111082165B (zh) 2021-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111082165B (zh) 一种模块化多电平电池储能系统电池混用的方法
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
CN104901381B (zh) H桥级联储能系统的均衡电流控制方法
CN105337297B (zh) 储能系统荷电状态的均衡方法及装置
CN104917418B (zh) 一种采用电池电流独立控制的储能型mmc变流器
CN112564218B (zh) 采用交流环流控制实现级联电池储能系统离线均衡的方法
CN112564220B (zh) 采用直流环流控制实现级联电池储能系统离线均衡的方法
CN107332290B (zh) 一种基于直流线路的区域负荷转供方法
CN113572219B (zh) 电池储能系统差异电池均衡方法、装置和电子设备
CN107134800A (zh) 一种直流输电系统的双极vsc无源控制方法及装置
Rachid et al. Advanced control of bidirectional three-phase BEV charger with V2X technology
CN110797947A (zh) 一种基于电压注入的储能电池均衡控制系统
CN109995066A (zh) 一种单相链式电力电子储能变流器的控制方法
CN111987732A (zh) 一种适用于配电网馈线柔性互联的电能交换器及方法
KR101689017B1 (ko) 마이크로그리드 내 다수 ｂｅｓｓ의 퍼지 드룹 제어 시스템 및 방법
Raveendran et al. Vehicle-to-grid ancillary services using solar powered electric vehicle charging stations
CN118054508A (zh) 一种储能电池充放电控制方法及系统
CN113572220B (zh) 交直流并网的电池储能系统差异电池均衡方法和装置
Chen et al. Design of a multi-level battery management system for a cascade H-bridge energy storage system
Jiménez et al. Unbalanced three-phase power flow studies of distribution systems with plug-in electric vehicles
Hussain et al. Current controlled operation of cascaded H-bridge converter for fast SoC balancing in grid energy storage
CN112564219B (zh) 出口短接和直流控制的级联电池储能系统离线均衡方法
Wu et al. A SoC control strategy based on wireless droop control for energy storage systems in ac islanded microgrid
CN106058915B (zh) 一种基于单三相多微网的主动并网转离网切换控制方法
Li et al. Linearized operation of MMC battery energy storage system

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
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Peng Peng

Inventor after: Chen Man

Inventor after: Ling Zhibin

Inventor after: Li Yongqi

Inventor after: Hu Zhenkai

Inventor after: Li Yuhui

Inventor before: Ling Zhibin

Inventor before: Peng Peng

Inventor before: Chen Man

Inventor before: Li Yongqi

Inventor before: Hu Zhenkai

Inventor before: Li Yuhui

CB03 Change of inventor or designer information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant