CN112350358A - 基于llc软开关谐振电路的级联型储能装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及储能技术，具体涉及一种基于LLC软开关谐振电路的级联型储能装置及控制方法，包括n个电池组、n个一对三LLC软开关谐振变换器、H桥级联三相逆变器和三相交流滤波器；每个电池组与一个一对三LLC软开关谐振变换器的输入端相连，每个一对三LLC软开关谐振变换器的三个输出端分别接入一个H桥级联三相逆变器的每相的一个H桥的直流输入端，三相逆变器每相的n个H桥的交流输出端依次串联，经三相交流滤波器连接至公共电网；n为正整数。该装置利用一对三的LLC谐振变换电路结构以及三相H桥的直流纹波相位对称分布的特点，在储能电池的输出端实现纹波相互抵消，避免了电流纹波直接注入电池，减少电池发热，延长电池寿命。
Description
技术领域
本发明属于储能技术领域，特别涉及一种基于LLC软开关谐振电路的级联型储能装置及控制方法。
背景技术
目前市场应用比较成熟的储能系统采用磷酸铁锂电池和铅酸电池构成储能元件，其直流端经过直流-交流变换器连接到交流电网。为了满足容量和功率的需求，储能系统中使用的电池通常都是由几十上百个电池单体串并联构成电池组。由于单体之间的个体差异，运行中存在单体状态不一致的情况，而如果个别单体出现性能下降，则会导致整个电池组的性能下降，即电池组在使用过程中会出现所谓短板效应。
解决该矛盾的一种方法是将多个电池组通过级联型双向变换器连接，可以获得同等容量的输出，减少输出谐波，改善电能质量，同时缩短了电池串联的长度，从而大大降低单体电池性能下降对整体输出能力的影响。尽管目前的H桥级联型拓扑能够显著减少电池组在使用中的短板效应所造成的整体容量下降和能力利用率不高的问题，但是仍然存在以下问题：
(1)H桥逆变器固有的直流侧二倍频波动，会在电池的直流电流上叠加交流分量，导致电池内部温度额外升高、阻抗加大，电池组容量下降速度加快，从而影响电池组使用寿命
(2)在控制方法上，也有一些研究提出了抑制H桥直流侧纹波扰动的方法。但是这些控制方法只能减轻，而不能完全解决纹波电流对电池的影响。
(3)常见的H桥级联储能系统中，由于储能电池容量等参数的差异，各H桥直流侧的电压存在差异，经移相载波调制方法后，将导致交流输出侧谐波多，电能质量不高问题。且常规的用于H桥级联储能系统的控制方法是控制各个H桥的直流电压均衡或者电池的功率均衡，不适应于电池储能系统电池荷电状态管理的实际运行需求，对电池的短板效应的改善有限。
总体来说，现有的储能发电系统结构存在着短板效应导致的电池效率下降与电能质量不高的问题，通过级联型变换器的结构与控制方法上的改进，这个矛盾就可以得到一些缓解，但仍然存在着电流纹波对电池容量影响较大的问题，且系统控制方法复杂。
发明内容
针对背景技术存在的问题，本发明提供一种新的电池储能系统变换器结构。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于LLC软开关谐振电路的级联型储能装置，包括n个电池组、n个一对三LLC软开关谐振变换器、H桥级联三相逆变器和三相交流滤波器；每个电池组与一个一对三LLC软开关谐振变换器的输入端相连，每个一对三LLC软开关谐振变换器的三个输出端分别接入一个H桥级联三相逆变器的每相的一个H桥的直流输入端，三相逆变器每相的n个H桥的交流输出端依次串联，经三相交流滤波器连接至公共电网；n为正整数。
在上述的基于LLC软开关谐振电路的级联型储能装置中，一对三LLC软开关谐振变换器，包括高频逆变电路、LLC谐振网络和整流滤波电路依次连接；高频逆变电路为单相全桥电路或半桥电路；LLC谐振网络包括一个谐振电感Lr、两个谐振电容Cr1和Cr2以及一个高频变压器T，高频变压器T的原边绕组与谐振电感Lr和谐振电容Cr1串联，其副边绕组与谐振电容Cr2串联；整流滤波电路为一个单相全桥或半桥电路，与一个直流滤波电容并联。
在上述的基于LLC软开关谐振电路的级联型储能装置中，三相交流滤波器为单L型、LC型或者LCL型三相滤波电路其中一种。
在上述的基于LLC软开关谐振电路的级联型储能装置中，高频逆变电路和整流滤波电路以及H桥级联三相逆变器的开关器件均为全控型开关器件。
一种基于LLC软开关谐振电路的级联型储能装置的控制方法，包括：
步骤1、电池能量管理控制，依据上级电网调度的运行功率指令和电池串功率分配策略，结合各组电池状态，采用组串功率分配算法，调节电池组的功率下垂曲线，从而调节各个电池组的放电或充电功率指令值Prefi；i为电池编号；
步骤2、一对三LLC软开关谐振变换器的控制，采用脉冲频率调制PFM方法调节电压增益，通过调节电路中开关管的工作频率，使谐振网络的电压增益达到目标值；并对电池组的直流电压纹波ΔV进行检测，在电压增益目标值的计算中加入与其相反的控制分量，实现消除电池组直流电压纹波；具体步骤如下：
步骤2.1、电池组放电时，整流滤波电路采用同步整流方式，有功功率从电池组流向H桥的直流端；在高频逆变电路控制的电压增益目标值计算中加入与该直流电压纹波反向的控制分量；考虑任意一个电池组所连接的一对三LLC软开关谐振变换器放电时，其三个输出端的直流电压平均值为：
其中Vcha、Vchb、Vchc为装置放电时LLC软开关谐振变换器三个输出端直流电压的指令值。加入纹波反向分量的电压增益目标值为：
其中Vbat为电池端电压的平均值；
步骤2.2、电池组充电时，高频逆变电路工作于同步整流方式，使得有功功率从H桥的直流端流向储能电池组串；与放电时相同，对电池组串两端直流电压纹波进行检测，在整流滤波电路控制的电压增益目标值计算中加入与该直流电压纹波反向的控制分量；充电时，一对三LLC软开关谐振变换器的三个输出端的直流电压平均值为：
其中Vdisa、Vdisb、Vdisc为装置充电时三个输出端直流电压的指令值；加入纹波反向分量的电压增益目标值为：
根据公式(1)、(2)或公式(3)、(4)求得电压增益目标值，再根据公式(5)确定的电压增益M与谐振频率的关系，求得脉冲频率调制PFM的开关频率；一对三LLC软开关谐振变换器的直流增益与开关频率的关系为：
其中，
为开关频率fs与谐振频率fr的比值，K为高频变压器的匝数比，λ＝Lr/Lm为谐振网络的谐振电感Lr与高频变压器的励磁电感Lm的比值，
为品质因素，Cr为两个谐振电容Cr1和Cr2的容值，R为谐振网络的回路电阻；
步骤3、级联型H桥的控制采用两级式结构：
步骤3.1、第一级控制采用并网电流闭环控制结构；首先，根据上级电网调度的运行功率指令，确定电池储能系统的并网电流目标值，计算方法如下：
其中Idref、Iqref为并网电流目标值的有功分量和无功分量，P、Q为运行功率指令中的有功和无功，Ug为电网电压有效值；
电池储能系统的并网电流目标值与电池储能系统的并网电流采样值一起送入电流环，电流环采用比例积分PI控制、电流预测控制或者重复控制的其中一种控制方法，其输出作为总输出电压指令Vrefa、Vrefb和Vrefc；
步骤3.2、第二级控制先采样各电池组的直流端电压和输出电流，二者相乘得到电池组的实时功率Pdci；然后将实时功率与步骤1所述电池能量管理控制生成的该电池组的功率指令值Prefi之差，除以参考电流Idref，送入比例积分PI控制器，生成各个H桥的输出电压指令修正值di，将修正值与总输出电压指令之和作为各个H桥的输出电压指令；最后，将所有H桥的输出电压指令经过载波移相调制CPS-SPWM生成各H桥的开关控制信号。
与现有技术相比，本发明将H桥级联型逆变器与一对三的LLC软开关谐振变换器相结合，构成新的储能系统变换器。LLC软开关谐振变换器的三个输出端分别接入三相逆变器的A、B、C相的一个H桥的直流母线，而这三个H桥其交流电流相差120度，因此在其直流侧电压上产生的频率为电网频率两倍的二次纹波也相差120度。这些二次纹波会耦合到LLC软开关谐振变换器的隔离变压器的原边电路，由于相位均匀分布而自然抵消，从而显著减小储能电池组串两端的纹波电流。因此，本发明有益效果是：
①本发明的新型储能装置采用模块化的结构堆叠而成，具有很强的应用灵活性，其接入电池组串的电压范围较宽，因而电池组的配置更加灵活，适用于大功率或中等功率需求的应用。同时多相交错式拓扑结构可以显著减小电池电压、电流纹波，减少电池发热，降低高频电流分量对电容的影响，延长电容寿命。由于避免了大量纹波电流直接注入电池，能够改善电池模块的额定功率设计。
②本发明所采用的LLC软开关谐振变换器，由于采用全控型电力电子开关器件，电能可以双向传输，能够实现对电池组串的充电和放电控制，又利用软开关技术大幅度降低开关损耗，可大幅减小系统的体积、重量和成本。
③本发明所采用的控制方法，依据上级电网调度的运行功率指令和电池串功率分配策略得出各个电池组的放电(或充电)功率指令值，级联H桥的控制采用单电流闭环，并结合对各电池组的输出电压指令的修正量，实现储能装置总的运行功率控制和各电池组串的充放电功率控制的两级控制目标。该方法能够控制各电池组运行于不同的输出功率，而不是控制各电池组串的充放电功率完全相同，从而满足了电池储能系统的电池荷电状态管理的需求，能够一定程度上解决电池组串差异导致的短板效应，延长电池储能系统的整体使用寿命。
④具有常规级联型储能系统的优点，如使用电压等级较低的元件，降低器件承受的电压电流应力，生产和维护成本低；输出谐波小，能够显著减小三相交流滤波器的体积；较低的器件开关频率有利于降低开关损耗、延长开关器件的寿命，损耗小，效率高，对整个系统的经济性十分有益。
附图说明
图1为本发明一个实施例级联型储能装置的电路结构图；
图2为本发明一个实施例单个电池组所连接的电路结构图；
图3为本发明一个实施例电池能量管理控制框图；
图4为本发明一个实施例一对三LLC软开关谐振变换器的实例示意图；
图5为本发明一个实施例级联型H桥电流闭环控制框图；
图6为本发明一个实施例A相H桥的输出电压指令修正逻辑框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本实施例适用于分布式储能系统，补偿电网用电峰值的发电功率，在电网用电低谷完成充电，提高电网运行经济效益。能够降低电流纹波对电池容量和寿命的不利影响，解决直流侧电压不一致导致输出电能质量不高的问题。
本实施例是通过以下技术方案来实现的，一种基于LLC软开关谐振电路的级联型储能装置，包括n个电池组分别与n个一对三LLC软开关谐振变换器的输入端相连，其中每个一对三LLC软开关谐振变换器具有三个输出端，分别连接至一个H桥级联三相逆变器的每相各一个H桥的直流输入端，而这个三相逆变器的每相n个H桥的交流输出端依次串联，再经一个三相交流滤波器连接到公共电网。
一对三LLC软开关谐振变换器，其结构如图2所示，由一个高频逆变电路、一个LLC谐振网络和一个整流滤波电路依次相连构成；一对三LLC软开关谐振变换器的高频逆变电路，根据电路电压和功率等级的大小，可以由一个单相全桥电路或半桥电路构成；所述一对三LLC软开关谐振变换器的LLC谐振网络由一个谐振电感Lr、两个谐振电容Cr1和Cr2以及一个高频变压器T构成，其中高频变压器的原边绕组与谐振电感Lr和谐振电容Cr1串联，而其副边绕组与谐振电容Cr2串联；所述一对三LLC软开关谐振变换器的整流滤波电路，根据电路电压和功率等级的大小，可以由一个单相全桥或半桥电路，与一个直流滤波电容构成。
三相交流滤波器，可以是单L型、LC型或者LCL型的三相滤波电路。
构成高频逆变电路和整流滤波电路以及H桥级联三相逆变器的开关器件都是全控型开关器件，可以采用金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、缘栅双极型晶体管(IGBT)，以及其他类型的全控型开关器件。
一种基于LLC软开关谐振变换器的级联型储能装置的控制方法，级联型储能装置的控制器结构分为三个部分，可以表述如下：
(1)电池能量管理控制，依据上级电网调度的运行功率指令和电池串功率分配策略，结合各组电池状态，采用组串功率分配算法，调节电池组的功率下垂曲线，从而调节各个电池组的放电(或充电)功率指令值Prefi(i为电池编号)。
(2)LLC软开关谐振变换器，可工作于放电和充电两种模式。
①电池组放电时，高频逆变电路的控制采用脉冲频率调制(PFM)方式，通过调节电路中开关管的工作频率，使谐振网络的电压增益达到目标值；整流滤波电路采用同步整流方式，有功功率从储能电池组流向H桥的直流端；检测电池组两端直流电压的纹波分量ΔV，在高频逆变电路控制的电压增益目标值计算中加入与该直流电压纹波反向的控制分量，以达到完全消除该直流电压纹波的目的。
为了检测电池组两端直流电压的纹波分量ΔV，首先可以对电池组两端直流电压的瞬时采样值，以电网交流周期或电网交流周期的一半为周期计算其平均值，或者采用滑动窗口平均的方法逐点计算其平均值；然后将电池组两端直流电压的瞬时采样值减去前述平均值，得到纹波分量ΔV。
以任意一个电池组所连接的LLC软开关谐振变换器为例。放电时，其三个输出端的直流电压平均值为：
其中Vcha、Vchb、Vchc为装置放电时LLC软开关谐振变换器三个输出端直流电压的指令值。加入纹波反向分量的电压增益目标值为：
其中Vbat为电池端电压的平均值。
②电池组充电时，高频逆变电路工作于同步整流方式，而整流滤波电路控制采用脉冲频率调制(PFM)方式，使得有功功率从H桥的直流端流向储能电池组串；通过调节整流滤波电路中开关管的工作频率，使谐振网络的电压增益达到目标值；与放电时一样，检测电池组两端直流电压的纹波分量ΔV，在整流滤波电路控制的电压增益目标值计算中加入与该直流电压纹波反向的控制分量，以达到完全消除该直流电压纹波的目的。
充电时，LLC软开关谐振变换器的三个输出端的直流电压平均值为：
其中Vdisa、Vdisb、Vdisc为装置充电时三个输出端直流电压的指令值。加入纹波反向分量的电压增益目标值为：
经过上述①或②的步骤求得电压增益目标值后，根据公式(5)确定的电压增益M与谐振频率的关系，求得脉冲频率调制(PFM)的开关频率。LLC软开关谐振变换器的直流增益与开关频率的关系为
其中，
为开关频率fs与谐振频率fr的比值，K为高频变压器的匝数比，λ＝Lr/Lm为谐振网络的谐振电感Lr与高频变压器的励磁电感Lm的比值，
为品质因素，ω＝2πfr为电角频率，Cr为两个谐振电容Cr1和Cr2的容值，R为谐振网络的回路电阻。
(3)级联型H桥的控制，采用两级式控制结构。
①第一级控制采用并网电流闭环控制结构。首先，根据上级电网调度的运行功率指令，确定电池储能系统的并网电流目标值，计算方法如下：
其中Idref、Iqref为并网电流目标值的有功分量和无功分量，P、Q为运行功率指令中的有功和无功，Ug为电网电压有效值。
该并网电流目标值与电池储能系统的并网电流采样值一起送入电流环，电流环采用比例积分(PI)控制、电流预测控制或者重复控制的其中一种控制方法其输出作为总输出电压指令Vrefa、Vrefb和Vrefc。
②第二级控制：先采样各电池组的直流端电压和输出电流，二者相乘得到电池组的实时功率Pdci；然后将该实时功率与第(1)部分电池能量管理控制中生成的该电池组的功率指令值Prefi之差，除以参考电流Idref，送入比例积分(PI)控制器，生成各个H桥的输出电压指令修正值di，该修正值与总输出电压指令之和作为各个H桥的输出电压指令。最后，所有H桥的输出电压指令经过载波移相调制(CPS-SPWM)生成各H桥的开关控制信号。
虽然在常见的储能系统中利用H桥级联逆变器构成的储能系统已经很常见，但是使用单个电池组向多个H桥供电的结构还很少见。本实施例的结构能够利用一对三的LLC软开关谐振变换器结构以及三相H桥的直流纹波相位对称分布的特点，在储能电池的输出端实现纹波相互抵消，再结合加入纹波反向分量的控制方法，从而避免电流纹波直接注入电池，减少电池发热，延长电池寿命。且本实施例的控制方法能够适应电池储能系统的电池荷电状态管理的需求。
具体实施时，如图1所示，一种基于LLC软开关谐振变换器的级联型储能装置，包括储能电池组、一对三的双向LLC软开关谐振变换器、H桥级联三相逆变器、三相交流滤波器。该装置及其控制方法，通过一对三的双向LLC软开关谐振变换器完成单个储能电池组向三相供电，实现能量的双向流动，同时降低输出侧纹波电流的效果，提高电能质量，减少纹波电流直接注入电池，避免电池容量受到影响，同时实现零电压启动，减少各功率元件的损耗。
(1)本实施例所描述的储能装置的电池能量管理控制，采用基于SOC(State ofcharge)的控制。图3是一种示例能量管理控制框图，其中主控芯片根据测量电路所获得的数据，精确估算电池组的SOC并且判断单体电池之间的差异。通过主控芯片发出控制信号对驱动电路的控制，合理规划电池组放电，从而提高电池组的工作性能，使电池组工作时具有良好的一致性，实现了各蓄电池之间SOC均衡及负荷电流动态分配。该控制能够保证电池组内各个电池单体的功率稳定输入(输出)，调节各个电池的荷电状态，从而达到储能系统总体电流动态稳定；接收电网调度，生成H桥的输出电压指令修正目标值。
(2)对于LLC软开关谐振变换器。图4是本实施例提供的单个一对三LLC软开关谐振变换器的示意图，其电路结构包括高频逆变电路、LLC谐振网络、整流滤波电路，以及实现电路控制所需要的附加的电压检测电路、控制电路和驱动电路。在工作期间，高频逆变电路中开关管Q1、Q2和Q3、Q4交替导通和关断，将直流输入电压转换成交流电压。该交流电压输入谐振回路，以产生谐振频率下的谐振电流。LLC谐振变换器的直流增益由公式(5)确定。
LLC谐振网络的第一谐振频率
第二谐振频率
且第一谐振频率fr1小于第二谐振频率fr2。当LLC软开关谐振变换器的开关频率fs≤fr1时，电路处于零电压启动状态，此时电路开关损耗降为零，实现软开关功能。开关频率可以根据前述公式(1)～(4)以及由公式(5)确定的电压增益M与谐振频率的关系，采用查表法求得。
在谐振网络中，高频变压器的原边绕组W1与谐振电感Lr串联，电能从高频变压器T的原边传输到副边。T具有一个原边绕组W1和三个副边绕组W2、W3和W4。整流滤波电路中，采用4个开关管将高频变压器副边绕组的高频交流电流整流成为直流。整流滤波电路中，可以采用MOSFET或其他全控型开关实施同步整流。但不论采用何种结构、何种器件，均是将变压器的高频输出交流整流成直流。
LLC软开关谐振变换器使用的控制方式为电压闭环的PFM控制，通过改变开关频率调节输入输出电压增益。在实施例中，可以通过连接LLC软开关谐振变换器的输入端和输出端的采样模块，对LLC软开关谐振变换器的输入电压、输出电压进行采样。变换器实际输出电压与期望值电压进行比较，经PI补偿回路后生成电压环路信号VC，压控振荡器VCO将VC转化成控制开关管Q1～Q4工作的占空比固定的脉冲频率信号，以调整LLC软开关谐振变换器的增益。该控制功能可由一些专用集成控制芯片实现，比如TI公司开发的UCC25600、UCC256301系列。
由于LLC软开关谐振变换器用于大功率场合，存在直流输出侧电流纹波较多，谐振磁性元件参数设计困难问题。根据三相电路结构中电流纹波低于单相结构的原理，设计四绕组变压器的三相结构降低输出侧电流纹波。后级多个H桥级联结构能有效实现低电压等级到高电压等级的转换，因此前级LLC软开关谐振变换器可以设计为中、小功率等级，通过多个H桥级联实现电压、功率等级设计要求。中、小功率等级的LLC软开关谐振变换器输出侧电流谐波较少，性能更稳定，谐振元件参数设计简单，从而提高储能系统的稳定性。
(3)H桥级联型三相逆变电路，其结构如图1所示。图1中的三相交流滤波器，可以使用三个单相L、LC或者LCL结构的滤波器。其控制分为两级：电流闭环控制和单个H桥的输出电压指令修正。
(a)电流闭环控制
图5是一种级联型H桥电流闭环控制框图的实例。其中PLL为锁相环，得到的三相电网电压Vabc的同步相位，与并网电流iabc的采样值经abc-dq变换得到其有功分量Idref和无功分量Iqref。分别计算并网电流的有功分量和无功分量与电流指令值的有功分量和无功分量的误差，经PI控制和dq-abc变换得到三相输出电压指令值Vrefa、Vrefb和Vrefc。
(b)单个H桥的输出电压指令修正
根据电池能量管理控制，各个电池组的功率指令可能存在差异。而同相H桥的交流输出侧是串联的，即交流电流相同，因此需要根据电池组的功率指令调节各个H桥的输出电压指令。图6显示了本实施例的输出电压指令修正框图。以A相为例，第i个电池组的实时功率Pdci与功率参考值Prefi的误差值，与参考电流Idref相除，通过PI控制器输出后，与锁相环PLL获得的A相电压相位相乘，再与电流环A相输出电压指令值Vrefa叠加，生成A相第i个H桥的调制参考信号，作为CPS-SPWM调制的输入。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种基于LLC软开关谐振电路的级联型储能装置，其特征是，包括n个电池组、n个一对三LLC软开关谐振变换器、H桥级联三相逆变器和三相交流滤波器；每个电池组与一个一对三LLC软开关谐振变换器的输入端相连，每个一对三LLC软开关谐振变换器的三个输出端分别接入一个H桥级联三相逆变器的每相的一个H桥的直流输入端，三相逆变器每相的n个H桥的交流输出端依次串联，经三相交流滤波器连接至公共电网；n为正整数。
2.如权利要求1所述的基于LLC软开关谐振电路的级联型储能装置，其特征是，一对三LLC软开关谐振变换器，包括高频逆变电路、LLC谐振网络和整流滤波电路依次连接；高频逆变电路为单相全桥电路或半桥电路；LLC谐振网络包括一个谐振电感Lr、两个谐振电容Cr1和Cr2以及一个高频变压器T，高频变压器T的原边绕组与谐振电感Lr和谐振电容Cr1串联，其副边绕组与谐振电容Cr2串联；整流滤波电路为一个单相全桥或半桥电路，与一个直流滤波电容并联。
3.如权利要求1所述的基于LLC软开关谐振电路的级联型储能装置，其特征是，三相交流滤波器为单L型、LC型或者LCL型三相滤波电路其中一种。
4.如权利要求2所述的基于LLC软开关谐振电路的级联型储能装置，其特征是，高频逆变电路和整流滤波电路以及H桥级联三相逆变器的开关器件均为全控型开关器件。
5.如权利要求1-4所述任意一项基于LLC软开关谐振电路的级联型储能装置的控制方法，其特征是，包括：
步骤1、电池能量管理控制，依据上级电网调度的运行功率指令和电池串功率分配策略，结合各组电池状态，采用组串功率分配算法，调节电池组的功率下垂曲线，从而调节各个电池组的放电或充电功率指令值Prefi；i为电池编号；
步骤2、一对三LLC软开关谐振变换器的控制，采用脉冲频率调制PFM方法调节电压增益，通过调节电路中开关管的工作频率，使谐振网络的电压增益达到目标值；并对电池组的直流电压纹波ΔV进行检测，在电压增益目标值的计算中加入与其相反的控制分量，实现消除电池组直流电压纹波；具体步骤如下：
步骤2.1、电池组放电时，整流滤波电路采用同步整流方式，有功功率从电池组流向H桥的直流端；在高频逆变电路控制的电压增益目标值计算中加入与该直流电压纹波反向的控制分量；考虑任意一个电池组所连接的一对三LLC软开关谐振变换器放电时，其三个输出端的直流电压平均值为：
其中Vcha、Vchb、Vchc为装置放电时LLC软开关谐振变换器三个输出端直流电压的指令值。加入纹波反向分量的电压增益目标值为：
其中Vbat为电池端电压的平均值；
步骤2.2、电池组充电时，高频逆变电路工作于同步整流方式，使得有功功率从H桥的直流端流向储能电池组串；与放电时相同，对电池组串两端直流电压纹波进行检测，在整流滤波电路控制的电压增益目标值计算中加入与该直流电压纹波反向的控制分量；充电时，一对三LLC软开关谐振变换器的三个输出端的直流电压平均值为：
其中Vdisa、Vdisb、Vdisc为装置充电时三个输出端直流电压的指令值；加入纹波反向分量的电压增益目标值为：
根据公式(1)、(2)或公式(3)、(4)求得电压增益目标值，再根据公式(5)确定的电压增益M与谐振频率的关系，求得脉冲频率调制PFM的开关频率；一对三LLC软开关谐振变换器的直流增益与开关频率的关系为：
其中，
为开关频率fs与谐振频率fr的比值，K为高频变压器的匝数比，λ＝Lr/Lm为谐振网络的谐振电感Lr与高频变压器的励磁电感Lm的比值，
为品质因素，Cr为两个谐振电容Cr1和Cr2的容值，R为谐振网络的回路电阻；
步骤3、级联型H桥的控制采用两级式结构：
步骤3.1、第一级控制采用并网电流闭环控制结构；首先，根据上级电网调度的运行功率指令，确定电池储能系统的并网电流目标值，计算方法如下：
其中Idref、Iqref为并网电流目标值的有功分量和无功分量，P、Q为运行功率指令中的有功和无功，Ug为电网电压有效值；
电池储能系统的并网电流目标值与电池储能系统的并网电流采样值一起送入电流环，电流环采用比例积分PI控制、电流预测控制或者重复控制的其中一种控制方法，其输出作为总输出电压指令Vrefa、Vrefb和Vrefc；
步骤3.2、第二级控制先采样各电池组的直流端电压和输出电流，二者相乘得到电池组的实时功率Pdci；然后将实时功率与步骤1所述电池能量管理控制生成的该电池组的功率指令值Prefi之差，除以参考电流Idref，送入比例积分PI控制器，生成各个H桥的输出电压指令修正值di，将修正值与总输出电压指令之和作为各个H桥的输出电压指令；最后，将所有H桥的输出电压指令经过载波移相调制CPS-SPWM生成各H桥的开关控制信号。
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