CN116094016B - 一种储能设备交流多相系统及其电量均衡控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种储能设备交流多相系统及其电量均衡控制方法，该电量均衡控制方法包括：S1：获取多个储能设备的剩余电量；S2：计算所述多个储能设备的剩余电量的平均值；S3：分别将各个所述储能设备的剩余电量减去步骤S2计算得到的平均值得到一差值，如果所述差值大于0，则提高相应的所述储能设备的输出电压以增大所述储能设备的输出功率；如果所述差值小于0，则降低相应的所述储能设备的输出电压以减小所述储能设备的输出功率。本发明提出的储能设备交流多相系统及其电量均衡控制方法，有效地解决了系统整体续航大大缩短的问题。

Description

一种储能设备交流多相系统及其电量均衡控制方法
技术领域
本发明涉及储能设备技术领域，尤其涉及一种储能设备交流多相系统及其电量均衡控制方法。
背景技术
现有技术中通过两台独立储能电源组成的交流双火线系统以及通过三台独立储能电源组成的交流三相系统，由于其中的两台或三台的独立储能电源电池的不一致性，任意一台储能电源出现电池电量放空，则系统只能停机，致使系统整体续航大大缩短。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种储能设备交流多相系统及其电量均衡控制方法，有效地解决了系统整体续航大大缩短的问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明公开了一种储能设备交流多相系统的电量均衡控制方法，包括以下步骤：S1：获取多个储能设备的剩余电量；S2：计算所述多个储能设备的剩余电量的平均值；S3：分别将各个所述储能设备的剩余电量减去步骤S2计算得到的平均值得到一差值，如果所述差值大于0，则提高相应的所述储能设备的输出电压以增大所述储能设备的输出功率；如果所述差值小于0，则降低相应的所述储能设备的输出电压以减小所述储能设备的输出功率。
进一步地，步骤S3具体包括：将第i台所述储能设备的剩余电量SOC i 减去步骤S2计算得到的平均值SOC ave 得到所述差值，将相应的所述储能设备端的输出电压调整为目标电压值U iRef以调节所述储能设备的输出功率，其中目标电压值U iRef=U rated +△U i ，U rated 为所述储能设备的额定电压，△U i 为根据所述差值计算得到的目标电压调整值，i=1~n，n为所述储能设备的数量。
进一步地，所述目标电压调整值的计算公式为：△U i = (SOC i -SOC ave ) ×U rated 。
第二方面，本发明公开了一种储能设备交流多相系统，包括：多个储能设备及系统负载，所述多个储能设备之间相互通讯连接，且所述多个储能设备的交流输出侧火线分别连接至所述系统负载，所述多个储能设备的零线连接至所述系统负载的零线公共点；所述储能设备交流多相系统采用如第一方面所述的电量均衡控制方法以对所述多个储能设备进行电量均衡控制。
进一步地，在所述步骤S1之前还包括如下步骤：多个储能设备进行通讯连接并进行主机和从机的分配，确定所述多个储能设备中的一个为主机，其他储能设备为从机。
进一步地，所述主机用于：在所述主机的工频周期过零时刻，发送工频相位信号给所述从机；获取所述多个储能设备的剩余电量；根据第一方面所述的电量均衡控制方法获得各个所述储能设备的目标电压值并发送给相对应的从机。
进一步地，所述从机用于：获取所述主机发送的工频相位信号并进行跟踪，控制所述从机的工频相位滞后所述主机的工频相位。
进一步地，所述储能设备的数量为两个，所述储能设备交流多相系统为裂相双火线系统，所述从机的工频相位滞后所述主机的工频相位180°。
进一步地，所述储能设备的数量为三个，所述储能设备交流多相系统为三相四线系统，所述从机的数量为两个，三个所述储能设备之间的工频相位各相差120°。
第三方面，本发明公开了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为可被一处理器运行以执行第一方面中所述的电量均衡控制方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提出的储能设备交流多相系统及其电量均衡控制方法，根据各个储能设备的剩余电量的情况，通过调整各个储能设备的输出电压以调节储能设备的输出功率，从而实现储能设备交流多相系统的主动电量均衡控制，有效地解决了SOC不一致导致的系统带载续航时间变短的问题。
附图说明
图1是本发明的一个实施例公开的储能设备交流多相系统的电量均衡控制方法流程图；
图2是本发明优选实施例一的裂相双火线系统的框图；
图3是本发明优选实施例一的裂相双火线系统的主从机相位控制流程图；
图4是本发明优选实施例一的裂相双火线系统的调整输出功率以均衡SOC的示意图；
图5是本发明优选实施例一的裂相双火线系统的调整输出电压均衡SOC的控制流程图；
图6是本发明优选实施例二的三相四线系统的框图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于电路/信号连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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发明实施例和简化描述，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发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
如图1所示，本发明的一个实施例公开了一种储能设备交流多相系统的电量均衡控制方法，包括以下步骤：S1：获取多个储能设备的剩余电量；S2：计算多个储能设备的剩余电量的平均值；S3：分别将各个储能设备的剩余电量减去步骤S2计算得到的平均值得到一差值，如果差值大于0，则提高相应的储能设备的输出电压以增大储能设备的输出功率；如果差值小于0，则降低相应的储能设备的输出电压以减小储能设备的输出功率。
其中，步骤S3具体包括：将第i台储能设备的剩余电量SOC i 减去步骤S2计算得到的平均值SOC ave 得到差值，将相应的储能设备端的输出电压U i 调整为目标电压值U iRef以调节储能设备的输出功率，其中目标电压值U iRef=U rated +△U i ，U rated 为储能设备的额定电压，△U i 为根据差值计算得到的目标电压调整值，i=1~n，n为储能设备的数量；进一步地，目标电压调整值的计算公式为：△U i = (SOC i -SOC ave ) ×U rated 。
本发明的另一实施例公开了一种储能设备交流多相系统，包括：多个储能设备及系统负载，多个储能设备之间相互通讯连接，且多个储能设备的交流输出侧火线分别连接至系统负载，多个储能设备的零线连接至系统负载的零线公共点；储能设备交流多相系统采用如上一实施例的电量均衡控制方法以对多个储能设备进行电量均衡控制。
其中，在步骤S1之前还包括如下步骤：多个储能设备进行通讯连接并进行主机和从机的分配，确定多个储能设备中的一个为主机，其他储能设备为从机。进一步地，主机用于：在主机的工频周期过零时刻，发送工频相位信号给从机；获取多个储能设备的剩余电量；根据上一实施例的电量均衡控制方法获得各个储能设备的目标电压值并发送给相对应的从机。从机用于：获取主机发送的工频相位信号并进行跟踪，控制从机的工频相位滞后主机的工频相位。
在一些实施方式中，储能设备的数量为两个，储能设备交流多相系统为裂相双火线系统，从机的工频相位滞后主机的工频相位180°。在另一些实施方式中，储能设备的数量为三个，储能设备交流多相系统为三相四线系统，从机的数量为两个，三个储能设备之间的工频相位各相差120°。
本发明还有一实施例公开了一种存储介质，其特征在于，存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为可被一处理器运行以执行上述实施例中的电量均衡控制方法的步骤。
可选地，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器（Read-Only Memory，简称为ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，简称为RAM）、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。
下述以具体的优选实施例对上述本发明实施例提出的储能设备交流多相系统及其电量均衡控制方法作进一步的说明。
本发明优选实施例一公开的裂相双火线系统，是由两台独立储能电源的交流输出侧串联，交流输出相位差180°，零线连接在一起，组成裂相的L1-N-L2的交流供电系统，通过裂相双火线系统可以实现输出交流电压倍增。
具体地，如图2所示，该裂相双火线系统包括两个可以离网输出交流电的第一储能电源11、第二储能电源12和系统负载20（该实施例中系统负载为双火线负载），第一储能电源11和第二储能电源12之间有通讯连接，且第一储能电源11和第二储能电源12的交流输出侧零线（N）连接至系统负载20的零线公共点，第一储能电源11的火线（L1）和第二储能电源12的火线（L2）各自分别连接至系统负载20。
该裂相双火线系统中的第一储能电源11的输出电压U1和第二储能电源12的输出电压U2初始时刻的输出均为额定交流输出电压值U rated （100Vac或120Vac）。
进一步地，该裂相双火线系统的电量均衡控制方法包括以下步骤：
A1：主从机分配；
如图3所示，为主从机分配的具体步骤，包括：两台独立储能电源通讯连接，再以竞争方式分配主从机，确认是否为主机，如果是，则获取本机的当前剩余电量SOCm以及从机的当前剩余电量SOCs，计算获得主机的目标电压值UmRef和从机的目标电压值UsRef，再向从机发送其对应的目标电压值UsRef，还在主机过零时刻发送相位同步信号给从机；如果不是主机，则获取主机当前输出工频相位Thetam，并跟踪主机相位，控制从机相位180度滞后主机，并获取主机发送来的本机目标电压值UsRef。
在该具体的实施例中，相互独立的第一储能电源11和第二储能电源12通过通讯连接，采用竞争主机的方式自动分配，确定其中一个为主机，另一个为从机。本实施例中，以第一储能电源11分配为主机，第二储能电源12为从机为例，则Um=U1=U rated ，Us=U2=U rated ，其中U1表示第一储能电源11的输出电压，U2表示第二储能电源12的输出电压，Um表示主机的输出电压，Us表示从机的输出电压，主机和从机的输出电压在初始时刻均等于额定交流输出电压值U rated 。其中主机用于获取本机的剩余电量SOCm以及从机的当前剩余电量SOCs，计算获得主机的目标电压值UmRef和从机的目标电压值UsRef，再向从机发送其对应的目标电压值UsRef；还用于在主机的工频周期过零时刻，发送工频相位信号给从机。从机用于获取主机发送的工频相位信号并进行跟踪，同时控制从机输出相位与主机错相180°。
另外，需要说明的是，在部分实施例中，也可以采用其他的方式对各储能电源进行主从机分配，比如：通过在其中的一个储能设备中单独设置一个控制单元以将该储能设备（即本实施例中的储能电源）作为主机，其他的储能设备作为从机。在上述实施例中，仅涉及到一个从机，对于有多个从机的情形，从机的地址分配可以通过现有的任一种从机地址分配方式。比如：1）自由竞争完成地址分配；2）各从机设置拨码开关设定地址；3）通过键盘或人机界面设置各从机地址；4）通过电脑串口软件逐一设置各从机地址；5）通过从机查询总线的状态，不断等待空闲状态与主机通讯，如果有站号冲突则重新分配地址。
A2：获取多个储能电源的剩余电量，并计算多个储能电源的剩余电量的平均值；再分别将各个储能电源的剩余电量减去平均值得到一差值，如果差值大于0，则提高相应的储能电源的输出电压以增大储能电源的输出功率；如果差值小于0，则降低相应的储能电源的输出电压以减小储能电源的输出功率。
在该具体实施例中，直接获取两个储能电源的剩余电量差值，并根据差值大于0或小于0来对进行电量平衡-输出电压控制，具体地，如图4所示，主机计算当前主机与从机SOC差值：ΔSOC = SOCm – SOCs；主机根据当前SOC差值ΔSOC，进入电量平衡-输出电压控制模式：
（1）主机判断当前ΔSOC>0，则当前主机电量高于从机电量；主机增大输出功率，从机减小输出功率，从而实现SOC均衡；
（2）主机判断当前ΔSOC<0，则当前主机电量低于从机电量；主机减小输出功率，从机增大输出功率，从而实现SOC均衡。
系统负载20的输出端口线电压ULL（L1-L2线电压）等于主机输出电压Um、从机输出电压Us之和：ULL = Um + Us。为保证输出带载稳定，该裂相双火线系统控制输出端口线电压ULL维持恒定，即额定电压U rated 的2倍：ULL = U rated * 2。故两台独立储能电源组成的该裂相双火线系统的输出总压维持恒定：Um + Us = U rated * 2。且该裂相双火线系统中两台储能电源的交流输出侧串联，因此两台储能电源交流侧电流相等Im = Is，Im为主机（即第一储能电源11）的电流，Is为从机（即第二储能电源12）的电流。
该裂相双火线系统中两台储能电源的输出电流相等，因此调整储能电源的输出功率通过调节交流输出电压实现。例如，需要增大主机的输出功率Pm，需要提高当前储能电源输出电压Um至其相应的目标电压值UmRef：UmRef = U rated + ΔU，Pm = Um * Im；而且由于该裂相双火线系统输出线电压ULL = U rated * 2 = Um + Us；即系统负载20输出线电压维持恒定，故主机输出电压提高，则从机需将输出电压降低（降低当前储能电源输出电压Us至其相应的目标电压值UsRef），从而从机输出功率降低：UsRef = U rated - ΔU，Ps = Us * Is。
如图5所示，当ΔSOC>0，则增大主机的输出电压Um=UmRef =U rated + △U，减小从机的输出电压Us=UsRef =U rated - △U，以进一步使得主机输出功率Pm增大，从机输出功率Ps降低，从而实现SOC均衡；当ΔSOC<0，则减小主机的输出电压Um=UmRef =U rated - △U，增大从机的输出电压Us=UsRef =U rated + △U，以进一步使得主机输出功率Pm降低，从机输出功率Ps增大，从而实现SOC均衡。
通过动态调整主机的目标电压值UmRef和从机的目标电压值UsRef，实现主机输出频率Pm和从机输出频率Ps的动态调整，以进一步实现储能电源电池放电速率调整，使两台储能电源的SOC进行主动平衡。
其中，目标电压调整值△U =(ΔSOC/2) *U rated ，其中，SOCm、SOCs、ΔSOC都为0~1的数，通过以百分比的形式表示，例如主机的SOCm为80%，从机的SOCs为50%，ΔSOC为30%。
本发明优选实施例二公开的三相四线系统，是由三台独立储能电源的交流输出侧按星型接法构成，交流输出相位各相差120°，零线连接在一起，组成三相的交流供电系统。
具体地，如图6所示，该三相四线系统包括三个可以离网输出交流电的第一储能电源11、第二储能电源12、第三储能电源13和系统负载20（该实施例中系统负载为三相负载），第一储能电源11、第二储能电源12和第三储能电源13之间有通讯连接，且第一储能电源11、第二储能电源12和第三储能电源13的交流输出侧零线（N）连接至系统负载20的零线公共点，第一储能电源11的火线（L1）、第二储能电源12的火线（L2）和第三储能电源13的火线（L3）各自分别连接至系统负载20。
该三相四线系统中的第一储能电源11的输出电压U1、第二储能电源12的输出电压U2和第三储能电源13的输出电压U3在初始时刻均为额定交流输出电压值U rated （100Vac或120Vac）。
进一步地，该三相四线系统的电量均衡控制方法包括以下步骤：
B1：主从机分配；
主从机分配的具体步骤，包括：三台独立储能电源通讯连接，再以竞争的方式自动分配主从机，确认其中一台储能电源为主机，另外两台储能电源为从机。该优选实施例中主从机分配中的具体步骤与优选实施例一的区别仅在于，主机和从机各相位相错120°，其余具体的流程步骤相同，在此不再赘述。
B2：获取多个储能电源的剩余电量，并计算多个储能电源的剩余电量的平均值；再分别将各个储能电源的剩余电量减去平均值得到一差值，如果差值大于0，则提高相应的储能电源的输出电压以增大储能电源的输出功率；如果差值小于0，则降低相应的储能电源的输出电压以减小储能电源的输出功率。
在该具体实施例中，主机获取各储能电源的剩余电量SOC1、SOC2、SOC3；主机和从机各相位相错120°，三台独立的储能电源组成的三相四线系统的输出总压维持恒定。
计算三台储能电源SOC平均值：SOC ave =(SOC1 + SOC2 + SOC3)/3，然后将当前各储能电源的SOC i (i=1,2,3）与SOC ave 进行比较，如果SOC i 等于SOC ave ，则无需增大或减小输出功率；如果SOC i <SOC ave ，则减小输出功率；如果SOC i >SOC ave ，则增大输出功率。
因为总输出电压保持不变，三相负载也不变，故总电流I是不变的，因此本发明通过调节各储能电源的电压来进一步增大或减小各储能电源的输出功率。其中，调节第一储能电源11的输出电压U1至其对应的目标电压值U1Ref=U rated +ΔU1；调节第二储能电源12的输出电压U2至其对应的目标电压值U2Ref=U rated +ΔU2；调节第三储能电源13的输出电压U3至其对应的目标电压值U3Ref=U rated +ΔU3；其中，ΔU1+ΔU2+ΔU3=0。如果目标电压调整值ΔU i （i=1,2,3）为零，则表示对应的储能电源的剩余电量SOC i =SOC ave ，无需增大或减小输出功率；如果ΔU i 为负，则表示对应的储能电源的SOC i <SOC ave ，需要减小输出功率；如果ΔU i 为正，则表示对应的储能电源的SOC i >SOC ave ，需要增大输出功率。
其中，目标电压调整值的计算公式为：△U i = (SOC i -SOC ave ) ×U rated ，i=1,2,3，U rated 为储能电源的额定电压。其中，SOC i 、SOC ave 都为0~1的数，通过以百分比的形式表示，例如第一储能电源11的剩余电量SOC1为80%，第二储能电源12的剩余电量SOC2为50%，第三储能电源13的剩余电量SOC3为30%，SOC ave 为53.3%。
通过采用本发明优选实施例提出的电量均衡控制方法，上述裂相双火线系统和三相四线系统控制输出线电压保持恒定，为负载提供稳定的电力支持，同时可以实时根据各台储能电源的剩余电量SOC及负载功率情况，通过调整各单台储能电压的输出电压实现：电量高的储能电源增大输出带载功率，电量低的储能电源降低输出带载功率；从而实现裂相双火线系统和三相四线系统的主动电量均衡控制，有效地解决了剩余电量SOC不一致导致的系统带载续航时间变短的问题。
本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不是由其他人描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (10)

1.一种储能设备交流多相系统的电量均衡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取多个储能设备的剩余电量；
S2：计算所述多个储能设备的剩余电量的平均值；
S3：分别将各个所述储能设备的剩余电量减去步骤S2计算得到的平均值得到一差值，如果所述差值大于0，则提高相应的所述储能设备的输出电压以增大所述储能设备的输出功率；如果所述差值小于0，则降低相应的所述储能设备的输出电压以减小所述储能设备的输出功率；
所述系统包括多个离网输出交流电的储能设备，所述多个储能设备的交流输出侧火线分别连接至系统负载，所述多个储能设备的零线连接至系统负载的零线公共点；
所述交流多相系统的输出总电压维持恒定，△U 1 +△U 2 +...+△U n = 0，n为所述储能设备的数量，△U i 为第i台所述储能设备的目标电压调整值。
2.根据权利要求1所述的电量均衡控制方法，其特征在于，步骤S3具体包括：
将第i台所述储能设备的剩余电量SOC i 减去步骤S2计算得到的平均值SOC ave 得到所述差值，将相应的所述储能设备端的输出电压调整为目标电压值U iRef以调节所述储能设备的输出功率，其中目标电压值U iRef=U rated +△U i ，U rated 为所述储能设备的额定电压，△U i 为根据所述差值计算得到的目标电压调整值，i=1~n，n为所述储能设备的数量。
3.根据权利要求2所述的电量均衡控制方法，其特征在于，所述目标电压调整值的计算公式为：
△U i = (SOC i -SOC ave ) ×U rated 。
4.一种储能设备交流多相系统，其特征在于，包括：多个储能设备及系统负载，所述多个储能设备之间相互通讯连接，且所述多个储能设备的交流输出侧火线分别连接至所述系统负载，所述多个储能设备的零线连接至所述系统负载的零线公共点；所述储能设备交流多相系统采用如权利要求1-3任一项所述的电量均衡控制方法以对所述多个储能设备进行电量均衡控制。
5.根据权利要求4所述的储能设备交流多相系统，其特征在于，在所述步骤S1之前还包括如下步骤：
多个储能设备进行通讯连接并进行主机和从机的分配，确定所述多个储能设备中的一个为主机，其他储能设备为从机。
6.根据权利要求5所述的储能设备交流多相系统，其特征在于，所述主机用于：
在所述主机的工频周期过零时刻，发送工频相位信号给所述从机；
获取所述多个储能设备的剩余电量；
根据权利要求2-3任一项所述的电量均衡控制方法获得各个所述储能设备的目标电压值并发送给相对应的从机。
7.根据权利要求5所述的储能设备交流多相系统，其特征在于，所述从机用于：
获取所述主机发送的工频相位信号并进行跟踪，控制所述从机的工频相位滞后所述主机的工频相位。
8.根据权利要求7所述的储能设备交流多相系统，其特征在于，所述储能设备的数量为两个，所述储能设备交流多相系统为裂相双火线系统，所述从机的工频相位滞后所述主机的工频相位180°。
9.根据权利要求7所述的储能设备交流多相系统，其特征在于，所述储能设备的数量为三个，所述储能设备交流多相系统为三相四线系统，所述从机的数量为两个，三个所述储能设备之间的工频相位各相差120°。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为可被一处理器运行以执行权利要求1至3任一项中所述的电量均衡控制方法。
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