CN116094017B - 一种储能设备交流多相系统及其电量均衡控制方法 - Google Patents

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；重复步骤S1至S3，直至各个所述储能设备的剩余电量均相等。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

储能电源是一种能够将电能进行存储并在需要时释放的设备，因安全便携、高效环保等优势，储能电源广泛应用于航拍摄影、测绘勘探、移动医疗、自驾旅行、野餐露营、娱乐生活等领域。另外，具有大容量的储能电源还可以为家庭/商业等提供紧急/备用电源，在停电等情况下保持生活/商业用电负载的基础需求。

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。特别是在单台储能电源存在单机负载接入或多台储能电源单机负载不均衡的情况下，会进一步导致组成系统中的各储能电源电量消耗不一致，单机负载功率大的储能电源其电池维持时间短，电量会早于另一台单机负载功率低的储能电源放空。

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；重复步骤S1至S3，直至各个所述储能设备的剩余电量均相等。

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_j} 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步进目标电压值U _{iRef_j} 以调节所述储能设备的输出功率，其中步进目标电压值U _{iRef_j} =U _rated +△U _{i_j} ，U _rated 为所述储能设备的额定电压，△U _{i_j} 为根据所述差值计算得到的对第i台所述储能设备第j次电压调整时的目标电压调整值，i=1~n，n为所述储能设备的数量，j为当前电压调整的次数。

进一步地，对第i台所述储能设备第j次电压调整时所述目标电压调整值的计算公式为：△U _{i_j} = △U_{SOC_i_j} *r2 _i + △U _{p_i_j} *r3 _i ；其中，△U_{SOC_i_j} 为根据所述差值计算得到的对第i台所述储能设备第j次电压调整时的第一目标电压调整值，△U _{p_i_j} 为根据第i台所述储能设备的交流侧输出功率的变化情况计算得到的对第i台所述储能设备第j次电压调整时的第二目标电压调整值，r2 _i 和r3 _i 为权重，且r2 _i +r3 _i =1。

进一步地，对第i台所述储能设备第j次电压调整时的所述第一目标电压调整值的计算公式为：△U_{SOC_i_j} = (SOC _{i_j} -SOC _ave ) ×U _rated ×r1 _i ，r1 _i 为比例系数。

进一步地，r1 _i 取值为10%~20%。

进一步地，对第i台所述储能设备第j次电压调整时的所述第二目标电压调整值的计算公式为：△U _{p_i_j} =K _{u_i_j} *△U_{SOC_i_j} ，其中K _{u_i_j} 为对第i台所述储能设备第j次电压调整时的功率变化比，且K _{u_i_j} =(P _{m_i_j} -P _{m_k0_i_j} )/P _{mMean_i_j} ，式中，P _{m_i_j} 为对第i台所述储能设备第j次电压调整时的交流侧输出功率，P _{mMean_i_j} 为采用滑动窗口滤波计算得到的对第i台所述储能设备第j次电压调整时的交流侧输出功率周期平均值，P _{m_k0_i_j} 为对第i台所述储能设备第j次电压调整时移出滑动窗口滤波器的功率值。

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、系统负载以及至少一个单机负载，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；所述多个储能设备中的至少一个储能设备的交流输出侧单独接有所述单机负载；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，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，两个所述储能设备之间的工频相位相差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，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，通过逐步渐进式地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，在有效地解决剩余电量SOC不一致导致的系统带载续航时间变短的问题；同时每一次输出电压的调节都考虑各自单机负载的稳定性，通过循环调节的方式逐步渐进式地调整各储能设备的输出电压，防止单机负载功率波动，使得单机负载在额定电压下及一定的电压变化范围内正常工作和使用，进而使得系统更加稳定。一方面，避免了组成系统中的各储能设备的电量消耗不一致，使得各储能设备的电池维持时间保持一致；另一方面，保证了各类电气设备都能够稳定地在额定电压下及一定的电压变化范围内正常工作和使用，同时还避免各单机负载在电压偏高或偏低条件下运行，大大延长了电器设备的使用寿命，降低能耗，且最大程度地降低了电器设备损坏的可能性，保证了用电安全。

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。

每个国家或地区的电网都有其独特的电压标准，常见的电压标准有110V、220V和240V等。还有些国家有多种不同的电压，比如在美国，单相、单相三线、三相的电力供应系统都非常普及，故有单相电（120V）、双火线输出（240V）以及三相电（208V）。其中，单相电（120V）用于较小的普通家庭负载，例如照明、加热和小型电器，它提供恒定的交流电流，流向单一方向，具有单个正弦波形式。双火线输出（240V）用于更大的负载，例如空调、电炉和洗衣机等重型电器，双火线输出使较大的电器负载以更低的电流传输，从而减少因热而损失的能量；双火线输出通常还用于工业和商业场所。在我国采用的是三相四线的电力系统，家庭一般用电为220V，而工厂用电通常为380V。基于这些电压标准以及电力供应方式的不同，通常情况下用电设备（即负载）的工作电压也有所不同，有些是120V，有些是240V，还有些是380V。

通过两台独立储能电源组成的交流双火线系统或通过三台独立储能电源组成的交流三相系统可以满足不同电器负载的不同工作电压需求。一方面，将多台储能电源组成一个系统进行联合输出（包括双火线输出和三相电输出），可以供大电压需求的系统负载用电；另一方面，每台储能电源各自还仍保留额定电压的单相电输出，可以供小电压需求的单相负载（也可叫单机负载）用电。

在由多台储能电源组成的交流多相系统中，任意一台储能电源电池电量放空，均无法支撑双火线输出或三相电输出，导致系统停机。特别是在单台储能电源存在单机负载接入或多台储能电源单机负载不均衡的情况下，会进一步导致组成系统中的各储能电源电量消耗不一致，单机负载功率大的储能电源其电池维持时间短，电量会早于其他单机负载功率低的储能电源放空。在另一方面，各类电器设备都是在额定电压下及一定的电压变化范围内才能正常工作和使用，如果各单台储能电源的交流输出电压的波动超出了允许范围，会使得各单机负载在电压偏高或偏低条件下运行，将直接缩短电器设备的使用寿命，增加能耗，电器设备损坏可能性加大，甚至危及用电安全。

为有效地解决剩余电量SOC不一致导致的系统带载续航时间变短的问题，同时考虑单机负载的使用寿命及安全用电问题，以及系统的稳定性，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；重复步骤S1至S3，直至各个储能设备的剩余电量均相等。

其中，步骤S3具体包括：将第i台储能设备的剩余电量SOC _{i_j} 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调整为步进目标电压值U _{iRef_j} 以调节储能设备的输出功率，其中步进目标电压值U _{iRef_j} =U _rated +△U _{i_j} ，U _rated 为储能设备的额定电压，△U _{i_j} 为根据差值计算得到的对第i台储能设备第j次电压调整时的目标电压调整值，i=1~n，n为储能设备的数量，j为当前电压调整的次数。

进一步地，对第i台储能设备第j次电压调整时目标电压调整值的计算公式为：△U _{i_j} = △U_{SOC_i_j} *r2 _i + △U _{p_i_j} *r3 _i ；其中，△U_{SOC_i_j} 为根据差值计算得到的对第i台储能设备第j次电压调整时的第一目标电压调整值，△U _{p_i_j} 为根据第i台储能设备的交流侧输出功率的变化情况计算得到的对第i台储能设备第j次电压调整时的第二目标电压调整值，r2 _i 和r3 _i 为权重，且r2 _i +r3 _i =1。其中，对第i台储能设备第j次电压调整时的第一目标电压调整值的计算公式为：△U_{SOC_i_j} = (SOC _{i_j} -SOC _ave ) ×U _rated ×r1 _i ，r1 _i 为比例系数。具体地，r1 _i 取值为10%~20%。其中，对第i台储能设备第j次电压调整时的第二目标电压调整值的计算公式为：△U _{p_i_j} =K _{u_i_j} *△U_{SOC_i_j} ，其中K _{u_i_j} 为对第i台储能设备第j次电压调整时的功率变化比，且K _{u_i_j} =(P _{m_i_j} -P _{m_k0_i_j} )/P _{mMean_i_j} ，式中，P _{m_i_j} 为对第i台储能设备第j次电压调整时的交流侧输出功率，P _{mMean_i_j} 为采用滑动窗口滤波计算得到的对第i台储能设备第j次电压调整时的交流侧输出功率周期平均值，P _{m_k0_i_j} 为对第i台储能设备第j次电压调整时移出滑动窗口滤波器的功率值。

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、系统负载以及至少一个单机负载，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；多个储能设备中的至少一个储能设备的交流输出侧单独接有单机负载；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。单机负载即接在每台独立储能电源上的单相负载，每台储能电源的单机负载均消耗自身电池电量。

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，两个储能设备之间的工频相位相差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，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、系统负载20（该实施例中系统负载为双火线负载）、第一单机负载31和第二单机负载32，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，且第一储能电源11的交流输出侧连接第一单机负载31，第二储能电源12的交流输出侧连接第二单机负载32。

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SOC_m以及从机的当前剩余电量SOC_s，计算获得主机的目标电压值U_mRef和从机的目标电压值U_sRef，再向从机发送其对应的目标电压值U_sRef，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U_sRef。

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U_m=U₁=U _rated ，U_s=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，U_m表示主机的输出电压，U_s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SOC_m以及从机的当前剩余电量SOC_s，计算获得主机的目标电压值U_mRef和从机的目标电压值U_sRef，再向从机发送其对应的目标电压值U_sRef；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°，并获取主机发送来的本机目标电压值U_sRef。

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；并重复前述步骤，直至各个储能电源的剩余电量均相等。

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 = SOC_m – SOC_s；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；主机逐渐增大输出功率，从机逐渐减小输出功率，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；主机逐渐减小输出功率，从机逐渐增大输出功率，从而实现SOC均衡。

系统负载20的输出端口线电压U_LL（L1-L2线电压）等于主机输出电压U_m、从机输出电压U_s之和：U_LL = U_m + U_s。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U_LL维持恒定，即额定电压U _rated 的2倍：U_LL = 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：U_m + U_s = 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I_m = I_s，I_m为主机（即第一储能电源11）的电流，I_s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P_m，需要提高当前储能电源输出电压U_m至其相应的目标电压值U_mRef：U_mRef = U _rated + △U_总，P_m = U_m * I_m；而且由于该裂相双火线系统输出线电压U_LL = U _rated * 2 = U_m + U_s；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U_s至其相应的目标电压值U_sRef），从而从机输出功率降低：U_sRef = U _rated - △U_总，P_s = U_s * I_s。

如图5，当ΔSOC>0，则增大主机的输出电压U_m=U_mRef = U _rated + △U_总，减小从机的输出电压U_s=U_sRef =U _rated - △U_总，以进一步使得主机输出功率P_m增大，从机输出功率P_s降低，从而实现SOC均衡；当ΔSOC<0，则减小主机的输出电压U_m=U_mRef = U _rated - △U_总，增大从机的输出电压U_s=U_sRef =U _rated + △U_总，以进一步使得主机输出功率P_m降低，从机输出功率P_s增大，从而实现SOC均衡。

其中，目标电压调整总值△U_总 = (ΔSOC/2) *U _rated ，其中，SOC_m、SOC_s、ΔSOC都为0~1的数，通过以百分比的形式表示，例如主机的SOC_m为80%，从机的SOC_s为50%，ΔSOC为30%。

在本发明中，考虑到△U_总的调整幅度如果过大，两台储能电源SOC平衡处理速率会较大，可能会影响单机负载的稳定性。而为了提高单机负载的稳定性，本发明优选实施例通过ΔSOC及单机输出负载功率两级判断计算处理，同时采用输出电压变步长控制方法，实现△U_总的调整，具体实施方法如下：

（1）主机根据当前主机与从机SOC差值ΔSOC_j计算第j次电压调整时的第一目标电压调整值ΔU_{SOC_j} ：

△U_{SOC_j} = (ΔSOC _{_j} /2) ×U _rated ×r1，

其中，r1为比例系数，通常和单机的交流输出电压相关，并满足常规电器的用电电压范围；如：单机交流输出为110V，r1取值（10%，20%）。

（2）由于各储能电源各自的输出电压动态调节，为防止出现单机负载因输出电压调节导致单机负载功率波动，增加输出功率调整输出电压平滑处理。

各储能电源根据各自交流侧输出功率P_{m_j} 变化情况，计算第j次电压调整时的第二目标电压调整值ΔU _{p_j} ：

a、采用滑动窗口滤波计算主机或从机第j次电压调整时的交流输出功率周期平均值P _{mMean_j} ；

b、记录第j次电压调整时移出滑动窗口滤波器的功率值P _{m_k0_j} （滑窗最开始的那个值）；

c、计算第j次电压调整时的功率变化比K _{u_j} ：

K _{u_j} =(P _{m_j} -P _{m_k0_j} )/P _{mMean_j} ；

d、根据输出功率波动（功率变化比K _{u_j} ）计算第j次电压调整时的第二目标电压调整值ΔU _{p_j} ：

△U _{p_j} =K _{u_j} *△U_{SOC_j} 。

（3）为满足SOC动态调整速率及电压调整过程中系统的稳定，可以采用如下的公式计算获得第j次电压调整时的目标电压调整值：

△U _{_j} = △U_{SOC_j} *r2 + △U _{p_j} *r3 ；

其中，r2和r3为权重，且r2+r3=1；如果是r3的权重更大（r3>r2），则单机功率更稳定；如果是r2的权重更大（r2>r3），则系统调节速率更快。

在一具体的实施例中，可以选择电压调整步长采用均值处理的方式得到：

ΔU _{_j} = ΔU_{SOC_j} * 0.5 + ΔU _{p_j} * 0.5。

通过得到第j次电压调整时的目标电压调整值，可以计算得到主机或从机每一次电压调整所对应的步进目标电压值：当ΔSOC>0，对主机第j次电压调整时的步进目标电压值U_{mRef_j} =U _rated +△U _{_j} ，对从机第j次电压调整时的步进目标电压值U_{sRef_j} =U _rated -△U _{_j} ；当ΔSOC<0时，对主机第j次电压调整时的步进目标电压值U_{mRef_j} =U _rated -△U _{_j} ，对从机第j次电压调整时的步进目标电压值U_{sRef_j} =U _rated +△U _{_j} 。

在本实施例中，第j次电压调整时的目标电压调整值ΔU _{_j} 考虑了两个因素：一个是ΔU_{SOC_j} ，为了各储能电源的电量均衡，ΔU_{SOC_j} 取值为目标电压调整总值△U_总的10%-20%，体现的是系统尽快进行电量均衡；另一个是ΔU _{p_j} 为了各储能电源独自的功率更稳定，ΔU _{p_j} 体现的是各储能电源的稳定性。

为使该裂相双火线系统达到总电量均衡，每台储能电源需要调整的总电压为目标电压调整总值△U_总（ΔSOC>0，主机的电压增加△U_总，从机的电压减小△U_总；ΔSOC<0时，主机的电压减小△U_总，从机的电压增加△U_总），但是，在本发明中，并不是一步调节到位，而是综合考虑ΔU_{SOC_j} 和ΔU _{p_j} ，每次的目标电压调整值为△U _{_j} = △U_{SOC_j} *r2 + △U _{p_j} *r3 ；将主机和从机的输出电压进行逐步/渐进式的调整，△U_总=△U _{_1} + △U _{_2} + △U _{_3} +……+ △U _{_M}，j=1,2,3,……,M；表示需要经过M次调整才会最终达到总电量均衡。

通过逐步渐进式地调整使得主机达到目标电压值U_mRef，从机达到目标电压值U_sRef，实现主机输出频率P_m和从机输出频率P_s的逐步渐进式调整，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，且同时使得整个系统更加稳定。

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、系统负载20（该实施例中系统负载为三相负载）、第一单机负载31、第二单机负载32和第三单机负载33，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，且第一储能电源11的交流输出侧连接单机负载31，第二储能电源12的交流输出侧连接单机负载32，第三储能电源13的交流输出侧连接单机负载33。

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；并重复前述步骤，直至各个储能电源的剩余电量均相等。

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U_1Ref=U _rated +ΔU_1总；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U_2Ref=U _rated +ΔU_2总；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U_3Ref=U _rated +Δ_总；其中，ΔU_1总+ΔU_2总+ΔU_3总=0。如果目标电压调整总值ΔU _i总（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总为负，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总为正，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，目标电压调整总值的计算公式为：△U _i总 = (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%。

在本发明中，考虑到△U _i总的调整幅度如果过大，各台储能电源SOC平衡处理速率会较大，可能会影响单机负载的稳定性。而为了提高单机负载的稳定性，本发明优选实施例通过SOC差值及单机输出负载功率两级判断计算处理，同时采用输出电压变步长控制方法，实现△U _i总的调整，具体实施方法如下：

（1）各台储能电源分别计算各自第j次电压调整时的第一目标电压调整值ΔU_{SOC_i_j} ：

△U_{SOC_i_j} = (SOC _{i_j} -SOC _ave ) ×U _rated ×r1 _i ，

其中，r1 _i 为比例系数，通常和单机的交流输出电压相关，并满足常规电器的用电电压范围；如：单机交流输出为110V，r1 _i 取值（10%，20%）。

（2）由于各储能电源各自的输出电压动态调节，为防止出现单机负载因输出电压调节导致单机负载功率波动，增加输出功率调整输出电压平滑处理。

各储能电源根据各自交流侧输出功率P_{m_i_j} 变化情况，计算各自第j次电压调整时的第二目标电压调整值ΔU _{p_i_j} ：

a、采用滑动窗口滤波计算各台储能电源第j次电压调整时的交流输出功率周期平均值P _{mMean_i_j} ；

b、记录第j次电压调整时移出滑动窗口滤波器的功率值P _{m_k0_i_j} （滑窗最开始的那个值）；

c、计算第j次电压调整时功率变化比K _{u_i_j} ：

K _{u_i_j} =(P _{m_i_j} -P _{m_k0_i_j} )/P _{mMean_i_j} ；

d、根据输出功率波动（功率变化比K _{u_i_j} ）计算各台储能电源第j次电压调整时第二目标电压调整值ΔU _{p_i_j} ：

△U _{p_i_j} =K _{u_i_j} *△U_{SOC_i_j} 。

（3）为满足SOC动态调整速率及电压调整过程中系统的稳定，可以采用如下的公式计算获得对第i台储能设备第j次电压调整时的目标电压调整值：

△U _{i_j} = △U_{SOC_i_j} *r2 _i + △U _{p_i_j} *r3 _i ；

其中，r2 _i 和r3 _i 为权重，且r2 _i +r3 _i =1；如果是r3 _i 的权重更大（r3 _i >r2 _i ），则单机功率更稳定；如果是r2 _i 的权重更大（r2 _i >r3 _i ），则系统调节速率更快。

通过得到对第i台储能设备第j次电压调整时的目标电压调整值，可以计算得到各台储能电源每一次电压调整所对应的步进目标电压值：当SOC _ij （第j次电压调整时第i台储能设备的剩余电量）＞SOC _ave ，则对第i台所述储能设备第j次电压调整时的步进目标电压值U _{iRef_j} =U _rated +△U _{i_j} ，当SOC _ij （第j次电压调整时第i台储能设备的剩余电量）＜SOC _ave ，则对第i台所述储能设备第j次电压调整时的步进目标电压值U _{iRef_j} =U _rated -△U _{i_j} 。

在本实施例中，对第i台储能设备第j次电压调整时的目标电压调整值ΔU _{i_j} 考虑了两个因素：一个是ΔU_{SOC_i_j} ，为了各储能电源的电量均衡，ΔU_{SOC_i_j} 取值为目标电压调整总值△U _i总的10%-20%，体现的是系统尽快进行电量均衡；另一个是ΔU _{p_i_j} 为了各储能电源独自的功率更稳定，ΔU _{p_i_j} 体现的是各储能电源的稳定性。

为使该三相四线系统达到总电量均衡，每台储能电源需要调整的总电压为目标电压调整总值△U _i总（i=1,2,3，表示系统中的第i个储能电源），但是，在本发明中，并不是一步调节到位，而是综合考虑ΔU_{SOC_i_j} 和ΔU _{p_i_j} ，每次的目标电压调整值为△U_{_i_j} = △U_{SOC_i_j} *r2 + △U _{p_i_j} *r3 ；将主机和从机的输出电压进行逐步/渐进式的调整，△U _i总=△U_{_i_1} + △U_{_i_2} + △U_{_i_3} +……+ △U_{_i_M}，j=1,2,3,……,M；表示需要经过M次调整才会最终达到总电量均衡。

通过逐步渐进式地调整使得各台储能电源达到目标电压值U _iRef，实现各储能电源的输出频率P_{m_i} 的逐步渐进式调整，以进一步实现储能电源电池放电速率调整，使各台储能电源的SOC进行主动平衡，且同时使得整个系统更加稳定。

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：电量高的储能电源逐渐增大输出带载功率，电量低的储能电源逐渐降低输出带载功率；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，在有效地解决剩余电量SOC不一致导致的系统带载续航时间变短的问题；同时每一次输出电压的调节都考虑各自单机负载的稳定性，通过循环调节的方式逐步渐进式地调整各储能电源的输出电压，防止单机负载功率波动，使得单机负载在额定电压下及一定的电压变化范围内正常工作和使用，进而使得系统更加稳定。一方面，避免了组成系统中的各储能电源的电量消耗不一致，使得各储能电源的电池维持时间保持一致；另一方面，保证了各类电气设备都能够稳定地在额定电压下及一定的电压变化范围内正常工作和使用，同时还避免各单机负载在电压偏高或偏低条件下运行，大大延长了电器设备的使用寿命，降低能耗，且最大程度地降低了电器设备损坏的可能性，保证了用电安全。

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；

重复步骤S1至S3，直至经过M次调整以使得各个所述储能设备的剩余电量均相等，其中， △U _i总=△U _{i_1}+△U _{i_2}+△U _{i_3}+……+△U _{i_M}， j=1,2,3,……,M， △U _i总为第i台所述储能设备的目标电压调整总值，△U _{i_j} 为对第i台所述储能设备第j次电压调整时的目标电压调整值；

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所述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总+△U _2总+...+△U _n总= 0，n为所述储能设备的数量。

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_j} 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步进目标电压值U _{iRef_j} 以调节所述储能设备的输出功率，其中步进目标电压值U _{iRef_j} =U _rated +△U _{i_j} ，U _rated 为所述储能设备的额定电压，△U _{i_j} 为根据所述差值计算得到的对第i台所述储能设备第j次电压调整时的目标电压调整值，i=1~n，n为所述储能设备的数量，j为当前电压调整的次数。

3.根据权利要求2所述的电量均衡控制方法，其特征在于，对第i台所述储能设备第j次电压调整时所述目标电压调整值的计算公式为：

△U _{i_j} = △U_{SOC_i_j} *r2 _i + △U _{p_i_j} *r3 _i ；

其中，△U_{SOC_i_j} 为根据所述差值计算得到的对第i台所述储能设备第j次电压调整时的第一目标电压调整值，△U _{p_i_j} 为根据第i台所述储能设备的交流侧输出功率的变化情况计算得到的对第i台所述储能设备第j次电压调整时的第二目标电压调整值，r2 _i 和r3 _i 为权重，且r2 _i +r3 _i =1。

4. 根据权利要求3所述的电量均衡控制方法，其特征在于，对第i台所述储能设备第j次电压调整时的所述第一目标电压调整值的计算公式为：△U_{SOC_i_j} = (SOC _{i_j} -SOC _ave ) ×U _rated ×r1 _i ，r1 _i 为比例系数。

5.根据权利要求4所述的电量均衡控制方法，其特征在于，r1 _i 取值为10%~20%。

6. 根据权利要求3所述的电量均衡控制方法，其特征在于，对第i台所述储能设备第j次电压调整时的所述第二目标电压调整值的计算公式为：△U _{p_i_j} =K _{u_i_j} *△U_{SOC_i_j} ，其中K _{u_i_j} 为对第i台所述储能设备第j次电压调整时的功率变化比，且K _{u_i_j} =(P _{m_i_j} -P _{m_k0_i_j} )/P _{mMean_i_j} ，式中，P _{m_i_j} 为对第i台所述储能设备第j次电压调整时的交流侧输出功率，P _{mMean_i_j} 为采用滑动窗口滤波计算得到的对第i台所述储能设备第j次电压调整时的交流侧输出功率周期平均值，P _{m_k0_i_j} 为对第i台所述储能设备第j次电压调整时移出滑动窗口滤波器的功率值。

7.一种储能设备交流多相系统，其特征在于，包括：多个储能设备、系统负载以及至少一个单机负载，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；所述多个储能设备中的至少一个储能设备的交流输出侧单独接有所述单机负载；所述储能设备交流多相系统采用如权利要求1-6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。

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，两个所述储能设备之间的工频相位相差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，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6任一项中所述的电量均衡控制方法。

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