一種含輔助功率環(huán)的儲(chǔ)能系統(tǒng)soc均衡控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種含輔助功率環(huán)的儲(chǔ)能系統(tǒng)SOC均衡控制方法，含輔助功率環(huán)的儲(chǔ)能系統(tǒng)SOC均衡控制包括單相SOC均衡控制及三相SOC均衡控制。單相SOC均衡控制首先測(cè)量并采集一相內(nèi)所有電池的SOC值；對(duì)所有SOC值進(jìn)行排序并確定能量輸出源、能量目的、平衡電池，若SOCES?SOCED>ΔSOCr，則進(jìn)行相內(nèi)均衡控制，否則不啟動(dòng)均衡控制。三相SOC均衡控制首先測(cè)量并采集三相所有電池的SOC值，若ΔSOC>max(ΔSOCu,ΔSOCv,ΔSOCw)，則先進(jìn)行相間均衡控制，再進(jìn)行相內(nèi)均衡控制，否則先進(jìn)行相內(nèi)均衡控制，再進(jìn)行相間均衡控。本發(fā)明解決了蓄電池電壓不均衡的問(wèn)題，可以實(shí)現(xiàn)單相的SOC均衡控制，也可以實(shí)現(xiàn)三相的均衡控制。
【專利說(shuō)明】
一種含輔助功率環(huán)的儲(chǔ)能系統(tǒng)SOC均衡控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種含輔助功率環(huán)的儲(chǔ)能系統(tǒng)S0C(State of Charge，荷電狀態(tài))均衡控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鏈?zhǔn)絻?chǔ)能系統(tǒng)中常見(jiàn)的均衡控制方法有零序電流注入法、零序電壓注入法、電壓 排序法等。零序電流注入法是通過(guò)各個(gè)電池的SOC值、系統(tǒng)各單元和各相的等效SOC值計(jì)算 得到系統(tǒng)相間均衡所需的零序電流參考值；由系統(tǒng)級(jí)控制得到的電流參考值再經(jīng)過(guò)直接電 流控制器后，計(jì)算得到系統(tǒng)輸出電壓參考值，然后經(jīng)過(guò)單元間均衡控制得到各個(gè)單元的電 壓調(diào)制波，最后通過(guò)脈沖發(fā)生器得到系統(tǒng)各相的控制脈沖。零序電壓注入法是將一零序電 壓分別與三相交流電壓進(jìn)行疊加。這使得每相在不引入負(fù)序電流的情況下既能吸收也能釋 放不平衡有功功率。由于零序電壓注入法并不會(huì)引起線電壓的變化，因而該SOC均衡控制方 法并不會(huì)影響三相線電流和總的輸出功率。電壓排序法是先按照各個(gè)蓄電池電壓的大小對(duì) 其進(jìn)行排序，然后根據(jù)各個(gè)蓄電池電壓的大小，來(lái)控制各個(gè)開(kāi)關(guān)器件的角度，使得電壓高的 蓄電池的放電速率大于電壓低的蓄電池，從而達(dá)到蓄電池電壓均衡的目的。這些均衡控制 方法能夠有效地均衡能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中相互串聯(lián)的蓄電池輸出電壓或者超級(jí)電容器的荷電 狀態(tài)(SOC)。
[0003] 目前大多數(shù)的直流側(cè)均衡控制方法都是通過(guò)對(duì)各個(gè)開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)模式進(jìn)行小 的變化來(lái)調(diào)節(jié)各個(gè)儲(chǔ)能元件之間的有功功率。由于上述各方法中調(diào)節(jié)幅度往往有限，因而 整個(gè)直流側(cè)均衡時(shí)間將不可預(yù)計(jì)，且整個(gè)方法的有效性依賴于變換器的電流幅值。不僅如 此，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)多個(gè)平衡控制回路將會(huì)相當(dāng)復(fù)雜，特別是當(dāng)它與基波功率出現(xiàn)耦合時(shí)。為了 解決上述不足，急切的需要一種能夠獨(dú)立控制，且與各個(gè)H橋模炔基頻功率解耦的直流側(cè)均 衡控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：針對(duì)含輔助功率環(huán)的儲(chǔ)能系統(tǒng)蓄電池電壓不均衡的問(wèn)題，提出了一種 含輔助功率環(huán)的儲(chǔ)能系統(tǒng)SOC均衡控制方法。
[0005] 技術(shù)方案：一種含輔助功率環(huán)的儲(chǔ)能系統(tǒng)SOC均衡控制方法，該方法用于單相SOC 均衡控制，所述單相為u相，所述儲(chǔ)能系統(tǒng)包括多個(gè)模塊，每個(gè)模塊包括一個(gè)電池，該方法包 括以下步驟：
[0006] (1)測(cè)量并采集所有模塊電池的SOC值；
[0007] (2)對(duì)SOC值進(jìn)行排序，設(shè)最小的SOC值為SOCed，所述SOCed為吸收交換功率模塊的 SOC值，設(shè)最大的SOC值為SOCes，所述SOCes為提供功率模塊的SOC值；
[0008] (3)設(shè)定SOC差值的閾值為Δ SOCr;
[0009] (4)設(shè) Δ SOCu = SOCes-SOCed，若 Δ S0Cu> Δ SOCr，則進(jìn)行相內(nèi)均衡控制，若 Δ SOCu彡 Δ SOCr，則不啟動(dòng)均衡控制。
[0010] 有益效果:相比較現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的一種含輔助功率環(huán)的儲(chǔ)能系統(tǒng)SOC均衡 控制方法解決了蓄電池電壓不均衡的問(wèn)題，可以實(shí)現(xiàn)單相的SOC均衡控制，也可以實(shí)現(xiàn)三相 的均衡控制;通過(guò)分析三相級(jí)聯(lián)多電平儲(chǔ)能系統(tǒng)，確定相間和相內(nèi)SOC均衡的順序，更好的 解決三相儲(chǔ)能系統(tǒng)蓄電池電壓不均衡的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1是單相SOC均衡控制流程圖；
[0012] 圖2是基于相位的單相SOC均衡控制系統(tǒng)框圖；
[0013]圖3是三相SOC均衡控制流程圖；
[0014]圖4是9個(gè)蓄電池系統(tǒng)的SOC均衡控制圖；
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0016] 該儲(chǔ)能系統(tǒng)包括η個(gè)模塊，η個(gè)模塊中每個(gè)模塊直流側(cè)包括一個(gè)蓄電池，即有η個(gè)電 池。令η個(gè)模塊中負(fù)責(zé)提供功率的模塊為能量輸出源，用ES(Energy Source)表示，而令吸收 交換功率的模塊為能量目的，用ED(Energy Destination)表示，令不提供也不吸收功率的 模塊為平衡電池，用BC(Balance Cell)表示。
[0017]含輔助功率環(huán)的儲(chǔ)能系統(tǒng)SOC均衡控制包括單相SOC均衡控制及三相SOC均衡控 制。
[0018] 用于單相SOC均衡控制時(shí)，所述單相為U相，如圖1所示，包括以下步驟：
[0019] ⑴測(cè)量并采集所有模塊電池的S0C值；
[0020] (2)對(duì)SOC值進(jìn)行排序，設(shè)最小的SOC值為SOCed，所述SOCed為吸收交換功率模塊的 SOC值，設(shè)最大的SOC值為SOCes，所述SOCes為提供功率模塊的SOC值，設(shè)中間的SOC值為SOC bc， 所述SOCbc為既不提供也不吸收功率的平衡模塊的SOC值；
[0021] 定義蓄電池的序列為，對(duì)電池的SOC值進(jìn)行從小到大排序得到一 個(gè)新的序列，定義新序列為
[0022] (3)設(shè)定SOC差值的閾值為Δ SOCr，即能接受的SOC差值；
[0023] (4)判斷S0CES-S0CED>AS0C r，若不等式成立則進(jìn)行相內(nèi)均衡控制，若不等式不成立 則不啟動(dòng)均衡控制。
[0024] 設(shè)所述吸收交換功率模塊與提供功率模塊的輔助頻率調(diào)制比為N;所述提供功率 模塊的輔助頻率調(diào)制波相位為Ji/2,所述平衡模塊的輔助頻率調(diào)制波相位為π，吸收交換功 率模塊的輔助頻率調(diào)制波相位為資;同時(shí)設(shè)A SOCu為u相內(nèi)吸收交換功率模塊與提供功率模 塊的兩個(gè)電池的SOC差，即
[0025] Δ SOCu = SOCes-SOCed
[0026] 則相位免可以根據(jù)ASOCu經(jīng)過(guò)一個(gè)比例環(huán)節(jié)計(jì)算得到，該基于相位的單相SOC均衡 控制系統(tǒng)如圖2所不，其中UuED ,UuES，UuBG分別表不吸收交換功率模塊、提供功率模塊和平衡 模塊的電池所在模塊的總的調(diào)制波，平衡模塊輔助頻率調(diào)制度戈
[0027]用于三相SOC均衡控制時(shí)，所述三相包括u相、v相、w相，該方法包括以下步驟：
[0028] (1)測(cè)量并采集三相所有模塊電池的SOC值；
[0029] (2)對(duì)SOC值進(jìn)行排序，計(jì)算u相、V相、w相三相內(nèi)SOC最大值與最小值之差，分別記 為Δ SOCu、Δ SOCv和Δ SOCw，計(jì)算公式為：
[0030]
[0031] 其中SOCuma^SOCumin分別為u相的SOC最大值和最小值;S0C_^S0C? in分別為V相 的SOC最大值和最小值;300"^與SOCwmin分別為W相的SOC最大值和最小值；
[0032] (3)設(shè)定閾值為AS0C;
[0033] (4)判斷Δ S0C>max( Δ SOCu, Δ SOCv, Δ SOCw)，若等式成立則先進(jìn)行相間均衡控制， 再進(jìn)行相內(nèi)均衡控制，若不成立先進(jìn)行相內(nèi)均衡控制，再進(jìn)行相間均衡控制，如圖3所示。 [0034]對(duì)于一個(gè)基于輔助功率環(huán)的三相級(jí)聯(lián)多電平儲(chǔ)能系統(tǒng)而言，由于每相都是由多個(gè) H橋模塊串聯(lián)而成，由于系統(tǒng)SOC的均衡必須有輔助功率環(huán)的參與，且由于方法本身的限制， 無(wú)法做到同時(shí)實(shí)現(xiàn)相間和相內(nèi)的SOC均衡，所以在考慮整個(gè)系統(tǒng)的SOC均衡時(shí)，必須選擇相 內(nèi)和相間SOC均衡的順序。
[0035]設(shè)u相、V相、w相三相的相內(nèi)所有電池的SOC值的平均值分別為SOCu，SOCv，SOC w，并 定義平均值矩陣為SOCo;設(shè)SOCu，SOCv，SOCw中的最大值為SOComax，最小值為SOCo min，設(shè)最大值 與最小值之差為A SOCo，計(jì)算公式為：
[0036]
[0037] ASOC〇=SOC〇max-SOC〇min
[0038] 相間均衡控制與相內(nèi)均衡控制類似，在對(duì)SOCu，SOCv，SOCw的大小進(jìn)行比較后，選定 SOC均值最大即SOComax的那相整體作為提供功率相，而均值最小即SOComin的那相整體為吸收 功率相，剩下的那相整體為平衡相。然后對(duì)三相使用基于相位的功率交換方法進(jìn)行SOC均 衡。其中需要注意的一點(diǎn)是，相內(nèi)所有級(jí)聯(lián)模塊的輔助頻率調(diào)制波的調(diào)制度和相位都是相 同的。
[0039] 為了驗(yàn)證在多個(gè)蓄電池拓?fù)鋾r(shí)的SOC均衡控制的有效性，建立了 一個(gè)由9個(gè)H橋模 塊（即9個(gè)蓄電池)構(gòu)成的級(jí)聯(lián)多電平系統(tǒng)。這9個(gè)蓄電池的SOC均不相同，但都在60 %上下， 仿真結(jié)果如圖4所示。圖4(a)為系統(tǒng)對(duì)外放電時(shí)的均衡仿真圖，此時(shí)，系統(tǒng)對(duì)負(fù)載見(jiàn)提供有 功功率，而各個(gè)蓄電池在對(duì)外放電的同時(shí)，通過(guò)功率交換，各個(gè)蓄電池的SOC逐漸得到均衡。 在SOC均衡工程中，SOC最大的蓄電池給SOC最小的蓄電池提供有功功率，直到所有的蓄電池 SOC全部均衡為止。而在圖4(b)中，系統(tǒng)不對(duì)負(fù)載供電，從圖中可以看出，整個(gè)系統(tǒng)的SOC均 衡控制依然是有效的。
[0040] 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和有益效果和實(shí)施方案。本發(fā)明 是含輔助功率環(huán)的儲(chǔ)能系統(tǒng)SOC均衡控制方法，對(duì)于其他類似SOC均衡控制方法也屬于本發(fā) 明保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種含輔助功率環(huán)的儲(chǔ)能系統(tǒng)SOC均衡控制方法，該方法用于單相SOC均衡控制，所 述單相為U相，所述儲(chǔ)能系統(tǒng)包括多個(gè)模塊，每個(gè)模塊包括一個(gè)電池，其特征在于，該方法包 括以下步驟： (1) 測(cè)量并采集所有模塊電池的S0C值； (2) 對(duì)S0C值進(jìn)行排序，最小的S0C值記為SOCed，所述SOCed為吸收交換功率模塊的S0C值， 最大的S0C值記為SOCes，所述SOCes為提供功率模塊的S0C值； (3) 設(shè)定S0C差值的閾值為Δ S0Cr; (4) 設(shè) Δ S0Cu = S0CES-S0CED，若 Δ S0Cu> Δ S0Cr，則進(jìn)行相內(nèi)均衡控制，若 Δ S0Cu彡 Δ S0Cr，則不啟動(dòng)均衡控制。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含輔助功率環(huán)的儲(chǔ)能系統(tǒng)S0C均衡控制方法，該方法用于三相 S0C均衡控制，所述三相包括u相、v相、w相，其特征在于，包括以下步驟： (1) 測(cè)量并采集三相所有模塊電池的S0C值； (2) 對(duì)每相S0C值進(jìn)行排序，計(jì)算u相、v相、w相三相內(nèi)S0C最大值與最小值之差，分別記 為Δ S0Cu、Δ S0Cv和Δ S0Cw，計(jì)算公式為：其中S0Cu max與S0Cu _分別為u相的S0C最大值和最小值;S0Cv max與S0Cv min分別為v相的 SOC最大值和最小值;SOCw max與SOCw min分別為W相的SOC最大值和最小值； (3) 設(shè)定閾值為AS0C; (4) 判斷Δ S0C>max( Δ S0Cu，Δ SOCv，Δ S0Cw)，若等式成立則先進(jìn)行相間均衡控制，再 進(jìn)行相內(nèi)均衡控制，若不成立先進(jìn)行相內(nèi)均衡控制，再進(jìn)行相間均衡控制。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的含輔助功率環(huán)的儲(chǔ)能系統(tǒng)S0C均衡控制方法，其特征在于，該 系統(tǒng)包括η個(gè)模塊，每個(gè)模塊直流側(cè)包括一個(gè)蓄電池，定義蓄電池的序列為Βι?Β^Β^Βη}， 對(duì)電池的SOC值進(jìn)行從小到大排序得到一個(gè)新的序列，定義新序列為5胃,=j H · ·5 j ,4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的含輔助功率環(huán)的儲(chǔ)能系統(tǒng)SOC均衡控制方法，其特征在于，SOC 值排在中間的模塊為不提供也不吸收功率的平衡模塊;設(shè)所述吸收交換功率模塊與提供功 率模塊的輔助頻率調(diào)制比為N;所述提供功率模塊的輔助頻率調(diào)制波相位為31/2,所述平衡 模塊的輔助頻率調(diào)制波相位為I吸收交換功率模塊的輔助頻率調(diào)制波相位為設(shè)平衡模 塊的輔助頻率調(diào)制度為Nbc，5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的含輔助功率環(huán)的儲(chǔ)能系統(tǒng)SOC均衡控制方法，其特征在于，#通 過(guò)A S0Cu經(jīng)過(guò)一個(gè)比例環(huán)節(jié)得到。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的含輔助功率環(huán)的儲(chǔ)能系統(tǒng)S0C均衡控制方法，其特征在于，設(shè)u 相、v相、w相三相的相內(nèi)所有電池的S0C值的平均值分別為S0Cu，S0Cv，S0C w，并定義平均值矩 陣為SOCo;設(shè)S0Cu，SOCv，S0Cw中的最大值為S0C Qmax，最小值為S0CQmin，設(shè)最大值與最小值之差 為ASOCo,計(jì)算公式為：7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的含輔助功率環(huán)的儲(chǔ)能系統(tǒng)SOC均衡控制方法，其特征在于， S0CQmax對(duì)應(yīng)的相為提供功率相，SOCtMin對(duì)應(yīng)的相為吸收功率相，除S0CQmax、SOCtMin以外的相 為平衡相，對(duì)三相采用基于相位的功率交換方法進(jìn)行平衡控制。8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的含輔助功率環(huán)的儲(chǔ)能系統(tǒng)S0C均衡控制方法，其特征在于， 相內(nèi)所有級(jí)聯(lián)模塊的輔助頻率調(diào)制波的調(diào)制度和相位都是相同的。
【文檔編號(hào)】H01M10/44GK106058339SQ201610609980
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月28日
【發(fā)明人】張磊, 蔣瑋, 黃麗麗
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)