本技術(shù)涉及電池均衡控制，具體地，涉及一種模塊化級(jí)聯(lián)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)基于nlm的相內(nèi)均衡方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、模塊化變流器技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高效的高壓大容量電能變換，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償、直流輸電、中壓直掛儲(chǔ)能等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。級(jí)聯(lián)h橋和模塊化多電平是兩種典型的模塊化變流器技術(shù)，調(diào)制技術(shù)將控制算法輸出的調(diào)制波轉(zhuǎn)化為對(duì)變流器功率器件的開關(guān)指令，直接影響變流器效率和響應(yīng)速度，是模塊化變流器的核心技術(shù)之一。

2、隨著電池儲(chǔ)能在電網(wǎng)獨(dú)立儲(chǔ)能和新能源場(chǎng)站的大規(guī)模應(yīng)用，對(duì)效率、單機(jī)容量和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度等指標(biāo)的需求越來(lái)越高。因此，基于模塊化變流器技術(shù)的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，得到越來(lái)越多的關(guān)注和應(yīng)用，為得到好的輸出電壓和電流諧波特性，需要模塊化電池儲(chǔ)能系統(tǒng)每相的模塊數(shù)量較多，對(duì)于6kv系統(tǒng)通常不少于8個(gè)，10kv系統(tǒng)不少于12個(gè)，35kv系統(tǒng)不少于40個(gè)。

3、對(duì)電池的均衡控制是電池儲(chǔ)能系統(tǒng)必不可少的功能，模塊化變流器的調(diào)制技術(shù)與模塊化電池儲(chǔ)能系統(tǒng)均衡控制的實(shí)現(xiàn)方法緊密相關(guān)。針對(duì)模塊化變流器的調(diào)制技術(shù)主要有載波層疊pwm調(diào)制(ls-pwm)、載波移相pwm調(diào)制(ps-pwm)和最近電平調(diào)制。載波層疊pwm調(diào)制會(huì)造成模塊間的功率分配不均衡，因此需要不同模塊之間進(jìn)行載波輪換，較為復(fù)雜。

4、載波移相pwm調(diào)制則沒有這一問(wèn)題，基于載波移相pwm調(diào)制的相內(nèi)均衡通過(guò)調(diào)整每個(gè)模塊的調(diào)制波大小，不改變功率方向的同時(shí)改變模塊間的功率分配的大小，從而達(dá)到在線均衡的目的。

5、最近電平調(diào)制主要應(yīng)用于每相模塊數(shù)量從幾十至幾百的場(chǎng)合，如高壓柔性直流輸電，高壓柔性直流輸電中，通過(guò)電容都怕電壓平衡控制保持各個(gè)模塊的電容電壓基本相等，根據(jù)調(diào)制電壓大小和電容電壓的比值四舍五入來(lái)確定投入的模塊數(shù)量。

6、最近電平調(diào)制在每相模塊數(shù)量從幾十至幾百的場(chǎng)合具有輸出波形質(zhì)量好、開關(guān)損耗低的優(yōu)勢(shì)，在需要大量模塊實(shí)現(xiàn)高電壓等級(jí)柔性直流輸電的場(chǎng)合和高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功發(fā)生器中廣泛應(yīng)用。鑒于不同模塊之間參數(shù)和損耗的差異，為維持各個(gè)模塊的電容器電壓平衡，一般采用電容電壓排序算法，在保證投入的總模塊數(shù)量不變的前提下，根據(jù)電流的方向進(jìn)行模塊的選擇性投切。因此均衡控制策略需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流方向，并進(jìn)行判斷，故均衡控制策略的控制周期較短，對(duì)控制器資源占用較大，也造成模塊開關(guān)頻率升高，損耗增加。

7、另一方面，儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池電壓、soc等反映能量的參數(shù)變化均為緩慢，在數(shù)分鐘甚至數(shù)十分鐘的時(shí)間尺度內(nèi)不會(huì)有明顯變化。模塊化電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的模塊電池存在不均衡時(shí)，在最近電平調(diào)制時(shí)如仿照電容電壓排序法采用電池電壓或者soc在作為排序的依據(jù)，仍需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流的方向，并進(jìn)行判斷。故均衡控制策略的控制周期較短，對(duì)控制器資源占用仍較大。

8、綜合上述調(diào)制技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用情況，載波移相pwm調(diào)制是最便于實(shí)現(xiàn)均衡控制側(cè)調(diào)制技術(shù)，在6-10kv模塊化級(jí)聯(lián)并網(wǎng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)中應(yīng)用最多。最近電平調(diào)制技術(shù)在35kv模塊化級(jí)聯(lián)并網(wǎng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)中具有對(duì)控制器資源需求少、損耗小的優(yōu)勢(shì)，但與之相應(yīng)的均衡控制方法存在優(yōu)化的空間。

9、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)電壓等級(jí)越高、模塊數(shù)量越多，對(duì)控制系統(tǒng)的資源要求越高。采用不同的調(diào)制方式，對(duì)控制系統(tǒng)的資源要求也不一樣。相對(duì)而言，最近電平調(diào)制對(duì)控制器資源的需求小于載波移相調(diào)制和載波層疊調(diào)制，損耗較低；載波移相調(diào)制和載波層疊調(diào)制比最近電平調(diào)制可以在更少的模塊數(shù)量情況下實(shí)現(xiàn)好的輸出電壓和電流質(zhì)量，但損耗較高些。

10、在模塊數(shù)量多的場(chǎng)合，通過(guò)最近電平調(diào)制很容易滿足輸出電壓和電流波形質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)要求，其對(duì)控制器資源要求低的特點(diǎn)就具有較為顯著的優(yōu)勢(shì)。

11、但如將上述電容電壓排序法直接應(yīng)用于采用最近電平調(diào)制的模塊化級(jí)聯(lián)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)則會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題。原因在于：

12、模塊化電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中的模塊直流側(cè)電池的能量遠(yuǎn)大于柔性直流輸電系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)無(wú)功發(fā)生器模塊直流側(cè)的電容，電池電壓在數(shù)分鐘甚至數(shù)十分鐘的時(shí)間尺度內(nèi)不會(huì)有明顯變化。

13、模塊化電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的模塊電池存在不均衡時(shí)，在最近電平調(diào)制時(shí)如仿照電容電壓排序法采用電池電壓或者soc在作為排序的依據(jù)，仍需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流的方向，并進(jìn)行判斷。故均衡控制策略的控制周期較短，對(duì)控制器資源占用仍較大。

14、有鑒于此特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本技術(shù)的目的是提供一種模塊化級(jí)聯(lián)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)基于nlm的相內(nèi)均衡方法及系統(tǒng)，根據(jù)各個(gè)相內(nèi)子模塊的soc、最大可充放電電流，按照比例給不同的模塊分配投入的時(shí)間，即從時(shí)間維度進(jìn)行調(diào)控實(shí)現(xiàn)相內(nèi)均衡。

2、本技術(shù)的一個(gè)方面，提供一種模塊化級(jí)聯(lián)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)基于nlm的相內(nèi)均衡方法，所述方法包括：

3、s1、按照均衡控制周期tequ，通過(guò)電池管理系統(tǒng)定時(shí)獲取每個(gè)模塊直流側(cè)電池socj,x和(1-soc)j,x、最大可充電電流max_chgj,x和最大可放電電流max_dchgj,x；

4、s2、根據(jù)工程需要，選擇適當(dāng)?shù)木庵笜?biāo)；所述均衡指標(biāo)包括充電均衡指標(biāo)、放電均衡指標(biāo)；

5、s3、根據(jù)功率控制周期tp和均衡控制周期tequ來(lái)計(jì)算每個(gè)模塊的投入計(jì)數(shù)器ctj,x，生成投入計(jì)數(shù)器隊(duì)列；

6、s4、在每個(gè)功率控制周期，根據(jù)最近電平調(diào)制算法或其他控制算法確定需要投入的模塊數(shù)量k，進(jìn)行充放電操作。

7、進(jìn)一步地，在s2中，具體包括：

8、設(shè)定充電均衡指標(biāo)和放電均衡指標(biāo)分別為equ_chg?j,x,equ_dchg?j,x；

9、選取socj,x和(1-soc)j,x、作為均衡指標(biāo)，或者最大可充電電流max_chgj,x和最大可放電電流max_dchgj,x作為均衡指標(biāo)；

10、將同相或同橋臂模塊所有的充電均衡和放電均衡指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，生成歸一化后的充電均衡指標(biāo)和放電均衡指標(biāo)。

11、進(jìn)一步地，其特征在于，在選取socj,x和(1-soc)j,x、作為均衡指標(biāo)時(shí)，equ_chg?j,x,＝(1-soc)j,x；equ_dchg?j,x＝socj,x；

12、選取最大可充電電流max_chgj,x和最大可放電電流max_dchgj,x作為均衡指標(biāo)時(shí)，equ_chg?j,x,＝max_chgj,x；equ_dchg?j,x＝max_dchgj,x。

13、進(jìn)一步地，所述歸一化后的充電均衡指標(biāo)和放電均衡指標(biāo)分別為：

14、

15、其中，equ_chgj,x表示歸一化后的充電均衡指標(biāo)；equ_dchgj,x表示歸一化后的放電均衡指標(biāo)。

16、進(jìn)一步地，在s3中，具體包括：

17、獲取功率控制周期tp和均衡控制周期tequ，計(jì)算兩者比值m＝tequ/tp；

18、為每個(gè)模塊分別設(shè)定一個(gè)投入計(jì)數(shù)器為ctj,x；

19、獲取歸一化后的充電、放電均衡指標(biāo)，計(jì)算每個(gè)模塊的投入計(jì)數(shù)器值，并將計(jì)算的投入計(jì)數(shù)器生成一個(gè)投入計(jì)數(shù)器整列。

20、進(jìn)一步地，所述計(jì)算每個(gè)模塊的投入計(jì)數(shù)器值，并將計(jì)算的投入計(jì)數(shù)器生成一個(gè)投入計(jì)數(shù)器整列，包括：

21、獲取歸一化后的充電均衡指標(biāo)和功率控制周期tp、均衡控制周期tequ之間的比值m，計(jì)算充電時(shí)的投入計(jì)算器值；

22、獲取歸一化后的放電均衡指標(biāo)和功率控制周期tp、均衡控制周期tequ之間的比值m，計(jì)算放電時(shí)的投入計(jì)算器值；

23、將所有模塊的投入計(jì)數(shù)器值ctj,x組合成一個(gè)[ctj,1,ctj,2,…,ctj,n]的隊(duì)列。

24、進(jìn)一步地，所述充電時(shí)的投入計(jì)算器值為：

25、ctj,x＝equ_chgj,x×m；

26、所述放電時(shí)的投入計(jì)算器值為：

27、ctj,x＝equ_dchgj,x×m；

28、其中，如計(jì)算得到的ctj,x是小數(shù)，則根據(jù)四舍五入的規(guī)則進(jìn)行取整。

29、進(jìn)一步地，在s4中，具體包括：

30、s41、在每個(gè)功率控制周期開始時(shí)，控制器通過(guò)最近電平調(diào)制算法計(jì)算出當(dāng)前需要投入的模塊數(shù)量k；

31、s42、按照設(shè)定的讀取規(guī)則，從投入計(jì)數(shù)器隊(duì)列[ctj,1,ctj,2,…,ctj,n]的起始位置開始讀取，并按照讀取規(guī)則選取投入的模塊；

32、s43、獲取選取投入的模塊數(shù)量，判斷投入的模塊數(shù)量是否達(dá)計(jì)算當(dāng)前需要投入的模塊數(shù)量k，若是，則停止選取。

33、進(jìn)一步地，在s42中，具體包括：

34、s421、設(shè)定在第y個(gè)功率控制周期選擇投入的模塊；

35、s422、從隊(duì)列[ctj,1,ctj,2,…,ctj,n]中讀取第y個(gè)元素ctj,y；在ctj,y＝0時(shí)，則第y個(gè)模塊不投入；在ctj,y>0時(shí)，則將ctj,(y+1)減1，同時(shí)選取第y個(gè)模塊作為投入模塊；

36、s423、順序讀取隊(duì)列[ctj,1,ctj,2,…,ctj,n]中讀取第(y+1)個(gè)元素ctj,(y+1)；如ctj,(y+1)＝0，則第(y+1)個(gè)模塊不投入；如ctj,(y+1)>0，則將ctj,(y+1)減1，同時(shí)選取第(y+1)作為投入模塊；

37、s424、讀取隊(duì)列[ctj,1,ctj,2,…,ctj,n]中讀取第(y+x)個(gè)元素ctj,(y+x)；如ctj,(y+x)＝0，則第(y+x)個(gè)模塊不投入；如ctj,(y+x)>0，則將ctj,(y+x)減1，同時(shí)選取第(y+x)個(gè)模塊作為投入模塊；

38、其中，如(y+x)>n，則從隊(duì)列首部讀取第(y+x-n)個(gè)元素ctj,(y+x-n)作為上述過(guò)程中計(jì)算和判斷的依據(jù)。

39、本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供一種模塊化級(jí)聯(lián)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)最近電平調(diào)制下相內(nèi)均衡系統(tǒng)，包括：

40、獲取模塊，用于按照均衡控制周期tequ，通過(guò)電池管理系統(tǒng)定時(shí)獲取每個(gè)模塊直流側(cè)電池socj,x和(1-soc)j,x、最大可充電電流max_chgj,x和最大可放電電流max_dchgj,x；

41、選擇模塊，用于根據(jù)工程需要，選擇適當(dāng)?shù)木庵笜?biāo)；所述均衡指標(biāo)包括充電均衡指標(biāo)、放電均衡指標(biāo)；

42、計(jì)算模塊，用于根據(jù)功率控制周期tp和均衡控制周期tequ來(lái)計(jì)算每個(gè)模塊的投入計(jì)數(shù)器ctj,x，生成投入計(jì)數(shù)器隊(duì)列；

43、確定模塊，用于在每個(gè)功率控制周期，根據(jù)最近電平調(diào)制算法或其他控制算法確定需要投入的模塊數(shù)量k，進(jìn)行充放電操作。

44、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)具有如下至少之一的有益效果：

45、本發(fā)明通過(guò)根據(jù)各個(gè)相內(nèi)子模塊的soc、最大可充放電電流，按照比例給不同的模塊分配投入的時(shí)間，即從時(shí)間維度進(jìn)行調(diào)控實(shí)現(xiàn)相內(nèi)均衡，解決傳統(tǒng)的均衡控制是在同一時(shí)間為不同模塊分配不同功率，是從功率的維度進(jìn)行調(diào)控實(shí)現(xiàn)相內(nèi)均衡，資源占用較大的問(wèn)題，避免了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流入模塊的電流的方向，均衡控制策略的控制周期可以遠(yuǎn)大于功率控制周期，對(duì)控制器資源的需求大大減小。