增減模塊實(shí)現(xiàn)mmc電池儲能系統(tǒng)相內(nèi)soc均衡的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種增減模塊實(shí)現(xiàn)MMC電池儲能系統(tǒng)相內(nèi)SOC均衡的方法，該方法首先采集儲能電池SOC信息及充放電狀態(tài)，即通過電池管理系統(tǒng)采集各個功率模塊儲能電池的SOC信息及此時系統(tǒng)所處充放電狀態(tài)；然后調(diào)節(jié)一相內(nèi)各個功率模塊的工作狀態(tài)，即根據(jù)PCS系統(tǒng)所處不同狀態(tài)以及相內(nèi)各功率模塊儲能電池SOC的大小調(diào)節(jié)對應(yīng)功率模塊強(qiáng)制接入或強(qiáng)制旁路時間周期占空比。本發(fā)明以MMC電池儲能系統(tǒng)為對象，通過采集電池荷電狀態(tài)，控制一相內(nèi)各個功率模塊強(qiáng)制接入或強(qiáng)制旁路時間以實(shí)現(xiàn)相內(nèi)儲能電池SOC功率均衡的目的。
【專利說明】增減模塊實(shí)現(xiàn)MMC電池儲能系統(tǒng)相內(nèi)SOC均衡的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電池儲能領(lǐng)域，具體地，涉及一種增減模塊實(shí)現(xiàn)MMC電池儲能系統(tǒng)相內(nèi)SOC均衡的方法，應(yīng)用于儲能電站、風(fēng)儲系統(tǒng)等大規(guī)模電池儲能的場合。
【背景技術(shù)】
[0002]電池儲能系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)能量的存儲和釋放，其主要組成部分包括儲能電池和儲能變流系統(tǒng)(Power Conversion System-PCS)0 PCS主要實(shí)現(xiàn)充放電控制、功率調(diào)節(jié)等功能。基于MMC結(jié)構(gòu)的電池儲能變流系統(tǒng)由于引入了多電平技術(shù)，減小電力電子器件上的電壓應(yīng)力；并且因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢，每個電池組可以相對獨(dú)立的控制，從而容易實(shí)現(xiàn)各個電池組之間的SOC均衡；系統(tǒng)同時擁有直流和交流接口的特殊結(jié)構(gòu)，可同時連接直流電網(wǎng)與交流電網(wǎng)，在交直流配電領(lǐng)域?qū)⒂休^大的應(yīng)用潛力。
[0003]儲能系統(tǒng)的均衡控制對于保證儲能系統(tǒng)的運(yùn)行壽命至關(guān)重要。在MMC電池儲能系統(tǒng)中，由于每個功率模塊的儲能電池本身的差異以及可能出現(xiàn)的維護(hù)、更新等原因，同一相內(nèi)不同功率模塊的儲能電池單元之間的荷電狀態(tài)SOC可能不同，為了最大限度利用儲能系統(tǒng)的存儲容量和保證電池壽命，需要對相內(nèi)不同功率模塊儲能電池單元的SOC進(jìn)行均衡控制。目前的MMC控制策略，主要是應(yīng)用于各個功率模塊SOC本身就均衡的情況下，通過控制策略來實(shí)現(xiàn)充放電過程中各個功率模塊SOC仍保持均衡。但對于各個功率模塊SOC本身就不一致的情況下，如何通過額外方法實(shí)現(xiàn)相內(nèi)不同功率模塊間的SOC均衡控制尚未見文獻(xiàn)公開報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種增減模塊實(shí)現(xiàn)MMC電池儲能系統(tǒng)相內(nèi)SOC均衡的方法，實(shí)現(xiàn)相內(nèi)不同功率模塊間的SOC均衡控制。
[0005]本發(fā)明根據(jù)各個功率模塊儲能電池的SOC分布，設(shè)定一個基準(zhǔn)值S0CK，按照各個功率模塊儲能電池的SOC與基準(zhǔn)值SOCk關(guān)系，確定各個功率模塊的工作狀態(tài)，并計(jì)算各工作狀態(tài)內(nèi)具體分布時間比，即強(qiáng)制接入或強(qiáng)制旁路時間周期占空比，從而實(shí)現(xiàn)控制SOC不同的功率模塊充放電功率不同的目的，最終實(shí)現(xiàn)一相內(nèi)各個功率模塊對應(yīng)儲能電池SOC的均衡。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種MMC電池儲能系統(tǒng)相內(nèi)SOC均衡方法，該方法首先采集儲能電池SOC信息及充、放電狀態(tài)，即通過電池管理系統(tǒng)采集各個功率模塊儲能電池的SOC信息及此時系統(tǒng)所處充、放電狀態(tài)；確定各個功率模塊的工作狀態(tài)，即根據(jù)PCS系統(tǒng)所處不同狀態(tài)以及相內(nèi)各功率模塊儲能電池SOC與基準(zhǔn)值SOCk的差值有三種不同的工作狀態(tài):正常工作狀態(tài)、強(qiáng)制接入工作狀態(tài)、強(qiáng)制旁路工作狀態(tài)。
[0007]具體的，所述方法分充、放電兩種狀態(tài)，通過從電池管理系統(tǒng)獲得的功率模塊儲能電池S0C，確定各個功率模塊工作狀態(tài)，具體步驟如下:
[0008](I)獲取功率模塊儲能電池SOC信息:通過電池管理系統(tǒng)采集各個功率模塊儲能電池的SOC信息以及充放電狀態(tài)；
[0009](2)根據(jù)相內(nèi)各個功率模塊SOC大小設(shè)定基準(zhǔn)值SOCk ；
[0010](3)根據(jù)儲能系統(tǒng)充、放電狀態(tài)，及與基準(zhǔn)值SOCk的關(guān)系，確定各個功率模塊的工作狀態(tài)，并計(jì)算各工作狀態(tài)內(nèi)具體分布時間比，即強(qiáng)制接入或強(qiáng)制旁路時間周期占空比；
[0011]A:系統(tǒng)處于放電狀態(tài)
[0012]若某個功率模塊SOC小于基準(zhǔn)值S0CK，則將該模塊進(jìn)入強(qiáng)制旁路工作狀態(tài)，若大于基準(zhǔn)值S0CK，則將該模塊進(jìn)入強(qiáng)制接入工作狀態(tài)；
[0013]B:系統(tǒng)處于充電狀態(tài)
[0014]若某個功率模塊SOC小于基準(zhǔn)值S0CK，則將該模塊進(jìn)入強(qiáng)制接入工作狀態(tài)，若大于基準(zhǔn)值S0CK，則將該模塊進(jìn)入強(qiáng)制旁路工作狀態(tài)。
[0015]優(yōu)選地，步驟⑵中，設(shè)所采集的2N個功率模塊儲能電池的SOC為=SOC1, SOC2,SOC3,……，SOC2n，按照由低到高順序進(jìn)行排列，根據(jù)SOC分布，設(shè)定一個基準(zhǔn)值SOCk，并設(shè)置一個不動作區(qū)間，若功率模塊SOC在此區(qū)間內(nèi)，則該模塊相內(nèi)均衡控制策略不啟用，即該模塊處于正常工作狀態(tài)。若在此區(qū)間之外，則該功率模塊啟用相內(nèi)均衡控制策略，通過計(jì)算調(diào)整其對應(yīng)模塊工作狀態(tài)，分為兩種:強(qiáng)制接入工作狀態(tài)和強(qiáng)制旁路工作狀態(tài)。
[0016]優(yōu)選地，步驟⑶中:
[0017]A:系統(tǒng)處于放電狀態(tài)
[0018]如系統(tǒng)處于放電狀態(tài)，若功率模塊X內(nèi)電池SOC值S0Cx〈S0CK，則該模塊進(jìn)入強(qiáng)制旁路工作狀態(tài)，其強(qiáng)制旁路時間為TX [KX (SOCk-SOCx)];若功率模塊x內(nèi)電池SOC值S0Cx>S0CK，則該模塊進(jìn)入強(qiáng)制接入工作狀態(tài)，其強(qiáng)制接入時間為TX [KX (SOCx-SOCe)]；
[0019]B:系統(tǒng)處于充電狀態(tài)
[0020]如系統(tǒng)處于充電狀態(tài)，若功率模塊X內(nèi)電池SOC值S0Cx〈S0CK，則該模塊進(jìn)入強(qiáng)制接入工作狀態(tài)，其強(qiáng)制接入時間為TX [KX (SOCe-SOCx)];若功率模塊x內(nèi)電池SOC值S0Cx>S0CK，則該模塊進(jìn)入強(qiáng)制旁路工作狀態(tài)，其強(qiáng)制旁路時間為TX [KX (SOCx-SOCe)]；
[0021]其中K為均衡系數(shù)，具體取值取決于以下三點(diǎn):1)要求均衡速度；2)器件允許流過最大電流；3)充放電電流控制目標(biāo)，T為開關(guān)周期，SOCx為不均衡模塊X的電池SOC值。
[0022]本發(fā)明根據(jù)各個功率模塊儲能電池的S0C，按照從低到高進(jìn)行排序，設(shè)定一個基準(zhǔn)值S0CK，根據(jù)各個功率模塊儲能電池的SOC與基準(zhǔn)值SOCk差值，確定各個功率模塊載波的工作狀態(tài)，并計(jì)算各工作狀態(tài)內(nèi)具體分布時間比，即強(qiáng)制接入或強(qiáng)制旁路時間周期占空比，從而實(shí)現(xiàn)控制SOC不同的功率模塊充放電功率不同的目的，最終實(shí)現(xiàn)一相內(nèi)各個功率模塊內(nèi)儲能電池SOC的均衡。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0024]本發(fā)明以MMC電池儲能系統(tǒng)為對象，通過采集電池荷電狀態(tài)，調(diào)整模塊工作狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)相內(nèi)儲能電池SOC功率均衡的目的；本發(fā)明可以消除因功率模塊SOC本身不一致導(dǎo)致的不良后果，且對相內(nèi)SOC均衡有較快的反應(yīng)速度。
[0025]同時由于本方案與MMC電池儲能系統(tǒng)采用的具體調(diào)制策略關(guān)系不大，可以適用于多種調(diào)制策略，譬如載波移相調(diào)制、載波層疊調(diào)制、階梯波調(diào)制均可采用本方案的相內(nèi)均衡控制策略?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0026]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯:
[0027]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例單個功率模塊電路拓?fù)洌?br> [0028]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例一相2N個功率模塊MMC電池儲能系統(tǒng)電路拓?fù)洌?br> [0029]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例MMC電池儲能系統(tǒng)相內(nèi)均衡控制策略原理圖(框內(nèi)部分)。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0031]以下在
【發(fā)明內(nèi)容】
提供的技術(shù)方案基礎(chǔ)上，給出本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)描述:
[0032]1.一個單相16個功率模塊MMC電池儲能系統(tǒng)拓?fù)?
[0033]如圖1所示為單個功率模塊電路拓?fù)?，由儲能電池、電容以及一個半橋逆變器組成；如圖2所示為一個單相16個功率模塊級聯(lián)MMC電池儲能系統(tǒng)電路拓?fù)?，共分為abc三相，每相PCS由16個功率模塊級聯(lián)而成，分為上下兩個橋臂，三相PCS可以直接或通過連接電感直掛220V工頻電網(wǎng)。整個系統(tǒng)參數(shù)如表1所示:
[0034]表1系統(tǒng)電路及元器件參數(shù)
[0035]
【權(quán)利要求】
1.一種增減模塊實(shí)現(xiàn)MMC電池儲能系統(tǒng)相內(nèi)SOC均衡的方法，其特征在于，所述方法分充放電兩種狀態(tài)，通過從電池管理系統(tǒng)獲得的功率模塊內(nèi)儲能電池S0C，確定SOC基準(zhǔn)值，再根據(jù)PCS系統(tǒng)所處不同狀態(tài)以及相內(nèi)各功率模塊儲能電池SOC的大小調(diào)節(jié)對應(yīng)模塊的工作狀態(tài)，具體步驟如下: (1)獲取功率模塊儲能電池SOC信息:通過電池管理系統(tǒng)采集各個功率模塊儲能電池的SOC信息以及充放電狀態(tài)； (2)根據(jù)相內(nèi)各個功率模塊SOC大小設(shè)定基準(zhǔn)值SOCk； 設(shè)所采集的2N個功率模塊儲能電池的SOC為:SOC1, SOC2, SOC3,……，SOC2n，按照由低到高順序進(jìn)行排列，根據(jù)SOC分布，設(shè)定一個基準(zhǔn)值S0CK，并設(shè)置一個不動作區(qū)間，若功率模塊SOC在此區(qū)間內(nèi)，則該模塊相內(nèi)均衡控制策略不啟用，即該模塊處于正常工作狀態(tài)；若在此區(qū)間之外，則該功率模塊啟用相內(nèi)均衡控制策略，通過計(jì)算調(diào)整其對應(yīng)模塊工作狀態(tài)，分為兩種:強(qiáng)制接入工作狀態(tài)和強(qiáng)制芳路工作狀態(tài)； (3)根據(jù)儲能系統(tǒng)充、放電狀態(tài)，調(diào)整各個功率模塊的工作狀態(tài)； A:系統(tǒng)處于放電狀態(tài) 若某個功率模塊SOC小于S0CK，則將該模塊進(jìn)入強(qiáng)制旁路狀態(tài)，減小該模塊接入級聯(lián)系統(tǒng)時間，即少放電；若某個功率模塊SOC大于S0CK，則將該模塊進(jìn)入強(qiáng)制接入狀態(tài)，增加該模塊接入級聯(lián)系統(tǒng)時間，即多放電，最終使一相上各個功率模塊SOC均衡； B:系統(tǒng)處于充電狀態(tài) 若某個功率模塊SOC小于S0CK，則將該模塊進(jìn)入強(qiáng)制接入狀態(tài)，增加該模塊接入級聯(lián)系統(tǒng)時間，即多充電；若某個功率模塊SOC大于SOCk，則將該模塊進(jìn)入強(qiáng)制旁路狀態(tài)，減小該模塊接入級聯(lián)系統(tǒng)時間，即少充電，最終使一相上各個功率模塊SOC均衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增減模塊實(shí)現(xiàn)MMC電池儲能系統(tǒng)相內(nèi)SOC均衡的方法，其特征在于，步驟(2)中，需要在基準(zhǔn)值SOCk附近設(shè)定一個不動作區(qū)間，在此區(qū)間內(nèi)功率模塊，視為SOC相同；而在此區(qū)間外功率模塊，根據(jù)充放電狀態(tài)及與基準(zhǔn)值SOCk差值，確定該模塊工作狀態(tài)，具體實(shí)現(xiàn)通過改變該模塊強(qiáng)制接入或強(qiáng)制旁路時間周期占空比，即改變該模塊充放電能量，最終使一相上各功率模塊SOC均衡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的增減模塊實(shí)現(xiàn)MMC電池儲能系統(tǒng)相內(nèi)SOC均衡的方法，其特征在于，步驟(3)中: A:系統(tǒng)處于放電狀態(tài) 如系統(tǒng)處于放電狀態(tài)，若功率模塊X內(nèi)電池SOC值S0Cx〈S0CK，則該模塊進(jìn)入強(qiáng)制旁路工作狀態(tài)，其強(qiáng)制旁路時間為TX [KX (SOCe-SOCx)];若功率模塊x內(nèi)電池SOC值S0Cx>S0CK，則該模塊進(jìn)入強(qiáng)制接入工作狀態(tài)，其強(qiáng)制接入時間為TX [KX (SOCx-SOCe)]； B:系統(tǒng)處于充電狀態(tài) 如系統(tǒng)處于充電狀態(tài)，若功率模塊X內(nèi)電池SOC值S0Cx〈S0CK，則該模塊進(jìn)入強(qiáng)制接入工作狀態(tài)，其強(qiáng)制接入時間為TX [KX (SOCe-SOCx)];若功率模塊x內(nèi)電池SOC值S0Cx>S0CK，則該模塊進(jìn)入強(qiáng)制旁路工作狀態(tài)，其強(qiáng)制旁路時間為TX [KX (SOCx-SOCe)]； 其中K為均衡系數(shù)，具體取值取決于以下三點(diǎn):1)要求均衡速度；2)器件允許流過最大電流；3)充放電電流控制目標(biāo)，T為開關(guān)周期，SOCx為不均衡模塊X的電池SOC值； 根據(jù)各個功率模塊儲能電池的S0C，按照與基準(zhǔn)值SOCk差值，確定各個功率模塊的工作狀態(tài)，并計(jì)算各工作狀態(tài)內(nèi)具體分布時間比，即強(qiáng)制接入或強(qiáng)制旁路時間周期占空比，從而實(shí)現(xiàn)控制SOC不同 的功率模塊充放電功率不同的目的，最終實(shí)現(xiàn)一相內(nèi)各個功率模塊內(nèi)儲能電池SOC的均衡。
【文檔編號】H02J7/00GK103647310SQ201310590589
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】凌志斌, 王藝翰, 曹陽, 馬勤冬, 李碩 申請人:上海交通大學(xué)