一种mmc电池储能系统相间soc均衡方法
【专利摘要】本发明提供了一种MMC电池储能系统相间SOC均衡方法，该方法采用载波移相调制，首先采集储能电池SOC信息及充放电状态，即通过电池管理系统采集各相储能电池的SOC信息及此时系统所处充放电状态；然后调节环流控制信号大小，即根据PCS系统所处不同状态以及各相储能电池SOC的大小调节对应相流经环流大小，也即充放电电流大小。本发明以MMC电池储能系统为对象，通过采集电池荷电状态，调节环流控制信号实现相间储能电池SOC功率均衡的目的。
【专利说明】—种MMC电池储能系统相间SOC均衡方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电池储能领域，应用于储能电站、风储系统等大规模电池储能的场合，具体地，涉及一种MMC电池储能系统载波移相调制相间SOC均衡方法。
【背景技术】
[0002]电池储能系统主要实现能量的存储和释放，其主要组成部分包括储能电池和储能变流器(Power Conversion System-PCS)0 PCS主要实现充放电控制、功率调节等功能。基于MMC结构的电池储能变流器系统由于引入了多电平技术，减小了电力电子器件上的电压应力；并且因为结构上的优势，每相环流信号可以相对独立的控制，从而容易实现三相电池组之间的SOC均衡；系统同时拥有直流和交流接口的特殊结构，可同时连接直流电网与交流电网，在交直流配电领域将有较大的应用潜力。
[0003]储能系统的均衡控制对于保证储能系统的运行寿命至关重要。在MMC电池储能系统中，由于三相储能电池本身的差异以及可能出现的维护、更新等原因，三相之间的储能电池单元荷电状态SOC可能不同，为了最大限度利用储能系统的存储容量和保证电池寿命，需要对相间储能电池单元的SOC进行均衡控制。均衡控制策略与储能系统的调制方法紧密相关。MMC电池储能系统若采用载波移相调制方式，则由载波移相调制本质上决定了，在各相调制比、端口电压、电池SOC相同的情况下，各相在一个工频周期内充电或放电功率相同，即对于三相SOC本身就均衡的情况，不需要额外的均衡算法来进行相间充放电功率的平衡。但对于三相SOC本身就不一致的情况下，如何通过载波移相调制实现相间SOC均衡控制尚未见文献公开报道。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种MMC电池储能系统载波移相调制相间SOC均衡方法，根据各相储能电池的S0C，设定一个基准值S0CK，按照各相储能电池的SOC与基准值SOCk关系，改变各相的环流控制信号值，从而实现控制储能电池SOC不同的三相，其充放电功率也不同的目的，最终实现三相间储能电池SOC的均衡。
[0005]为实现上述目的，本发明提供一种MMC电池储能系统载波移相调制相间SOC均衡方法，该方法首先采集储能电池SOC信息及充、放电状态，即通过电池管理系统采集各相储能电池的SOC信息及此时系统所处充、放电状态；计算各相的环流控制信号值，即根据PCS系统所处不同状态以及各相储能电池SOC与基准值SOCk的关系调节对应环流控制信号值大小。
[0006]具体的，所述方法分充、放电两种状态，通过从电池管理系统获得的三相储能电池S0C，计算各相环流控制信号值，具体步骤如下:
[0007](I)获取三相储能电池SOC信息:通过电池管理系统采集各相储能电池的SOC信息以及充放电状态；
[0008](2)根据各相SOC大小设定基准值SOCk ；[0009](3)根据储能系统充、放电状态，及与基准值SSOCk的关系，计算各相的环流控制信号值；
[0010]A:系统处于放电状态
[0011 ] 若某个功率模块SOC小于基准值S0CK，则增加该相的环流控制信号值，若大于基准值SOCk，则减小该相的环流控制信号值；
[0012]B:系统处于充电状态
[0013]若某个功率模块SOC小于基准值S0CK，则增加该相的环流控制信号值，若大于基准值S0CK，则减小该相的环流控制信号值。
[0014]优选地，步骤⑵中，设所采集的三相储能电池的SOC为:S0Ca，SOCb, SOCc,按照由低到高顺序进行排列，根据三相SOC大小，设定一个基准值S0CK，并设置一个不动作区间，若一相储能电池SOC在此区间内，则相间均衡策略不启用。若在此区间之外，则启动相间均衡策略，通过计算调整该相环流控制信号大小。
[0015]优选地，步骤⑶中:
[0016]A:系统处于放电状态
[0017]此时环流控制信号为负，若一相功率模块SOCy小于SOCk，则增加该相的环流控制信号值，减小该相放电电流，即少放电；若一相功率模块SOCy大于SOCk,则减小该相的环流控制信号值，增加该相放电电流，即多放电，最终使三相间SOC均衡；
[0018]B:系统处于充电状态
[0019]此时环流控制信号为正，若一相功率模块SOCy小于SOCk，则增加该相的环流控制信号值，增加该相充电电流，即多充电；若某个功率模块SOCy大于S0CK，则减小该相的环流控制信号值，减小该相充电电流，即少充电，最终使三相间SOC均衡；
[0020]本发明根据各相储能电池的S0C，按照从低到高进行排序，设定一个基准值S0CK，根据各相储能电池的SOC与基准值SOCk差值，计算各相环流控制信号值大小，从而实现控制储能电池SOC不同的三相，其充放电功率也不同的目的，最终实现相间储能电池SOC的均衡。
[0021]不均衡相环流控制信号的计算公式为Ιαι.y+KX (socE-socy)，其中I& y为初始不考虑相间均衡时I相的环流控制信号，K为均衡系数，具体取值取决于要求均衡速度以及主电路器件允许流过最大电流，SOCy为不均衡相y的电池SOC值。
[0022]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0023]本发明以MMC电池储能系统为对象，通过采集电池荷电状态，控制环流控制信号值实现相间储能电池SOC功率均衡的目的；本发明可以消除因三相SOC本身不一致导致的不良后果,且对相间SOC均衡有较快的反应速度。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0025]图1为本发明一实施例单个功率模块电路拓扑；
[0026]图2为本发明一实施例一相2N个功率模块MMC电池储能系统电路拓扑；
[0027]图3为本发明一实施例MMC电池储能系统环流控制原理图。【具体实施方式】
[0028]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0029]以下在
【发明内容】
提供的技术方案基础上，给出本发明实施例的详细描述:
[0030]1.一个单相16个功率模块MMC电池储能系统拓扑:
[0031]如图1所示为单个功率模块电路拓扑，由储能电池、电容以及一个半桥逆变器组成；如图2所示为一个单相16个功率模块级联MMC电池储能系统电路拓扑，共分为ABC三相，每相PCS由16个功率模块级联而成，分为上下两个桥臂，三相PCS可以直接或通过连接电感直挂220V工频电网。整个系统参数如表1所示:
[0032]表1系统电路及元器件参数
[0033]
【权利要求】
1.一种MMC电池储能系统相间SOC均衡方法，其特征在于，所述系统采用载波移相调制，所述方法分充放电两种状态，通过从电池管理系统获得的三相储能电池S0C，计算各相的环流控制信号，即根据PCS系统所处不同状态以及各相储能电池SOC的大小调节对应环流控制信号，具体步骤如下: (1)获取三相储能电池SOC信息:通过电池管理系统采集三相储能电池的SOC信息以及充放电状态； (2)对三相储能电池SOC大小进行排序，确定基准值； 设所采集的三相储能电池的SOC为:S0Ca，SOCb, S0C。，按照由低到高顺序进行排列，根据三相SOC大小，设定一个基准值SOCk，并设置一个不动作区间，若一相SOC在此区间内，则相间均衡策略不启用；若在此区间之外，则启动相间均衡策略，通过计算调整该相环流控制信号大小； (3)根据储能系统充、放电状态，调整不均衡相环流控制信号大小； A:系统处于放电状态 此时环流控制信号为负，若一相功率模块SOCy小于SOCk,则增加该相的环流控制信号值，减小该相放电电流，即少放电；若一相功率模块SOCy大于SOCk，则减小该相的环流控制信号值，增加该相放电电流，即多放电，最终使三相间SOC均衡； B:系统处于充电状态 此时环流控制信号为正，若一相功率模块SOCy小于S0CK，则增加该相的环流控制信号值，增加该相充电电流，即多充电；若某个功率模块SOCy大于SOCk，则减小该相的环流控制信号值，减小该相充电电流，即少充电，最终使三相间SOC均衡。
2.根据权利要求1所述的MM C电池储能系统载波移相调制相间SOC均衡方法，其特征在于，步骤(2)中，需要在基准值SOCk附近设定一个不动作区间，在此区间内的各相，视为SOC相同；而在此区间外的相，根据充放电状态，及与基准值SOCk差值，计算该相环流控制信号值，具体实现通过改变充放电电流大小，即改变三相各自充放电能量，最终使三相间SOC均衡。
3.根据权利要求1或2所述的MMC电池储能系统载波移相调制相间SOC均衡方法，其特征在于，步骤(3)中: A:系统处于放电状态 如系统处于放电状态，此时环流控制信号为负，通过增加一相环流控制信号值，可以减小该相的放电电流，即减小该相模块内储能电池放电能量；通过减小一相环流控制信号值，可以增加该相的放电电流，即增加该相模块内储能电池放电能量； B:系统处于充电状态 如系统处于充电状态，此时环流控制信号为正，通过增加一相环流控制信号值，可以增加该相的充电电流，即增加该相模块内储能电池充电能量；通过减小一相环流控制信号值，可以减小该相的充电电流，即减小该相模块内储能电池充电能量； 根据各相储能电池的S0C，按照与基准值SOCk差值，计算各相环流控制信号值大小，从而实现控制SOC不同的三相，其充放电功率也不同的目的，最终实现相间储能电池SOC的均衡。
4.根据权利要求3所述的MMC电池储能系统载波移相调制相间SOC均衡方法，其特征在于，所述环流控制信号的计算公式为:
Icir y+K X (socE-socy)，其中I&j为初始不考虑相间均衡时y相的环流控制信号，K为均衡系数，具体取值取决于要求均衡 速度以及主电路器件允许流过最大电流，SOCy为不均衡相y的电池SOC值。
【文档编号】H01M10/44GK103545878SQ201310433451
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年9月22日 优先权日:2013年9月22日
【发明者】凌志斌, 王艺翰, 曹阳, 马勤冬, 李硕 申请人:上海交通大学