独立电池供电的链式储能系统中电池soc自均衡控制策略的制作方法
【专利摘要】独立电池供电的链式储能系统中电池SOC自均衡控制策略，属于电力电子【技术领域】。其特征在于：实时检测电池组SOC状态，当电池组SOC处于正常工作状态时采用移相PWM控制方式，当电池组SOC达到一定不平衡度时自动切换到特定谐波消除PWM（Selective?Harmonic?Elimination?PWM，SHE-PWM）控制方式，利用差异性充放电进行SOC的均衡调节，调整SOC值趋同后，自动切换到移相PWM控制方式，各级电池进行相同深度的平衡充放电。本发明提出的控制策略能够有效地均衡各电池模块的差异，可应用于各种独立电池供电的链式储能系统，提高电池模块和储能系统的可用率，有效延长电池的使用寿命。
【专利说明】独立电池供电的链式储能系统中电池SOC自均衡控制策略
【技术领域】
[0001]本发明属于电力电子【技术领域】，尤其涉及电池SOC自均衡控制策略。
【背景技术】
[0002]风能和太阳能等可再生清洁能源具有随机性和波动性，对并网电力系统的稳定性和可控性带来了极大的挑战，电池储能及功率补偿技术可以很好的解决这些问题。电池储能系统根据电源是否独立，分为独立电池供电的链式储能系统和基于公共直流母线的链式储能系统。基于公共直流母线的系统，解决了接入网电压对电池串联数的约束，易于模块化，可灵活拓展，但是随着并联模块数目的增加，以及互连线距离的增大，互连线信号容易受到干扰；各个模块之间相互影响，当一个逆变器桥臂发生直通故障时，电池的扰动会影响其它逆变模块的正常运行，模块间存在环流干扰。若移去逆变器之间的互连线，构成独立电池供电系统，能很好的弥补上述缺陷，而且不需要模块间的控制信号，可实现各模块控制系统的电气隔离，使系统安装和维修更加简便快速，并联运行更加可靠，因此已逐渐成为新的研究热点。
[0003]然而独立电池供电的链式储能系统中同相各逆变单元流过相同的电流，各电池模块必须同时进行充放电。因此，各电池组由于生产工艺和使用等原因导致的荷电状态(State Of Charge, S0C，指电池组剩余容量与其完全充电状态的容量之比)的差异，在充放电过程中不断扩大。假设电池SOC的正常工作范围为30%至100%，那么，在充电过程中当有电池模块的SOC提前升至100%，或者在放电过程中有电池模块的SOC提前降至30%时，整个电池储能系统就将退出运行。可见，最早结束充放电的电池模块将成为决定整个储能系统容量和可用率的瓶颈因素，各电池模块SOC的差异将严重降低电池储能系统的利用率，缩短电池的使用寿命。
[0004]本文针对独立电池供电的链式储能系统中各电池组SOC不均衡问题，提出一种新型控制策略，实时检测电池组SOC状态，电池组SOC处于正常工作状态时采用移相PWM控制方式，当电池组SOC达到一定不平衡度时自动切换到特定谐波消除PWM (SelectiveHarmonic Elimination PWM, SHE-PWM)控制方式，利用各电池组SOC的差异性充放电进行均衡调节，调整SOC值趋同后，再自动切换到移相PWM控制方式，使各电池模块进行相同深度的平衡充放电，从而大大提高整个链式储能系统的可用率和系统容量，有效延长电池组乃至整个储能系统的使用寿命。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为独立电池供电的链式储能系统提供一种电池SOC自均衡控制策略，调节电池组SOC使之趋同，提高电池模块和储能系统的可用率，延长电池使用寿命，并消除谐波，改善电能质量。本发明的特征在于，所述控制策略包括以下步骤:
[0006]步骤(I )，储能系统启动后，采用移相PWM控制方式；
[0007]步骤(2)，当检测到各电池组SOC达到一定不平衡度时，自动切换到SHE-PWM控制方式；
[0008]步骤(3)，当调整到电池组SOC趋同时，自动切换到移相PWM控制方式。
[0009]所述的电池SOC自均衡控制策略，其特征在于:在所述步骤(1)中，所述系统为独立电池组供电、隔离型半桥DC/DC变换器和级联式H桥DC/AC变换器组合而成，交流侧直接接入电网系统，用高频PWM控制方式触发H桥。
[0010]所述的电池SOC自均衡控制策略，其特征在于:在所述步骤(2)中，当同时满足以下两个条件时，自动切换DC/AC变换器的级联式H桥IGBT的触发控制方式:
[0011]条件1:储能系统的输出有功功率满足可控范围
[0012]移相PWM控制方式下，系统设定总有功功率可控范围为[_PN，PN]，SHE-PWM控制方
式下，系统总有功功率可控范围为
【权利要求】
1.独立电池供电的链式储能系统中电池SOC自均衡控制策略，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 步骤(I )，储能系统启动后，采用移相PWM控制方式； 步骤(2)，当检测到电池组SOC达到一定不平衡度时，自动切换到SHE-PWM控制方式； 步骤(3)，当调整到电池组SOC趋同时，自动切换到移相PWM控制方式。
2.根据权利要求1所述的电池SOC自均衡控制策略，其特征在于:在所述步骤(1)中，所述系统为独立电池组供电、隔离型半桥DC/DC变换器和级联式H桥DC/AC变换器组合而成，交流侧直接接入电网系统，用高频PWM控制方式触发H桥。
3.根据权利要求1所述的电池SOC自均衡控制策略，其特征在于:在所述步骤(2)中，当同时满足以下两个条件时，自动切换控制方式: 条件1:储能系统的输出有功功率满足可控范围 移相PWM控制方式下，系统设定总有功功率可控范围为[_PN，PN] ,SHE-PWM控制方式下，系统总有功功率可控范围为
4.根据权利要求1所述的电池SOC自均衡控制策略，其特征在于:在所述步骤(2)中，SHE-PWM控制方式采用1/2周期对称的奇函数单脉冲，工作频率为50Hz，用牛顿迭代法解SHE-PWM消除谐波非线性方程组，将所得开关角度a k和幅值调制度Ma采用分段函数a =f (Ma)线性拟合；由动态Ma值得到实时开关角度，然后根据电池组SOC值动态分配到各级H桥开关管脉冲生成器，产生所需触发信号。
5.根据权利要求1所述的电池SOC自均衡控制策略，其特征在于:在所述步骤(3)中，当检测到电池组SOC趋同时，即电池组SOC不平衡度ε ( emin，由SHE-PWM控制方式自动切换到高频移相PWM控制方式，结束不均衡控制方式；其中:ε min为预设电池组SOC平衡度阈值，其大小可根据不同电池的性能和参数而取不同数值。
【文档编号】H01M10/44GK103532194SQ201310489329
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月18日 优先权日:2013年10月18日
【发明者】吴俊勇, 艾洪克, 郝亮亮, 苗青, 熊飞, 齐大伟 申请人:北京交通大学