储能系统的SOC均衡控制方法及相关装置与流程

储能系统的soc均衡控制方法及相关装置
技术领域
1.本发明涉及储能技术领域，尤其涉及一种储能系统的soc均衡控制方法及相关装置。


背景技术：

2.电池储能系统主要利用电池储存电能，传统的电池储能系统通常由多个电池簇并联组成，每个电池簇中通常需要多个串联的电池包，而且需要串联的电池包数量越多，每个电池包个体对储能系统的影响程度越高。
3.传统的储能系统充放电控制方法，例如下垂控制，通常只能保证多储能模块正常的并网，而无法保证各个储能模块的均流控制，导致各个储能模块电量不均衡的情况，影响储能模块的使用寿命。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种储能系统的soc(state of charge，剩余电量)均衡控制方法及相关装置，能够解决多储能模块soc不均衡的问题。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种储能系统的soc均衡控制方法，所述储能系统包括多个dcdc变换器和多个储能模块，且各个dcdc变换器的第一端均与公共直流母线连接，第二端连接储能模块；
6.所述方法应用于所述dcdc变换器，包括：
7.获取所述dcdc变换器的母线电压实际值及所述dcdc变换器对应储能模块的实际soc值；
8.根据所述实际soc值与平均soc值的偏差值计算均流环输出量，所述平均soc值为所述储能系统中所有储能模块的soc值的平均值；
9.将母线电压给定值与所述均流环输出量相加，得到母线电压参考值，并采用所述母线电压参考值减去所述母线电压实际值，得到母线电压偏差值；
10.根据所述母线电压偏差值得到第一控制量，并将所述第一控制量作为电流环给定值进行闭环控制，得到控制所述dcdc变换器的pwm信号。
11.第二方面，本发明实施例提供了一种dcdc变换器，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上第一方面任一种可能的实现方式所述方法的步骤。
12.第三方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上第一方面任一种可能的实现方式所述方法的步骤。
13.第四方面，本发明实施例提供了一种储能系统，其包括：电池管理模块、多个如第二方面所述的dcdc变换器和多个储能模块；所述储能模块包括多个单体电芯；所述电池管理模块包括各个单体电芯对应的电芯管理单元、各个储能模块对应的电池簇管理单元和系
统级管理单元；
14.各个dcdc变换器的第一端均与公共直流母线连接，第二端连接储能模块；
15.所述电芯管理单元、所述电池簇管理单元和所述系统级管理单元三者间相互通信连接；所述电池簇管理单元通过干接点与对应的dcdc变换器连接。
16.本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
17.本发明实施例根据dcdc变换器对应储能模块的实际soc值与平均soc值的偏差值计算均流环输出量；将母线电压给定值与所述均流环输出量相加，得到母线电压参考值，并采用所述母线电压参考值减去所述母线电压实际值，得到母线电压偏差值；根据所述母线电压偏差值得到第一控制量，并将所述第一控制量作为电流环给定值进行闭环控制，得到控制所述dcdc变换器的pwm信号。本实施例通过考虑当前储能模块的实际soc值和平均soc值的偏差，能够实现多储能模块的均流控制，避免各个储能模块soc不均衡的情况，从而延长各个储能模块的使用寿命。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是本发明实施例提供的储能系统的一种结构示意图；
20.图2是本发明实施例提供的储能系统的另一种结构示意图；
21.图3是本发明实施例提供的储能系统的soc均衡控制方法的实现流程图；
22.图4是本发明实施例提供的dcdc变换器的一种电路示意图；
23.图5是本发明实施例提供的储能系统的soc均衡控制方法的具体控制框图；
24.图6是本发明实施例提供的储能系统的soc均衡控制装置的结构示意图；
25.图7是本发明实施例提供的dcdc变换器的示意图。
具体实施方式
26.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
27.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
28.本实施例提供了一种储能系统，其包括包括多个dcdc变换器和多个储能模块，且各个dcdc变换器的第一端均与公共直流母线连接，第二端连接储能模块；
29.作为本技术的一个具体实施例，图1示出了一种储能系统的结构示意图，该储能系统中的多个储能模块采用母线并联方式并网。如图1所示，储能系统包括储能变流器dc/ac、多个dcdc变换器和多个储能模块bat；各个dcdc变换器的第一端均连接公共直流母线dc_bus，各个dcdc变换器的第二端分别与各自对应的储能模块bat连接，公共直流母线dc_bus
通过储能变流器dc/ac接入电网grid。
30.作为本技术的一个具体实施例，图2示出了储能系统的另一种结构示意图，该储能系统中的多个储能模块采用两端并联方式并网。如图2所示，储能系统包括储能变流器dc/ac、多个dcdc变换器和多个储能模块bat；各个dcdc变换器的第一端均连接公共直流母线dc_bus，各个dcdc变换器的第二端并联后和所有的储能模块bat连接，公共直流母线dc_bus通过储能变流器dc/ac接入电网grid。
31.本实施例提供的储能系统的soc均衡控制方法应用于储能系统的任一dcdc变换器中，参见图3，其示出了本发明实施例提供的储能系统的soc均衡控制方法的实现流程图，详述如下：
32.s101：获取所述dcdc变换器的母线电压实际值及所述dcdc变换器对应储能模块的实际soc值。
33.在本实施例中，如图4所示，图4示出了一种dcdc变换器的电路图，其中，图4电路右侧为dcdc变换器的第一端，左侧为dcdc变换器的第二端。首先获取dcdc变换器的母线电压实际值v
bus_fdb
及该dcdc变换器对应储能模块的实际soc值。
34.s102：根据所述实际soc值与平均soc值的偏差值计算均流环输出量，所述平均soc值为所述储能系统中所有储能模块的soc值的平均值。
35.在一个实施例中，s102的具体实现流程包括：
36.s201：根据所述实际soc值与平均soc值的偏差值计算母线电流给定值；
37.s202：根据所述dcdc变换器的母线电流实际值和母线电流给定值，计算母线电流偏差值；
38.s203：将所述母线电流偏差值输入第一pi控制器，得到均流环输出量。
39.其中，s201的具体实现流程包括：
40.根据公式i
bus_ref
＝i
bus_ave
+k1·
δsoc，计算所述母线电流给定值；
41.其中，i
bus_ref
表示所述母线电流给定值，i
bus_ave
表示各个dcdc变换器的母线电流实际值的均值，k1表示均流环系数，δsoc表示所述实际soc值与平均soc值的偏差值。
42.具体的，δsoc＝soc
self-soc
ave
，其中，soc
self
表示实际soc值，soc
ave
表示平均soc值。k1为均流环系数，表示每偏差1％的soc值对应调整的母线电流偏差值。
43.当储能系统如图1所示时，每个储能模块均有其不同的soc实际值，基于上述公式可以得到母线电流给定值。当储能系统如图2所示时，由于各个储能模块的输出端并联，因此各个储能模块的soc值均相等，即实际soc值减去平均soc值等于零，因此，母线电流给定值就是各个dcdc变换器的母线电流实际值的均值。
44.具体的，图5示出了一种储能系统的soc均衡控制框图，如图5所示，在得到母线电流给定值i
bus_ref
后，将母线电流给定值i
bus_ref
减去母线电流实际值i
bus_fdb
，得到母线电流偏差值。然后将母线电流偏差值输入第一pi控制器，得到均流环输出量i
ave_out
。
45.s103：将母线电压给定值v
bus_ref
与所述均流环输出量i
ave_out
相加，得到母线电压参考值，并采用所述母线电压参考值减去所述母线电压实际值v
bus_fdb
，得到母线电压偏差值。
46.s104：根据所述母线电压偏差值得到第一控制量，并将所述第一控制量作为电流环给定值进行闭环控制，得到控制所述dcdc变换器的pwm信号。
47.具体的，如图5所示，s104的具体实现流程包括：
48.将母线电压偏差值输入第四pi控制器，得到第一控制量。
49.在一个实施例中，如图5所示，在将所述第一控制量作为电流环给定值进行闭环控制之前，本实施例提供的soc均衡控制方法还包括：
50.s301：获取所述dcdc变换器对应储能模块的电池电压实际值v
bat_fdb
；
51.s302：根据所述电池电压实际值v
bat_fdb
和电池电压给定值v
bus_ref
的偏差值，计算第二控制量；
52.s303：对所述第二控制量进行反向，得到第三控制量。
53.其中，s302的具体实现流程包括：
54.将所述电池电压给定值v
bus_ref
减去所述电池电压实际值v
bat_fdb
，得到电池电压偏差值；
55.将所述电池电压偏差值输入第二pi控制器，得到所述第二控制量。
56.具体的，电池电压给定值可以为均充电压，在充电过程中通过比较采用电池电压环输出的第三控制量和第一控制量，选取两者中的较大值作为最终的电流环给定值，以避免电流环给定值较小进而使降压开关管的占空比较大造成的过充问题，从而实现充电过程中的电池稳压效果。
57.相应的，将所述第一控制量作为电流环给定值进行闭环控制，得到控制所述dcdc变换器的pwm信号包括：
58.将所述第一控制量和所述第三控制量中的较大值作为电流环给定值进行闭环控制，得到控制所述dcdc变换器的pwm信号。
59.在一个可能的实施例中，如图5所示，在得到电流环给定值后，本实施例还可以根据电能管理系统的限流/降额标准对电流环给定值进行限幅处理；并基于限幅后的电流环给定值生成控制所述dcdc变换器的pwm信号。
60.具体的，如图5所示，s104的具体实现流程包括：
61.s401：获取所述dcdc变换器的电感电流il_fdb；
62.s402：计算所述电感电流il_fdb和所述电流环给定值的差值，得到电流环偏差值；
63.s403：将所述电流环偏差值输入第三pi控制器，得到目标控制量；
64.s404：基于所述目标控制量生成控制所述dcdc变换器的pwm信号。
65.在一个实施例中，s404的具体实现流程包括：
66.对所述目标控制量进行调制，得到控制所述dcdc变换器中升压开关管的pwm信号；
67.对所述目标控制量进行反向，并对反向后的目标控制量进行调制，得到控制所述dcdc变换器中降压开关管的pwm信号。
68.具体的，在得到目标控制量后，如图4至5所示，将目标控制量除以母线电压实际值v
bus
，得到第四控制量，对第四控制量进行调制，得到控制所述dcdc变换器中升压开关管q1、q2的pwm信号；对第四控制量进行反向，并对反向后的第四控制量进行调制，得到控制所述dcdc变换器中降压开关管q3、q4的pwm信号。
69.本实施例提供的soc均衡控制方法在储能模块的实际soc值相对于平均soc值偏大时，soc偏差值较大，因此对应的均流环输出量较大；在采用均流环输出量加入到母线电压给定值后，若此时储能模块为充电状态，则降压开关管占空比减小，该储能模块的母线电压被抬高，但是公共直流母线的母线电压不变，因此该储能模块会少充电；若此时储能模块为
放电状态，则升压开关管占空比增大，母线电压会被抬高，但是公共直流母线的母线电压不变，该储能模块则会多放电。在储能模块的实际soc值相对于平均soc值偏小时，soc偏差值较小，因此对应的均流环输出量较小；在采用均流环输出量加入到母线电压给定值后，若此时储能模块为充电状态，则降压开关管占空比增大，母线电压降低，但是公共直流母线的母线电压不变，因此该储能模块会多充电；若此时储能模块为放电状态，则升压开关管占空比减小，母线电压会被降低，但是公共直流母线的母线电压不变，该储能模块则会少放电。可见，本实施例提供的soc均衡控制方法能够在多储能模块并网时，使soc值高的储能模块多放电少充电、soc值低的储能模块多充电少放电，并且根据soc偏差值做线性调整，避免储能系统的木桶效应，提高储能模块的使用寿命。
70.应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
71.以下为本发明的装置实施例，对于其中未详尽描述的细节，可以参考上述对应的方法实施例。
72.图6示出了本发明实施例提供的储能系统的soc均衡控制装置的结构示意图，其中，储能系统包括多个dcdc变换器和多个储能模块，且各个dcdc变换器的第一端均与公共直流母线连接，第二端连接储能模块。为了便于说明，图6仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
73.储能系统的soc均衡控制装置100包括：
74.数据采集模块110，用于获取所述dcdc变换器的母线电压实际值及所述dcdc变换器对应储能模块的实际soc值；
75.均流环输出量获取模块120，用于根据所述实际soc值与平均soc值的偏差值计算均流环输出量，所述平均soc值为所述储能系统中所有储能模块的soc值的平均值；
76.母线电压偏差值计算模块130，用于将母线电压给定值与所述均流环输出量相加，得到母线电压参考值，并采用所述母线电压参考值减去所述母线电压实际值，得到母线电压偏差值；
77.pwm信号生成模块140，用于根据所述母线电压偏差值得到第一控制量，并将所述第一控制量作为电流环给定值进行闭环控制，得到控制所述dcdc变换器的pwm信号。
78.在一个可能的实施例中，均流环输出量获取模块120包括：
79.母线电流给定值计算单元，用于根据所述实际soc值与平均soc值的偏差值计算母线电流给定值；
80.母线电流偏差值计算单元，用于根据所述dcdc变换器的母线电流实际值和母线电流给定值，计算母线电流偏差值；
81.均流环输出量计算单元，用于将所述母线电流偏差值输入第一pi控制器，得到均流环输出量。
82.在一个可能的实施例中，母线电流给定值计算单元包括：
83.根据公式i
bus_ref
＝i
bus_ave
+k1·
δsoc，计算所述母线电流给定值；
84.其中，i
bus_ref
表示所述母线电流给定值，i
bus_ave
表示各个dcdc变换器的母线电流实际值的均值，k1表示均流环系数，δsoc表示所述实际soc值与平均soc值的偏差值。
85.在一个可能的实施例中，储能系统的soc均衡控制装置100还包括第三控制量计算模块，用于：
86.电池电压获取单元，用于获取所述dcdc变换器对应储能模块的电池电压实际值；
87.第二控制量计算单元，用于根据所述电池电压实际值和电池电压给定值的偏差值，计算第二控制量；
88.第三控制量计算单元，用于对所述第二控制量进行反向，得到第三控制量；
89.相应的，pwm信号生成模块140包括：
90.将所述第一控制量和所述第三控制量中的较大值作为电流环给定值进行闭环控制，得到控制所述dcdc变换器的pwm信号。
91.在一个可能的实施例中，第二控制量计算单元包括：
92.将所述电池电压给定值减去所述电池电压实际值，得到电池电压偏差值；
93.将所述电池电压偏差值输入第二pi控制器，得到所述第二控制量。
94.在一个可能的实施例中，pwm信号生成模块140包括：
95.电感电流获取单元，用于获取所述dcdc变换器的电感电流；
96.电流环偏差值计算单元，用于计算所述电感电流和所述电流环给定值的差值，得到电流环偏差值；
97.目标控制量计算单元，用于将所述电流环偏差值输入第三pi控制器，得到目标控制量；
98.调制单元，用于基于所述目标控制量生成控制所述dcdc变换器的pwm信号。
99.在一个可能的实施例中，调制单元包括：
100.对所述目标控制量进行调制，得到控制所述dcdc变换器中升压开关管的pwm信号；
101.对所述目标控制量进行反向，并对反向后的目标控制量进行调制，得到控制所述dcdc变换器中降压开关管的pwm信号。
102.通过上述方案，本技术能够实现多储能模块的均流控制，避免各个储能模块soc不均衡的情况，从而延长各个储能模块的使用寿命。
103.本实施例提供的储能系统的soc均衡控制装置，可用于执行上述储能系统的soc均衡控制方法实施例，其实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。
104.图7是本发明一实施例提供的dcdc变换器的示意图。如图7所示，该实施例的dcdc变换器7包括：处理器70、存储器71以及存储在所述存储器71中并可在所述处理器70上运行的计算机程序72。所述处理器70执行所述计算机程序72时实现上述各个储能系统的soc均衡控制方法实施例中的步骤，例如图3所示的步骤101至步骤104。或者，所述处理器70执行所述计算机程序72时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图6所示模块110至140的功能。
105.示例性的，所述计算机程序72可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器71中，并由所述处理器70执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序72在所述dcdc变换器7中的执行过程。
106.所述dcdc变换器7可包括，但不仅限于，处理器70、存储器71。本领域技术人员可以理解，图7仅仅是dcdc变换器7的示例，并不构成对dcdc变换器7的限定，可以包括比图示更
control system，双向储能逆变器)的can总线通信，1路为系统级管理单元对外的以太网通讯，1路为系统级管理单元对pcs的干接点，1路为系统级管理单元对外急停故障干接点。
119.通过上述方案，本实施例不仅能够实现储能系统的信息交互的全面性，还能够实现储能模块之间的soc均衡控制，从而提高储能系统的稳定性。
120.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
121.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
122.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
123.在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/dcdc变换器和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/dcdc变换器实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
124.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
125.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
126.所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个储能系统的soc均衡控制方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录
介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
127.以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。