无功补偿与储能一体化的高压直挂系统

1.本发明涉及电气自动化设备技术领域，具体地，涉及无功补偿与储能一体化的高压直挂系统，更为具体地，涉及一种基于最优零序电压注入的高压直挂储能系统无功补偿控制系统以及一种基于相内有功变换的高压直挂储能系统无功补偿控制系统。


背景技术：

2.发展大容量电池储能技术有利于提高风光电源装机容量，推动能源结构转型，从而助力碳达峰、碳中和目标的实现。与传统储能系统相比，高压直挂bess实现了单机大容量化，同时满足了高效率、高可靠性、经济性和安全性需求。组成大规模储能电站时所需并联台数少，电站结构及控制策略简单，响应速度快，可满足百mw级储能系统需求，且不易引发系统稳定性问题。
3.根据风电场的出口功率要求，需要在风电场出口配置30％的svg来提供电网的无功补偿，另外还需要配置15％-20％的储能设施，如果静置的储能设备不仅能在调峰调频时提供电网有功功率的平抑功能，同时能提供额定容量的无功补偿能力，将可以大幅度减小svg的需求和投资成本，具有较好的经济效益。然而高压直挂电池储能系统输出纯无功功率时，若采用传统的控制方法，会存在二倍频电流对电池循环快速充放电，影响电池寿命。
4.现有技术中，已有以下一些解决基于级联h桥变换器的无功补偿装置和控制的方法被提出：
5.专利文献cn103840474a(申请号：201410075640.9)公开了一种中高压直挂式静止同步无功补偿器主电路拓扑结构，可以实现无功电压支撑、谐波污染治理以及功率振荡阻尼等功能，可直挂中高压交流电网，输出波形质量好、开关动作频率低、所需开关器件数量相对较少、直流电压利用率高以及可抑制直流侧故障电流等特点，可以减少交流侧滤波器数量，降低补偿器的前期投入成本和控制复杂度，提高无功补偿器的能量转换效率，提高无功补偿器的故障生存能力，提升无功补偿器的单位利用率以及扩大无功补偿器的应用场合和作用，然而同步无功补偿器无法为系统提供和吸收有功功率，不能实现电网的调峰调频。
6.专利文献cn110350564a(申请号：201910697341.1)公开了一种高压直挂式储能装置及功率控制方法，具有对有功和无功功率的四象限调节能力，实现有功无功的独立控制，同时调节系统的电压和频率，然而该方法需要在每个子模块中增加一个dc/dc变换器，增加了系统和控制的复杂度，增加了系统成本也减小了系统的可靠性。
7.专利文献cn110350564b(申请号：201910697341.1)公开了一种高压直挂式储能装置，包括：与a相、b相及c相线路分别相连的a相h桥功率模块、b相h桥功率模块及c相h桥功率模块，分别包括级联的两个以上的h桥功率模块，并且a相、b相及c相线路采用星型连接方式；直流侧电容，每个h桥功率模块的直流侧均并联一个直流侧电容；蓄电池及超级电容，分别作为能量型储能元件及功率型储能元件；以及隔离型三端口有源桥式变换器，一侧连接至电容的一侧，另一侧与蓄电池及超级电容同时连接。本公开还提供了一种高压直挂式储能装置的功率控制方法。


技术实现要素：

8.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种无功补偿与储能一体化的高压直挂系统。
9.根据本发明提供的一种无功补偿与储能一体化的高压直挂系统，包括：
10.模块m1：基于级联h桥变换器的参数信息和网侧电流计算零序电压的幅值和相对相位；
11.模块m2：基于高压直挂储能系统的无功功率给定计算级联h桥变换器每相输出电压的给定值，再根据每一相的电池荷电状态、零序电压的幅值和相对相位计算得到级联h桥变换器每相输出电压的调制电压；
12.模块m3：基于每相各个功率模块的电池荷电状态和电容电压，根据级联h桥变换器每相输出电压的调制电压，计算最近电平调制下需要投入的功率模块数量，再对各个功率模块进行电池荷电状态的排序，根据每相的电流方向和最近电平调制需要投入的功率模块数量决定各个功率模块的驱动信号。
13.优选地，在所述模块m1中：
14.模块m1.1：计算电池电流纹波率γ；
[0015][0016]
其中，ω2＝4πf
ac
表示二倍频分量的角速度；f
ac
表示电网电压的频率；r表示电池和直流侧滤波电感的电阻之和；l表示直流侧滤波电感的电感值；c表示母线电容的电容值；
[0017]
模块m1.2：计算相无功功率和有功功率比值的临界值ρ；
[0018][0019]
模块m1.3：计算零序电压的相对相位θ；
[0020][0021]
模块m1.4：计算零序电压的幅值v0；
[0022][0023]
其中，ω＝2πf
ac
表示电网电压基频的角速度；vs表示电网电压的相电压幅值；is表示电网电流的幅值；l
ac
表示交流侧滤波电感的感值。
[0024]
优选地，在所述模块m2中：
[0025]
模块m2.1：根据高压直挂储能系统所需要发出的无功功率得到dq旋转坐标系的电流给定值和
[0026]
模块m2.2：级联h桥变换器的三相输出电流ia、ib、ic和锁相角度theta通过abc/dq矢量变换得到dq旋转坐标系的实际电流值id和iq；
[0027]
模块m2.3：d轴电流给定值与d轴电流实际值id的差值经过pi控制器后取负，再与d轴的交叉解耦分量ωl
aciq
相加，再跟d轴电压实际值ud求和得到d轴电压给定值q轴电流给定值与q轴电流实际值iq的差值经过pi控制器后取负，再与q轴的交叉解耦分量2πfac
l
ac
id相减，再跟q轴电压实际值uq求和得到q轴电压给定值
[0028]
模块m2.4：电压给定值和锁相角度theta通过dq/abc矢量变换得到级联h桥变换器的三相输出电压给定值
[0029]
模块m2.5：若高压直挂储能系统发出纯感性无功功率，零序电压的相对相位θ取负后与第j相电流的相位做差，得到零序电压的相位θ0：
[0030]
θ0＝-θ-φ
ij
ꢀꢀꢀ
(5)
[0031]
其中，φ
ij
表示第j相电流的相位；下标i表示电流；
[0032]
若压直挂储能系统发出纯容性无功功率，零序电压的相对相位θ与第j相电流的相位做差，得到零序电压的相位θ0：
[0033]
θ0＝θ-φ
ij
ꢀꢀꢀ
(6)
[0034]
模块m2.6：计算第j相的电池荷电状态socj与压直挂储能系统的电池荷电状态soc
sys
的差值δsocj；
[0035]
δsocj＝soc
j-soc
sys
ꢀꢀꢀ
(7)
[0036]
若δsocj达到设定的下限值，则改变第j相为电池荷电状态最高的相，重复触发步骤s2.5重新计算零序电压的相位θ0；若还没有达到设定的下限值，则保持原零序电压的相位；
[0037]
模块m2.7：计算零序电压的瞬时值；
[0038][0039]
模块m2.8：计算级联h桥变换器的三相输出电压调制电压va、vb、vc；
[0040][0041]
优选地，在所述模块m3中：
[0042]
模块m3.1：采样得到每相内各个功能模块的电池荷电状态和电容电压，对每相内各个功率模块进行电池荷电状态的排序，计算每相内总功率模块电容电压的平均值；
[0043]
模块m3.2：用级联h桥变换器的三相输出电压调制电压va、vb、vc除以每相内总功率模块电容电压的平均值，计算级联h桥变换器的三相需要投入的功率模块个数na、nb、nc；
[0044][0045]
其中，round()表示就近取整函数；va、vb、vc表示a、b、c三相总功率模块电容电压的平均值；
[0046]
模块m3.3：以向网侧输出电流为相电流i
x
，x＝a,b,c的正方向，当相电流i
x
方向为正时，三相需要投入的功率模块个数n
x
也为正时，按照电池荷电状态由高到低投入n
x
个功率模块，投入的n
x
个功率模块输出正电平，其他功率模块输出零电平；
[0047]
当相电流i
x
方向为正时，三相需要投入的功率模块个数n
x
为负时，按照电池荷电状
态由低到高投入|n
x
|个功率模块，投入的|n
x
|个功率模块输出负电平，其他功率模块输出零电平；
[0048]
当相电流i
x
方向为负时，三相需要投入的功率模块个数n
x
也为负时，按照电池荷电状态由高到低投入|n
x
|个功率模块，投入的|n
x
|个功率模块输出负电平，其他功率模块输出零电平；
[0049]
当相电流i
x
方向为负时，三相需要投入的功率模块个数n
x
为正时，按照电池荷电状态由低到高投入n
x
个功率模块，投入的n
x
个功率模块输出正电平，其他功率模块输出零电平。
[0050]
优选地，包括：
[0051]
模块m4：计算高压直挂储能系统参数限制下最大零序电压的幅值；
[0052]
模块m5：计算使得三相无功功率和有功功率比值最小的零序电压的相角；
[0053]
模块m6：高压直挂储能系统参数限制下最大零序电压的幅值和使得三相无功功率和有功功率比值最小的零序电压的相角得到功率模块中无源参数设计准则，基于功率模块中无源参数设计准则设置功率模块中的直流侧滤波电感和母线电容。
[0054]
优选地，在所述模块m4中，
[0055]
定义网侧额定电压为vs，假设额定容量无功输出电感电压压降为σ
lvs
，变换器能输出最大电压为βvs，零序电压v0滞后b相电流-i
sb
角度为θ，计算最大零序电压的幅值v0；
[0056][0057]
其中，σ
l
表示额定容量无功输出电感电压压降和网侧额定电压的比值；β表示变换器能输出最大电压和网侧额定电压的比值；
[0058]
求解最大零序电压幅值为
[0059][0060]
优选地，在所述模块m5中，
[0061]
模块m5.1：求解三相无功功率和有功功率比值；
[0062][0063][0064][0065]
其中，q
x
(x＝a,b,c)为a、b、c三相的无功功率，p
x
(x＝a,b,c)为a、b、c三相的有功功率；
[0066]
模块m5.2：求解得到使得三相无功功率和有功功率比值最小的零序电压的相角；
[0067][0068]
优选地，在所述模块m6中，
[0069]
模块m6.1：计算最小的零序电压的相角和最大零序电压幅值下，三相有功功率产生的电池电流直流分量|i
x
|为：
[0070][0071]
其中，v
bat
为电池电压；
[0072]
模块m6.2：计算最小的零序电压的相角和最大零序电压幅值下，三相视在功率产生的电流交流分量|i
x
|为：
[0073][0074]
模块m6.3：计算交流电流经过lc滤波后流入电池中的成分为
[0075][0076]
模块m6.4：为了使得电池电流不在工频周期来回充放电，要保证
[0077][0078]
其中，为裕度系数；
[0079]
模块m6.5：假设根据高压直挂储能系统系统发出纯有功设计得到的电池电流纹波率为γ，设计的参数需要满足：
[0080][0081]
根据本发明提供的一种无功补偿与储能一体化的高压直挂系统，包括：
[0082]
模块s1：基于级联h桥变换器的参数信息和网侧电流计算每相中两桥臂的电压幅值和相对相位；
[0083]
模块s2：基于高压直挂储能系统的无功功率给定和每相中两桥臂的电池荷电状态，根据每相中两桥臂的电压幅值和相位相对计算级联h桥变换器每相中两桥臂输出电压的给定值；
[0084]
模块s3：基于每相内各个功率模块的电池荷电状态和电容电压，根据级联h桥变换器每相中两桥臂输出电压的给定值，计算最近电平调制下需要投入的子模块数量，再对各个功率模块进行电池荷电状态的排序，根据每相的电流方向和最近电平调制需要投入的子模块数量决定各个功率模块的驱动信号。
[0085]
优选地，在所述模块s1中，
[0086]
模块s1.1：计算电池电流纹波率γ；
[0087]
[0088]
其中，ω2＝4πf
ac
表示二倍频分量的角速度；f
ac
表示电网电压的频率；r表示电池和直流侧滤波电感的电阻之和；l表示直流侧滤波电感的电感值，c表示母线电容的电容值；
[0089]
模块s1.2：计算每相中两桥臂电压的相对相位θ；
[0090]
θ＝arcsin(γ)
ꢀꢀꢀ
(23)
[0091]
模块s1.3：计算每相中两桥臂的幅值v1,v2；
[0092][0093]
其中，ω＝2πf
ac
为电网电压基频的角速度，vs为电网电压的相电压幅值，is为电网电流的幅值，l
ac
为交流侧滤波电感的感值；
[0094]
在所述模块s2中，
[0095]
模块s2.1：根据高压直挂储能系统所需要发出的无功功率得到dq旋转坐标系的电流给定值和
[0096]
模块s2.2：级联h桥变换器的三相输出电流ia、ib、ic和锁相角度theta通过abc/dq矢量变换得到dq旋转坐标系的实际电流值id和iq；
[0097]
模块s2.3：d轴电流给定值与d轴电流实际值id的差值经过pi控制器后取负，再与d轴的交叉解耦分量ωl
aciq
相加，再跟d轴电压实际值ud求和得到d轴电压给定值q轴电流给定值与q轴电流实际值iq的差值经过pi控制器后取负，再与q轴的交叉解耦分量2πf
ac
l
ac
id相减，再跟q轴电压实际值uq求和得到q轴电压给定值
[0098]
模块s2.4：电压给定值和锁相角度theta通过dq/abc矢量变换得到级联h桥变换器的三相输出电压给定值
[0099]
模块s2.5：若高压直挂储能系统发出纯感性无功功率，得到第j相第一相位θ
j1
，第二相位θ
j2
：
[0100][0101]
其中，φ
ij
为第j，j＝a,b,c相电流的相位；θ表示两桥臂电压的相对相位；
[0102]
若高压直挂储能系统发出纯容性无功功率，得到第j相第一相位θ
j1
，第二相位θ
j2
：
[0103][0104]
模块s2.6：计算第j相第一桥臂的电池荷电状态soc
j1
和第二桥臂的电池荷电状态soc
j2
与第j相的电池荷电状态socj的差值；
[0105]
δsoc
j1
＝soc
j1-socj,δsoc
j2
＝soc
j2-socj[0106]
当此时状态为第j相第一桥臂的电压相位等于第j相第一相位θ
j1
，第j相第二桥臂的电压相位等于第j相第二相位θ
j2
，若δsoc
j1
达到设定的下限值，此时状态变为第j相第一桥臂的电压相位等于第j相第二相位θ
j2
，第j相第二桥臂的电压相位等于第j相第一相位θ
j1
；
[0107]
当此时状态为第j相第一桥臂的电压相位等于第j相第二相位θ
j2
，第j相第二桥臂的电压相位等于第j相第一相位θ
j1
，若δsoc
j2
达到设定的下限值，此时状态变为第j相第一桥臂的电压相位等于第j相第一相位θ
j1
，第j相第二桥臂的电压相位等于第j相第二相位θ
j2
。
[0108]
模块s2.7：计算第j相第一桥臂的电压的给定值和第j相第二桥臂的电压的给定值
[0109][0110]
在所述模块s3中，
[0111]
模块s3.1：采样得到每相内各个功率模块的电池荷电状态和电容电压，分别对每相内第一桥臂和第二桥臂中各个功率模块进行电池荷电状态的排序，计算每相内第一桥臂和第二桥臂中功率模块电容电压的平均值；
[0112]
模块s3.2：用级联h桥变换器的第j相第一桥臂的电压的给定值和第j相第二桥臂的电压的给定值分别除以每相内第一桥臂和第二桥臂中功率模块电容电压的平均值，计算级联h桥变换器的三相内第一桥臂和第二桥臂需要投入的功率模块个数
[0113][0114]
其中，round()为就近取整函数，为a、b、c三相第一桥臂功率模块电容电压的平均值，为a、b、c三相第二桥臂功率模块电容电压的平均值。
[0115]
模块s3.3：以向网侧输出电流为相电流i
x
，x＝a,b,c的正方向，当相电流i
x
方向为正时，三相第一桥臂和第二桥臂需要投入的功率模块个数y＝1,2也为正时，桥臂按照电池荷电状态由高到低投入个功率模块，投入的个功率模块输出正电平，其他功率模块输出零电平；
[0116]
当相电流i
x
方向为正时，三相第一桥臂和第二桥臂需要投入的功率模块个数为负时，桥臂按照电池荷电状态由低到高投入个功率模块，投入的个功率模块输出负电平，其他功率模块输出零电平；
[0117]
当相电流i
x
方向为负时，三相第一桥臂和第二桥臂需要投入的功率模块个数也为负时，桥臂按照电池荷电状态由高到低投入个功率模块，投入的个功率模块输出负电平，其他功率模块输出零电平；
[0118]
当相电流i
x
方向为负时，三相第一桥臂和第二桥臂需要投入的功率模块个数为正时，桥臂按照电池荷电状态由低到高投入个功率模块，投入的个功率模块输出正电平，其他功率模块输出零电平。
[0119]
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0120]
1、链式电池储能系统在发出纯无功功率时，传统的控制方法会导致电池在工频周期时间尺度内循环充放电，快速的来回充放电会导致电池寿命快速衰减。本发明提供的基于最优零序电压注入的高压直挂储能系统无功补偿控制方法，通过该控制方法可以实现链式电池储能系统能实现四象限运行，在系统发出和吸收纯无功功率时电池电流不发生倍频循环充放电的情况，有利于电池的稳定运行和寿命；
[0121]
2、本发明提供的一种基于最优零序电压注入的高压直挂储能系统无功补参数设计方法，可以指导链式电池储能系统考虑四象限运行时电池直流侧滤波器的设计；
[0122]
3、本发明提供的基于相内有功变换的高压直挂储能系统无功补偿控制，与传统的链式电池储能系统相比，通过该控制方法可以实现链式电池储能系统能实现四象限运行，在系统发出和吸收纯无功功率时电池电流不发生倍频循环充放电的情况，有利于电池的稳定运行和寿命。
附图说明
[0123]
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：
[0124]
图1为本发明一优选实施例中高压直挂电池储能系统结构图。
[0125]
图2为本发明一优选实施例中基于最优零序电压注入的高压直挂储能系统无功补偿控制框图。
[0126]
图3为本发明一优选实施例中基于最优零序电压注入的高压直挂储能系统无功补偿参数设计流程图。
[0127]
图4为本发明一优选实施例中基于相内有功变换的高压直挂储能系统无功补偿控制框图。
具体实施方式
[0128]
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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0129]
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提出了一种基于最优零序电压注入的高压直挂储能系统无功补偿控制方法和参数设计方法，可以实现基于现有级联h桥变换器的高压直挂bess实现有功和无功的控制，在不增加成本的基础上通过控制方法的创新在调
峰调频时提供电网有功功率的平抑功能，同时能提供额定容量的无功补偿能力。
[0130]
实施例1
[0131]
根据本发明提供的一种无功补偿与储能一体化的高压直挂系统，包括：一种基于最优零序电压注入的高压直挂储能系统无功补偿控制系统以及一种基于相内有功变换的高压直挂储能系统无功补偿控制系统；
[0132]
参照图1，为本发明一实施例中高压直挂电池储能系统结构图，高压直挂储能系统与各电压等级电网直接相连，包括：a相功率模块、b相功率模块及c相功率模块；每一相由n个功率模块级联而成，每个功率模块主要由h桥功率器件及其驱动电路、母线电容、直流熔断器、电池侧预充电装置组成，在h桥功率模块直流侧通过高压电缆和直流侧滤波电感与电池簇进行连接，级联h桥变换器在交流侧通过滤波电感、交流侧预充电装置以及交流熔断器直接接入35kv电网；图中v
sa
、v
sb
、v
sc
为三相电网的电压，va、vb、vc为级联h桥变换器输出电压，ia、ib、ic为变换器输出电流。
[0133]
所述基于最优零序电压注入的高压直挂储能系统无功补偿控制系统，如图2所示，包括：
[0134]
模块m1：基于级联h桥变换器的参数信息和网侧电流计算零序电压的幅值和相对相位；
[0135]
具体地，在所述模块m1中：
[0136]
模块m1.1：计算电池电流纹波率γ；
[0137][0138]
其中，ω2＝4πf
ac
表示二倍频分量的角速度；f
ac
表示电网电压的频率；r表示电池和直流侧滤波电感的电阻之和；l表示直流侧滤波电感的电感值；c表示母线电容的电容值；
[0139]
模块m1.2：计算相无功功率和有功功率比值的临界值ρ；
[0140][0141]
模块m1.3：计算零序电压的相对相位θ；
[0142][0143]
模块m1.4：计算零序电压的幅值v0；
[0144][0145]
其中，ω＝2πf
ac
表示电网电压基频的角速度；vs表示电网电压的相电压幅值；is表示电网电流的幅值；l
ac
表示交流侧滤波电感的感值。
[0146]
模块m2：基于高压直挂储能系统的无功功率给定计算级联h桥变换器每相输出电压的给定值，再根据每一相的电池荷电状态、零序电压的幅值和相对相位计算得到级联h桥变换器每相输出电压的调制电压；
[0147]
具体地，在所述模块m2中：
[0148]
模块m2.1：根据高压直挂储能系统所需要发出的无功功率得到dq旋转坐标系的电流给定值和
[0149]
模块m2.2：级联h桥变换器的三相输出电流ia、ib、ic和锁相角度theta通过abc/dq矢量变换得到dq旋转坐标系的实际电流值id和iq；
[0150]
模块m2.3：d轴电流给定值与d轴电流实际值id的差值经过pi控制器后取负，再与d轴的交叉解耦分量ωl
aciq
相加，再跟d轴电压实际值ud求和得到d轴电压给定值q轴电流给定值与q轴电流实际值iq的差值经过pi控制器后取负，再与q轴的交叉解耦分量2πf
ac
l
ac
id相减，再跟q轴电压实际值uq求和得到q轴电压给定值
[0151]
模块m2.4：电压给定值和锁相角度theta通过dq/abc矢量变换得到级联h桥变换器的三相输出电压给定值
[0152]
模块m2.5：若高压直挂储能系统发出纯感性无功功率，零序电压的相对相位θ取负后与第j相电流的相位做差，得到零序电压的相位θ0：
[0153]
θ0＝-θ-φ
ij
ꢀꢀꢀ
(5)
[0154]
其中，φ
ij
表示第j相电流的相位，j＝a,b,c；下标i表示电流；
[0155]
若压直挂储能系统发出纯容性无功功率，零序电压的相对相位θ与第j相电流的相位做差，得到零序电压的相位θ0：
[0156]
θ0＝θ-φ
ij
ꢀꢀꢀ
(6)
[0157]
模块m2.6：计算第j相的电池荷电状态socj与压直挂储能系统的电池荷电状态soc
sys
的差值δsocj；
[0158]
δsocj＝soc
j-soc
sys
ꢀꢀꢀ
(7)
[0159]
若δsocj达到设定的下限值，则改变第j相为电池荷电状态最高的相，重复触发步骤s2.5重新计算零序电压的相位θ0；若还没有达到设定的下限值，则保持原零序电压的相位；
[0160]
模块m2.7：计算零序电压的瞬时值；
[0161][0162]
模块m2.8：计算级联h桥变换器的三相输出电压调制电压va、vb、vc；
[0163][0164]
模块m3：基于每相各个功率模块的电池荷电状态和电容电压，根据级联h桥变换器每相输出电压的调制电压，计算最近电平调制下需要投入的功率模块数量，再对各个功率模块进行电池荷电状态的排序，根据每相的电流方向和最近电平调制需要投入的功率模块数量决定各个功率模块的驱动信号。
[0165]
例如：假如每相功率模块数为10，功率模块电容电压平均值为1v，假设a相输出电压的调制电压此时为3.2v，根据式(10)求得a相需要投入的功率模块个数na＝3，投入的3个功率模块输出正电平，如果a相电流ia方向为正时，该3个功率模块放出电能，对a相内各个功率模块进行电池荷电状态的排序，因为投入的3个功率模块放出电能，因此投入的3个功率模块应该为电池荷电状态最高的3个功率模块；如果a相电流ia方向为负时，该3个功率模块吸收电能，对a相内各个功率模块进行电池荷电状态的排序，因为投入的3个功率模块吸
收电能，因此投入的3个功率模块应该为电池荷电状态最底的3个功率模块。
[0166]
具体地，在所述模块m3中：
[0167]
模块m3.1：采样得到每相内各个功能模块的电池荷电状态和电容电压，对每相内各个功率模块进行电池荷电状态的排序，计算每相内总功率模块电容电压的平均值；
[0168]
模块m3.2：用级联h桥变换器的三相输出电压调制电压va、vb、vc除以每相内总功率模块电容电压的平均值，计算级联h桥变换器的三相需要投入的功率模块个数na、nb、nc；
[0169][0170]
其中，round()表示就近取整函数；va、vb、vc表示a、b、c三相总功率模块电容电压的平均值；
[0171]
模块m3.3：以向网侧输出电流为相电流i
x
，x＝a,b,c的正方向，当相电流i
x
方向为正时，三相需要投入的功率模块个数n
x
也为正时，按照电池荷电状态由高到低投入n
x
个功率模块，投入的n
x
个功率模块输出正电平，其他功率模块输出零电平；
[0172]
当相电流i
x
方向为正时，三相需要投入的功率模块个数n
x
为负时，按照电池荷电状态由低到高投入|n
x
|个功率模块，投入的|n
x
|个功率模块输出负电平，其他功率模块输出零电平；
[0173]
当相电流i
x
方向为负时，三相需要投入的功率模块个数n
x
也为负时，按照电池荷电状态由高到低投入|n
x
|个功率模块，投入的|n
x
|个功率模块输出负电平，其他功率模块输出零电平；
[0174]
当相电流i
x
方向为负时，三相需要投入的功率模块个数n
x
为正时，按照电池荷电状态由低到高投入n
x
个功率模块，投入的n
x
个功率模块输出正电平，其他功率模块输出零电平。
[0175]
其中，如图3所示，还包括：
[0176]
模块m4：计算高压直挂储能系统参数限制下最大零序电压的幅值；
[0177]
具体地，在所述模块m4中，
[0178]
定义网侧额定电压为vs，假设额定容量无功输出电感电压压降为σ
lvs
，变换器能输出最大电压为βvs，零序电压v0滞后b相电流-i
sb
角度为θ，采用余弦定理计算最大零序电压的幅值v0；
[0179][0180]
其中，σ
l
表示额定容量无功输出电感电压压降和网侧额定电压的比值；β表示变换器能输出最大电压和网侧额定电压的比值；
[0181]
求解最大零序电压幅值为
[0182]
[0183]
模块m5：计算使得三相无功功率和有功功率比值最小的零序电压的相角；
[0184]
具体地，在所述模块m5中，
[0185]
模块m5.1：求解三相无功功率和有功功率比值；
[0186][0187][0188][0189]
其中，q
x
(x＝a,b,c)为a、b、c三相的无功功率，p
x
(x＝a,b,c)为a、b、c三相的有功功率；
[0190]
模块m5.2：求解得到使得三相无功功率和有功功率比值最小的零序电压的相角；
[0191][0192]
模块m6：高压直挂储能系统参数限制下最大零序电压的幅值和使得三相无功功率和有功功率比值最小的零序电压的相角得到功率模块中无源参数设计准则，基于功率模块中无源参数设计准则设置功率模块中的直流侧滤波电感和母线电容。
[0193]
具体地，在所述模块m6中，
[0194]
模块m6.1：计算最小的零序电压的相角和最大零序电压幅值下，三相有功功率产生的电池电流直流分量|i
x
|为：
[0195][0196]
其中，v
bat
为电池电压；
[0197]
模块m6.2：计算最小的零序电压的相角和最大零序电压幅值下，三相视在功率产生的电流交流分量|i
x
|为：
[0198][0199]
模块m6.3：计算交流电流经过lc滤波后流入电池中的成分为
[0200][0201]
模块m6.4：为了使得电池电流不在工频周期来回充放电，要保证
[0202][0203]
其中，为裕度系数；
[0204]
模块m6.5：假设根据高压直挂储能系统系统发出纯有功设计得到的电池电流纹波率为γ，设计的参数需要满足：
[0205][0206]
所述基于相内有功变换的高压直挂储能系统无功补偿控制系统，如图4所示，包括：
[0207]
模块s1：基于级联h桥变换器的参数信息和网侧电流计算每相中两桥臂的电压幅值和相对相位；
[0208]
具体地，在所述模块s1中，
[0209]
模块s1.1：计算电池电流纹波率γ；
[0210][0211]
其中，ω2＝4πf
ac
表示二倍频分量的角速度；f
ac
表示电网电压的频率；r表示电池和直流侧滤波电感的电阻之和；l表示直流侧滤波电感的电感值，c表示母线电容的电容值；
[0212]
模块s1.2：计算每相中两桥臂电压的相对相位θ；
[0213]
θ＝arcsin(γ)
ꢀꢀꢀ
(23)
[0214]
模块s1.3：计算每相中两桥臂的幅值v1,v2；
[0215][0216]
其中，ω＝2πf
ac
为电网电压基频的角速度，vs为电网电压的相电压幅值，is为电网电流的幅值，l
ac
为交流侧滤波电感的感值；
[0217]
模块s2：基于高压直挂储能系统的无功功率给定和每相中两桥臂的电池荷电状态，根据每相中两桥臂的电压幅值和相位相对计算级联h桥变换器每相中两桥臂输出电压的给定值；
[0218]
在所述模块s2中，
[0219]
模块s2.1：根据高压直挂储能系统所需要发出的无功功率得到dq旋转坐标系的电流给定值和
[0220]
模块s2.2：级联h桥变换器的三相输出电流ia、ib、ic和锁相角度theta通过abc/dq矢量变换得到dq旋转坐标系的实际电流值id和iq；
[0221]
模块s2.3：d轴电流给定值与d轴电流实际值id的差值经过pi控制器后取负，再与d轴的交叉解耦分量ωl
aciq
相加，再跟d轴电压实际值ud求和得到d轴电压给定值q轴电流给定值与q轴电流实际值iq的差值经过pi控制器后取负，再与q轴的交叉解耦分量2πf
ac
l
ac
id相减，再跟q轴电压实际值uq求和得到q轴电压给定值
[0222]
模块s2.4：电压给定值和锁相角度theta通过dq/abc矢量变换得到级联h桥变换器的三相输出电压给定值
[0223]
模块s2.5：若高压直挂储能系统发出纯感性无功功率，得到第j相第一相位θ
j1
，第二相位θ
j2
：
[0224][0225]
其中，φ
ij
为第j，j＝a,b,c相电流的相位；θ表示两桥臂电压的相对相位；
[0226]
若高压直挂储能系统发出纯容性无功功率，得到第j相第一相位θ
j1
，第二相位θ
j2
：
[0227][0228]
模块s2.6：计算第j相第一桥臂的电池荷电状态soc
j1
和第二桥臂的电池荷电状态soc
j2
与第j相的电池荷电状态socj的差值；
[0229]
δsoc
j1
＝soc
j1-socj,δsoc
j2
＝soc
j2-socj[0230]
当此时状态为第j相第一桥臂的电压相位等于第j相第一相位θ
j1
，第j相第二桥臂的电压相位等于第j相第二相位θ
j2
，若δsoc
j1
达到设定的下限值，此时状态变为第j相第一桥臂的电压相位等于第j相第二相位θ
j2
，第j相第二桥臂的电压相位等于第j相第一相位θ
j1
；
[0231]
当此时状态为第j相第一桥臂的电压相位等于第j相第二相位θ
j2
，第j相第二桥臂的电压相位等于第j相第一相位θ
j1
，若δsoc
j2
达到设定的下限值，此时状态变为第j相第一桥臂的电压相位等于第j相第一相位θ
j1
，第j相第二桥臂的电压相位等于第j相第二相位θ
j2
。
[0232]
模块s2.7：计算第j相第一桥臂的电压的给定值和第j相第二桥臂的电压的给定值
[0233][0234]
模块s3：基于每相内各个功率模块的电池荷电状态和电容电压，根据级联h桥变换器每相中两桥臂输出电压的给定值，计算最近电平调制下需要投入的子模块数量，再对各个功率模块进行电池荷电状态的排序，根据每相的电流方向和最近电平调制需要投入的子模块数量决定各个功率模块的驱动信号。
[0235]
例如：假如每相功率模块数为10，功率模块电容电压平均值为1v，假设a相输出电压的调制电压此时为3.2v，根据式(10)求得a相需要投入的功率模块个数na＝3，投入的3个功率模块输出正电平，如果a相电流ia方向为正时，该3个功率模块放出电能，对a相内各个功率模块进行电池荷电状态的排序，因为投入的3个功率模块放出电能，因此投入的3个功率模块应该为电池荷电状态最高的3个功率模块；如果a相电流ia方向为负时，该3个功率模块吸收电能，对a相内各个功率模块进行电池荷电状态的排序，因为投入的3个功率模块吸收电能，因此投入的3个功率模块应该为电池荷电状态最底的3个功率模块。
[0236]
在所述模块s3中，
[0237]
模块s3.1：采样得到每相内各个功率模块的电池荷电状态和电容电压，分别对每
相内第一桥臂和第二桥臂中各个功率模块进行电池荷电状态的排序，计算每相内第一桥臂和第二桥臂中功率模块电容电压的平均值；
[0238]
模块s3.2：用级联h桥变换器的第j相第一桥臂的电压的给定值和第j相第二桥臂的电压的给定值分别除以每相内第一桥臂和第二桥臂中功率模块电容电压的平均值，计算级联h桥变换器的三相内第一桥臂和第二桥臂需要投入的功率模块个数
[0239][0240]
其中，round()为就近取整函数，为a、b、c三相第一桥臂功率模块电容电压的平均值，为a、b、c三相第二桥臂功率模块电容电压的平均值。
[0241]
模块s3.3：以向网侧输出电流为相电流i
x
，x＝a,b,c的正方向，当相电流i
x
方向为正时，三相第一桥臂和第二桥臂需要投入的功率模块个数y＝1,2也为正时，桥臂按照电池荷电状态由高到低投入个功率模块，投入的个功率模块输出正电平，其他功率模块输出零电平；
[0242]
当相电流i
x
方向为正时，三相第一桥臂和第二桥臂需要投入的功率模块个数为负时，桥臂按照电池荷电状态由低到高投入个功率模块，投入的个功率模块输出负电平，其他功率模块输出零电平；
[0243]
当相电流i
x
方向为负时，三相第一桥臂和第二桥臂需要投入的功率模块个数也为负时，桥臂按照电池荷电状态由高到低投入个功率模块，投入的个功率模块输出负电平，其他功率模块输出零电平；
[0244]
当相电流i
x
方向为负时，三相第一桥臂和第二桥臂需要投入的功率模块个数为正时，桥臂按照电池荷电状态由低到高投入个功率模块，投入的个功率模块输出正电平，其他功率模块输出零电平。
[0245]
其中，还包括：
[0246]
模块s4：计算高压直挂储能系统参数限制下最大电压的幅值；
[0247]
具体地，在所述模块s4中，
[0248]
定义网侧额定电压为vs，假设额定容量无功输出电感电压压降为σ
lvs
，变换器能输出最大电压为βvs，电压v0滞后b相电流-i
sb
角度为θ，计算最大电压的幅值v0；
[0249]
[0250]
其中，σ
l
表示额定容量无功输出电感电压压降和网侧额定电压的比值；β表示变换器能输出最大电压和网侧额定电压的比值；
[0251]
求解最大电压幅值为
[0252][0253]
模块s5：计算使得三相无功功率和有功功率比值最小的电压的相角；
[0254]
具体地，在所述模块s5中，
[0255]
模块s5.1：求解三相无功功率和有功功率比值；
[0256][0257][0258][0259]
其中，q
x
为a、b、c三相的无功功率，x＝a,b,c，p
x
为a、b、c三相的有功功率(x＝a,b,c)；
[0260]
模块s5.2：求解得到使得三相无功功率和有功功率比值最小的电压的相角；
[0261][0262]
模块s6：高压直挂储能系统参数限制下最大电压的幅值和使得三相无功功率和有功功率比值最小的电压的相角得到功率模块中无源参数设计准则，基于功率模块中无源参数设计准则设置功率模块中的直流侧滤波电感和母线电容。
[0263]
具体地，在所述模块s6中，
[0264]
模块m6.1：计算最小的电压的相角和最大电压幅值下，三相有功功率产生的电池电流直流分量|i
x
|为：
[0265][0266]
其中，v
bat
为电池电压；
[0267]
模块s6.2：计算最小的电压的相角和最大电压幅值下，三相视在功率产生的电流交流分量|i
x
|为：
[0268][0269]
模块s6.3：计算交流电流经过lc滤波后流入电池中的成分为
[0270][0271]
模块s6.4：为了使得电池电流不在工频周期来回充放电，要保证
[0272][0273]
其中，为裕度系数；
[0274]
模块s6.5：假设根据高压直挂储能系统系统发出纯有功设计得到的电池电流纹波率为γ，设计的参数需要满足：
[0275][0276]
根据本发明提供的一种无功补偿与储能一体化的高压直挂方法，包括：一种基于最优零序电压注入的高压直挂储能系统无功补偿控制方法以及一种基于相内有功变换的高压直挂储能系统无功补偿控制方法；
[0277]
参照图1，为本发明一实施例中高压直挂电池储能系统结构图，高压直挂储能系统与各电压等级电网直接相连，包括：a相功率模块、b相功率模块及c相功率模块；每一相由n个功率模块级联而成，每个功率模块主要由h桥功率器件及其驱动电路、母线电容、直流熔断器、电池侧预充电装置组成，在h桥功率模块直流侧通过高压电缆和直流侧滤波电感与电池簇进行连接，级联h桥变换器在交流侧通过滤波电感、交流侧预充电装置以及交流熔断器直接接入35kv电网；图中v
sa
、v
sb
、v
sc
为三相电网的电压，va、vb、vc为级联h桥变换器输出电压，ia、ib、ic为变换器输出电流。
[0278]
所述基于最优零序电压注入的高压直挂储能系统无功补偿控制方法，包括：
[0279]
步骤m1：基于级联h桥变换器的参数信息和网侧电流计算零序电压的幅值和相对相位；
[0280]
具体地，在所述步骤m1中：
[0281]
步骤m1.1：计算电池电流纹波率γ；
[0282][0283]
其中，ω2＝4πf
ac
表示二倍频分量的角速度；f
ac
表示电网电压的频率；r表示电池和直流侧滤波电感的电阻之和；l表示直流侧滤波电感的电感值；c表示母线电容的电容值；
[0284]
步骤m1.2：计算相无功功率和有功功率比值的临界值ρ；
[0285][0286]
步骤m1.3：计算零序电压的相对相位θ；
[0287][0288]
步骤m1.4：计算零序电压的幅值v0；
[0289][0290]
其中，ω＝2πf
ac
表示电网电压基频的角速度；vs表示电网电压的相电压幅值；is表示电网电流的幅值；l
ac
表示交流侧滤波电感的感值。
[0291]
步骤m2：基于高压直挂储能系统的无功功率给定计算级联h桥变换器每相输出电压的给定值，再根据每一相的电池荷电状态、零序电压的幅值和相对相位计算得到级联h桥
变换器每相输出电压的调制电压；
[0292]
具体地，在所述步骤m2中：
[0293]
步骤m2.1：根据高压直挂储能系统所需要发出的无功功率得到dq旋转坐标系的电流给定值和
[0294]
步骤m2.2：级联h桥变换器的三相输出电流ia、ib、ic和锁相角度theta通过abc/dq矢量变换得到dq旋转坐标系的实际电流值id和iq；
[0295]
步骤m2.3：d轴电流给定值与d轴电流实际值id的差值经过pi控制器后取负，再与d轴的交叉解耦分量ωl
aciq
相加，再跟d轴电压实际值ud求和得到d轴电压给定值q轴电流给定值与q轴电流实际值iq的差值经过pi控制器后取负，再与q轴的交叉解耦分量2πf
ac
l
ac
id相减，再跟q轴电压实际值uq求和得到q轴电压给定值
[0296]
步骤m2.4：电压给定值和锁相角度theta通过dq/abc矢量变换得到级联h桥变换器的三相输出电压给定值
[0297]
步骤m2.5：若高压直挂储能系统发出纯感性无功功率，零序电压的相对相位θ取负后与第j相电流的相位做差，得到零序电压的相位θ0：
[0298]
θ0＝-θ-φ
ij
ꢀꢀꢀ
(5)
[0299]
其中，φ
ij
表示第j相电流的相位，j＝a,b,c；下标i表示电流；
[0300]
若压直挂储能系统发出纯容性无功功率，零序电压的相对相位θ与第j相电流的相位做差，得到零序电压的相位θ0：
[0301]
θ0＝θ-φ
ij
ꢀꢀꢀ
(6)
[0302]
步骤m2.6：计算第j相的电池荷电状态socj与压直挂储能系统的电池荷电状态soc
sys
的差值δsocj；
[0303]
δsocj＝soc
j-soc
sys
ꢀꢀꢀ
(7)
[0304]
若δsocj达到设定的下限值，则改变第j相为电池荷电状态最高的相，重复触发步骤s2.5重新计算零序电压的相位θ0；若还没有达到设定的下限值，则保持原零序电压的相位；
[0305]
步骤m2.7：计算零序电压的瞬时值；
[0306][0307]
步骤m2.8：计算级联h桥变换器的三相输出电压调制电压va、vb、vc；
[0308][0309]
步骤m3：基于每相各个功率模块的电池荷电状态和电容电压，根据级联h桥变换器每相输出电压的调制电压，计算最近电平调制下需要投入的功率模块数量，再对各个功率模块进行电池荷电状态的排序，根据每相的电流方向和最近电平调制需要投入的功率模块数量决定各个功率模块的驱动信号。
[0310]
例如：当前电平为3.2v，那么最近电平为3v，则需要3个功率模块数量。
[0311]
具体地，在所述步骤m3中：
[0312]
步骤m3.1：采样得到每相内各个功能模块的电池荷电状态和电容电压，对每相内各个功率模块进行电池荷电状态的排序，计算每相内总功率模块电容电压的平均值；
[0313]
步骤m3.2：用级联h桥变换器的三相输出电压调制电压va、vb、vc除以每相内总功率模块电容电压的平均值，计算级联h桥变换器的三相需要投入的功率模块个数na、nb、nc；
[0314][0315]
其中，round()表示就近取整函数；va、vb、vc表示a、b、c三相总功率模块电容电压的平均值；
[0316]
步骤m3.3：以向网侧输出电流为相电流i
x
，x＝a,b,c的正方向，当相电流i
x
方向为正时，三相需要投入的功率模块个数n
x
也为正时，按照电池荷电状态由高到低投入n
x
个功率模块，投入的n
x
个功率模块输出正电平，其他功率模块输出零电平；
[0317]
当相电流i
x
方向为正时，三相需要投入的功率模块个数n
x
为负时，按照电池荷电状态由低到高投入|n
x
|个功率模块，投入的|n
x
|个功率模块输出负电平，其他功率模块输出零电平；
[0318]
当相电流i
x
方向为负时，三相需要投入的功率模块个数n
x
也为负时，按照电池荷电状态由高到低投入|n
x
|个功率模块，投入的|n
x
|个功率模块输出负电平，其他功率模块输出零电平；
[0319]
当相电流i
x
方向为负时，三相需要投入的功率模块个数n
x
为正时，按照电池荷电状态由低到高投入n
x
个功率模块，投入的n
x
个功率模块输出正电平，其他功率模块输出零电平。
[0320]
其中，如图3所示，还包括：
[0321]
步骤m4：计算高压直挂储能系统参数限制下最大零序电压的幅值；
[0322]
具体地，在所述步骤m4中，
[0323]
定义网侧额定电压为vs，假设额定容量无功输出电感电压压降为σ
lvs
，变换器能输出最大电压为βvs，零序电压v0滞后b相电流-i
sb
角度为θ，采用余弦定理计算最大零序电压的幅值v0；
[0324][0325]
其中，σ
l
表示额定容量无功输出电感电压压降和网侧额定电压的比值；β表示变换器能输出最大电压和网侧额定电压的比值；
[0326]
求解最大零序电压幅值为
[0327][0328]
步骤m5：计算使得三相无功功率和有功功率比值最小的零序电压的相角；
[0329]
具体地，在所述步骤m5中，
[0330]
步骤m5.1：求解三相无功功率和有功功率比值；
[0331][0332][0333][0334]
其中，q
x
(x＝a,b,c)为a、b、c三相的无功功率，p
x
(x＝a,b,c)为a、b、c三相的有功功率；
[0335]
步骤m5.2：求解得到使得三相无功功率和有功功率比值最小的零序电压的相角；
[0336][0337]
步骤m6：高压直挂储能系统参数限制下最大零序电压的幅值和使得三相无功功率和有功功率比值最小的零序电压的相角得到功率模块中无源参数设计准则，基于功率模块中无源参数设计准则设置功率模块中的直流侧滤波电感和母线电容。
[0338]
具体地，在所述步骤m6中，
[0339]
步骤m6.1：计算最小的零序电压的相角和最大零序电压幅值下，三相有功功率产生的电池电流直流分量|i
x
|为：
[0340][0341]
其中，v
bat
为电池电压；
[0342]
步骤m6.2：计算最小的零序电压的相角和最大零序电压幅值下，三相视在功率产生的电流交流分量|i
x
|为：
[0343][0344]
步骤m6.3：计算交流电流经过lc滤波后流入电池中的成分为
[0345][0346]
步骤m6.4：为了使得电池电流不在工频周期来回充放电，要保证
[0347][0348]
其中，为裕度系数；
[0349]
步骤m6.5：假设根据高压直挂储能系统系统发出纯有功设计得到的电池电流纹波率为γ，设计的参数需要满足：
[0350][0351]
所述基于相内有功变换的高压直挂储能系统无功补偿控制系统，如图4所示，包
括：
[0352]
步骤s1：基于级联h桥变换器的参数信息和网侧电流计算每相中两桥臂的电压幅值和相对相位；
[0353]
具体地，在所述步骤s1中，
[0354]
步骤s1.1：计算电池电流纹波率γ；
[0355][0356]
其中，ω2＝4πf
ac
表示二倍频分量的角速度；f
ac
表示电网电压的频率；r表示电池和直流侧滤波电感的电阻之和；l表示直流侧滤波电感的电感值，c表示母线电容的电容值；
[0357]
步骤s1.2：计算每相中两桥臂电压的相对相位θ；
[0358]
θ＝arcsin(γ)
ꢀꢀꢀ
(23)
[0359]
步骤s1.3：计算每相中两桥臂的幅值v1,v2；
[0360][0361]
其中，ω＝2πf
ac
为电网电压基频的角速度，vs为电网电压的相电压幅值，is为电网电流的幅值，l
ac
为交流侧滤波电感的感值；
[0362]
步骤s2：基于高压直挂储能系统的无功功率给定和每相中两桥臂的电池荷电状态，根据每相中两桥臂的电压幅值和相位相对计算级联h桥变换器每相中两桥臂输出电压的给定值；
[0363]
在所述步骤s2中，
[0364]
步骤s2.1：根据高压直挂储能系统所需要发出的无功功率得到dq旋转坐标系的电流给定值和
[0365]
步骤s2.2：级联h桥变换器的三相输出电流ia、ib、ic和锁相角度theta通过abc/dq矢量变换得到dq旋转坐标系的实际电流值id和iq；
[0366]
步骤s2.3：d轴电流给定值与d轴电流实际值id的差值经过pi控制器后取负，再与d轴的交叉解耦分量ωl
aciq
相加，再跟d轴电压实际值ud求和得到d轴电压给定值q轴电流给定值与q轴电流实际值iq的差值经过pi控制器后取负，再与q轴的交叉解耦分量2πf
ac
l
ac
id相减，再跟q轴电压实际值uq求和得到q轴电压给定值
[0367]
步骤s2.4：电压给定值和锁相角度theta通过dq/abc矢量变换得到级联h桥变换器的三相输出电压给定值
[0368]
步骤s2.5：若高压直挂储能系统发出纯感性无功功率，得到第j相第一相位θ
j1
，第二相位θ
j2
：
[0369][0370]
其中，φ
ij
为第j，j＝a,b,c相电流的相位；θ表示两桥臂电压的相对相位；
[0371]
若高压直挂储能系统发出纯容性无功功率，得到第j相第一相位θ
j1
，第二相位θ
j2
：
[0372][0373]
步骤s2.6：计算第j相第一桥臂的电池荷电状态soc
j1
和第二桥臂的电池荷电状态soc
j2
与第j相的电池荷电状态socj的差值；
[0374]
δsoc
j1
＝soc
j1-socj,δsoc
j2
＝soc
j2-socj[0375]
当此时状态为第j相第一桥臂的电压相位等于第j相第一相位θ
j1
，第j相第二桥臂的电压相位等于第j相第二相位θ
j2
，若δsoc
j1
达到设定的下限值，此时状态变为第j相第一桥臂的电压相位等于第j相第二相位θ
j2
，第j相第二桥臂的电压相位等于第j相第一相位θ
j1
；
[0376]
当此时状态为第j相第一桥臂的电压相位等于第j相第二相位θ
j2
，第j相第二桥臂的电压相位等于第j相第一相位θ
j1
，若δsoc
j2
达到设定的下限值，此时状态变为第j相第一桥臂的电压相位等于第j相第一相位θ
j1
，第j相第二桥臂的电压相位等于第j相第二相位θ
j2
。
[0377]
步骤s2.7：计算第j相第一桥臂的电压的给定值和第j相第二桥臂的电压的给定值
[0378][0379]
步骤s3：基于每相内各个功率模块的电池荷电状态和电容电压，根据级联h桥变换器每相中两桥臂输出电压的给定值，计算最近电平调制下需要投入的子模块数量，再对各个功率模块进行电池荷电状态的排序，根据每相的电流方向和最近电平调制需要投入的子模块数量决定各个功率模块的驱动信号。
[0380]
例如：当前电平为3.2v，那么最近电平为3v，则需要3个功率模块数量。
[0381]
在所述步骤s3中，
[0382]
步骤s3.1：采样得到每相内各个功率模块的电池荷电状态和电容电压，分别对每相内第一桥臂和第二桥臂中各个功率模块进行电池荷电状态的排序，计算每相内第一桥臂和第二桥臂中功率模块电容电压的平均值；
[0383]
步骤s3.2：用级联h桥变换器的第j相第一桥臂的电压的给定值和第j相第二桥臂的电压的给定值分别除以每相内第一桥臂和第二桥臂中功率模块电容电压的平均值，计算级联h桥变换器的三相内第一桥臂和第二桥臂需要投入的功率模块个数
[0384][0385]
其中，round()为就近取整函数，为a、b、c三相第一桥臂功率模块电容电压的平均值，为a、b、c三相第二桥臂功率模块电容电压的平均值。
[0386]
步骤s3.3：以向网侧输出电流为相电流i
x
，x＝a,b,c的正方向，当相电流i
x
方向为正时，三相第一桥臂和第二桥臂需要投入的功率模块个数y＝1,2也为正时，桥臂按照电池荷电状态由高到低投入个功率模块，投入的个功率模块输出正电平，其他功率模块输出零电平；
[0387]
当相电流i
x
方向为正时，三相第一桥臂和第二桥臂需要投入的功率模块个数为负时，桥臂按照电池荷电状态由低到高投入个功率模块，投入的个功率模块输出负电平，其他功率模块输出零电平；
[0388]
当相电流i
x
方向为负时，三相第一桥臂和第二桥臂需要投入的功率模块个数也为负时，桥臂按照电池荷电状态由高到低投入个功率模块，投入的个功率模块输出负电平，其他功率模块输出零电平；
[0389]
当相电流i
x
方向为负时，三相第一桥臂和第二桥臂需要投入的功率模块个数为正时，桥臂按照电池荷电状态由低到高投入个功率模块，投入的个功率模块输出正电平，其他功率模块输出零电平。
[0390]
其中，还包括：
[0391]
步骤s4：计算高压直挂储能系统参数限制下最大电压的幅值；
[0392]
具体地，在所述步骤s4中，
[0393]
定义网侧额定电压为vs，假设额定容量无功输出电感电压压降为σ
lvs
，变换器能输出最大电压为βvs，电压v0滞后b相电流-i
sb
角度为θ，计算最大电压的幅值v0；
[0394][0395]
其中，σ
l
表示额定容量无功输出电感电压压降和网侧额定电压的比值；β表示变换器能输出最大电压和网侧额定电压的比值；
[0396]
求解最大电压幅值为
[0397][0398]
步骤s5：计算使得三相无功功率和有功功率比值最小的电压的相角；
[0399]
具体地，在所述步骤s5中，
[0400]
步骤s5.1：求解三相无功功率和有功功率比值；
[0401][0402][0403][0404]
其中，q
x
为a、b、c三相的无功功率，x＝a,b,c，p
x
为a、b、c三相的有功功率(x＝a,b,c)；
[0405]
步骤s5.2：求解得到使得三相无功功率和有功功率比值最小的电压的相角；
[0406][0407]
步骤s6：高压直挂储能系统参数限制下最大电压的幅值和使得三相无功功率和有功功率比值最小的电压的相角得到功率模块中无源参数设计准则，基于功率模块中无源参数设计准则设置功率模块中的直流侧滤波电感和母线电容。
[0408]
具体地，在所述步骤s6中，
[0409]
步骤m6.1：计算最小的电压的相角和最大电压幅值下，三相有功功率产生的电池电流直流分量|i
x
|为：
[0410][0411]
其中，v
bat
为电池电压；
[0412]
步骤s6.2：计算最小的电压的相角和最大电压幅值下，三相视在功率产生的电流交流分量|i
x
|为：
[0413][0414]
步骤s6.3：计算交流电流经过lc滤波后流入电池中的成分为
[0415][0416]
步骤s6.4：为了使得电池电流不在工频周期来回充放电，要保证
[0417][0418]
其中，为裕度系数；
[0419]
步骤s6.5：假设根据高压直挂储能系统系统发出纯有功设计得到的电池电流纹波率为γ，设计的参数需要满足：
[0420]
[0421]
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
[0422]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。