一种可重构储能并网均衡荷电状态的控制方法与流程

本发明涉及一种可重构储能并网均衡荷电状态的控制方法，属于电力储能。

背景技术：

1、电池储能系统中各电池组的荷电状态（soc，soc表征电池的剩余容量，单位为ah，其数值上定义为剩余容量占电池总容量的比值，常用百分数表示）不一致造成的“短板效应”严重影响电池储能系统的循环寿命和储能效率，且影响电池储能系统并网稳定运行；随着电池储能系统充放电周期的增加，系统中各电池组的性能表现为不一致，即相同soc的电池组在放电一段时间后其soc变得不均衡；目前可重构电池储能系统并网时通常将soc低的电池组隔离出电路，由剩余soc较高的电池组放电，通过控制电池组的通断时间来到达均衡电池组soc，但该均衡控制策略还存在以下两点不足：（1）可重构储能系统并网运行且电网负载功率较小时，电网电压不变下，可重构储能系统的放电电流相对较小，此时通过控制电池组的通断时间达到soc均衡，所需时间过长，不利于系统稳定运行；（2）可重构储能系统并网运行且电网负载功率较大时，断开soc值较低的电池组过多，仅让soc较高的电池组放电，可能导致可重构储能系统输出功率达不到负载所需功率，不利于电网稳定运行；因此，有必要设计出一种新的方案来满足实际的应用需求。

技术实现思路

1、本发明提出的是一种可重构储能并网均衡荷电状态的控制方法，其目的旨在实现可重构网络中各电池组放电时荷电状态的均衡，有利于可重构电池储能系统安全可靠的运行。

2、本发明的技术解决方案：一种可重构储能并网均衡荷电状态的控制方法，该方法包括：

3、1）、建立基于soc被动均衡的可重构电池网络，可重构电池网络中包括若干电池组；

4、2）、测量各电池组的开路电压和温度信息；

5、3）、估计可重构电池网络中各电池组的soc；

6、4）、根据重构策略，按照soc值的高低，从高soc值的电池组到低soc值的电池组依次接入放电网络；

7、5）、利用soc均衡策略与重构策略协调控制，通过soc被动均衡策略完成对放电网络中各电池组soc的均衡。

8、进一步地，所述可重构电池网络中的若干电池组呈n并m串分布，每个电池组都和一个控制开关串联形成一个串联单元，每n个相互并联的串联单元与一个旁路开关并联形成一个并联单元，每个并联单元与一个均衡电路并联形成一个soc被动均衡单元，m个soc被动均衡单元串联在一起形成一个整体的基于soc被动平衡的可重构电池网络。

9、进一步地，所述均衡电路包括均衡控制开关、均衡电阻，同一个均衡电路中衡控制开关与均衡电阻串联。

10、进一步地，所述测量各电池组的开路电压和温度信息，具体包括：

11、2.1）、通过电池管理系统实时监测各电池组的开路电压、温度；

12、2.2）、检查各电池组的开路电压、温度是否存在异常；

13、2.3）、通过控制开关将温度过高、开路电压异常的电池组隔离出可重构电池网络。

14、进一步地，所述估计可重构电池网络中各电池组的soc，具体包括：

15、3.1）、通过将实时测量的各电池组开路电压与电池组的ocv-soc关系曲线进行映射得到该电池组初始soc值；

16、3.2）、采用扩展卡尔曼滤波法对得到的初始soc值进行修正，实现对电池组soc的精确估计。

17、进一步地，所述根据重构策略，按照soc值的高低，从高soc值的电池组到低soc值的电池组依次接入放电网络，具体包括：

18、4.1）、在可重构电池网络中先比较第一个并联单元中n个并联电池组之间的soc大小，选择出soc最大且温度、开路电压正常的电池组；

19、4.2）、然后分别对第二个并联单元、第三个并联单元、……、第m个并联单元中各自的n个并联电池组进行soc比较，选择出各并联单元中soc最大且温度、开路电压正常的电池组；

20、4.3）、将各并联单元中soc最大且温度、开路电压正常的电池组共m个电池组按电池组的soc值由高到低进行排序；

21、4.4）、根据负载的功率需求作为重构约束条件，通过控制开关控制m个电池组中具体某个电池组是否接入放电网络，其接入原理是由高soc值电池组到低soc值电池组降序依次接入放电网络，直至满足负载功率需求；

22、4.5）、对于接入放电网络的每一个电池组，与其串联的控制开关闭合，与其并联的旁路开关断开，与其并联且处于同一个并联单元中的其它电池组对应串联的控制开关断开；若某一个并联单元中没有电池组接入放电网络，则该并联单元中的旁路开关闭合。

23、进一步地，所述根据负载的功率需求作为重构约束条件，具体包括如下公式（1）：

24、；

25、式中，为放电网络的输出功率；为负载正常运行的功率需求；为相应的安全阈值参数。

26、进一步地，所述利用soc均衡策略与重构策略协调控制，通过soc被动均衡策略完成对放电网络中各电池组soc的均衡，具体包括：

27、5.1）对放电网络中具有最小soc值的电池组与放电网络中其它电池组的soc值做差值，根据运行需求设定一个阈值，将这些差值控制在该阈值范围内；

28、5.2）、放电过程中，与电量最小的电池组之间的soc差值大于阈值的电池组所并联的均衡电路导通，这些电池组并联的均衡电阻开始耗去多余的电能，直至各电池组的soc达到均衡。

29、进一步地，所述利用soc均衡策略与重构策略协调控制，通过soc被动均衡策略完成对放电网络中各电池组soc的均衡，具体还包括：

30、5.3）、实时监测放电网络的输出功率，若放电过程中满足负载功率需求，则放电网络正常工作；若放电一段时间后，放电网络的输出功率不满足负载需求功率，则重新根据重构策略，选择出新的电池组接入放电网络；

31、5.4）、实时监测放电过程中各电池组的开路电压、温度是否异常，

32、若发生异常则判断为故障电池组，应及时断开故障电池组的控制开关，将故障电池组隔离出放电网络，并重新根据重构策略，选择出新的电池组接入放电网络。

33、进一步地，所述对放电网络中具有最小soc值的电池组与放电网络中其它电池组的soc值做差值，根据运行需求设定一个阈值，将这些差值控制在该阈值范围内，具体包括如下公式（2）：

34、；

35、式中，为放电网络中soc最小电池组的soc值，为放电网络中除soc最小电池组以外的各电池组各自的soc值。

36、本发明的有益效果：

37、1）本发明能够实现可重构网络中各电池组放电时荷电状态的均衡，有利于可重构电池储能系统安全可靠的运行；本发明具有良好的使用和推广效果；

38、2）本发明通过在可重构电池储能网络中设计均衡电路结构，可实现可重构电池储能的soc均衡，提高可重构电池储能系统的循环寿命。

技术特征：

1.一种可重构储能并网均衡荷电状态的控制方法，其特征是包括：

2.根据权利要求1所述的一种可重构储能并网均衡荷电状态的控制方法，其特征是所述可重构电池网络中的若干电池组呈n并m串分布，每个电池组都和一个控制开关串联形成一个串联单元，每n个相互并联的串联单元与一个旁路开关并联形成一个并联单元，每个并联单元与一个均衡电路并联形成一个soc被动均衡单元，m个soc被动均衡单元串联在一起形成一个整体的基于soc被动平衡的可重构电池网络。

3.根据权利要求1所述的一种可重构储能并网均衡荷电状态的控制方法，其特征是所述均衡电路包括均衡控制开关、均衡电阻，同一个均衡电路中衡控制开关与均衡电阻串联。

4.根据权利要求1所述的一种可重构储能并网均衡荷电状态的控制方法，其特征是所述测量各电池组的开路电压和温度信息，具体包括：

5.根据权利要求1所述的一种可重构储能并网均衡荷电状态的控制方法，其特征是所述估计可重构电池网络中各电池组的soc，具体包括：

6.根据权利要求1所述的一种可重构储能并网均衡荷电状态的控制方法，其特征是所述根据重构策略，按照soc值的高低，从高soc值的电池组到低soc值的电池组依次接入放电网络，具体包括：

7.根据权利要求6所述的一种可重构储能并网均衡荷电状态的控制方法，其特征是所述根据负载的功率需求作为重构约束条件，具体包括如下公式（1）：

8.根据权利要求1所述的一种可重构储能并网均衡荷电状态的控制方法，其特征是所述利用soc均衡策略与重构策略协调控制，通过soc被动均衡策略完成对放电网络中各电池组soc的均衡，具体包括：

9.根据权利要求8所述的一种可重构储能并网均衡荷电状态的控制方法，其特征是所述利用soc均衡策略与重构策略协调控制，通过soc被动均衡策略完成对放电网络中各电池组soc的均衡，具体还包括：

10.根据权利要求8所述的一种可重构储能并网均衡荷电状态的控制方法，其特征是所述对放电网络中具有最小soc值的电池组与放电网络中其它电池组的soc值做差值，根据运行需求设定一个阈值，将这些差值控制在该阈值范围内，具体包括如下公式（2）：

技术总结
本发明提出的是一种可重构储能并网均衡荷电状态的控制方法，该方法包括：1）、建立基于SOC被动均衡的可重构电池网络，可重构电池网络中包括若干电池组；2）、测量各电池组的开路电压和温度信息；3）、估计可重构电池网络中各电池组的SOC；4）、根据重构策略，按照SOC值的高低，从高SOC值的电池组到低SOC值的电池组依次接入放电网络；5）、利用SOC均衡策略与重构策略协调控制，通过SOC被动均衡策略完成对放电网络中各电池组SOC的均衡；本发明能够实现可重构网络中各电池组放电时荷电状态的均衡，有利于可重构电池储能系统安全可靠的运行。

技术研发人员：马生坤,王满商,梅生伟,蒋力波,郭金坤,侯超,李若冰,马嵩阳,刘小铣
受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司镇江供电分公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6