一种储能电池的均衡控制方法和装置制造方法及图纸

本申请公开了一种储能电池的均衡控制方法和装置。所述方法包括：根据功率变换链路的储能电池的荷电状态值计算每条功率变换链路的荷电状态值，并根据每条功率变换链路的荷电状态值和每个储能电池的荷电状态值计算每个储能电池的荷电状态不均衡度；根据每个储能电池的荷电状态不均衡度计算叠加在每个功率变换单元交流侧输出电压的交流分量值；将计算得到的所述每个交流分量值叠加到相应的功率变换单元交流侧输出电压中，实现相内电池均衡控制。本申请通过在各功率变换单元交流侧电压叠加一个相应的分量来实现相内电池的均衡控制。

A balanced control method and device for energy storage battery

The present application discloses a method and device for the balance control of a energy storage battery. The method comprises the following steps: according to the power conversion link storage battery state of charge is calculated each power converter link state of charge, and according to each power converter link state of charge value and each storage battery state of charge is calculated for each storage battery state of charge is not balanced; the AC component according to each storage battery state of charge balance calculation of superimposed output in each power conversion unit of AC side voltage value; the AC component of each calculated value added to the power conversion unit AC output voltage of the corresponding implementation phase, battery equalization control. The application of this application is to realize the balance control of the battery by superposing a corresponding component in the AC side voltage of each power conversion unit.

【技术实现步骤摘要】
一种储能电池的均衡控制方法和装置
本申请涉及大规模储能
，特别涉及一种储能电池的均衡控制方法和装置。
技术介绍
随着可再生能源越来越多的出现在我们的生产生活当中，风力发电和太阳能发电此类具有随机性、波动性和间歇性的可再生能源大规模接入给电网调峰、运行控制和供电质量等都带来巨大挑战。大规模储能技术能够有效提升电网接纳清洁能源的能力，能够解决“间歇式可再生能源发电直接并网对电网冲击”的问题，将有助于可再生能源的快速发展，提高可再生能源在电网中的渗透率，是构建智能电网、促进分布式能源消纳和微电网功率平衡的重要组成部分。其中电化学储能在大规模储能领域发展迅速，而荷电状态(StateofCharge，SOC)是表征电化学电池剩余容量的重要参数，其表达式为大规模电化学储能中储能电池的成本占据了很大的比重，因此储能电池的使用寿命和可用容量对于电化学储能系统的价值至关重要，直接关系到大规模储能系统的经济性和可靠性。储能电池在功率器件差异、输出三相电压不平衡等情况下，导致充放电中的不均衡，以及电池单体本身的差异性也会导致储能电池在系统运行一段时间后SOC出现不均衡。级联型储能系统的级联式拓扑有对应于三相电网的三条链路，每一条链路都采用模块化的功率变换单元交流侧串联而成，每一个功率变换单元的直流侧均连接了一个储能电池，各储能电池之间相对独立，储能电池内部由电池管理系统(BatteryManagementSystem，BMS)负责内部电池单元间的均衡，这属于电池底层的均衡控制，但各相内的储能电池之间，以及三相相间的储能电池之间的上层均衡控制目前还没有成熟的技术和产品来实现。
技术实现思路
本申请提供了一种储能电池的均衡控制方法和装置，以解决现有均衡控制策略难以胜任大规模储能系统中电化学储能电池的均衡的问题。为达到上述目的，本申请的技术方案是这样实现的：一方面，本申请提供了一种应用于级联型储能系统，级联型储能系统包括连接在三相电网和储能电池之间的三条功率变换链路，每条功率变换链路包括多个功率变换单元，每个功率变换单元的交流侧相互串联，每个功率变换单元的直流侧彼此独立，并分别连接各自的储能电池；所述方法包括：根据功率变换链路的储能电池的荷电状态值计算每条功率变换链路的荷电状态值，并根据每条功率变换链路的荷电状态值和每个储能电池的荷电状态值计算每个储能电池的荷电状态不均衡度；根据每个储能电池的荷电状态不均衡度计算叠加在每个功率变换单元交流侧输出电压的交流分量值；将计算得到的所述每个交流分量值叠加到相应的功率变换单元交流侧输出电压中，实现相内电池均衡控制。另一方面，本申请提供了一种应用于级联型储能系统，级联型储能系统包括连接在三相电网和储能电池之间的三条功率变换链路，每条功率变换链路包括多个功率变换单元，每个功率变换单元的交流侧相互串联，每个功率变换单元的直流侧彼此独立，并分别连接各自的储能电池；所述装置包括：均衡度计算单元，用于根据功率变换链路的储能电池的荷电状态值计算每条功率变换链路的荷电状态值，并根据每条功率变换链路的荷电状态值和每个储能电池的荷电状态值计算每个储能电池的荷电状态不均衡度；叠加电压计算单元，用于根据每个储能电池的荷电状态不均衡度计算叠加在每个功率变换单元交流侧输出电压的交流分量值；控制单元，用于将计算得到的所述每个交流分量值叠加到相应的功率变换单元交流侧输出电压中，实现相内电池均衡控制。本申请的有益效果是：本申请针对基于级联型储能系统的拓扑结构，每个储能电池独立工作，彼此之间没有直接联系，通过使储能电池放电时，各功率变换单元输出功率与各自相连的储能电池的荷电状态值成正相关性，储能电池充电时，各功率变换单元输出功率与各自相连的储能电池的荷电状态值成负相关性，来达到相内均衡控制的目的；由于级联型储能系统中每一相流过各个功率变换单元的电流相同，因此对于功率变换单元的功率控制就转化为了电压控制，通过在各功率变换单元交流侧电压叠加一个相应的分量来实现相内电池荷电状态均衡控制。附图说明图1为本申请实施例提供的级联型储能系统的结构示意图；图2为本申请实施例提供的储能电池的均衡控制方法流程图；图3为本申请实施例提供的相内电池均衡控制策略示意图；图4为本申请实施例提供的利用零序电压进行相间电池均衡控制的原理图；图5为本申请实施例提供的三相荷电状态不均衡度在αβ轴的分解示意图；图6为本申请实施例提供的相间电池均衡控制策略示意图；图7为本申请实施例提供的储能系统采用相内和相间电池均衡控制策略的示意图；图8为本申请实施例提供的储能电池的均衡控制装置结构示意图。具体实施方式为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。本申请的整体技术构思是：基于级联型储能系统的拓扑结构，每个储能电池独立工作，彼此之间没有直接联系，利用一定的控制策略，使储能电池放电时，各功率变换单元输出功率与各自相连的储能电池的荷电状态值成正相关性，储能电池充电时，各功率变换单元输出功率与各自相连的储能电池的荷电状态值成负相关性，以达到相内均衡控制的目的；由于级联型储能系统中每一相流过各个功率变换单元的电流相同，因此对于功率变换单元的功率控制就转化为了电压控制，相内储能电池的荷电状态的均衡可以在各功率变换单元交流侧电压叠加一个相应的分量来实现。本申请中的级联型储能系统包括：连接在三相电网和储能电池之间的三条功率变换链路，每条功率变换链路包括多个功率变换单元，每个功率变换单元的交流侧相互串联，每个功率变换单元的直流侧彼此独立，并分别连接各自的储能电池。本申请实施例为便于描述，与三相电网的a相相连接的功率变换链路称为a相功率变换链路，相应的，与三相电网的b相、c相相连接的功率变换链路对应地称为b相功率变换链路、c相功率变换链路。图1为本申请实施例提供的级联型储能系统的结构示意图，如图1所示，本本申请实施例中的三相电网的电压等级可以是三相6KV、10KV乃至35KV，可以给储能系统供电也可以从储能系统中汲取电能。储能电池是本申请实施例中的能量存储设备，主要包含了锂电池、铅酸电池、铅碳电池等电化学介质的二次电池，本申请实施例的储能电池可以是以上一种电池，也可以是两种以上的上述电池的混用；需要注意的是，与一个功率变换单元连接的储能电池只能是同一种，各个功率变换单元之间的储能电池可以不同。本实施例中的储能系统还包括并网电抗器，由三条支路构成，分别连接着三条功率变换链路，并网电抗器主要起到限流和滤波的作用，因为本申请实施例的量储能系统采用链式拓扑结构，等效开关频率很高，输出电压波形接近于正弦波，因此可以取消传统的LCL滤波器，采用并网电抗器即可。功率变换链路是储能系统的核心，连接着三相电网和储能电池，是储能系统的能量传输和变换的执行机构，负责将电网中的电存储到储能电池中，或者将储能电池中的电释放到电网；功率变换链路可以实现调峰调频、应急供电、后备电源、平滑功率或者负荷曲线，以及改善电能质量等作用。本申请实施例中的功率变换链路是由三条支路组成，如图1所示，三条支路示例性地组成星型连接，每条功率变换链路由N(N为大于2的整数，示例的N＝20)个功率变换单元的交流输出侧串联而成，而功率变换单元的直流侧彼此独立，分别连接着一个储本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种储能电池的均衡控制方法，其特征在于，应用于级联型储能系统，所述级联型储能系统包括连接在三相电网和储能电池之间的三条功率变换链路，每条功率变换链路包括多个功率变换单元，每个功率变换单元的交流侧相互串联，每个功率变换单元的直流侧彼此独立，并分别连接各自的储能电池；所述方法包括：根据功率变换链路的储能电池的荷电状态值计算每条功率变换链路的荷电状态值，并根据每条功率变换链路的荷电状态值和每个储能电池的荷电状态值计算每个储能电池的荷电状态不均衡度；根据每个储能电池的荷电状态不均衡度计算叠加在每个功率变换单元交流侧输出电压的交流分量值；将计算得到的所述每个交流分量值叠加到相应的功率变换单元交流侧输出电压中，实现相内电池均衡控制。

【技术特征摘要】
1.一种储能电池的均衡控制方法，其特征在于，应用于级联型储能系统，所述级联型储能系统包括连接在三相电网和储能电池之间的三条功率变换链路，每条功率变换链路包括多个功率变换单元，每个功率变换单元的交流侧相互串联，每个功率变换单元的直流侧彼此独立，并分别连接各自的储能电池；所述方法包括：根据功率变换链路的储能电池的荷电状态值计算每条功率变换链路的荷电状态值，并根据每条功率变换链路的荷电状态值和每个储能电池的荷电状态值计算每个储能电池的荷电状态不均衡度；根据每个储能电池的荷电状态不均衡度计算叠加在每个功率变换单元交流侧输出电压的交流分量值；将计算得到的所述每个交流分量值叠加到相应的功率变换单元交流侧输出电压中，实现相内电池均衡控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据功率变换链路的储能电池的荷电状态值计算每条功率变换链路的荷电状态值，并根据每条功率变换链路的荷电状态值和每个储能电池的荷电状态值计算每个储能电池的荷电状态不均衡度包括：从每个储能电池的电池管理系统获得每个储能电池的荷电状态值；利用每个储能电池的荷电状态值和标称容量计算每条功率变换链路的荷电状态值；将每条功率变换链路的荷电状态值与该功率变换链路的每个储能电池的荷电状态值的差值作为该储能电池的荷电状态不均衡度。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据每个储能电池的荷电状态不均衡度计算叠加在每个功率变换单元交流侧输出电压的交流分量值，包括：利用预先建立的基波电压方程，根据每条功率变换链路的电流有效值和电流相位角，计算所述基波电压产生的附加功率，所述基波电压方程包括基波电压相位角和基波电压有效值；根据所述附加功率与所述储能电池的荷电状态不均衡度的设定关系，计算得到所述基波电压相位角和所述基波电压有效值；根据所述基波电压相位角、所述基波电压有效值和储能电池的荷电状态不均衡度得到叠加在每个功率变换单元交流侧输出电压的交流分量值。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在每条功率变换链路的荷电状态值不相等时，根据每条功率变换链路的荷电状态值计算所述储能系统的荷电状态值，并根据所述储能系统的荷电状态值和每条功率变换链路的荷电状态值计算每条功率变换链路的荷电状态不均衡度；根据每条功率变换链路的荷电状态不均衡度计算叠加在功率解耦控制后输出的三相参考电压上的零序电压；将计算得到的所述零序电压叠加到功率解耦控制后输出的三相参考电压上，实现相间电池均衡控制。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据每条功率变换链路的荷电状态值计算所述储能系统的荷电状态值，并根据所述储能系统的荷电状态值和每条功率变换链路的荷电状态值计算每条功率变换链路的荷电状态不均衡度，包括：利用每个储能电池的标称容量计算每条功率变换链路的标称容量；根据每条功率变换链路的标称容量和荷电状态值计算所述储能系统的荷电状态值；将储能系统的荷电状态值与每条功率变换链路的荷电状态值的差值作为该条功率变换链路的荷电状态不均衡度。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据每条功率变换链路的荷电状态不...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志鹏，许贤昶，吴胜兵，李继华，
申请(专利权)人：广州智光电气股份有限公司，广州智光储能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44